Raakakahvin aminohappojen ja sokereiden sekä paahdon jäähdytysveden merkitys akryyliamidin muodostumiseen kahvissa | The significance of green coffee amino acids, sugars and quenching water during roasting in the formation of acrylamide in coffee

Terveydelle haitallisen akryyliamidin muodostuminen kahviin ja muihin elintarvikkeisiin on ollut pidempään huolen ja seurannan kohteena. Akryyliamidipitoisuudet ovat suurimpia vaaleapaahtoisessa kahvissa. Raakakahvin kemiallisen koostumuksen vaikutuksesta paahdossa muodostuvaan akryyliamidiin on enenevässä määrin tutkimusta, mutta tulokset ovat osittain ristiriitaisia. Maillardin reaktiossa kahvissa tärkeimmät akryyliamidin lähtöaineet ovat vapaa asparagiini sekä sakkaroosi, joka osittain hajoaa glukoosiksi ja fruktoosiksi paahdon aikana. Kahvin laji, viljely- ja prosessointimenetelmät vaikuttavat näiden yhdisteiden määriin. Paahdon lopussa toisinaan käytettävä jäähdytysvesi puolestaan vaikuttaa kahvin paahtumisen pysähtymiseen ja kahvin loppukosteuspitoisuuteen. Tässä tutkielmassa tutkittiin eri raakakahvien vapaiden aminohappojen, sokerien (sakkaroosi, glukoosi ja fruktoosi) ja kokonaisaminohappokoostumuksen merkitystä akryyliamidin muodostumiseen, kun kahvit paahdettiin samanpituisella paahtoprofiililla samaan vaaleaan paahtoväriin pienoispaahtimella. Lisäksi tutkittiin teollisessa paahdossa käytetyn jäähdytysveden vaikutusta akryyliamidin muodostumiseen. Näytteissä oli sekä arabica- että robusta-kahvilajeja ja arabica-kahveja kuiva- ja märkäprosessoituina. Yksi raakakahvinäyte käsiteltiin asparaginaasientsyymillä. Hypoteesina oli, että robusta-kahveissa olisi vähemmän sokereita ja enemmän vapaata asparagiinia kuin arabica-kahveissa ja robustaan muodostuisi suurempi pitoisuus akryyliamidia. Sokerit ja aminohapot määritettiin raakakahveista nestekromatografisilla (UHPLC-ELSD/PDA) menetelmillä. Akryyliamidi analysoitiin ulkopuolisessa laboratoriossa. Vapaan asparagiinin ja muodostuvan akryyliamidin välillä osoitettiin positiivinen korrelaatio sekä analysoiduissa arabica- että robusta-kahveissa. Robusta-kahvien sakkaroosipitoisuudet olivat arabica-kahveja pienempiä ja asparagiinipitoisuudet keskimäärin suurempia kuin arabica-kahveissa. Kuitenkaan akryyliamidipitoisuuksissa kahvilajien välillä ei ollut eroa. Myöskään jäähdytysveden määrällä ei havaittu yhteyttä akryyliamidipitoisuuteen teknologisesti merkittävällä säätöalueella. Lisätutkimusta tarvittaisiin raakakahvin asparagiinipitoisuuteen vaikuttavista tekijöistä.

Acrylamide formation in coffee and other fried foods has been a long-standing concern due to its harmful effects on health. Acrylamide levels are highest in lightly roasted coffee. The study on the impact of the chemical composition of green coffee on acrylamide formation during roasting is growing but results are partly contradictory. In coffee main precursors for acrylamide formation in Maillard reaction are free asparagine and sucrose which degrades partly to glucose and fructose during roasting. The coffee species, cultivation and processing methods influence these components. The quenching water affects both the termination of the roasting process and the moisture content of the final product. This thesis investigated the role of free and total amino acids and sugars (sucrose, fructose and glucose) in acrylamide formation. Samples were roasted to the same light color using the same profile with the same duration in a micro roaster. Additionally, the effect of quenching water in industrial roast was studied. Samples included both Arabica and Robusta coffee species and both dry and wet processed Arabica samples. One coffee sample was treated with asparginase enzyme. It was hypothesized that sucrose content would be lower and asparagine content higher in Robusta coffees than in Arabica coffees and that acrylamide content would be higher in Robusta than in Arabica coffees. Both sugars and amino acids were analyzed with liquid chromatographic methods (UHPLC-ELSD/PDA). Acrylamide was analyzed from roasted samples in external laboratory. A positive correlation was shown between free asparagine and the acrylamide formed. Sucrose contents were lower and asparagine contents were higher in Robusta samples than in Arabica samples. However, there was no difference in acrylamide levels between coffee species. The amount of quenching water did not have connection on acrylamide level in the technologically relevant adjustment range. Additional research about factors influencing the asparagine content in green coffee is needed.