Хроматографический метод анализа кофеина в различных сортах кофе

Наш быстроменяющийся современный мир предоставляет нам огромные возможности в области интеллектуального развития, информационных технологий, путешествий. Сегодня общение со сверстниками, проживающими на других континентах, и с выдающимися учеными современности, стало естественным и обыденным. Наши огромные желания и их исполнение порой идут вразрез с количеством часов в сутках и нашими физическими возможностями. Если количество часов в сутках реально мы не в силах увеличить, то увеличить, расширить наши физические возможности – это в наших силах. Стимуляторы различного рода позволяют нам это сделать. Одним из самых распространенных и доступных, вкусных, приятных стимуляторов является кофе, а скорее напиток, приготовленный из кофейных зерен, в которых, в качестве стимулятора содержится кофеин.

Кофеин C8H10N4O2 – белые или бесцветные кристаллы без запаха. Он был открыт в 1819 году Ф. Рунге – немецким химиком и по сегодняшний день является наиболее используемым природным стимулятором. В организме человека, стимулирующее действие кофеина осуществляется по нескольким направлениям. Сонливость, некоторая вялость и расслабленность организма связана с замедлением нервных импульсов, что обусловлено нейрогормоном аденозином, рецепторы которого и блокирует кофеин. В организме гормон адреналин способствует повышению давления, учащению сердечного ритма и увеличению кровотока в мышцах. Кофеин стимулирует его образование. С уровнем нейрогормона дофамина в мозге связано настроение, поведение и характер человека, присутствие мотивации и желание осваивать новые знания. Дофамин влияет на память, когнитивные возможности, мышление. Кофеин способствует повышению его уровня [1, 2].

Одним из источников кофеина являются зерна кофе. Кофейное дерево – это род древесных растений, который насчитывает более 120 видов, но только два вида Арабика и Рабуста завоевали наибольшую популярность и они имеют существенные различия. Несмотря на то, что дерево Арабики очень капризно при выращивании, требовательно к влажности, освещенности, перепадам температур, высоте произрастания над уровнем моря, около 70-75 % мирового производства кофе – это кофе вида Арабика. Кофейные деревья Арабики очень отзывчивы на благоприятные условия выращивания, что напрямую влияет на качество зерен и вкус приготовленного напитка. Чтобы получить качественные зерна, а затем и напиток с уникальными вкусовыми характеристиками и незабываемым послевкусием, зерна Арабики выма- чивают в воде, ферментируют, а затем только высушивают. Вкус напитка, приготовленного из зерен Арабики нежный, слегка сладковатый, с еле уловимой кислинкой, тонкими нотками цитрусовых и шоколадным послевкусием.

Наряду с приготовлением напитка из кофейных зерен, мы часто пьем и растворимый кофе, который имеет свои особенности. Для получения растворимого кофе зерна проходят сложную, многоэтапную, высокотемпературную обработку, которая разрушает кофеин. В готовом продукте потери природного кофеина заменяют синтетическим, добавляя еще и различные ароматизаторы.

В мире насчитывается несколько десятков сортов зернового кофе Арабика. Очень часто за основу названия сорта берется страна или регион произрастания кофейных деревьев. В наших исследованиях мы использовали именно такие сорта.

Целью работы являлось определение содержания кофеина в кофейных зернах сорта Арабика, выращенных в различных регионах нашей планеты, и в некоторых растворимых сортах кофе, произведенных полностью из кофейных зерен этого же сорта, или с их частичным добавлением.

Для исследования были взяты кофейные зерна сорта Арабика кофейных плантаций Вьетнама (образец 1), Кении (образец 2), Колумбии (образец 3), Мексики (образец 4), Кубы (образец 5) и растворимые сорта кофе марок Nescafe classic с молотой Арабикой, производитель ООО “Нестле Кубань” (образец 6), Esmeralda – на основе колумбийской Арабики, производитель “Buencafe Liofilizado de Colombia” (образец 7) и Bushido original на основе мексиканской Арабики, производитель HACO Ltd. CH-3073 Gumligen (образец 8). Определение содержания кофеина проводили в соответствии с ГОСТ 3005993 [3] на приборе ВЭЖХ Shimadzu LC-20 [4]. Полученные данные выявили некоторые интересные особенности содержания кофеина в различных сортах кофе (табл.).

