TERMO ESTABILIDAD DE COMPUESTOS BIOACTIVOS DURANTE EL PROCESO DE TOSTADO DE GRANOS DE CAFÉ

TERMO ESTABILIDAD DE COMPUESTOS BIOACTIVOS DURANTE
EL PROCESO DE TOSTADO DE GRANOS DE CAFÉ.
Resumen
Se investigó el efecto de las condiciones de tostado sobre algunas
características fisicoquímicas de los granos de café como el color, el índice
de pardeamiento, el hidroximetilfurfural (HMF), la cafeína, los ácidos
fenólicos y la capacidad antioxidante. La termo estabilidad del ácido
clorogénico y la cafeína se investigó mediante la ecuación de
Arrhenius. Además, se aplicó el análisis de componentes principales (PCA)
para revelar la relación entre los perfiles fenólicos, el índice de pardeamiento
y la capacidad antioxidante del café. El ácido clorogénico fue el principal
compuesto fenólico en los granos de café. Disminuyó gradualmente de
34,181 a 2,584 mg / g de muestra durante el tostado a 220 ° C durante 40
min. El ácido gálico, el ácido cafeico y el HMF aumentaron al inicio del
tiempo de tostado y disminuyeron después. La capacidad antioxidante del
café verde mostró la mayor capacidad antioxidante. Dos componentes
principales, (PC1 y PC2) con valores propios de 5,89 y 2,5 respectivamente,
que demostraron el 93,35% de la varianza total en el conjunto de datos. Por
tanto, la forma primordial de reservar un buen nivel de compuestos fenólicos
en paralelo con un buen sabor es tostar el café a 180 ° C durante 20 min o
220 ° C a 10 min.
Palabras clave
Ciencia de los Alimentos
Análisis de alimentos
Tecnología de los Alimentos
Granos de café
Actividad antioxidante
Ácido fenólico
Asado
1. Introducción
El café es una bebida común en todo el mundo y su consumo aumenta
continuamente. Coffea Arabica y Coffea Canephora son las especies de café
populares, que representan entre el 40% y el 60% de la producción mundial
de granos de café ( Jeszka-Skowron et al., 2015 ). Los granos de café verde
contienen varios compuestos fenólicos que exhiben capacidad antioxidante,
como los ácidos clorogénico, cafeico, ferúlico y cumarico ( Liang y Kitts,
2016 ). El ácido clorogénico es el ácido fenólico más abundante en los
granos de café verde. La forma principal de ácido clorogénico es el ácido 5-
O-cafeoilquínico, que consiste en ácido cafeico esterificado con ácido
quínico ( Moon et al., 2009 ; Moreira et al., 2015). La presencia de derivados
del ácido clorogénico unidos covalentemente en el café da como resultado
reacciones de condensación de nitrógeno-fenol de alto peso molecular,
generadas por los productos de reacción de Maillard durante el proceso de
tostado ( Liang y Kitts, 2016 ).
El tostado del café es un proceso térmico que cambia las características
químicas y físicas de los granos de café verde. Los factores más importantes
del proceso de tostado son el tiempo y la temperatura ( Baggenstoss et al.,
2008 ; Fisk et al., 2012 ; Gloess et al., 2014 ). Las variaciones en estas dos
condiciones durante el tostado afectarán directamente el contenido de
humedad, carbohidratos, proteínas y ácido fenólico. En consecuencia,
afectan la caramelización, las reacciones de Maillard, la oxidación, la
pirólisis y la formación de color y aroma, que son importantes para satisfacer
las necesidades de los consumidores ( Sunarharum et al., 2014 ; Liu et al.,
2016 ).
