CARACTERIZACIÓN DE COMPONENTES VOLÁTILES EN EXTRACTOS DE CAFÉ Ariel G. Ortega, Pedro Borges, Elda Roncal y Jorge A. Pino* Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia Carretera al Guatao, km 3 ½, La Habana, C.P. 19 200, Cuba E-mail: jpino@iiia.edu.cu RESUMEN ABSTRACT Se caracterizaron los componentes volátiles de dos extractos hidroalcohólicos obtenidos a escala piloto a partir de dos muestras comerciales de café (C1 y C2). Se identificaron y cuantificaron por cromatografía de gases espectrometría de masas, 69 compuestos volátiles en el extracto de café C1 y 75 componentes en el extracto C2. En la composición de ambos extractos se observaron diferencias cuantitativas y en los perfiles sensoriales se apreciaron diferencias significativas en los descriptores caramelo, tostado y café. La presencia de dos ciclopententen-1-onas contribuye a reforzar el descriptor a caramelo en el extracto C1. La diferencia de la nota tostada entre los extractos se debe a la mayor concentración de las pirazinas y del 2-furfuriltiol en el extracto de café C1. El sabor a café se encontró más intenso en el extracto C1, lo que puede estar relacionado con una mayor intensidad de los descriptores caramelo y tostado. Palabras clave: extracto de café, compuestos volátiles, caracterización. Characterization of volatile compounds in coffee extracts INTRODUCCIÓN realizado numerosos intentos para determinar la contribución sensorial de los compuestos identificados y a partir de ellos se ha comenzado a comprender la importancia de algunos de estos constituyentes en el aroma del café (3-11). La infusión de café es una de las bebidas más populares consumidas por el hombre. Para su preparación se utilizan principalmente granos tostados de las especies café Arábiga (Coffea arabica) y café Robusta (Coffea canephora var. Robusta) (1). El aroma del café es de una gran complejidad, dado en lo fundamental por la presencia de casi 1 000 compuestos volátiles en el café tostado (2). Se han Jorge A. Pino Alea *Jorge Alea: Licenciado en Química (U.H., 1975). Investigador Titular. Doctor en Ciencias Técnicas (CNIC, 1980). Investigador Titular del Departamento de Aromas perteneciente a la Vicedirección de Bebidas. Desarrolla su quehacer investigativo en el campo de la Química Analítica de Aromas de Alimentos y Aceites Esenciales. 54 Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 17, No. 2, 2007 Volatile compounds of hydroalcoholic extracts obtained at pilot scale from two coffee commercial samples (C1 and C2) were characterised. Using gas chromatography/mass spectrometry, 69 volatile compounds in extract C1 and 75 volatile compounds in extract C2 were identified and quantified. Quantitative differences in composition of both extracts were observed, whereas in the flavor profiles significant differences in caramel, toasted and coffee notes were found. The presence of two cyclopententen-1-ones enhances the caramel note in the extract C1. The difference of the toasted note among both extracts is due to higher concentration in pyrazines and 2furfurylthiol in the extract C1. The coffee flavor was more intense in extract C1 and this sensory perception could be related to the high intensity of caramel and toasted notes. Key words: coffee, extracts, volatile compounds, characterization. El polvo de café no ha sido usado como tal en estos estudios y diferentes técnicas son empleadas para preparar una bebida acuosa de este grano. Las más comunes son mediante extracción durante el filtrado o por infusión, aunque también la hervidura del polvo con agua caliente es popular. Este último permite la extracción de la cafeína, melanoidinas de coloración parda, ácidos y numerosas sustancias no volátiles. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que el procedimiento extractivo escogido resulta en rendimientos diferentes en dependencia de la estructura química de los compuestos volátiles (6,12). En la literatura existen numerosos procesos registrados como patentes para la obtención de extractos de café que permiten vislumbrar una forma para obtener saborizantes por esta vía (13-16). En trabajos anteriores se han desarrollado extractos de café como base para la elaboración de aromas idénticos al natural, los cuales aún no han sido caracterizados atendiendo a su composición de sustancias volátiles (17). El presente trabajo tuvo como objetivo determinar los compuestos volátiles del extracto obtenido a escala