Effect of Roasting on the Formation of Chlorogenic Acid Lactones in Coffee 著者 : ADRIANA FARAH, TMAS DE PAULIS, LUIZ C. TRUG,PETER R. MARTIN 雑誌 : J. Agric. Food Chem. 2005, 53, 1505-1513 紹介者 : 北河広大 2013.1.18(Fri) 1
Introduction コーヒー 世界で最も多くの国で飲用される嗜好飲料生豆には多糖類, アミノ酸. タンパク質, 脂質が含まれる ポリフェノール : クロロゲン酸アルカロイド : カフェイン 焙煎によって化学変化し, 数百種類におよぶ成分が焙煎豆に含有 品種 アラビカ種 : コーヒー豆専門店で売っているもので高価 カネフォラ種 ( ロブスタ種 ) : インスタントコーヒーの原料で安価 一般的に苦味が強いといわれている 2
Introduction Chlorogenic acids (CGAs) Caffeic acid(ca) Quinic acid HC 6 H 5 1 2 3 4 H H H H コーヒー中 (5-10%) に含有 5-caffeoylqunic acid (5-CQA) 3 CH H H H H R 4-caffeoylqunic acid (4-CQA)(R=H) 4-feruloylqunic acid (4-FQA)(R=Me) CH R 3 R 1 R2 H 3,4-diCQA (R 1 =CA, R 2 =CA, R 3 =H) 3,5-diCQA (R 1 =CA, R 2 =H, R 3 =CA) 4,5-diCQA (R 1 =H, R 2 =CA, R 3 =CA)
Introduction Chlorogenic lactones (CGLs) H H R H 薬理学特性ラジカル捕捉能による抗酸化作用鎮痙作用発がん性物質の変異原性の抑制 4-caffeoy-1,5-quinide (4-CQL)(R=H) 4-p-coumaroyl-1,5-quinide (4-p-CoQL)(R=H) 4-feruloyl-1,5quinide (4-FQL)(R=Me) コーヒーの苦みの要因と言われている 焙煎過程での CGA, CGL の構造決定 定量を行う 4
Experimental Sample : arabica cv. Bourbon; C. arabica cv. Longberry; C. canephora cv. Robusta Roasting : max. temperature (230ºC) : 0, 5-15 min グラジエント法 HPLC 測定 Flow rate : 1.0 ml/min HPLC 測定条件 Column : DS-C18 250 4.6 mm 5μm Detection : UV (325 nm) Mobile phase : (A) 10 mm citric acid solution, ph2.5(6n HClで調整 ) : methanol= 80 : 20 (B) metahnol light roast (6min) light medium roast (7min) dark roast (9min) 5
Experimental 定量方法 ( HPLC のピーク面積を元に モル吸光係数比較した方法 ) C = RF ε 1 MR 2 A C : 求めたい物質の濃度 ( g L-1 ) ) ε 2 MR 1 RF : 5-CQAのレスポンスファクタ (expressed in g L -1 ) ε 1 : 5-CQAのモル吸光係数 ε 2 : 求めたい物質のモル吸光係数 MR 1 : 5-CQAの分子量 MR 2 : 求めたい物質の分子量 A : 求めたい物質のピーク面積 求めたい異性体濃度 ( 5-CQA を内部標準物質として ある一定量サンプルに加えておき そのピーク面積を基準にする ) 重量減少率 ( 焙煎中の水の蒸発などによるもの ) WAR 100 Weight Loss : %WL = 100 WBR WAR : weight after roasting WBR : weight before roasting 6
Results and Discussion 1 3 4 8 焙煎前 5 7 9 2 6 Figure 1. HPLC separation of chlorogenic acids in green C. arabica cv. Bourbon. 1 =3-CQA; 2=3-FQA; 3=5-CQA; 4=4-CQA; 5=5-FQA; 6=4-FQA; 7=3,4-diCQA; 8=3,5-diCQA; and 9=4,5-diCQA. The three major peaks are shown off scale to show minor peaks 焙煎後 1 3 4 5 8 2 6 7 9 10 12 11 13 14 15 16 7 Figure 2. HPLC separation of chlorogenic acids and lactones in C. arabica cv. Bourbon roasted to light medium roast after 7min of being roasted at a maximum temperature of 230 ºC. The three major peaks are shown off scale to show the very minor peaks 1=3-CQA; 2=3-FQA; 3=5-CQA; 4=4-CQA; 5=3-CQL; 6-FQA; 7=4-FQA; 8=4-CQL; 9=3-pCoQL;10=3-FQL; 11=4-pCoQL; 12=4-FQL; 13=3,4-diCQA; 14=3,5-diCQA; and 15=4,5-diCQA; and 16=3,4-diCQL.
