Simultánní monitorování derivátů furanu a klíčových aromatických látek v kávě a kávových náhražkách

Připraveno ve spolupráci s Michalem Stupákem, Marií Filatovou, Janou Pulkrabovou, Janou Hajšlovou. (Ústav analýzy potravin a výživy, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze)

Výroba kávy a proces vývoje nových variant káv a jejích náhražek (bez kofeinu, alternativní chutě, aromatické profily atd.) je celosvětově obrovským průmyslovým odvětvím. Schopnost zaručit bezpečnost těchto výrobků a zároveň sledovat jejich chuťové a aromatické vlastnosti, aby splňovaly očekávání a preference spotřebitelů, je zásadní. Zde je demonstrován proces metody pro simultánní analýzu furanů a necílového screeningu (NTS) dalších klíčových sloučenin, jako jsou aromatické aktivní látky.

LECO: Simultánní monitorování derivátů furanu a klíčových aromatických látek v kávě a kávových náhražkách

Úvod

Káva je jedním z nejoblíbenějších nápojů na celém světě, a to nejen díky své jedinečné chuti, ale také díky své kvalitě. Kofein, hlavní alkaloid kávy, může u některých jedinců způsobit zvýšení krevního tlaku a srdeční frekvence. Existuje tak velký trh s různými variantami nebo náhražkami kávy, které obsahují nulové nebo nižší množství kofeinu. Výroba zahrnuje řadu variant zpracování nebo nahrazení kávových zrn praženou pšenicí, žitem, špaldou, sladem nebo jinými rostlinnými materiály.

Stejně jako při běžném pražení kávových zrn se během zpracování při výrobě kávy formuje mnoho dalších aromatických těkavých látek a toxických kontaminantů jako jsou furany a methylfurany (2-methylfuran, 3-methylfuran a 2,5-dimethylfuran). Tyto sloučeniny byly nalezeny v různých tepelně zpracovaných potravinách (včetně zavařenin, zeleniny/ovoce a dětské výživy); jejich prekurzory jsou především kyselina askorbová, sacharidy, nenasycené mastné kyseliny, mléko a karotenoidy.

S ohledem na obavy o zdraví v souvislosti s expozicí furanu a methylfuranů zveřejněné Evropským úřadem pro bezpečnost potravin (EFSA), Komise EU doporučuje monitorování přítomnosti furanu a alkylfuranů v potravinách.

Tato aplikace demonstruje, pro stanovení furanu a methylfuranů v kávě a kávových zrnech a jejich náhražkách, analytickou strategii založenou na použití mikroextrakce na pevné fázi (HS-SPME) a plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrii doby letu (GC-TOFMS). Jednoduchá příprava vzorku v kombinaci s přístrojem LECO Pegasus BT 4D umožnila, aby byly kvantifikovány všechny cílové analyty. Kromě toho byly zaznamenány celé profily těkavých látek.

Současně lze shromažďovat vysoce kvalitní data v plném hmotnostním rozsahu a provádět necílový screening, což umožňuje efektivně sledovat a pochopit různé aromatické profily.

Experimentální část

K prokázání použitelnosti metody HS-SPME-GC-TOFMS bylo odebráno sedm vzorků kávových náhražek získaných z maloobchodního trhu lišících se svým složením. K ověření správnosti této metody byl použit testovací materiál (instantní káva) dle 30119 FAPAS.

Certifikovaný standard furanu byl zakoupen od firmy Sigma-Aldrich; 2-methylfuran, 3-methylfuran a 2,5-dimethylfuran byly použity jako standardní látky a byly zakoupeny od Dr. Ehrenstorfera. Čísla CAS, vybrané m/z, body varu a vzorce cílových analytů jsou shrnuty v následující Tabulce 1.

LECO: Tabulka 1. Informace o cílových analytech

Pro pokrytí tří různých koncentračních rozsahů byly připraveny 3 koncetrační úrovně 0.07, 7 a 1400 ug/ml ve vodě a methanolu.

Pro přípravu vzorků bylo 100 mg vzorků kávy smícháno s 2 ml nasyceného vodného roztoku NaCl v 10 ml vody v headspace vialkách. Pro kvantifikaci cílových analytů byla použita metoda standardního přídavku v závislosti na intenzitě signálu.

