Assessing polyphenols content and antioxidant activity in coffee beans according to origin and the degree of roasting
[Assessing polyphenols content and antioxidant activity in coffee beans according to origin and the degree of roasting]

STRESZCZENIE

Wprowadzenie. Kluczowym procesem w czasie produkcji kawy naturalnej jest etap prażenia, w wyniku którego pod wpływem wysokiej temperatury w ziarnach kawy zachodzą zmiany zawartości związków bioaktywnych, takich jak polifenole, powstają związki Maillarda, mające wpływ na ich właściwości sensoryczne oraz właściwości antyoksydacyjne. Zawartość tych związków może zależeć od rejonu upraw kaw, a także od zastosowanego procesu prażenia. 

Cel badań. Celem niniejszych badań była ocena zawartości polifenoli oraz aktywności antyoksydacyjnej kaw rodzaju Arabika pochodzących z różnych rejonów upraw, poddanych procesowi prażenia, stosowanych w warunkach przemysłowych, a także określenie jaki czas prażenia kawy jest najkorzystniejszy dla produktu z żywieniowego punktu
widzenia.

Materiał i metody. Materiał do badań stanowiły ziarna kawy naturalnej (100% Arabika) o różnym stopniu prażenia: lekko, średnio i mocno prażone, pochodzące z czterech różnych rejonów upraw: z Brazylii, Etiopii, Kolumbii i Indii. W pracy oznaczono zawartość polifenoli metodą spektrofotometryczną z wykorzystaniem odczynnika Folina-Ciocalteu’a oraz aktywność antyoksydacyjną przy zastosowaniu metody kolorymetrycznej z wykorzystaniem kationorodników ABTS+.

Wyniki. Przeprowadzone badania wykazały wpływ zarówno pochodzenia kaw, jak i procesu ich prażenia na zawartość polifenoli i ich właściwości antyoksydacyjne. Proces prażenia powodował degradację polifenoli ze względu na termolabilny charakter tych związków. Największą zwartość polifenoli zaobserwowano w kawie lekko prażonej, a wraz ze wzrostem stopnia prażenia zawartość polifenoli istotnie malała. W zależności od stopnia prażenia wynosiła odpowiednio 39,27-43,00 mg kwasu galusowego/g dla kaw słabo prażonych, 34,06-38,43 mg/g dla kaw średnio prażonych i 29,21-36,89 mg/g dla kaw mocno prażonych. Wykazano, że wraz ze wzrostem stopnia prażenia kawy następuje obserwuje się istotny wzrost aktywności antyoksydacyjnej. Kawy mocno prażone cechowały się wyższą aktywnością antyoksydacyjną niż słabo prażone. Można to tłumaczyć faktem, że w czasie prażenia zachodzą reakcje Maillarda, które prowadzą do powstania melanoidynów, związków o charakterze antyoksydacyjnym, które w znacznym stopniu kompensują ubytek polifenoli w czasie prażenia.

Wnioski. Zawartość polifenoli w ziarnach kawy Arabika oraz ich właściwości antyoksydacyjne zależą w znacznym stopniu od ich pochodzenia (rejonu uprawy). Proces prażenia powoduje znaczne (od 7,3% do 32,1%) obniżenie zwartości związków polifenolowych w kawach, co jest związane z termolabilnym charakterem tych związków. W wyniku prażenia właściwości przeciwutleniające kaw zostają istotnie zwiększone, pomimo znacznego spadku naturalnych przeciwutleniaczy. Z żywieniowego punktu widzenia najkorzystniejsze jest spożywanie kawy o krótkim lub średnim czasie prażenia.

ABSTRACT

Background. The roasting stage constitutes a key component in the manufacturing process of natural coffee because temperature elicits changes in bioactive compounds such as polyphenols and that Maillard-reaction compounds appear, thus affecting the product’s sensory and antioxidant properties. Actual contents of these compounds may depend on which region the coffee is cultivated as well as the extent to which the beans are roasted.

Objectives. To determine polyphenols content and antioxidant activity in the ‘Arabica’ coffee type coming from various world regions of its cultivation and which have undergone industrial roasting. Also to establish which coffee, taking into account the degree of roasting (ie. light, medium and strong), is nutritionally the most beneficial.

Materials and Methods. The study material was natural coffee beans (100% Arabica) roasted to various degrees, as aforementioned, that had been cultivated in Brazil, Ethiopia, Columbia and India. Polyphenols were measured in the coffee beans by spectrophotometric means based on the Folin-Ciocalteu reaction, whereas antioxidant activity was measured colourimetrically using ABTS+ cat-ionic radicals.

Results. Polyphenol content and antioxidant activity were found to depend both on the coffee’s origin and degree of roasting. Longer roasting times resulted in greater polyphenol degradation. The highest polyphenol concentrations were found in lightly roasted coffee, ranging 39.27 to 43.0 mg/g, whereas levels in medium and strongly roasted coffee respectively ranged 34.06 to 38.43 mg/g and 29.21 to 36.89 mg/g. Antioxidant activity however significantly rose with the degree of roasting, where strongly roasted coffee had higher such activity than lightly roasted coffee. This can be explained by the formation of Maillard-reaction compounds during roasting, leading then to the formation of antioxidant melanoidin compounds which, to a large extent, compensate for the decrease in polyphenols during roasting.

Conclusions. Polyphenols levels and antioxidant activities in the studied Arabica coffee beans that had undergone roasting depended on the cultivation region of the world. Longer roasting caused a significant decline in polyphenols compound levels (from 7.3% to 32.1%) in the coffee beans. Antioxidant activities of coffee increased with roasting, despite reduced levels of natural antioxidants. From a nutritional standpoint, the most favoured coffees are those lightly or medium roasted.