Results and Discussion Table 1. Chlorogenic Acids Content in Green and Roasted C. arabica Cv. Bourbon, C. arabica Cv. Longberry, and C. canephora Cv. Robustaa roasting roasting degree time (min) 3-CQ A 4-CQ A 5-CQ A 3-FQA 4-FQ A 5-FQA 3,4-DiCQ A 3,5-Di CQA 4,5-Di CQA C. arabica cv. green 0 483.3 ± 6.1 543.5 ± 9.3 3126.1 ± 29.7 28.3 ± 0.9 40.1 ±1.8 210.7 ± 1.8 236.2 ± 4.0 254.9 ± 4.7 278.9 ± 12.5 Bourbon very light 5 996.0 ± 13.7 1277.7 ± 43.4 2808.5 ± 8.8 74.3 ± 2.7 73.2 ±2.7 167.0 ± 2.3 164.1 ± 5.1 152.3 ±20.9 190.5 ± 4.6 light 6 816.1 ± 13.1 999.6 ± 45.1 1995.8 ± 19.9 47.8 ± 7.9 68.0 ±3.8 109.1 ± 8.2 119.7 ± 2.3 88.6 ± 3.8 127.8 ± 4.0 light medium 7 458.5 ± 23.4 590.4 ± 51.2 1103.5 ± 40.9 34.2 ± 2.6 43.9 ±1.6 87.3 ± 5.9 51.7 ± 3.7 35.2 ± 1.4 50.1 ± 1.6 dark medium 8 198.6 ± 10.1 281.6 ± 11.0 447.5 ± 22.9 17.6 ± 3.1 30.7 ±5.2 66.0 ± 4.8 14.0 ± 3.0 12.2 ± 2.0 16.6 ± 1.5 dark 9 122.8 ± 3.0 155.8 ± 7.6 244.3 ± 17.9 9.7 ± 0.2 19.9 ±1.0 22.1 ± 0.8 7.4 ± 1.2 5.1 ± 2.7 9.2 ± 1.8 very dark 10 80.1 ± 2.0 71.3 ± 3.3 159.6 ± 9.9 7.6 ± 0.5 13.7 ±0.0 12.6 ± 0.7 Nd 2.2 ± 0.8 Nd C. arabica cv. green 0 478.2 ± 85.3 473.5 ± 12.7 3605.8 ±33.2 22.9 ± 2.1 34.5 ±0.3 234.9 ± 5.4 234.3 ± 3.0 263.5 ± 14.7 342.6 ± 4.9 Longberry very light 5 950.7 ± 11.1 1234.3 ± 76.1 3102.2 ± 7.2 62.9 ± 3.5 65.2 ±2.0 165.8 ± 7.2 189.1 ± 5.1 176.0 ± 10.8 281.4 ± 11.6 light 6 804.7 ± 11.6 933.0 ±20.4 1724.1 ± 19.0 42.2 ±10.9 56.8 ±3.0 107.0 ± 5.9 94.3 ± 7.0 72.5 ± 11.2 118.9 ± 29.5 light medium 7 343.8 ± 23.8 494.8 ± 12.4 815.7 ± 37.6 41.1 ± 3.7 42.2 ±5.7 68.4 ± 6.2 40.9 ± 4.3 36.3 ± 9.0 54.1 ± 2.3 dark medium 8 180.8 ± 12.6 265.0 ± 9.5 376.4 ± 8.5 14.6 ± 1.1 22.6 ±5.0 43.1 ± 2.3 11.3 ± 1.2 11.2 ± 0.4 15.8 ± 0.6 dark 9 110.1 ± 9.6 156.2 ± 5.5 218.6 ± 5.2 9.2 ± 0.9 17.0 ±1.0 14.5 ± 0.9 3.4 ± 0.2 5.1 ± 0.2 6.1 ± 0.8 very dark 10 53.0 ± 8.4 51.3 ± 1.7 104.7 ± 11.3 6.3 ± 1.1 12.2 ±0.4 7.4 ± 0.8 Nd Nd Nd C. canephora green 0 924.8 ± 29.9 602.4 ± 12.1 4243.3 ± 15.3 34.1 ± 1.7 57.8 ± 3.0 379.2 ± 18.8 423.5 ± 6.3 400.7 ± 8.9 511.5 ± 2.7 Robusta very light 5 1257.3 ± 21.4 1481.0 ± 28.5 3802.4 ± 10.5 89.7 ± 4.8 108.0 ±5.7 310.8 ± 17.9 337.2 ± 4.4 279.6 ±18.5 334.3 ± 13.8 light 6 1086.7 ± 96.8 1342.9 ± 42.1 2520.8 ± 77.3 57.1 ± 0.4 110.0 ±0.9 241.7 ± 11.4 217.3 ±11.6 158.6 ± 7.6 205.0 ± 9.5 light medium 7 623.4 ± 6.5 790.9 ± 35.9 1347.1 ± 7.9 79.2 ± 1.5 86.1 ± 4.1 169.8 ±8.0 81.8 ± 3.7 61.4 ± 2.9 91.9 ± 3.8 dark medium 8 334.0 ± 14.0 308.3 ±14.2 448.0 ± 9.6 40.8 ± 1.8 70.1 ± 5.1 73.4 ± 4.3 23.1 ± 1.1 18.0 ± 1.3 19.0 ± 0.8 dark 9 218.6 ±3.3 167.5 ± 3.4 225.8 ± 91.4 24.4 ± 4.4 39.4 ± 1.9 37.7 ± 2.7 6.9 ± 0.5 6.5 ± 0.4 6.0 ± 0.3 8 very dark 10 108.0 ± 6.9 99.9 ± 10.8 111.0 ± 2.2 14.7 ± 0.7 18.2 ± 1.8 23.4 ± 1.6 2.5 ± 0.6 3.2 ± 0.2 1.9 ± 0.2