Se han utilizado diferentes enfoques para evaluar el grado óptimo de
tostado. Estos incluyen el desarrollo del color, la degradación térmica del
ácido clorogénico y la generación de melanoidinas a través de reacciones de
Millard ( Baggenstoss et al., 2008). El presente estudio tiene como objetivo
optimizar las condiciones del proceso de tostado (como tiempo y
temperatura) mediante el estudio de su efecto sobre los perfiles fenólicos,
cafeína, hidroximetilfurfural (HMF), índice de pardeamiento (BI) y
capacidad antioxidante del café tostado. Además, la estabilidad térmica de
los compuestos predominantes en los granos de café; La cafeína y el ácido
clorogénico se investigaron utilizando la ecuación de Arrhenius para calcular
la energía de activación (Ea), la tasa constante (K) y los valores D. Se aplicó
el análisis de componentes principales (PCA) para revelar la relación entre
los perfiles fenólicos, el índice de pardeamiento y la capacidad antioxidante
del café.
2. material y métodos
2.1. Material y químicos
Los granos de café verde, Coffea Arabica, cultivados en Etiopía, se
obtuvieron de El-Orouba Coffee Company, El Cairo, Egipto. El proveedor
confirmó el origen geográfico de la muestra y su tipo. Ácido gálico, ácido
clorogénico, ácido cafeico, ácido cinámico, ácido ferúlico, cafeína pcumárica, HMF y Folin-Ciocalteu, DPPH (2,2-difenil-1-picril-hidrazilo),
ABTS (2,2-azino- bis (ácido 3-etil-benotiazolina-6-sulfónico), TPTZ (2, 4,
6-tripiridil-s-triazina) y carbonato de sodio se adquirieron en Sigma-Aldrich
Chemical Co. Inc. (Louis, EE. UU.). HPLC- se adquirieron acetonitrilo y
metanol de calidad de Tedia Company, Inc., Fairfield, OH 45014, EE. UU.
En todos los experimentos se usó agua ultrapura de un sistema Milli-Q
(Millipore, Bedford, MA, EE.UU.).
2.2. Asado
Se pesaron tres lotes de granos de café (400 g) y cada lote se dividió en cuatro
subgrupos, 100 g cada uno. El proceso de tostado de los granos de café verde
se llevó a cabo utilizando un horno de secado (Thermo Scientific, tipo
Heratherm OMS60, Alemania) como una sola capa a diferentes temperaturas
(160 ° C, 180 ° C y 220 ° C) durante 10, 20, 30 y 40 min de mantenimiento
a cada temperatura para cubrir los tres niveles básicos de tostado: claro,
medio y oscuro ( Somporn et al., 2011 ; Pokorná et al., 2015 ). Los granos
de café verde se utilizaron como muestra de control. Todas las muestras de
granos de café tostados se molieron usando un molino eléctrico (Molino de
laboratorio Thomas Wiley Modelo 4) y se mantuvieron a -20 ° C hasta el
análisis.
2.3. Atributos de color
Los atributos de color de las muestras de café se midieron usando un
espectro-colorímetro con la escala de colores CIE (Hunter, Lab scan XE) de
acuerdo con la Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) (1976) . El
instrumento se estandarizó frente a la baldosa blanca del estándar de color
Hunter Lab (LX No.16379): X = 77.26, Y = 81.94 y Z = 88.14. Se
informaron los valores L ∗, a ∗ y b ∗. La diferencia de color total (ΔE) se
calculó como la siguiente ecuación:(1) ΔE = [(ΔL ∗) 2 + (Δa ∗) 2 + (Δb
∗) 2 ] 0.5
2.4. Preparación de extractos de café
Los extractos se prepararon según el método descrito por Budryn et
al. (2009) . Brevemente, se extrajeron muestras de café molido verde y
tostado con agua caliente (75 ° C), con una relación de extracción de 1:20, y
se homogeneizaron durante 5 min utilizando un baño ultrasónico
(WiseClean, Corea). A continuación, las muestras se centrifugaron a 7000
rpm durante 15 min. Las muestras se filtraron con papel de filtro Whatman
No. 2. La extracción se repitió dos veces para cada muestra como en los
pasos anteriores.
2.5. Análisis cromatográfico de compuestos fenólicos, HMF y cafeína
El análisis cromatográfico de compuestos fenólicos, HMF y cafeína se llevó
a cabo utilizando un sistema HPLC modelo 1100 (Agilent Technologies, CA,
EE. UU.) Equipado con una bomba cuaternaria, un inyector de muestreo
automático y un detector de matriz de diodos (DAD) según Kim et al.
