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

• Autorzy: Dybkowska E. , Sadowska A. , Rakowska R. , Debowska M. , Swiderski F. , Swiader K.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

PL

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.

Słowa kluczowe

EN

polyphenol content; antioxidant activity; coffee bean; roasting degree; Arabica coffee

• Wydawca: -
• Czasopismo: Roczniki Państwowego Zakładu Higieny
• Rocznik: 2017
• Tom: 68
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.347-353,fig.,ref.

Twórcy

autor

Dybkowska E.

• Chair of Functional Food and Commodities, Department of Functional Food, Ecological Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159C, 02-776 Warsaw, Poland

autor

Sadowska A.

• Department of Functional Food, Ecological Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159C, 02-776 Warsaw, Poland

autor

Rakowska R.

• Department of Functional Food, Ecological Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159C, 02-776 Warsaw, Poland

autor

Debowska M.

• Department of Functional Food, Ecological Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159C, 02-776 Warsaw, Poland

autor

Swiderski F.

• Department of Functional Food, Ecological Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159C, 02-776 Warsaw, Poland

autor

Swiader K.

• Department of Functional Food, Ecological Food and Commodities, Faculty of Human Nutrition and Consumer Sciences, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159C, 02-776 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Cämmerer B., Kroh L.W.: Antioxidant activity of coffee brews. European Food Research and Technology, 2006;223(4):469-474; doi: 10.1007/s00217-005-0226-4.
• 2. Cuong T.V., Ling L.H., Quan G.K., Tiep T.D., Nan X., Qing C.X., Linh T.L.: Effect of roasting conditions on several chemical constituents of vietnam robusta coffee. The Annals of the University Dunarea de Jos of Galati Fascicle VI – Food Technology 2014;38(2):43-56.
• 3. Duarte S.M.S., Abreu C.M.P., Menezes H.C., Santos M.H., Gouvêa C.M.C.P.: Effect of processing and roasting on the antioxidant activity of coffee brews. Ciência e Tecnologia de Alimentos Campinas, 2005;25(2):387-393; doi:10.1590/S0101-20612005000200035.
• 4. Esquivel P., Jiménez V.M.: Functional properties of coffee and coffee by-products. Food Research International, 2012;46(2):488-495; doi: 10.1016/j.foodres.2011.05.028.
• 5. Fabbri A., Cevoli C., Alessandrini L., Romani S.: Numerical modeling of heat and mass transfer during coffee roasting process. Journal of Food Engineering 2011;105(2):264-269; doi: 10.1016/j.jfoodeng.2011.02.030.
• 6. Ginz M., Balzer H.H., Bradbury A.G.W., Maier H.G.: Formation of aliphatic acids by carbohydrate degradation during roasting of coffee. European Food Research and Technology 2000;211(6):404-410; doi:10.1007/s002170000215.
• 7. Hallmann E., Ożga M., Rembiałkowska E.: The content of bioactive compounds in selected kind of coffee from organic and conventional production. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 2010;55(3):99-104 (in Polish).
• 8. Hecimovic I., Belscak-Cvitanovic A., Horzic D., Komes D.: Comparative study of polyphenols and caffeine in different coffee varietes affected by the degree of roasting. Food Chemistry 2011;129(3):991-1000 doi: 10.1016/j.foodchem.2011.05.059.
• 9. Kaiser N., Birkholz D., Colomban S., Navarini L., Engelhardt U.H.: A New Method for the Preparative Isolation of Chlorogenic Acid Lactones from Coffee and Model Roasts of 5-Caffeoylquinic Acid. J. Agric. Food Chem. 2013:61(28):6937-694; doi: 10.1021/jf4011356.
• 10. Langner E.: Diet and cancer risk – dietary fibre and melanoidins as functional food components. Medycyna ogólna, 2009;15(4):556-565 (in Polish).
