GC, GC×GC, and TOFMS for Characterization and Roast Level Differentiation of Coffee

Význam tématu

Analýza složitého aromatického profilu kávy je klíčová pro kontrolu kvality, optimalizaci výrobních procesů a orientaci spotřebitelů. Kombinace plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií a techniky HS-SPME umožňuje neúčelovou identifikaci stovek těkavých a polotěkavých sloučenin, které ovlivňují chuť a vůni konečného nápoje.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo porovnat šesti vzorků kávy připravené z různých odrůd a původů s odlišným stupněm pražení (střední a tmavé). Studie hodnotila vliv původu (Peru, Costa Rica, Kona, Kolumbie) a stupně pražení na složení aromatického profilu, přičemž bylo využito jednorozměrné GC-TOFMS i dvourozměrné GC×GC-TOFMS.

Použitá instrumentace

• GC×GC Pegasus BT 4D s termálním modulátorem Quad Jet a autosamplerem L-PAL 3
• SPME extrakce: DVB/CAR/PDMS vlákno, desorpce 3 min ve 250 °C, split 5:1
• Přenosné podmínky: helia 1,4 mL/min, kolona Rxi-5Sil MS (1. dimenze), Rxi-17SilMS (2. dimenze)
• Teplotní program: 40 °C na 3 min, poté +10 °C/min do 250 °C, sekundární pec +10 °C vůči primární
• Modulace 1,2 s s chlazením +15 °C nad 2. pecí
• TOFMS detekce v rozsahu 33–510 m/z, 10 spekter/s (GC) a 100 spekter/s (GC×GC)

Hlavní výsledky a diskuse

GC×GC-TOFMS prokázala výrazné zvýšení kapacity píků, zlepšení poměru signál/šum a strukturované chromatogramy, které usnadňují vizuální rozlišení sloučenin:

• Rozlišení koelujících analýz v jednorozměrné GC vedlo k identifikaci dvou látek (2,3-dimethylpyridin a 5-methyl-2(5H)furanon) až v GC×GC.
• Chlazené modulátory zaostřily pík 3-fenylfuranu a odhalily nízkoabundovaný 5-hydroxymethylfurfural.
• Strukturované pásy umožnily rychlou klasifikaci např. alkanů, ketonů, furánů, pyridinů, aromatických a heterocyklických sloučenin.
• Porovnání šesti vzorků zvýraznilo markery spojené s pražením: vyšší koncentrace 2,3-pentandionu a furfuralu u středně pražené kávy; zvýšené množství derivátů pyridinu a thiophenů u tmavě pražených vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní profilace stovek aromatických složek v jednom běhu.
• Rychlá diferenciace vzorků podle původu a pražení bez nutnosti předchozího stanovení analytů.
• Podpora vývoje nových produktů, kontroly kvality a detekce podvodů v kávovém průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace pokročilé datové analýzy a strojového učení k automatické klasifikaci káv podle senzorických profilů. Rozšíření metodiky na jiné potravinářské a přírodní matice s cílem sledovat změny během zpracování, skladování a přípravy.

Závěr

Použití HS-SPME spojené s GC×GC-TOFMS na platformě Pegasus BT 4D umožnilo hlubší porozumění složení aroma kávy a odhalilo markery související s úrovní pražení nezávisle na původu. Výsledky podtrhují přínos dvourozměrných separací v kombinaci s rychlou TOFMS detekcí pro komplexní neúčelové analýzy.

Reference

• LECO Corporation. GC, GC×GC, and TOFMS for Characterization and Roast Level Differentiation of Coffee. Application Note, Form No. 203-821-556, September 2019.