Alabama. (2006)con alguna modificación. Se inyectaron diez microlitros de
muestras en una columna Agilent Eclipse XDB C18 (150 × 4,6 μm; 5 μm)
mantenida a 35 ° C. El gradiente de elución consistió en acetonitrilo
(disolvente A) y ácido acético al 2% en agua (disolvente B) a un caudal de
0,8 ml / min. La elución se inició al 0% de disolvente A; el porcentaje de
disolvente A se aumentó al 15% en 30 min, luego al 50% en 20 min y
finalmente al 100% durante 5 min. Hubo 10 minutos de post-ejecución para
reacondicionamiento. El DAD se ajustó a 254 nm para la cafeína, 280 nm
para HMF y 280, 320 y 360 nm para los derivados del ácido benzoico y
cinámico, respectivamente. La identificación y cuantificación de los
compuestos diana se realizó haciendo coincidir los tiempos de retención y
las áreas de los picos con los de los estándares.
2.6. Índice de tostado
La absorbancia de la solución diluida cinco veces de las infusiones de café
se midió a 420 nm usando un espectrofotómetro UV-VIS (Labomed Inc.,
EE.UU.) como describen Chung et al. (2013) .
2.7. Determinación del contenido fenólico total
El contenido fenólico total (TPC) se determinó según el procedimiento de
Folin-Ciocalteu ( Zilic et al., 2012 ). Brevemente, se pipeteó una alícuota de
50 μL del extracto en un tubo de ensayo y se ajustó a 3,5 ml con agua
destilada. Luego, se agregaron 250 μL de reactivo de FolinCiocalteu. Después de 5 min, la mezcla se neutralizó con 1,25 ml de solución
de carbonato de sodio (Na2CO3) al 20%. La absorbancia se midió a 725 nm
frente al blanco de disolvente después de 40 min de incubación en la
oscuridad a temperatura ambiente. El contenido fenólico total se determinó
mediante una curva de calibración preparada con ácido clorogénico y
expresada en miligramos de ácido clorogénico equivalente (mg CAE) por
gramo de muestra de grano de café.
2.8. Determinación de la capacidad antioxidante de extractos.
2.8.1. Determinación de la capacidad de captación de radicales DPPH
La capacidad de captación de radicales libres de los extractos se determinó
utilizando el DPPH ∗ estable según Hwang y Do Thi (2014) . Se mezclaron
alícuotas de 50 µl de extractos con 2,95 ml de 200 µM de DPPH ∗. La
absorbancia se midió a 517 nm frente a metanol puro después de 1 h de
incubación en la oscuridad. La curva estándar se preparó utilizando
Trolox. Los resultados se expresaron como miligramos de equivalente de
Trolox (mg TE) por gramo de muestra de grano de café.
2.8.2. Determinación de la capacidad de captación de radicales ABTS
Las soluciones madre de reactivo ABTS ∗ se prepararon de acuerdo
con Hwang y Do Thi (2014) haciendo reaccionar cantidades iguales de una
solución acuosa 7 mM de ABTS ∗ con persulfato de potasio 2,45 mM
durante 16 ha temperatura ambiente en la oscuridad. La solución de trabajo
se preparó luego diluyendo 1 ml de solución ABTS ∗ con 60 ml de etanol:
agua (50:50, v / v) para obtener una absorbancia de 1,0 ± 0,02 unidades a
734 nm usando el espectrofotómetro. Los extractos (50 µl) se hicieron
reaccionar con 4,95 ml de la solución de ABTS ∗ durante 1 h en condiciones
de oscuridad. Luego se tomó la absorbancia a 734 nm. La curva estándar se
preparó utilizando Trolox. Los resultados se expresaron en miligramos de
equivalente de Trolox (mg TE) por gramo de muestra de grano de café.
