- Scientific Journals of the Maritime University of Szczecin

ISSN 1733-8670
ZESZYTY NAUKOWE NR 12 (84)
AKADEMII MORSKIEJ
SZCZECIN 2007
WYDZIAŁ INŻYNIERYJNO-EKONOMICZNY TRANSPORTU
Tadeusz Witas
Monika Kiszka
Optymalizacja warunków fizykochemicznych
uwalniania i oznaczania dialdehydu malonowego (MDA)
w kawie palonej w obecności gliceralu (GAL)
Słowa kluczowe: kawa palona, gliceral, dialdehyd malonowy
W artykule przedstawiono dobór parametrów fizykochemicznych uwalniania, określania stężenia i wyznaczenia optymalnych warunków oznaczania dialdehydu malonowego (MDA) w kawie palonej z zastosowaniem metody tiobarbiturowej z hydrolizą alkaliczną, opatentowaną już wcześniej, przydatną do oceny wielu surowców i towarów.
MDA jest związkiem niepożądanym w żywności, podczas reakcji kondensacji do postaci
np. smół pogazowych jest związkiem rodnikotwórczym. Artykuł jest częścią cyklu opracowań z zakresu badań jakości towarów z krajów zamorskich.
Optimisation of Physical and Chemical Conditions of Releasing
and Marking Malone Dialdehyde (MDA) in Roasted Coffee
in the Presence of Glyceral (GAL)
Key words: roasted coffee, glyceral, malone dialdehyde
The work contains a selection of physical and chemical parameters of releasing,
determination of density and optimal conditions of malone aldehyde (MDA) determination in roasted coffee by means of thiobarbiturate method with alkaline hydrolysis patented previously, useful for the assessment of numerous raw materials and goods. MDA
is an undesirable compound in food; during condensation reaction to the form of, e.g.,
gas pitch, it is a radical-forming compound. The article is part of a cycle of studies on
the research of goods quality from overseas countries.
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
Wprowadzenie
Składniki żywności, jak nienasycone kwasy tłuszczowe, glicerol, cukry proste i złożone, niektóre aminokwasy, węglowodory w określonych warunkach
termicznych i tlenowych przetwarzania surowców, generują i uwalniają wiele
związków oksypirolizy, a w nich aldehydy, np. gliceral, dialdehyd malonowy
i inne, jako artefakty o dużej aktywności i oddziaływaniu toksycznym [22, 39].
Maloniany wtórnie oddziałują w przemianach biochemicznych na poziomie
molekularnym, w procesach komórkowych, jak i w poszczególnych tkankach,
a także mogą oddziaływać na całe organizmy zwierząt i ludzi [40, 41].
Najbardziej sprzyjające warunki do występowania tych procesów znajdują
się w układach komórkowych, tkankach żywych organizmów, przewodach pokarmowych zwierząt i ludzi, w paszach czy środkach żywnościowych oraz
używkach [41]. Stwierdzono udział malonianów w procesach starzenia się organizmów żywych i w stanach miażdżycowych. Wpływają one także na nieprawidłowe modyfikacje syntez białek, enzymów i kwasów nukleinowych, np. dialdehyd malonowy reaguje z DNA, co powoduje zahamowanie jego replikacji lub
inicjacje błędnych replikacji [40, 41].
Związki zawarte w kawie palonej wywierają znaczący wpływ na organizm
ludzki. Kawa zielona zawiera do 15% tłuszczu, 13% białek, 11% wody, od 1,5
do 2,3% kofeiny związanej z kwasem chlorogenowym, 8% cukrów, 7% soli
mineralnych z przewagą potasu i magnezu, alkaloid trygowelinę, kwasy organiczne (kawowy, alealowy, chlorogenowy), pektyny, witaminę PP i inne. Kawa
palona1 zawiera mniej kofeiny i cukrów niż zielona, a więcej lotnych substancji
aromatycznych (tzw. kafeole). Palone ziarna mają 13% struktur białkowych po
pirolizie, 1% związków tłuszczowych, 45% węglowodanów, 20% błonnika, od
0,8 do 2% kofeiny, od 1 do 3% wody oraz małe ilości substancji mineralnych
i garbników [4, 8, 14, 23, 24, 29].
Kawa palona jest używką – źródłem głównie składników aromatycznosmakowych i kofeiny oraz innych oczekiwanych doznań psycho-sensorycznych
[30–36]. Kofeina jest związkiem jednym z najbardziej aktywnych w kawie palonej, jest alkaloidem, pochodną puryny, tj. 1,3,7 trimetylo-2,6-dioksypuryną
lub ksanty-1,3,7- trimetyloksantyną [14].
Metyloksantyny pochodzenia roślinnego pobudzają ośrodkowy układ nerwowy, działają chromotropowo i inotropowo dodatnio na serce, a także miolitycznie i moczopędnie [12].
Kofeina jest narkotykiem i zażywana nawet w małych dawkach jest szkodliwa dla organizmu, a tworzące się z niej w organizmie metabolity metylowe,
teofilina i teobromina, zwiększają wydzielanie neuromediatorów, takich jak:
1
Palenie kawy jest synonimem prażenia, upalania.
