Composti aromatici del caffè: analisi statistica dei dati composizionali, studio del ruolo dei precursori e ruolo delle condizioni di tostatura

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L’aroma del caffè e dei suoi prodotti derivati è composto da un gran numero di sostanze volatili. La composizione chimica di tale aroma dipende da differenti fattori, tra cui la specie dei chicchi verdi (varietà Arabica o Robusta), l’origine geografica e le condizioni di processo (specialmente tostatura, confezionamento e stoccaggio). Anche se sono stati identificati oltre 800 composti, il numero delle sostanze aromatiche è ancora in crescita. Le classi principali presenti, generate durante il processo di tostatura, sono: aldeidi, chetoni, fenoli, composti solforati, pirazine, piridine e furani. Recentemente è stato effettuato uno studio volto all’identificazione di un gruppo di composti, relativamente limitato, in grado di classificare diversi campioni di caffè in funzione della loro origine. In particolare, i dati cromatografici, ottenuti mediante microestrazione in fase solida dello spazio di testa (HS-SPME) in connessione con la gascromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GCMS), di 30 diversi campioni di caffè sono stati sottoposti ad analisi delle componenti principali (PCA) e ad analisi dei gruppi (Cluster Analysis). Simultaneamente, i risultati di tali analisi sono stati confrontati con quelli forniti da un approccio alternativo, la cosiddetta trasformazione log-rapporto centrata. Gli autori evidenziano che i campioni possono essere differenziati con sufficiente precisione utilizzando solamente i seguenti sei composti volatili: acido acetico, 2-metilpirazina, furfurale, 2-furfuril alcol, 2,6-dimetilpirazina e 5-metilfurfurale. Infine, lo studio dimostra che l’applicazione della trasformazione log-rapporto centrata fornisce risultati migliori rispetto alla procedura statistica tradizionale (PCA e Cluster Analysis). Non solo la composizione dell’aroma del caffè è, tuttora, non del tutto definita, ma anche la formazione dei diversi composti aromatici è ancora da comprendere in modo completo. Ciò è principalmente dovuto al fatto che la maggior parte degli studi effettuati in quest’ultimo campo sono stati effettuati su sistemi modello, i cui risultati sono difficilmente estrapolabili ad un prodotto complesso come il caffè. Pertanto, sono stati proposti i cosiddetti esperimenti in-bean, ossia test in cui i chicchi di caffè verdi sono utilizzati come minireattori. Utilizzando questo tipo di approccio, in uno studio recente è stata investigata la formazione di diversi composti aromatici tra cui il 2-furfuriltiolo (FFT), le alchilpirazine e i dichetoni. I risultati hanno permesso di confermare che l’FFT si forma a partire dal 2-furaldeide, come suggerito da precedenti studi effettuati su sistemi modello. Inoltre, l’aggiunta di arabinosio non causa un incremento della produzione di FFT. Ciò evidenzia che questo composto si forma principalmente da precursori non solubili in acqua. Anche le vie di sintesi delle alchilpirazine e dei dichetoni sono state confermate, mentre viene suggerito un nuovo meccanismo di formazione della 2-etenil-3-etil-5-metilpirazina. La metodologia proposta ha permesso anche di rilevare che, a causa dell’ampia diversità dei precursori e degli altri agenti di reazione presenti nei chicchi di caffè, la formazione dei composti aromatici avviene attraverso vie di sintesi completamente differenti ed in competizione tra di loro (come dimostrato per l’FFT ed alcuni tipi di pirazine). Inoltre, in uno studio americano è stato dimostrato che conducendo il processo di tostatura in condizioni blande i derivati del furfurale ed i furanoni si formano in concentrazioni relativamente elevate. Al contrario, condizioni di tostatura più severe favoriscono la produzione dei prodotti di degradazione dell’acido clorogenico, dei fenoli e di un determinato lattone. Tale studio ha permesso di identificare 52 composti volatili, tra i quali i più abbondanti sono risultati: il 5-idrossimetilfurfurale, il furfuril alcol ed il 6-metil-3,5-diidrossi-4Hpiran- 4-one nei chicchi tostati nel modo più blando (230°C per 12 min); il furfuril alcol, il 5-idrossimetilfurfurale ed il γ-butirrolattone nei campioni tostati in modo medio (240°C per 14 min); il γ-butirrolattone, il furfuril alcol ed il catecolo nelle condizioni più severe testate (250°C per 21 min).

Riferimenti bibliografici
M. Korhonová et al., Talanta, 80, 2009, 710-715 L. Poisson et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57, 2009, 9923-9931
J.-K. Moon & T. Shibamoto, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57, 2009, 5823-5831

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