2.8.3. Ensayo de potencia de capacidad reductora férrica (FRAP)
El ensayo FRAP se determinó de acuerdo con Hwang y Do Thi (2014). Las
soluciones madre incluían tampón acetato 300 mM (3,1 g de acetato de sodio
trihidratado y 16 ml de ácido acético glacial, pH 3,6), solución de TPTZ 10
mM en HCl 40 mM y solución de cloruro férrico (FeCl3.6H2O) 20 mM. La
nueva solución de trabajo se preparó mezclando 25 ml de tampón acetato,
2,5 ml de solución de TPTZ, 2,5 ml de solución de FeCl3.6H2O; luego, la
solución de FRAP se calentó a 37 ° C antes de usarla. Se permitió que los
extractos (50 μL) reaccionaran con 3,95 ml de la solución de FRAP durante
30 min en la oscuridad. la absorbancia del producto coloreado se registró a
593 nm. La curva estándar se trazó midiendo la absorbancia de soluciones
estándar Trolox a la misma longitud de onda. Los resultados se expresaron
en miligramos de equivalente de Trolox (mg TE) por gramo de muestra de
grano de café.
2.9. Parámetros de termoestabilidad
Los parámetros de termoestabilidad se realizaron mediante cinéticas de
primer orden como lo describen Nisha et al. (2005) usando regresión lineal
entre Ln (Ct / C0) versus 't', para calcular la tasa de constante (K), donde C0
y Ct son el valor cuantitativo del componente considerado en el tiempo cero
y el tiempo t (min), respectivamente. Además, la energía de activación se
calculó mediante la ecuación de Arrhenius como se indica a continuación:(2)
k = A0 exp (-Ea / RT) Donde, k (constante de velocidad), A0 es una constante
de frecuencia (1 / min), R es una constante igual a 8.314 J / mol-K y Ea es la
energía de activación (KJ / mol) y T es la temperatura absoluta.
2.10. análisis estadístico
El ANOVA y las pruebas de rango múltiple de Duncan se realizaron para el
análisis estadístico utilizando programas informáticos Assistat ( Silva y
Azevedo, 2006 ). Los valores de (p <0,05) se consideraron estadísticamente
significativos. El modelo de PCA se realizó utilizando el XLStat (2007) .
3. Resultados
3.1. Efecto del tostado sobre los atributos físico-químicos de los granos de
café
3.1.1. Color, índice de pardeamiento y HMF
El color es la principal característica física de los productos alimenticios, ya
que influye en la aceptabilidad del consumidor ( Merken et al., 2001 ). El
color del café es un indicador importante para controlar y determinar la
calidad del proceso de tostado del café ( Saklar et al., 2001 ). Los efectos del
tiempo y la temperatura de tostado sobre los parámetros de Hunter L, a ∗, b
∗ y ΔE, así como el índice de tostado y el HMF se muestran en la Tabla 1 . El
parámetro L ∗ de los granos de café disminuyó a medida que aumentaba el
tiempo y la temperatura del proceso de tostado ( Cuadro 1). El valor L ∗ de
los granos de café disminuyó de 64,30 para los granos de café verde a 36,68
y 30,30 después de 40 min de tostado a 160 y 180 ° C,
respectivamente. Además, los granos de café tostados a 220 ° C mostraron
valores de L ∗ drásticamente reducidos (21,48). Por otro lado, los parámetros
a ∗ y b ∗ que indican enrojecimiento y amarilleamiento, respectivamente,
aumentaron al inicio del tiempo de tostado y disminuyeron después. El valor
más alto de a ∗ (14.29) a 160 ° C se observó después de 30 min, mientras
que fue de 14.31 y 13.76 después de 20 min a 180 y 220 ° C, respectivamente
( Tabla 1 ). Se observó una extensión similar del parámetro b ∗, pero el valor
máximo (32,24) a 160 ° C se registró después de 20 min, mientras que fue
32,70 y 30,22 después de 10 min a 180 y 220 ° C, respectivamente. En
general, el valor ΔE ( Ec. 1) del café tostado aumentó significativamente al
aumentar el tiempo y la temperatura de tostado. El valor ΔE más alto (44,79)
de las muestras de café se observó durante el tostado a 220 ° C durante 40
min. Los resultados obtenidos están muy cerca de los parámetros cromáticos
previamente reportados por Bicho et al. (2012) para café en polvo Arábica y
Robusta tostado a 200–240 ° C durante 5–12 min.