204
Optymalizacja warunków fizykochemicznych uwalniania i oznaczania …
serotonina, dopamina, GABA2, ACTH3, adrenalina i norepinefryna, przez co
wywierają silny wpływ pobudzający pracę kory mózgowej, ułatwiają procesy
myślowe, polepszają nastrój, usuwają zmęczenie, a także utrudniają zasypianie
[12, 14, 17]. Kofeina wywiera silne działanie na układ naczyniowosercowy.
Ponadto działa bezpośrednio pobudzająco na układ przewodzący i mięsień sercowy, wywołując częstsze i silniejsze skurcze serca [29]. Kofeina pobudza również sekrecję kwasu solnego w żołądku, co wzmaga rozwój choroby wrzodowej
żołądka i dwunastnicy [12]. W ciągu 15 – 45 min od wypicia filiżanki kawy
kofeina jest wchłaniana przez przewód pokarmowy, a następnie przesyłana do
mózgu i innych tkanek. Przenika również do płodu. Zaledwie 2% kofeiny jest
wydalana z moczem, reszta podlega procesom metabolicznym w wątrobie. Rozkład kofeiny w wątrobie zachodzi w ciągu 7 – 10 godzin. Proces ten wydłuża się
u osób palących tytoń. Dzieje się tak na skutek oddziaływania nikotyny na procesy enzymatyczne zachodzące w wątrobie [93]. Kofeina najdłużej zalega
w organizmach osób z uszkodzoną wątrobą, proces rozkładu tego związku
w tym przypadku może trwać nawet kilka dni [93]. Ma ona również działanie
moczopędne i wywołuje efekt termogeniczny, przyspieszając przemiany metaboliczne o 10%. Wpływa także na wzmożenie wypłukiwania wapnia, magnezu
i potasu z układu kostnego, co sprzyja rozwojowi osteoporozy [2].
Kofeina łatwo przenika przez barierę krew – mózg i krew – łożysko, dlatego
niewskazane jest picie kawy, zwłaszcza w okresie ciąży. Nierozwinięta jeszcze
w pełni wątroba płodu słabo metabolizuje kofeinę, która hamuje m. in. aktywność hormonu wzrostu. Przyjmowanie kofeiny przez matkę opóźnia rozwój
embrionu i stwarza możliwość powstawania zwyrodnień [3, 12, 13]. Kofeina
powoduje wzrost zawartości wolnych kwasów tłuszczowych w surowicy krwi
i zwiększa wydzielanie katecholamin z moczem [2]. Nadużywanie kofeiny ma
większy wpływ na wzrost zachorowalności na raka trzustki niż palenie tytoniu,
czy picie alkoholu [6, 7, 11, 24]. Kofeina blokuje działalność adenozyny, która
wpływa hamująco na pobudzenie komórek nerwowych [2, 3, 6, 7, 11, 12, 13,
70, 29, 38].
Kofeina syntetyzowana jest przez 63 gatunki roślin. Głównym jej źródłem
w diecie człowieka są kawa i herbata, jak również kakao, czekolada, czy cocacola [31]. Filiżanka kawy (ok. l00 cm3) zawiera od 40 do 150 mg kofeiny. Więcej kofeiny jest w herbacie, jednak po niej występuje mniejsze pobudzenie
ośrodkowe. Spowodowane jest to tym, że garbniki zawarte w herbacie
i polifenole utrudniają wchłanianie kofeiny z przewodu pokarmowego [29].
Zależy to głównie od sposobu przyrządzania naparu, a także od gatunku herbaty
i kawy [27].
2
3
GABA – gammaaminobutyric acid (kwas gammaaminomasłowy).
ACTH – adrenocorticotropic hormone (hormon adrenokortikotropowy).
205
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
Przedawkowanie kofeiny powyżej 0,5 g powoduje silne pobudzenie ruchowe i psychiczne, przyspieszenie i niemiarową czynność serca, wzrost napięcia
mięśni poprzecznie prążkowanych, bardzo silne zwiększenie diurezy, nudności,
wymioty. W ciężkich zatruciach występują drgawki oraz porażenie ośrodka
oddechowego. Dawka śmiertelna kofeiny dla człowieka wynosi ok. 10 g [3, 29].
Polifenole roślinne kawy zielonej są substancjami przeciwutleniającymi, chroniącymi łatwo utleniające się składniki żywności. Ograniczają one utlenianie
witaminy C, karotenoidów, nienasyconych kwasów tłuszczowych oraz innych
substancji, zmniejszając ich degradację. Aktywność przeciwutleniającą wykazują flawonoidy, jak: flawonole, izoflawony, flawony, katechiny, flawonony oraz
fenolokwasy. W produktach żywnościowych obecne są one w formie glikozydów i aglikonów [13, 25].