Таблица. Содержание кофеина в различных сортах кофе

Анализ содержания кофеина в различных сортах зернового кофе Арабика показывает, что сорта кофе, отражающие регионы произрастания кофейных деревьев Арабика, а именно: высота расположение плантации над уровнем моря, стабильная влажность воздуха, освещенность, минеральный состав почвы и ее влажность, мало отличаются друг от друга. Данный факт настораживает, так как, например, вулканические почвы кофейных плантаций Кении отличаются от терригенно-карбонатных почв плантаций Вьетнама, а тропический муссонный субэкваториальный климат Вьетнама отличается от суб- экваториального климата Кении. Данный факт обязательно должен был найти свое отражение в содержаниях кофеина данных сортов. В нашем случае содержания кофеина в Арабике Вьетнама, Кении и Колумбии практически не отличаются. Мы понимаем, что различия не должны быть значительными, но они должны быть более существенными, чем в нашем случае.

Среди множества сортов Арабики, кубинская Арабика всегда отличалась более высоким содержанием кофеина, благодаря тропическому пассатному климату и оптимальным температурам, бурым почвам, развитым на терригенно-карбонатных и кремнисто-мергелистых комплексах, которые богаты гумусом и не нуждаются в дополнительных удобрениях. Анализ кофейных зерен кубинской Арабики в нашем случае показал лишь очень незначительное увеличение содержания кофеина – 30,7 мг на 1 г сухого вещества по сравнению с Арабикой Вьетнама – 28,1, Кении – 28,8 и Колумбии – 28,6. По содержанию кофеина Арабика Мексики – 31,0 мг на 1 г сухого вещества, почти не отличается от Арабики Кубы.

Наряду с определением содержания кофеина в зерновом кофе различных сортов Арабики, было проведено исследование растворимых сортов кофе, выработанных также из Арабики или с частичным ее добавлением. Анализ полученных результатов показал, что содержание кофеина в растворимых сортах кофе выше, чем в зерновом. Содержание кофеина в растворе (мг/л) выше в 1,9 раза, в сухом веществе (мг на 1 г сухого вещества) – в 2,33 раза.

Анализируя характер хроматограмм кофеина из зерновых сортов Арабики различных регионов и растворимых, изготовленных из того же сорта, или с частичным его добавлением, можно сделать заключение, что они идентичны и отличаются лишь интенсивностью оптической плотности. Максимальная оптическая плотность отмечена для растворимых сортов кофе, что согласуется с полученными значениями содержания кофеина в растворе (г/мл) и в сухом веществе (мг/1 г сухого вещества). На хроматограммах максимальный пик оптической плотности между 7,5 и 8 минутами соответствует кофеину (рис.).

Время, мин

Рис. Хроматограммы кофеина различных сортов кофе: 1 – Арабика Вьетнам; 2 – Арабика Кения; 3 – Арабика Колумбия; 4 – Арабика Мексика; 5 – Арабика Куба; 6 – Nescafe clac-cik; 7 – Esmeralda; 8 – Bushido.

Примечание: по оси оптической плотности D сторона каждого прямоугольника 10⁶ е.о.п.

Анализ данных, полученных в ходе исследования содержания кофеина методом ВЭЖХ в сортах кофе Арабика различных регионов и его хроматограмм, позволяет сделать некоторые выводы. Вне зависимости от региона произрастания деревьев кофе вида Арабика, а соответственно и его сорта, содержание кофеина в зернах различных сортов, существенно не меняется и сорта кофе. Учитывая существенную раз ницу в стоимости кофе сорта Арабика раз личных регионов, можно отдавать предпо чтение дешевым сортам, также позволяющим ощутить неповторимый вкус, аромат, очаровательное послевкусие и бодрящий эффект. Стоит отметить более высокие содержания кофеина в растворимых сортах кофе, но не стоит забывать его синтетиче- не является критерием подтверждения ском происхождении.