Las disminuciones significativas en los valores L ∗ y los aumentos en los
valores a ∗, b ∗ y ΔE con el aumento del tiempo y la temperatura de tostado
podrían deberse a la formación de pigmentos marrones a través del
pardeamiento no enzimático (reacción de Maillard) y la degradación de
fosfolípidos, así como oxidación térmica de polifenoles ( Budryn et al.,
2009 ; Patras, Brunton, O'Donnell y Tiwari, 2010 ). Los resultados
obtenidos de L ∗, a ∗, b ∗ y ΔE fueron similares a los reportados previamente
por Budryn et al. (2009) y Chung et al. (2014) .
La Tabla 1 también muestra que el índice de pardeamiento (Abs420) de los
granos de café tostados. Aumentó significativamente (p <0.05) al aumentar
el tiempo y la temperatura de tostado. El índice de pardeamiento aumentó de
0,068 para los granos sin tostar a 0,455, 0,464 y 0,615 para los granos de
café tostados durante 40 min a 160, 180 y 220 ° C, respectivamente. El
aumento del índice de pardeamiento (Abs420) podría atribuirse al aumento
del tiempo y la temperatura de tostado, lo que da como resultado una mayor
formación de pigmento marrón a través de reacciones de Maillard y
oxidación térmica ( Patras, Brunton, O'Donnell y Tiwari, 2010 ).
El hidroximetilfurfural es el compuesto furánico más intermedio durante la
reacción de Millard. El HMF se forma como resultado de la descomposición
térmica de azúcares hexosas en condiciones ácidas y puede causar un
aumento en el color marrón del producto alimenticio procesado
térmicamente ( Shapla et al., 2018 ). La formación de HMF durante el
tostado del café se presenta en la Tabla 1.. A 160 ° C, el HMF aumentó
gradualmente durante el tostado hasta 0,32 mg / g después de 40 min,
mientras que a 180 ° C la concentración máxima de HMF (0,34 mg / g) se
formó después de 20 min y luego disminuyó. A 220 ° C, el HMF aumentó a
0,30 mg / g después de 20 min con una degradación rápida de hasta 40 min
donde la mayor parte del HMF se descompuso aún más (0,04 mg / g). La
degradación de HMF puede deberse a la reacción entre compuestos furánicos
y productos de degradación de aminoácidos o condensarse con aldoles y
polímero libre de nitrógeno para generar compuestos aromatizantes y
melanoidinas con diferente peso molecular ( Hofmann, 1998 ).
3.1.2. Perfil fenólico del café verde y tostado
Los perfiles fenólicos de extractos de granos de café que incluyen ácido
gálico, pirocatecol, ácido clorogénico, ácido cafeico, ácido p -cumárico,
quercetina y kaempferol se presentan en la Tabla 2.. El ácido clorogénico
dominó los compuestos fenólicos en las muestras de granos de café (34,181
mg / g de muestra fresca). La concentración de este ácido se redujo
drásticamente (2,584 mg / g de muestra) durante el tostado a 220 ° C durante
40 min. Los ácidos gálico y cafeico parecieron aumentar al comienzo del
tiempo de tostado y disminuyeron después. El ácido gálico alcanzó el
máximo a 160 ° C después de 30 min (0.384 mg / g), mientras que el ácido
cafeico alcanzó el máximo a la misma temperatura después de 20 min. La
misma tendencia se observó a 180 y 220 ° C, pero los valores máximos se
obtuvieron a los 20 y 10 min para los ácidos gálico y cafeico,
respectivamente. Esto podría deberse al hecho de que, durante el tostado, el
ácido clorogénico se degradó lentamente para aumentar los ácidos cafeico y
quínico. También,
(2012) y Galvez Ranilla, Genovese y Lajolo (2009) . Informaron que el
proceso de tostado puede provocar la liberación y degradación de algunos
compuestos
fenólicos
en
las
semillas. Además, Rakic
et
al. (2007) encontraron que un aumento de ácidos fenólicos como ácido
gálico, ácido ferúlico y p -cumárico puede haber ocurrido durante los
tratamientos térmicos de algunos frijoles comunes.