W kawie palonej występuje ok. 8% związków polifenolowych. Są to głównie kwasy: chlorogenowy, chinowy i kawowy. Pod działaniem alkaliów kwas
chlorogenowy hydrolizuje do kwasu kawowego i kwasu chinowego (tetra-oksyhydrobenzoesowego). Kwas chlorogenowy jest odpowiedzialny m.in. za ostry
smak kawy. Polifenole roślinne mogą oddziaływać na kilka sposobów: jako
substancje redukujące, związki blokujące wolne rodniki, tworzą kompleksy
z metalami katalizującymi reakcje utleniania zapobiegając reakcjom inicjującym
przez pojedynczy aktywny atom tlenu i hamując aktywność enzymów utleniających, np.: lipooksygenaz [25]. Polifenole posiadają w swojej budowie chemicznej pierścień benzenowy z grupami wodorotlenowymi. Aktywność przeciwutleniająca fenolokwasów zależy od budowy chemicznej. W związkach z jedną
grupą hydroksylową obecność dodatkowo jednej lub dwu grup metoksylowych
w pierścieniu zwiększa aktywność przeciwutleniającą. Podstawione w pozycji
orto- z donorem elektronów grupy alkilowej lub metoksylowej zwiększają stabilność i aktywność przeciwutleniającą fenolokwasów. Dużą aktywność przeciwutleniającą ma kwas chlorogenowy.
Polifenole wykazują działanie przeciwnowotworowe. Związane jest to
z wychwytywaniem wolnych rodników oraz silnym działaniem antyoksydacyjnym. Polifenole chelatują metale ciężkie oraz izotopy radioaktywne z diety. Ograniczają także wchłanianie żelaza. Polifenole wykazują ponadto właściwości hamujące powstawanie, modyfikację oksydacyjną LDL4, w związku z tym powstrzymują odkładanie cholesterolu w ściankach naczyń krwionośnych i tworzenie blaszki
miażdżycowej. Ponadto działają one przeciwzapalnie i przeciwbakteryjnie.
Związki polifenolowe zmniejszają przyswajalność białek, z którymi tworzą nierozpuszczalne kompleksy w przewodzie pokarmowym. Substancje fenolowe
działają żółciopędnie, wzmagają perystaltykę jelit [3].
4
LDL – lipoproteiny małej gęstości.
206
Optymalizacja warunków fizykochemicznych uwalniania i oznaczania …
Jednak te wszystkie procesy dotyczą w mniejszym stopniu polifenoli występujących w kawie, zaś w większym stopniu w herbacie i owocach cytrusowych. Związki polifenolowe znajdujące się w kawie są odpowiedzialne za jej
smak i aromat [12].
Kawy palone zawierają związki drażniące przewód pokarmowy, wypicie
naparu kawy nasila wydzielanie soku żołądkowego. Zależy to zarówno od kofeiny, jak i kwasów organicznych obecnych w kawie, a także od innych związków powstających przy jej upalaniu. Substancje te są odpowiedzialne za powstawanie dolegliwości przewodu pokarmowego. Jest to uczucie pełności w
żołądku, palenie w przełyku, nudności, wzdęcia brzucha itp. [20, 37].
Za objawy niestrawności są głównie odpowiedzialne tzw. związki drażniące, czyli 5-hydroksytryptamidy kwasów karboksylowych (C-5-HT5). Są to pochodne serotoniny, które wyizolowali i oznaczyli Harms i Wurziger [5, 13, 33].
Ze względu na dużą zawartość tych związków, kawy nie powinny pić osoby z
chorobą wrzodową żołądka i dwunastnicy, szczególnie na czczo.
Obniżenie w kawie ilości C-5-HT powoduje wyeliminowanie objawów dolegliwości żołądkowo-jelitowych. Dla kaw ziarnistych zawartość ich powinna
wynosić poniżej 400 mg/kg kawy. Do takiej grupy kaw należy m.in. polska kawa Astra. Zawiera ona od 200 do 400 mg C-5-HT na kilogram kawy, w nie poddanej obróbce cieplnej od 700 do 1200 mg/kg [30, 33, 35, 36].
Diterpeny wchodzące w skład tłuszczu kawowego, przede wszystkim kafestol i kahweol, są odpowiedzialne za podwyższenie poziomu cholesterolu
w surowicy krwi. Najwięcej tych związków występuje w kawie gotowanej lub
zalewanej wrzątkiem, ponieważ podczas gotowania kafestol i kahweol, wraz
z substancjami drażniącymi błonę śluzową żołądka (5- hydroksytryptamidami),
przechodzą do wywaru. Mogą one odgrywać rolę w powstawaniu choroby
wieńcowej. Poza tym związki te zaburzają również prawidłowe funkcjonowanie
wątroby, co objawia się m.in. zwiększeniem zawartości aminotransferaz wątrobowych w surowicy krwi. Dotyczy to zwłaszcza ALAT6 i w mniejszym stopniu
ASPAT7. Jest to tzw. efekt hepatotoksyczny [12, 13, 37].
Zawartość diterpenów zależy od gatunku kawy. Arabika zawiera ich prawie
trzykrotnie więcej niż Robusta. Kawa rozpuszczalna jest wysuszonym wodnym
ekstraktem kawy naturalnej. W trakcie tego procesu technologicznego pozbawiana jest prawie całkowicie frakcji tłuszczowej, w tym diterpenów [13].
Według Amesa i Golda [50] kawa palona zawiera 826 lotnych i podobną
liczbę nielotnych związków rakotwórczych, przy czym wśród nich jest aż 17
C-5-HT – 5- hydroksytryptamidy kwasów karboksylowych jako wskaźnik obecności
związków drażniących w kawie.