piloto a partir de café de dos marcas comerciales de reconocida calidad. MATERIALES Y MÉTODOS Para obtener los extractos se utilizó café tostado y molido de dos marcas comerciales cubanas (denominadas como C1 y C2), ambos del tipo arábiga. Se obtuvieron los extractos de café a escala piloto por extracción sólido-líquido con etanol a 30 ºGL según el procedimiento reportado (17). El aislamiento de los compuestos volátiles se realizó a partir de los extractos diluidos previamente a 26 ºGL (500 mL). Se utilizó la extracción líquida-líquida continua con 160 mL de pentano previamente destilado. Antes de la extracción se adicionaron 0,2 mgL de nonanoato de metilo como estándar interno. El condensador se mantuvo a 0 ºC durante las 6 h de extracción. El extracto con los compuestos volátiles fue secado sobre sulfato de sodio anhidro y concentrado en un equipo KudernaDanish con una pequeña columna de fraccionamiento Vigreux hasta 0,9 mL. Posteriormente, el extracto se concentró hasta 0,2 mL con una corriente de nitrógeno gaseoso para su análisis por cromatografía de gasesespectrometría de masas (CG-EM). Las extracciones se hicieron por duplicado. El análisis por CG-EM se realizó en un equipo Hewlett-Packard 6890N con detector selectivo de masas modelo 5973. Se empleó una columna capilar HP-5 (30 m x 0,25 mm x 0,25 mm). El programa de temperatura usado fue de 50 ºC por 2 min e incremento hasta 280 ºC a 4 oC/min con un período isotérmico final de 10 min. Las temperaturas del inyector e interfase fueron de 250 ºC. El flujo de gas portador (helio) fue de 1 mL/min. El detector operó en modo de impacto electrónico (70 eV) a 230 ºC. La detección se realizó en modo scan entre 30 y 400 amu. Los datos cuantitativos se obtuvieron a partir de la integración electrónica de la corriente iónica total de cada pico cromatográfico y mediante el método de estándar interno, sin considerar factores de respuesta para los componentes. Los resultados se promediaron para cada tipo de extracto y se compararon por la prueba t de Student. Se calcularon además los índices de retención cromatográficos con una serie homóloga de n-parafinas. Los constituyentes se identificaron por comparación de los espectros de masas con aquellos reportados en las bases NIST/EPA/NIH o la propia FLAVORLIB, y confirmados, en muchos casos, por comparación de los índices de retención cromatográficos. Además se compararon con los índices de retención y espectros de masas informados en la literatura (18). El sabor de los extractos de café se evaluó mediante una comisión de 8 jueces adiestrados con una prueba cuantitativa de perfiles. Los extractos se evaluaron en leche entera con una dosis de 15 g/L y a temperatura ambiente. Se utilizó una escala estructurada de 10 puntos desde mínima a máxima intensidad (0=no aparece, 2= muy débil, 4= débil, 6= moderado, 8= intenso, 10 = muy intenso) para los descriptores: caramelo, terroso, tostado y café, los cuales fueron seleccionados previamente en discusión abierta con los jueces. Los resultados se procesaron estadísticamente mediante la prueba de t de Student. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La Tabla 1 muestra los resultados donde se identificaron y cuantificaron 69 compuestos volátiles en el extracto de café C1 y 75 en el extracto C2. El análisis estadístico arrojó que existen, en general, diferencias cuantitativas en la composición de ambos extractos y no por la presencia de nuevos constituyentes en alguno de ellos. De acuerdo a las clases químicas, el extracto C1 posee mayor contenido que el otro extracto en bases (29,14 y 20,84 mg/L), compuestos azufrados (0,27 mg/L y trazas), fenoles (35,15 y 6,04 mg/L) y compuestos furánicos (22,61 y 5,76 mg/L), mientras que posee menor contenido en ácidos (14,50 y 24,44 mg/L). El contenido de compuestos carbonílicos para ambos extractos es similar. Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 17, No. 2, 2007 55 Tabla 1. Compuestos volátiles (mg/L) en los extractos de café Compuestos Ácidos butanoico 3-metilbutanoico 2-metilbutanoico tetradecanoico pentadecanoico hexadecanoico linoleico octadecanoico Alcoholes isobutanol Bases piridina 3-metilpiridina 3-etilpiridina 2-acetilpiridina 2-formil-1-metilpirrol 2-formilpirrol 2-acetilpirrol 2-acetil-1-metilpirrol 2-acetil-6-metilpirrol 3-acetil-2,4-dimetilpirrol 1-furfurilpirrol 2-metilpirazina 2,6-dimetilpirazina 2-etilpirazina 2,3-dimetilpirazina 2-etil-3-metilpirazina 2,3,5-trimetilpirazina 2-acetilpirazina 2,5-dietilpirazina 56 Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 17, No. 2, 2007 Extracto C1 Extracto C2 0,09 t 0,33 5,41ª 7,18ª 1,49ª t t 1,56 0,10 9,60b 12,21b 0,97b t - t 0,08 0,01 0,38a 0,23a 0,14 1,43a 0,50a 0,70 t t 0,75a 1,37a 1,17a 0,39a 0,54a 2,05a 0,39a 0,68 t 0,19b 0,65b 0,84b 0,42a t 0,72 0,22b 0,33b 0,42b 0,40a 0,70b 1,41b 0,42a - Tabla 1. (continuación) 2-isopropenilpirazina 3-etil-2,5-dimetilpirazina 2-acetil-6-metilpirazina 5-metil-6,7-dihidro-(5H)-ciclopentapirazina 2,3-dietil-5-metilpirazina 3,5-dietil-2-metilpirazina 2-etenil-3,5-dimetilpirazina (E)-2-metil-6-(1-propenil)-pirazina 3-isopentil-2,5-dimetilpirazina 2-metilindolina cafeína Fenoles 2-guayacol 3-metilguayacol 4-etilguayacol 4-vinilguayacol Compuestos azufrados 4-metiltiazol 2,4-dimetiltiazol 4,5-dimetiltiazol 2-acetiltiazol 2-isopropil-4-metiltiazol 3-acetiltiofeno 2-acetil-5-metiltiofeno Compuestos carbonílicos hexanal nonanal acetoxiacetona benzaldehído salicilaldehído acetofenona 2,3,4-trimetil-2-ciclopenten-1-ona 3-etil-2-hidroxi-2-ciclopenten-1-ona 3-propil-2-hidroxi-2-ciclopenten-1-ona (E)-β-damascenona (E)-2-nonenal Esteres butanoato de etilo 3-metilbutanoato de etilo acetato de isopentilo octadecanoato de metilo linoleato de etilo Hidrocarburos p-xileno 0,34 2,41a t t t 15,58a 0,74b 0,19 0,25 t t t t t 0,25 12,69b 8,30a 9,90a 16,95a 1,12b t 2,53b 2,39b t t t t 0,27 - t t t t 0,75 t 0,25a 0,21a 0,55 t 0,29a 0,85a t - 0,07 0,77 0,51b 0,15a 0,10b 0,34b 0,13 t t 0,80 2,18a t t t 2,37a t t Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 17, No. 2, 2007 57 Tabla 1. (continuación) Furanos 2-metiltetrahidrofuran-3-ona 0,20a 2-furfural 0,93a 5-metil-2(5H)-furanona 2-furanmetanol 2,31a 2-furfuriltiol 0,85a 2-acetilfurano 1,17a 4-hidroxi-2,5-dimetil-3(2H)-furanona t 5-metil-2-furfural 3,67a acetato de 2-furanmetilo 4,89a etil 2-furil cetona 2,2-bifurano 0,25 2-acetil-5-metilfurano 0,26a cis-óxido de linalol 0,33a 2-furfurilfurano 0,03 propanoato de 2-furfurilo t 2-furfuril-5-metilfurano difurfuril éter t t: < 0,01 mg/L - no detectado Letras distintas indican diferencia significativa para p ≤ 0,05. 0,06b 0,19b t 0,27b 0,42b 0,25b t 0,60b 1,41b 1,00 0,23a 0,10b t t 0,29 Tabla 2. Perfil sensorial de los extractos de café Descriptor Extracto C1 Extracto C2 Caramelo 3,4 (0,2) a 2,6 (0,3) b Terroso 1,8 (0,3) a 1,5 (0,4) a Tostado 7,3 (0,4) a 6,4 (0,3) b Café 8,6 (0,4) a 7,2 (0,4) b Valor medio (desviación estándar) Letras distintas indican diferencia significativa para p ≤ 0,05. Atendiendo a los compuestos individuales, resulta interesante señalar que en el extracto de café C1 hay un mayor contenido de 2-guayacol, 4-vinilguayacol y 2-furfuriltiol, todos ellos reportados como sensorialmente importantes en el café (3-11). El hecho de que no se encuentren diferencias significativas con respecto a la nota terrosa no puede ser explicado por las concentraciones de pirazinas halladas para los dos extractos, a las que en general se le atribuyen notas terrosas y tostadas (6,11). La Tabla 2 presenta los resultados de la evaluación sensorial, donde se aprecia que los extractos se diferencian significativamente en los descriptores caramelo, tostado y café. La diferencia de la nota tostada entre los extractos se debe a la mayor concentración de las pirazinas y del 2furfuriltiol en el extracto C1 (3,6,11). La concentración de la 4-hidroxi-2,5-dimetil-3(2H)furanona (furaneol), la cual es responsable de las notas dulces y acarameladas de los preparados de café, no difiere en los dos extractos. Sin embargo, la presencia mayoritaria de dos ciclopententen-1-onas, reportadas con notas a caramelo, en el extracto de café C1 parecen reforzar esta nota (2,6). En el extracto de café C1 se encontró una nota a café más intensa y esto puede ser por una mayor intensidad de los descriptores caramelo y tostado. También se ha reportado que el 2-furfuriltiol posee una nota a café intensa (6). CONCLUSIONES Se identificaron y cuantificaron 69 compuestos volátiles en el extracto de café C1 y 75 en el extracto de café C2. 58 Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 17, No. 2, 2007 Existen diferencias en el sabor de ambos extractos, en particular con las notas caramelo, tostado y café, las cuales pueden ser explicadas por las diferencias encontradas en la composición química. REFERENCIAS 1. Pictet, G. Coffee. 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