Los cambios en otros compuestos fenólicos como el ácido p -cumárico y el
ácido cinámico mostraron una disminución gradual durante el tostado, pero
su estabilidad térmica fue mayor en comparación con otros compuestos
fenólicos. La quercetina y el kaempferol solo se detectaron en el grano de
café verde y se destruyeron por completo en todas las muestras de café
tostado. Por el contrario, el pirocaticol, que no se encontró en el café verde,
se detectó en muestras de café tostado como un producto de degradación
derivado del ácido clorogénico. A partir de los resultados de la Tabla 2 ,
queda claro que la formación de pirocatecol se produjo en condiciones de
tostado drásticas. El mayor contenido de pirocatecol (0,186 mg / g) se
encontró en los granos de café durante el tostado a 220 ° C durante 40
min. Previamente, Kamiyama et al. (2015)reportaron la formación de
pirocatecol en café tostado a 250 ° C. Además, Funakoshi-Tago et
al. (2020) informaron que se detectó pirocatecol como descomposición del
ácido clorogénico al tostar los granos de café.
El contenido de cafeína de las muestras de café verde y tostado varió en un
rango estrecho de 9,880 mg / g en granos de café verde a 11,87 mg / g de
café tostado a 220 ° C / durante 40 min ( Tabla 2 ). El aparente incremento
de cafeína podría deberse principalmente a su termoestabilidad y la pérdida
de masa de compuestos termolábiles durante el proceso de tostado. Además,
la resistencia térmica de la cafeína fue más alta que la de los ácidos
clorogénico y cafeico durante las condiciones de tostado ( Crozier et al.,
2012 ; Liu y Kitts, 2011 ). La termoestabilidad de la cafeína puede deberse a
su punto de fusión más alto (238 ° C) que el clorogénico (207 ° C) y el ácido
cafeico (223 ° C). Estos resultados están de acuerdo con los hallazgos
previos de Hecimovic et al. (2011). Confirmaron que el contenido de cafeína
de todas las muestras de café tostado era termoestable a diferentes
temperaturas y tiempos de tostado.
3.1.3. Contenido fenólico total y capacidad antioxidante del café verde y
tostado
3.1.3.1. Contenido fenólico total (TPC)
Los compuestos fenólicos han recibido una atención considerable debido a
sus capacidades antioxidantes potenciales y su capacidad de captación de
radicales libres, que son beneficiosas para la salud humana ( Lopez-Velez et
al., 2003 ; Li et al., 2006 ; Govindarajan et al., 2007 ). En general, el TPC
disminuyó gradualmente con el aumento de la temperatura y el tiempo de las
condiciones de tostado. Los granos de café verde contenían 52,79 mg CAE /
g, que disminuyeron significativamente a 43,72 y 42,98 mg CAE / g café
tostado a 160 y 180 durante 40 min, respectivamente. En el caso del café
tostado a 220 ° C, esta tendencia fue aún más pronunciada, el TPC disminuyó
a 30,93 mg CAE / g ( Cuadro 3 ). Estos resultados podrían deberse a la mayor
degradación del ácido clorogénico a temperaturas más altas (Tabla 2 ). Estos
resultados concuerdan con los reportados previamente por Somporn et
al. (2011) y Pokorna et al. (2015) , quienes encontraron que el TPC de los
granos de café disminuye gradualmente durante el tostado.