6
ALAT – aminotransferaza alaninowa.
7
ASPAT – aminotransferaza asparaginianowa.
5
207
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
związków zdecydowanie rakotwórczych, takich jak np.: kwas kofeinowy, katechol, furfural, hydrochinon i inne. W kawie palonej występują także węglowodory aromatyczne, np.: 3,4-benzopiren, metyloglioksal, powstają podczas procesu palenia, mające również właściwości rakotwórcze [12, 13, 21].
Kawa palona jako produkt pirolizy dostarcza znacznych ilości wolnych
rodników, które w postaci bardzo reaktywnych atomów lub grup atomów zawierają niesparowane elektrony. Wolne rodniki są nietrwałe, ponieważ w obecności
pojedynczych elektronów bardzo szybko ulegają różnym reakcjom chemicznym
[22]. Są one (*OH, *O2-, H*O2, N*O) przyczyną wielu chorób, a zwłaszcza miażdżycy, cukrzycy, chorób niedokrwiennych serca i procesów starzenia się tkanek,
organizmów i towarów. W stanach fizjologicznych żywych ustrojów powstają
głównie w procesach utleniania biologicznego w mitochondriach, w niektórych
reakcjach enzymatycznych, obejmujących oksydazę NADPH8, oksydazę ksantynową, lipooksygenazę, w procesach fagocytozy, autooksydacji i detoksykacji
ksenobiotyków. Ich poziom w ustrojach jest ściśle kontrolowany przez układy
enzymatyczne (SOD9, katalazę, peroksydazę glutationową) oraz liczne nieenzymatyczne antyoksydanty (witaminy E, C, K oraz β-karoten i inne) [9, 19, 26].
W kawie wolne rodniki odkryto dopiero niedawno. Okazuje się, że kawa
jest źródłem dużej liczby wolnych rodników. Ich stężenie jest co najmniej o dwa
rzędy wyższe od stężenia wolnych rodników w tkankach. Są wśród nich rodniki
stabilne o długim czasie półtrwania, w przeciwieństwie do krótkotrwałych rodników tlenowych *OH i *O2-. Wolne rodniki w kawie powstają w wyniku peroksydacji nienasyconych kwasów tłuszczowych, również w procesie palenia i mielenia kawy [9,10]. Niektórzy badacze twierdzą, iż kofeina zawarta w kawie skutecznie hamuje peroksydację lipidów indukowaną działaniem rodnika wodorotlenowego *OH, rodników nadtlenkowych ROO* i tlenu singletowego O** [1].
Ważnym składnikiem kawy wychwytującym wolne rodniki są również substancje polifenolowe, takie jak kwasy chlorogenowy, chinowy i kawowy. Mają one
tym samym działanie przeciwnowotworowe i odznaczają się silnym działaniem
antyoksydacyjnym, zaś wolne rodniki stymulują karcinogenezę [13]. Jednak do
końca nie wiadomo, co się dzieje z wolnymi rodnikami kawy w organizmie
człowieka. Uważa się, że skutkiem spożywania kawy jest spadek zawartości
rodników askorbylowych w wątrobie i płucach, co oznacza spadek zawartości
witaminy C w tkankach, a tym samym następuje obniżenie potencjału antyoksydacyjnego organizmu. Wykazano także związek pomiędzy piciem kawy
a zwiększeniem zawartości homocysteiny we krwi, co również wpływa na
wzrost procesów peroksydacyjnych [13].
8
9
NADPH – zredukowany fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego.
SOD – superoxide dismutase (nadtlenek dyzmutazy).
208
Optymalizacja warunków fizykochemicznych uwalniania i oznaczania …
Stwierdzono, iż w kawie palonej wzrasta zawartość azotanów
i jednocześnie spada zawartość azotynów w porównaniu do kawy surowej [46].
Azotany i azotyny występujące w żywności mogą stanowić zagrożenie dla organizmu. Ziarna kawy surowej zawierają od 0,99 mg/kg do 109,06 mg/kg azotanów oraz od 2,18 mg/kg do 5,66 mg/kg azotynów. W kawie Arabika występuje
mniej zarówno azotynów, jak i azotanów niż w kawie Robusta. Jedna filiżanka,
6 g kawy suchej /200 cm3 wody, po sporządzeniu naparu kawy, zawiera od l,57
mg azotanów z Robusty oraz do 0,05 mg azotynów z Arabiki. Ilości te nie mają
znaczącego udziału w całości spożywanych pokarmów [18], ale mogą mieć
wpływ na właściwości fizykochemiczne warunków uwalniania aldehydów, np.
podczas zakwaszania hydrolizatów próbek kawy.
Zbadano, że kawy naturalne zawierają śladowe ilości metali ciężkich i pestycydów. Wynika to ze stosowania preparatów chemicznych zarówno na plantacjach, jak i podczas transportu i składowania. Do ochrony roślin stosuje się
duże dawki preparatów chwastobójczych i/lub owadobójczych [28]. Zawartość
ołowiu w badanych kawach oraz w naparach kawowych nie powinna zagrażać
zdrowiu człowieka. Natomiast inne pierwiastki śladowe zawarte w kawie mogą
stanowić dodatkowe źródło niektórych mikroelementów korzystnych dla ustroju
[5].