• 11. Liu Y., Kitts D.D.: Confirmation that the Maillard reaction is the principle contributor to the antioxidant capacity of coffee brews. Food Research International 2011;44(8):2418-2424; doi: 10.1016/j.foodres.2010.12.037.
• 12. Michalska A., Zieliński H.: Maillard reaction products in food. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2007;51(2):5-16.
• 13. Mussatto S.I., Machado E.M.S., Martins S., Teixeira J.A.: Production, Composition, and Application of Coffee and Its Industrial Residues. Food and Bioprocess Technology, 2011:4(5):661-672; doi: 10.1007/s11947-011-0565-z.
• 14. National Coffee Association. http://www.ncausa.org/About-Coffee/How-to-Brew-Coffee
• 15. Nicoli M.C., Anese M., Parpinel M.T., Franceschi S., Lerici C.R.: Loss and/or formation of antioxidants during food processing and storage. Cancer Lett, 1997;114(1-2):71-74; doi: 10.1016/S0304-3835(97)04628-4.
• 16. Pellegrini N., Serafini M., Colombi B., Del Rio D., Salvatore S., Bianchi M., Brighenti F.: Total antioxidant capacity of plant foods, beverages and oils consumed in Italy assessed by three different in vitro assays. J Nut. 2003;133:2812-2819.
• 17. Przybysz M.A., Widła G., Dłużewska E.: Consumer preferences on coffee drinking. The influence of temperature and roasting time of coffee bean on espresso aroma and taste. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 2013;572:65-79 (in Polish).
• 18. Rugină D., Sconţa Z., Leopold L., Pintea A., Bunea A., Socaciu C.: Antioxidant Activities of Chokeberry Extracts and the Cytotoxic Action of Their Anthocyanin Fraction on HeLa Human Cervical Tumor Cells. J Med Food. 2012;15(8):700-706; doi: 10.1089/jmf.2011.0246.
• 19. Sacchetti G., Mattia C.D., Pittia P., Mastrocola D.: Effect of roasting degree, equivalent thermal effect and coffee type on the radical scavenging activity of coffee brews and their phenolic fraction. Journal of Food Engineering, 2009;90(1):74-80 ; doi: 10.1016/j.jfoodeng.2008.06.005.
• 20. Sánchez-González I., Jiménez-Escrig A., Saura-Calixto F.: In vitro antioxidant activity of coffees brewed using different procedures (Italian, espresso and filter). Food Chemistry 2005;90(1-2):113-139; doi: 10.1016/j.foodchem.2004.03.037.
• 21. Singleton V.L., Rossi J.A.: Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdicphosphotungstic acid reagents. Am. J. Enol. Viticul. 1965;16:144-158.
• 22. Summa C. A., Calle B., Brohee M., Stadler R.H., Anklama E.: Impact of the roasting degree of coffee on the in vitro radical scavenging capacity and content of acrylamide. LWT- Food Science and Technology, 2007;40(10):1849-1854 doi: 10.1016/j.lwt.2006.11.016.
• 23. Szymanowska K., Wołosiak R.: Wpływ prażenia kawy na wybrane parametry jej jakości. Aparatura badawcza i dydaktyczna, 2014;19(1):77-83.
• 24. Veljković J.N., Pavlović A.N., Mitić S.S., Tošić S.B., Stojanović G.S., Kaličanin B.M., Stanković D.M., Stojković M.B., Mitić M.N., Brcanović J.M.: Evaluation of individual phenolic compounds and antioxidant properties of black, green, herbal and fruit tea infusions consumed in Serbia: spectrophotometrical and electrochemical approaches. Journal of Food and Nutrition Research, 2013;52 (1):12-24
• 25. Vignoli J.A., Viegas M.C., Bassoli D.G., Benassi M.T.: Roasting process affects differently the bioactive compounds and the antioxidant activity of arabica and robusta coffees. Food Research International, 2014;61:279-285; doi.org/10.1016/j.foodres.2013.06.006.
• 26. Wang H.Y., Qian H., Yao W.R.: Melanoidins produced by the Maillard reaction: Structure and biological activity. Food Chemistry, 2011;128(3):573-584; doi: 10.1016/j.foodchem.2011.03.075.
• 27. Wierzejska R.: Coffee consumption vs. cancer risk – a review of scientific data. Rocz Panstw Zakl Hig 2015;66(4):293-298.
• 28. Żukiewicz-Sobczak W., Krasowska E., Sobczak P., Horoch A., Wojtyła A., Piątek J.: Effect of coffee consumption on the human organism. Medycyna Ogólna i Nauki o Zdrowiu 2012;18(1):71-76 (in Polish).