3.1.3.2. Capacidad antioxidante del café verde y tostado
La capacidad antioxidante de las muestras de café tostadas a diferentes
temperaturas y tiempos, medida por el ensayo DPPH, ABTS y FRAP, se
presenta en la Tabla 3.. Los granos de café verde mostraron una mayor
actividad antioxidante (p <0.05) que las muestras tostadas en todas las
condiciones de tostado. La capacidad antioxidante de los granos de café
disminuyó significativamente al inicio del proceso de tostado. Por ejemplo,
los valores de ABTS fueron 55,32, 55,76 y 60,95 mg de TE / g de granos de
café tostados durante 10 min a 160, 180 y 220 ° C, respectivamente, en
comparación con 63,80 mg de TE / g de granos de café verde. A 160 ° C, los
valores de ABTS aumentaron gradualmente durante el tostado a 59,21 mg
de TE / g de granos de café tostados durante 40 min. A 180 ° C, los valores
de ABTS aumentaron hasta 63,14 mg de TE / g de granos de café tostados
durante 30 minutos y luego disminuyeron. Se observó una tendencia
diferente a 220 ° C ya que los valores de ABTS disminuyeron gradualmente
durante el tostado. Los valores de DPPH y FRAP mostraron la misma
tendencia ( Tabla 3 ). Resultados similares fueron observados por Del
Castillo, Ames y Gordon (2002) . Descubrieron que los valores de ABTS
de Coffea arabica aumentaron durante los niveles de tueste ligero y
medio. Además, varias investigaciones demostraron que la capacidad
antioxidante del café aumentaba con el tostado hasta cierto punto
( Cämmerer y Kroh, 2006 ; Sacchetti et al., 2009 ). Los cambios en la
capacidad antioxidante de los granos de café al tostar están asociados con la
degradación del ácido clorogénico y la formación de productos de reacción
de Maillard que exhiben capacidad antioxidante. La ocurrencia de
reacciones de Maillard durante el proceso de tostado del café se atribuyó a
interacciones no covalentes entre compuestos fenólicos y melanoidinas para
producir complejos que tienen diversos grados de capacidad antioxidante
(Wolfe y Liu, 2007 ). El presente estudio encontró una capacidad
antioxidante similar para el café tostado a 160 y 180 ° C durante 40 min y el
café verde, mientras que la mayor capacidad antioxidante (p <0,05) se
encontró en el café tostado a 220ºC durante 30 o 40 min.
3.2. Cinética de degradación de clorogénico y cafeína durante el tostado
Comprender los parámetros de degradación térmica y termoestabilidad de
los compuestos bioactivos en los granos de café es importante para optimizar
su calidad nutricional y sensorial ( Chung et al., 2013 ). En este sentido, se
evaluó la cinética de degradación de la cafeína y clorogénico durante el
proceso de tostado del café. Se trazó la cinética de Arrhenius de primer orden
( Ec. 2 ) con la regresión lineal para calcular la constante de velocidad de
reacción y la energía de activación, así como el tiempo de reducción decimal
del ácido clorogénico y la cafeína durante el tostado del café a diferentes
temperaturas y tiempos. Los resultados de los parámetros cinéticos se
presentan en la Tabla 4 . La energía de activación del ácido clorogénico y la
cafeína fueron 26.023 y 10.032 kJ mol -1, respectivamente. Además, los
valores de D del ácido clorogénico fueron 94,340, 54,945 y 38,023 min en
comparación con 666,667, 526,316 y 454,545 min para la cafeína a 160, 180
y 220 ° C, respectivamente.
La
energía de activación es la cantidad mínima de energía requerida para
promover una reacción química. Una reacción química comienza cuando las
moléculas se exponen a una energía igual o mayor que la energía de
activación. Por lo tanto, la energía de activación demuestra el efecto de la
temperatura sobre la velocidad de la reacción química. Varias
investigaciones aplicaron la ecuación de Arrhenius ( Ec. 2 ) para el cálculo
de la energía de activación. Entre ellos, Vargas-Elías (2016) informó que la
energía de activación fue de 52,27 kJ mol -1 para iniciar la pérdida de masa
durante el tostado del café. Además, la energía de activación para la
degradación del ácido clorogénico durante el tostado del café fue de 44,4 kJ
mol -1 ( Perrone et al., 2010 ).
El ácido clorogénico ajustado cinética de primer orden a diferentes
temperaturas (160, 180 y 220 ° C) mostró un buen coeficiente de correlación
(R 2 ) que varió de 0,991 a 0,999, dependiendo de la temperatura. Además,
el café tostado mostró una degradación lineal del ácido clorogénico con el
tiempo y las temperaturas. Generalmente, el tostado de café a 220 ° C mostró
una mayor tasa de degradación clorogénica que las muestras tostadas a 180
y 160 ° C. Diviš et al. Observaron un hallazgo similar . (2019) y Kamiyama
et al. (2015) . Informaron que el aumento del tiempo de tueste a altas
temperaturas proporciona una mayor degradación de los ácidos clorogénico
y cafeico.