Z badań Błoniarz i Zaręby [2] wynika, że szklanka kawy średniej mocy dostarcza około 0,8% dziennego zapotrzebowania człowieka na wapń oraz około
5% dobowego zapotrzebowania na magnez. Jednakże kofeina zawarta w kawie
powoduje obniżenie zawartości elektrolitów, takich jak wapń, magnez, nikiel
i chrom, wskutek działania moczopędnego oraz „lipolitycznego”. Zwiększenie
filtracji spowodowane jest rozszerzeniem naczyń nerkowych i zmniejszeniem
wchłaniania zwrotnego w kanalikach nerkowych. Zostaje przez to zmniejszona
resorpcja sodu i wody, a także zwiększone wydalanie wapnia, magnezu, potasu,
jonów chlorkowych i innych składników mineralnych [2, 38]. Działanie kofeiny
powoduje podwyższenie poziomu wolnego wapnia w komórkach mięśniowych
oraz zmniejszenie akumulacji potasu w surowicy. Zmiany stężenia jonów wapniowych wewnątrz komórki oraz ich rozmieszczenia w komórce mogą wpływać
na aktywność niektórych enzymów i procesy przemiany materii [2].
Ze względu na dostępność tlenu w technicznym procesie produkcji kawy
palonej i przewozu gotowych produktów oraz jego wpływ na procesy oksydacyjne przyjęto za nieodzowne ustalenie zawartości dialdehydu malonowego
w kawie zielonej, wpływu procesu upalania kawy na zmiany zawartości MDA
oraz określenie optymalnych warunków fizykochemicznych, uwalniania tego
aldehydu z kawy podczas oznaczania. Pozwoli to na ocenę prawdopodobieństwa
wpływu malonianów kawy na organizm człowieka oraz przydatność wskaźnika
MDA do oceny jakości tych produktów.
209
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
Część doświadczalna
Odczynniki:
 kwas 2-tiobarbiturowy (C4H4N2O2S) TBA c.mol 144,15, lot. 18081 zawartość min. 99,0% firmy Loba Feinchemie A-2401 Fischamed;
 1,1,3,3, –tetraetoksypropan (TEP), firmy Fluka AG Chem. Fabrik Buchs
SG, (2/31:00001), Mark Register Trade Szwajcaria;
 NaCl, NaOH, HCl czda z firmy PPH Chem. Gliwice; odczynniki przygotowano jako roztwory wodne, TEP jako roztwór etanolowo-wodny
[42].
Materiały
Ziarna kawy zielonej pochodziły z magazynów portu Szczecin, zaś ziarna
kaw palonych ze sklepów detalicznych i z palarni kaw:
 kawa Astra Orient, nisko palona mielona, niskodrażniąca, w opakowaniu zmieszane rodzaje Robusty, pochodzące z Afryki i Azji, opakowanie polietylenowe z folią Al 250 g, wypalone w Poznańskiej Palarni
Kawy „Astra” Sp. z.o.o. Poznań, ul. Garbary 114, posiada certyfikat
ISO 9001;
 kawa Taka Czarna, nierównomiernie średnio i mocno palona, grubo
mielona, torebka celofanowa 2-warstwowa zgrzewana termicznie, opakowanie 80 g, Palarnia Custo, Mielno, ul. Przemysłowa 5;
 kawa Maxwell House, średnio palona, rozpuszczalna aglomeryzowana,
opakowanie szklane z nakrętką uszczelniającą Al 100 g, Kraft Foods UJ
Ltd, Ruscate Avenue, Banbury, Oxon, OX 162 QU, Wielka Brytania;
 kawa Jacobs Krönung Premium, mocno palona, drobno mielona, opakowanie szklane próżniowe 100 g, Kraft Foods CR s.vo. ul. Pobreżni 3,
partia 18600, Praha 8, Republika Czeska.
Aparatura:
 spektrofotometr Spekol 11, prod. Carl Zeiss Jena;
 zestawy: szklany do destylacji pośredniej parą wodną i do hydrolizy
oraz wywoływania reakcji barwnej [42];
 wyposażenie ze szkła laboratoryjnego powszechnego stosowania.
210
Optymalizacja warunków fizykochemicznych uwalniania i oznaczania …
Metoda i zakres badań
–
–
–
przygotowanie próbek ziarna kawy. Ziarna kaw zielonych rozdrobniono
za pomocą homogenizatora o obrotach 10 000/min. w ciągu 30 minut,
z przerwami co 10 min. oraz w moździerzu przez rozcieranie. Przyjęto
stałą masę próbek 0,30 g;
wyznaczenie maksimów absorbancji roztworów barwnych hydrolizatów
próbek ziarna kawy zielonej i kaw palonych po reakcji z odczynnikiem
TBA;
wyznaczenie optymalnych warunków fizykochemicznych uwalniania
i trwałości dialdehydu malonowego metodą tiobarbiturową z hydrolizą
alkaliczną przez określenie:




stopnia i czasu hydrolizy alkalicznej próbek kaw, w celu uwolnienia
MDA;
stopnia zakwaszenia zhydrolizowanych alkalicznie próbek kaw,
w celu maksymalnego uwolnienia i trwałości MDA;
zależności pomiędzy ilością uwolnionego MDA a objętością i stopniem destylacji zhydrolizowanych próbek kaw;
poziomów zawartości MDA w kawach palonych i kakao.