LECO: Tabulka 2. Parametry HS-SPME-GC-TOFMS

Výsledky a diskuse

Validace metody

Výkonnostní charakteristiky včetně linearity, meze stanovitelnosti (LOQ) a opakovatelnosti (n=6) vyjádřené jako relativní směrodatná odchylka (RDS), byly stanoveny pomocí standardů cílových analytů, které byly spikovány do 2 ml vody nasycené NaCl a jsou zdokumentovány v tabulce 3. Pro ověření správnosti generovaných dat metodou SPME-GC-MS byla provedena analýza vzorku instantní kávy 30119 FAPAS. Vypočtené z-skóre se pohybovalo v rozmezí -1.4 až 1.1 pro všechny analyty, bylo tedy dosaženo uspokojivé správnosti.

LECO Tabulka 3. Výkonnostní charakteristiky metody

Podle doporučení (EU) 2022/495 o monitorování přítomnosti furanů a alkylfuranů v potravinách, LOQ by nemělo být vyšší než 20 µg/kg u kávy a 5 µg/kg u dětské výživy ve skleničkách. Při použití této metody je LOQ pro všechny analyty 1 µg/kg a splňují tedy požadavky stanovené ve výše uvedeném dokumentu. Je třeba poznamenat, že úpravou hmotnosti vzorku (např. 1 g pro dětskou výživu ve skleničkách s přirozeně nižší koncentrací furanů než u kávových náhražek) by bylo možné dosáhnout ještě nižších LOQ.

Kromě toho, že se při analýze tak složitého vzorku, jako jsou náhražky kávy, často objevují silné matricové efekty, umožňuje metoda standardního přídavku dosáhnout jistější analýzy.

Obrázek 1 ukazuje AIC (dekonvolutovaný iontový chromatograf) kávové náhražky 7. Ačkoli 2-methylfuran a 3-methylfuran jsou isomery, jejich separace je optimální.

LECO: Obrázek 1. AIC chromatogram kávové náhražky 7

Furany v kávě a náhražkách kávy

Na obrázku 2 jsou uvedeny koncentrace furanu, 2-methylfuranu, 3-methylfuranu a 2,5-dimethylfuranu stanovené v analyzovaných vzorcích. V kávové náhražce 5 byly všechny analyty pod LOQ. Tento vzorek byl složen z cukru, glukózového sirupu a kokosového tuku, sušené syrovátky, mléčné bílkoviny, ječmene, čekanky, žita a potravinářských přídatných látek. Na druhé straně byly nejvyšší koncentrace všech analytů zjištěny v kávové náhražce 7, pražené špaldě.

LECO: Obrázek 2. Koncentrace furanů v analyzovaných vzorcích (Pozn. chybové úsečky představují nejistotu měření)

Tato metoda využívající GC-TOFMS systém Pegasus BT 4D společnosti LECO umožňuje nejen spolehlivou kvantifikaci cílových analytů při velmi nízkých koncentracích, ale také umožňuje získat záznam celého profilu těkavých látek. Tím umožňuje efektivní NTS a identifikaci "neznámých" sloučenin s využitím knihovny hmotnostní spekter NIST. Výběr dodatečně detekovaných a následně identifikovaných sloučenin je uveden na obrázku 3. Patří mezi ně další deriváty furanu (např. 2-methoxymethylfuran, 5-methyl-2-furankarboxaldehyd), jakož i další klíčové formy, jako jsou pyraziny a další látky, které se běžně vyskytují a které mají významný vliv na aroma kávy.

LECO: Obrázek 3. Celkový iontový chromatogram (TIC) vzorku kávy a vybraných analytů

Sběr vysoce kvalitních dat v plném rozsahu hmotnostních spekter při rychlé akvizici umožnil, aby necílová data byla efektivně dekonvolutovala pomocí softwaru LECO ChromaTOF. Například pyrazin, 2-ethyl-6-methyl-, furan, 2-methyl-5-(methylthio)- a nonanal byly identifikovány s podobnostmi shod v knihovně MS 918, 854 a 720, a to i přes to, že se jednalo o koeluaci téměř ve stejném retenčním čase (obrázek 4).

LECO: Obrázek 4. Dekonvolutované píky koelujících forem, pyrazinu, 2-ethyl-6-methyl-, furanu, 2-methyl-5-(methylthio)- a nonanalu.

Závěr

Ověřená HS-SPME-GC-TOFMS metoda pro analýzu kávy/náhrad kávy pomocí systému LECO Pegasus BT 4D umožnila spolehlivou analýzu furanu, 2-methylfuranu, 3-methylfuranu a 2,5-dimethylfuranu. Výkonnost metody splňuje požadavky doporučení (EU) 2022/495 o monitorování přítomnosti furanů a alkylfuranů v potravinách a navíc byla správnost této metody prokázána analýzou referenčního materiálu dle FAPAS.

Kromě toho bylo možné současně provádět necílový screening, což umožnilo detekovat a identifikovat i další klíčové bezpečnostní aspekty aromaticky aktivních forem.