El análisis de componentes principales se utiliza para interpretar las
relaciones entre ácido clorogénico, ácido cafeico, fenoles totales,
capacidades antioxidantes, HMF, índice de pardeamiento y cafeína del café
verde y tostado. Dos componentes principales, PC1 y PC2 con valores
propios de 5,89 y 2,5 respectivamente, explicaron el 92,84% de la varianza
total en el conjunto de datos.
Como se muestra en la Figura 1, los ácidos cafeico y clorogénico exhibieron
un comportamiento similar. Mostraron una correlación positiva significativa
(r = 0,973) y una correlación negativa significativa con la cafeína y el índice
de pardeamiento (r = -0,9). Considerando PC1, los parámetros incluyen
CLA, CFA, TP, DPPH, ABTS y FRAP), que se presentaron en el lado
positivo de la Figura 1 , tenían una concentración más alta y se
correlacionaron con las condiciones de tostado leves y moderadas. Mientras
que el índice de cafeína (CFN) y el índice de pardeamiento (BI) (ubicado en
el lado negativo de la Figura 1 ) están correlacionados con las agresivas
condiciones de tostado. En esta preocupación, Souza & Benassi
(2012)aplicó el PCA para investigar el efecto del proceso de tostado sobre
los componentes químicos del café. Luego informó que los principales
parámetros de PC1 fueron el ácido clorogénico (correlación positiva) y la
cafeína (correlación negativa), y que PC2 se correlacionó con la degradación
del ácido clorogénico y el desarrollo de compuestos pardeantes. Además, el
biplot de PCA indicó que el contenido más alto de HMF estaba en las
muestras de café tostadas en condiciones moderadas (180 ° C a 20
min). Resultados similares fueron reportados por Diviš et al. (2019) .
Figura 1. Componente principal Análisis de parámetros físico-químicos
durante las condiciones de tueste. CFA-ácido cafeico, CLA - ácido
clorogénico, CFN- cafeína, TP - fenoles totales y BI – índice de
pardeamiento.
4. Conclusiones
El presente estudio investigó los cambios físico-químicos durante el proceso
de tostado del café (particularmente los ácidos fenólicos y la cafeína). En
general, el TPC disminuyó gradualmente con el aumento de la temperatura
y el tiempo de las condiciones de tostado. Los granos de café verde
mostraron una mayor capacidad antioxidante (p <0.05) que las muestras
tostadas en todas las condiciones de tostado. La resistencia térmica de la
cafeína fue mayor que en los ácidos clorogénico y cafeico. Las muestras de
café tostadas a 220 ° C mostraron una mayor tasa de degradación clorogénica
que las tostadas a 180 y 160 ° C. Los ácidos cafeico y clorogénico se
correlacionaron positivamente (r = 0,973), pero se correlacionaron
negativamente con la cafeína y el índice de pardeamiento con r = -0,9. Por
lo tanto, es primordial tostar el café de manera que se reserve un buen nivel
de ácido fenólico en paralelo con un buen sabor.
Declaraciones
Declaración de contribución del autor
Fathy M. Mehaya: Concibió y diseñó los experimentos; Realizó los
experimentos; Analicé e interpreté los datos; Reactivos, materiales,
herramientas de análisis o datos aportados; Escribió el artículo.
Ayman A. Mohammad: analizó e interpretó los datos; Reactivos, materiales,
herramientas de análisis o datos aportados; Escribió el artículo.
Declaración de financiación
Esta investigación no recibió ninguna subvención específica de agencias de
financiamiento en los sectores público, comercial o sin fines de lucro.
Declaración de disponibilidad de datos
Datos incluidos en el artículo / material complementario / referenciado en el
artículo.
Declaración de declaración de intereses
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
Información Adicional
No hay información adicional disponible para este documento.