Za podstawę metody oznaczeń zawartości MDA, jako wskaźnika intensywności procesu oksydacji, a także określenia stopnia uwalniania i trwałości MDA
w próbkach kaw w warunkach doświadczalnych, przyjęto metodę tiobarbiturową (metoda TBA) z hydrolizą alkaliczną próbek, opracowaną już wcześniej
[42]. Wyniki z 2 do 4 równoległych oznaczeń podano jako średnie arytmetyczne
odczytów absorbancji [E]. W punktach spodziewanych jako optymalne wykonano od 3 do 5 oznaczeń równoległych. Wyniki oznaczeń na rysunkach podano
w procentach wielkości absorbancji [%E]. Zawartości dialdehydu malonowego
(MDA) przedstawiono w postaci liczby tiobarbiturowej (L.TBA), tj. w mg
MDA na 1 kg produktu.
Wyniki badań
Nie stwierdzono istotnego wpływu stopnia rozdrobnienia próbek na maksymalną absorbancję – rys. 1 (krzywe 5 i 6) w zakresie o długości fali od 430 do
600 nm. W próbkach kaw zielonych zaobserwowano maksimum absorbancji
w paśmie 530 nm, jak na rys. 1, krzywe 5 i 6. W kawach palonych wystąpiły
dwa maksima absorbancji w pasmach 440 i 530 nm – rys.1, krzywe 1 do 4.
211
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
Rys. 1. Maksima absorbancji roztworów barwnych próbek kaw palonych z zastosowaniem
TBA z hydrolizą alkaliczną
Fig. 1. Absorbance maximums of colour roasted-coffee samples by means of TBA
with alkaline hydrolysis
Po wstępnym ustaleniu masy próbek i maksimum absorbancji dokonano
hydrolizy alkalicznej próbek w 20 cm3 wodnych roztworów NaOH o stężeniach
od 0,1 do 2,0 N w celu określenia optymalnego stężenia roztworu hydrolizującego dla 4 rodzajów kaw palonych i kawy zielonej. Optymalne stężenie dla kaw
palonych wynosiło 0,30 N NaOH, a dla kawy zielonej – 0,35 N NaOH.
Uwzględniając szerszy przedział, najwyższe wartości MDA utrzymywały się po
zastosowaniu NaOH o stężeniu od 0,30 do 0,70 NaOH (rys. 2).
Uwalnianie MDA z próbek kaw zależne było od czasu hydrolizy alkalicznej. Najczęstsze jego uwalnianie stwierdzono po 30 min hydrolizy, we wrzącej
łaźni wodnej, we wszystkich kawach zielonych i palonych – rys. 3. Początkowe
wartości, np. po 5 min hydrolizy są niewystarczające i ponadto występują duże
rozrzuty wyników. Po 25 i 30 min wiązka krzywych jest zwarta, a następnie
zmniejsza się ilość oznaczonego MDA (rys. 3).
Uwalnianie MDA było zależne od pH po zhydrolizowaniu alkalicznym
próbek przed i podczas destylacji z parą wodną. Optymalne uwalnianie i trwałość MDA zachodziło przy pH 2,0 (rys. 4).
W roztworze o pH 0,5 następował rozkład uwalnianego MDA. Przy pH od
9,5 do 7,5 stwierdzono śladowe jego ilości, co oznacza, że spontaniczne uwalnianie się MDA rozpoczynało się w środowisku o pH od 7,5 i rosło stopniowo
do pH 3,5. Charakterystyka dynamiki uwalniania MDA z próbek kaw zielonych
i palonych w zależności od stopnia zakwaszenia zhydrolizowanych alkalicznie
próbek jest podobna, z tendencją trudniejszego uwalniania MDA z ziaren kaw
zielonych – rys. 5.
212
Optymalizacja warunków fizykochemicznych uwalniania i oznaczania …
Rys. 2. Zależność między ilością uwalnianego dialdehydu malonowego
a stopniem hydrolizy próbek kaw
Fig. 2. Dependence of released malone dialdehyde amounts on the hydrolysis degree
of coffee samples
Rys. 3. Zależność poziomu uwalnianego dialdehydu malonowego
od czasu hydrolizy próbek kaw
Fig. 3. Dependence of the level of released malone dialdehyde on the hydrolysis time
of coffee samples
213
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
Rys. 4. Zależność poziomu uwalnianego dialdehydu malonowego
od stopnia zakwaszenia zhydrolizowanych alkalicznie próbek kaw
Fig. 4. Dependence of the level of released malone dialdehyde on the acidification degree
of alkaline hydrolised coffee samples
Rys. 5. Zależność ilości uwalnianego dialdehydu malonowego
od objętości destylacji próbek kaw
Fig. 5. Dependence of the amount of released malone dialdehyde on the distillation volume
of coffee samples
Oddzielenie uwolnionego MDA w czystym klarownym roztworze ze zhydrolizowanych próbek kaw prowadzono w zestawie szklanym do destylacji
z parą wodną w ciągu średnio 15 min. Do objętości 100 cm3 odzyskuje się całkowitą ilość uwolnionego MDA. Wydajność i powtarzalność wyników destylacji jest identyczna dla próbek kaw palonych i zielonych. Roztwór po destylacji
poddawano reakcji z odczynnikiem TBA i oznaczano spektrofotometrycznie,
przy długości 530 nm.
