ERNÄHRUNG
IMS-MS
Online-Analyse der Kaffeeröstung Edle Rohkaffees durch perfekte Röstprozesse zur vollendeten Tasse Kaffee führen – dies ist nicht nur das tägliche Ziel eines jeden Kaffeerösters, sondern auch von aktuellem Forschungsinteresse: Wie entstehen die feinen Kaffeearomen während der Röstung, wie kann dies durch Variation der Röstparameter beeinflusst werden? Denn erst während der Röstung der noch grünen Kaffeebohnen werden die Verbindungen, die zum Kaffeearoma beitragen, in vielen chemischen Reaktionen gebildet. Je nach Kaffeesorte und Röstparameter (vor allem Zeit und Temperatur) verlaufen diese Reaktionen anders und tragen somit zu unterschiedlichen Kaffeearomen bei.
Um das Zusammenspiel von Röstparame tern, Kaffeesorten und chemischen Reak tionen zu verstehen, wurde die Aroma bildung während des Röstprozesses in dieser Arbeit zum ersten Mal mittels on-line Ionenmobilitätsspektrometrie-Massenspek trometrie (IMS-MS) untersucht. Diese Me thode vereint einige Vorteile bisheriger Ana lysetechniken wie Gaschromatographie und on-line Massenspektrometrie und ermög licht selbst die separate Analyse isobarer und isomerer Substanzen, wie am Beispiel einiger Alkylpyrazine, siehe Tabelle 1, ge zeigt werden konnte.
Bilder: ZHAW
Dr. Alexia N. Gloess ¹, C. Yeretzian ¹, R. Knochenmuss ², ³ und M. Groessl ³, 4
Abbildung 1: Schematischer Aufbau der Kopplung von Kaffeeröster und IMS-MS.
IMS-Massenspektrometer atmet Röstaromen Ein zusätzlicher Vorteil der IMS-MS ist der einfache Wechsel zwischen positivem und negativem Ionisierungsmodus der Korona entladung. Dies erlaubt die Analyse einer grossen Bandbreite unterschiedlichster Substanzen. Erstmals konnten dadurch Fettsäuren beobachtet werden, welche in grünen Bohnen vorhanden sind und wäh rend der Röstung zunächst oxidativ abge baut werden, bevor sie in weiteren chemi schen Reaktionen zur Aromabildung beitragen.
¹ ZHAW, Wädenswil ² University of Bern, Dept. of Chemistry and Biochemistry, Bern ³ Tofwerk, Thun 4 University of Bern, Dept. of Nephrology and Hypertension and Department of Bio Medical Research, Bern
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Abbildung 2: links: IMS Spektra der Alkylpyrazine; rechts: zeitlicher Intensitätsverlauf der entsprechenden IMS-MS Peaks.
In der vorliegenden Arbeit wurde das IMSMS (Tofwerk IMS-TOF, Thun, Schweiz) di rekt an den Kaffeeröster (Trommelröster, Gene Café) gekoppelt, siehe Abbildung 1. Vor der Injektion in die Ionisierungskam mer (Koronaentladung im positiven bzw. negativen Modus) wurde das Gas ver dünnt. Das Substanzgemisch wurde mittels elektrischen Feldes durch die mit Stickstoff gefüllte Driftröhre geführt. Ionen gleicher Masse wurden hier anhand ihres unter schiedlichen Kollisionsquerschnitts aufge trennt und anschliessend mittels Flugzeit
massenspektrometrie nachgewiesen. Pro Röstcharge wurden 120 g Brasilianische Yellow Bourbons während 17,5 min gerös tet (Endtemperatur 230 °C, Gewichtsver lust 18 % ± 3 %).
Gleichzeitige Analyse isobarer und isomerer Substanzen Die on-line Analyse der Kaffeeröstung mit tels IMS-MS lieferte eine Fülle an Informa tionen über die Zusammensetzung des Gasgemisches im Röstprozess. Pro Mess 5/2019