214
Optymalizacja warunków fizykochemicznych uwalniania i oznaczania …
Zawartości MDA w wartościach bezwzględnych, tj. w liczbach TBA, oznaczone w kawach palonych i zielonych w warunkach optymalnych porównano
z jego zawartością w trzech asortymentach kakao – rys. 6. Kawy zawierały od 5krotnie do ponad 12-krotnie więcej MDA niż produkty kakaowe – rys. 6. Najwyższe zawartości występowały w kawie Maxwell House 73,6 mg MDA/kg
produktu, niższe w kawie Jacobs Krönung 31,0 mg MDA/kg, kakao średnio
6,0 mg MDA/ kg.
Lic z ba T B A
80
70
73,6
60
50
45,8
40
37,4
30
31,0
32,1
20
10
0
5,25
5,5
7,2
kakao D eco
kakao
kakao
ka wa Jacobs
ka wa Taka
kawa A stra
Moreno
Naturalne
Ho le nderskie
Krönung
C za rna
Orient
ka wa zie lo na ka wa Maxwell
House
Rys. 6. Porównanie zawartości MDA w kawie i kakao
Fig. 6. Comparison of MDA content in coffee and cocoa
Wnioski
1. Maksimum absorbancji w próbkach ziarna kaw zielonych uzyskanych metodą tiobarbiturową z hydrolizą alkaliczną wystąpiło w paśmie 530 nm,
w kawach palonych w dwóch zakresach 440 i 530.
2. Za optymalne warunki fizykochemiczne uwalniania MDA podczas hydrolizy próbek kaw palonych przyjęto stężenie roztworu NaOH 0,30 N i 0,35 N
dla ziarna kaw zielonych, w czasie 30 min we wrzącej łaźni wodnej.
3. Optymalne uwalnianie MDA zachodzi przy pH 2,0 i zastosowaniu destylacji
pośredniej z parą wodną.
4. Destylat o objętości 100 cm3 pozwala na odzyskanie 100% MDA z próbek
kaw palonych i z ziarna kaw zielonych.
5. Ziarna kaw zielonych i palonych po procesie pirolitycznej produkcji i składowania zawierają 5-krotnie do 12-krotnie wyższe ilości MDA niż produkty
kakaowe.
215
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
Literatura
1. Bartosz G.: Fizjologia i patologia reaktywnych form tlenu. Wszechświat 98/09/, 228–229, 1997.
2. Błoniarz J., Zaręba S.: Badania zawartości wybranych składników mineralnych w kawach naturalnych i naparach kawowych. Bromat Chem.
Toksykol. 33/03/, 241–249, 2000.
3. Bonenberg K.: Z kofeiną liczy się lepiej. Aura 4, 26–27, 1995.
4. Budzyńska H., Budzyński T.: Towaroznawstwo dla handlu zagranicznego. PWSZ, Warszawa 1969.
5. Buliński R., Błoniarz J.: Badania zawartości niektórych pierwiastków
śladowych w kawach naturalnych typu instant. Broma. Chem. Toksykol. 31/03/, 219-224, 1998.
6. Carattini S., Caffeine, coffee and health. Acad. Press. New York 1993.
7. Cholesterol – free butter for the healthy eater? Dairy Industries International 55/06/, 37–38, 1990.
8. Goller K.: Kawa nie tylko do picia. Kwietnik. 1, 4–8, 1996.
9. Gonet B.: Kawa a stres oksydacyjny. Żyw. Człow. Metab. 25/04/, 397–
402, 1998.
10. Gonet B.: Wolnorodnikowe właściwości kawy. Żyw. Człow. Metab.
21/01/, 49–52, 1994.
11. Grey J.: Coffeine, coffee and health. Nutrition and Food Sci. 6,314–317,
1998.
12. Kolanowski W.: Kawa, charakterystyka i znaczenie zdrowotne. Żywn.
Żyw. Zdrow. 07/03/, 305–309, 1998.
13. Kolanowski W.: Kawa i herbata – korzyści i zagrożenia. Agri. Pisma
SGGW 34, 16–18, 1997.
14. Lempka A. i inni: Towaroznawstwo produktów spożywczych. PWE
Warszawa, 1985.
15. Lenart B.: Od zielonej do palonej. Przegl. Gastro. 53/11/, 10–12, 2000.
16. Lenart B.: Od zielonej do palonej. Przegl. Gastro. 53/12/, 14–16, 2000.
17. Lenart B.: System zapewnienia jakości przy produkcji kawy Tchibo.
Żywn. Technol. Jakość 2, 81–85, 1995.
18. Leszczyńska T.: Azotany i azotyny w herbacie, kawie oraz kakao. Bromatol. Chem. Toksykol. 27/04/, 327–330,1994.
19. Liedtke A.J., Mahart C.Q., Ytrehus K., Mjøs O.D.: Estimates of freeradical production in rat and swine hearts method and application of
measuring malondialdehyde levels in fresh and frozen myocardium.
Basic Res. Cardial. 79/5/, 513–518, 1984.
20. Łuków M.: Kawa. Kuchnia. 5, 76–79, 1999.
216
Optymalizacja warunków fizykochemicznych uwalniania i oznaczania …
21. Masłowska J., Bielawska M.: Badanie poziomu amin aromatycznych
w wybranych produktach spożywczych. Roczn. PZH. 46/04/, 357–361,
1995.
22. Mastalerz P.: Chemia organiczna. Wyd. Chemi. Wrocław 2000.
23. Matyjaszczyk E.: Czynniki kształtujące jakość kawy mielonej. Przem.
Spoż. 1, 26–28, 2001.
24. Mazzafera P.: Chemical composition of defective coffee beans. Food
chemistry. 64/04/, 547–554, 1999.
25. Oszmiański J.: Polifenole jako naturalne przeciwutleniacze w żywności.
Przem. Spoż. 3, 94–96, 1995.
26. Panasenko O.M., Volnova T.V., Azizova O.A., Vladimirov Y.A: Free
radical modification of lipoproteins and cholesterol accumulation in
cells upon atherosclerosis. Free Radical Biol. Med. 10/2/, 137–148,
1991.
27. Rum L.: Mocna, czarna, wyzywająca. Przegląd Gastronomiczny 1, 12–
14, 1998.
28. Sieniarska E.: Ekologia w małej czarnej. Ekoland. 5, 22, 1997.
29. Steinbrich J. Ciekawostki nie tylko dla kawiarzy. Wiad. Ziel. 36/09/,
21–23, 1994.
30. Stranc A., Sławińska H.: Ocena zawartości związków drażniących
w niektórych kawach naturalnych. Przem.Spoż. 9, 254–255, 1993.
31. Stranc A., Łuczak H.: Obniżenie zawartości 5-hydroksytryptamidów
kwasów karboksylowych gwarancją jakości ekstraktów kawowych.
Żywność. Technologia. Jakość. 2/03/, 128–129, 1995.
32. Stranc A.: Astra – kawa naturalna dla wszystkich. Nauka i Przyszłość.
9, 9, 1993.
33. Stranc A.: Astra – naturalna kawa o zmniejszonej zawartości związków
drażniących. Przem. Spoż. 3, 76–77, 1993.
34. Stranc A.: Astra – zdrowa kawa. Przeg. Gastr. 8, 9–10, 1995.
35. Stranc A.: Bezpieczna kawa. Nauka i Przyszłość 9, 5, 1994
36. Stranc A.: Znak profilaktyki cholesterolowej dla kawy Astra. Przem.
Spoż. 7, 210–211, 1994.
37. Szostak W.B.: Dlaczego wybieramy kawę Astra. Por. Gosp. 02, 34,
1998.
38. Walisiak M.: Kawa. Kuchnia 5, 74–75, 1996.
39. Witas T.: Biogenne i abiogenne oddziaływanie malonianów w paszach,
żywności i w organizmach żywych, Med. Wet. 35/1/, 29–32, 1979.
40. Witas T.: Biologiczne konsekwencje abiogennych oddziaływań pochodnych malonylowych i udział antyutleniaczy w międzyreakcjach malonianów, Med. Wet. 35/3/, 186–189, 1979.
217
Tadeusz Witas, Monika Kiszka
41. Witas T.: Międzyreakcje malonianów z aminokwasami, białkami, enzymami i innymi związkami odżywczymi. Med. Wet. 2, 101–105, 1979.
42. Witas T.: Zmiany oksydacji tłuszczowców oraz opracowanie nowej metody uwalniania dwualdehydu malonowego z użyciem hydrolizy alkalicznej i reakcji tiobarbiturowej jako miernika wartości użytkowej surowców, produktów spożywczych, paszowych i technicznych. Zeszyty
Naukowe WSM nr 4, Szczecin 1973.
43. Witas T.: Powstawanie dialdehydu malonowego i jego hipotetyczna
kondensacja do postaci struktur policyklicznych węglowodorów aromatycznych oraz steranu. Zeszyty Naukowe WSM, nr 54, Szczecin 1997.
44. Włodarczyk H.: Koffeina a dzieci. Biul. Inf. Przem. Kon. Spoż. 38/3/,
5–8,1998.
45. Worhmann R., Hojabr-Kalaki B.: Volatile minor acids in coffee. Deutsche Lebensmittel – Rundschau. 93/06/, 191–194, 1997.
46. Ziemlański S.: Wpływ wegetariańskiego sposobu żywienia na lipidy
osocza i procesy peroksydacyjne. Aktywność enzymów antyoksydacyjnych i poziomu TBARS u wegetarian. Żyw. Człow. Metab. 22/3/, 215–
220, 1995
Wpłynęło do redakcji w październiku 2006 r.
Recenzent
prof. dr hab. Ludmiła Stodolnik
218