Results and Discussion 0-5 min 最初の 5 分で 5-CQA と 5-FQA は減少しているが,3-CQA, 4-CQA と 3-FQA, 4-FQA は増加している 焙煎中 高温度になることにより 異性化が起こる 異性化に加えてジエステルの加水分解で CQA が増加していると予想される 6-10 min CGA の量が時間とともに減少している 炭素間の結合が切れ CGA の分解が進んでいる H 9 HC H H H 5-CQA H H H CHCH 2 Vinyl Catechol
Results and Discussion Table 2. Chlorogenic Acid Lactone Content in Green and Roasted C. arabica Cv. Bourbon, C. arabica Cv. Longberry, and C. canephora Cv. Robustaa roasting roasting degree time (min) 3-CQL 4-CQL 3-FQL 4-FQL 3,4-diC QL 3-pCoQ L 4-pCoQ L C. arabica cv. green 0 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Bourbon very light 5 71.6 ± 8.7 25.6 ± 1.6 6.5 ± 1.3 1.9 ± 0.2 2.8 ± 0.2 2.1 ± 0.3 0.5 ± 0.0 light 6 160.2 ± 2.3 92.1 ± 2.9 14.1 ± 1.2 7.0 ± 0.4 4.1 ± 0.4 4.6 ± 0.4 5.3 ± 0.2 light medium 7 248.5 ± 9.4 115.3 ± 1.0 28.3 ± 2.0 13.4 ± 0.7 6.6 ± 1.2 7.5 ± 0.4 7.8 ± 0.2 dark medium 8 146.6 ± 9.8 87.7 ± 2.1 29.8 ± 1.6 9.6 ± 0.4 2.1 ± 1.1 7.3 ± 0.7 6.6 ± 0.4 dark 9 95.7 ± 4.7 53.1 ± 3.5 21.2 ± 1.9 7.8 ± 0.3 1.0 ± 0.2 4.4 ± 0.2 4.0 ± 1.6 very dark 10 59.6 ± 10.0 24.8 ± 2.6 15.8 ± 6.0 6.2 ± 0.4 0.7 ± 0.06 2.3 ± 0.2 3.8 ± 0.6 C. arabica cv. green 0 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Longberry very light 5 51.3 ± 1.9 22.5 ± 1.1 1.8 ± 0.0 Nd 3.1 ± 0.3 Nd Nd light 6 161.2 ± 3.4 94.4 ± 3.1 20.2 ± 1.3 6.5 ± 0.3 6.8 ± 0.6 1.6 ± 0.1 1.9 ± 0.2 light medium 7 210.5 ± 8.6 116.0 ± 4.7 29.7 ± 0.3 11.6 ± 0.6 7.8 ± 0.6 4.4 ± 0.3 2.6 ± 0.3 dark medium 8 163.3 ± 8.1 72.4 ± 1.6 28.4 ± 1.3 9.7 ±0.4 6.1 ±0.5 3.0 ± 0.2 1.1 ± 0.1 dark 9 94.5 ± 4.8 47.9 ± 1.7 15.5 ±2.8 5.6 ± 0.4 1.7 ± 0.4 3.5 ± 0.8 0.6 ± 0.1 very dark 10 56.3 ± 7.7 37.1 ± 0.8 10.2 ± 1.2 3.5 ± 0.2 1.1 ± 0.1 2.0 ± 0.2 Nd C. canephora green 0 Nd Nd 4.0 ± 0.0 9.1 ±0.8 cv.robusta very light 5 57.7 ± 4.4 25.8 ± 1.4 6.4 ± 0.4 16.4 ± 1.7 light 6 198.8 ± 4.4 110.0 ± 2.1 18.4 ± 0.7 23.6 ± 1.0 light medium 7 253.6 ± 4.3 138.8 ± 2.0 31.1 ± 1.3 25.4 ± 1.0 dark medium 8 165.4 ± 10.6 125.9 ± 8.8 16.6 ± 0.4 10.0 ± 1.2 dark 9 87.6 ± 4.8 45.0 ± 2.0 8.4 ± 1.3 4.3 ± 1.4 very dark 10 54.4 ± 6.7 25.9 ± 2.9 5.1 ± 0.3 0.8 ± 0.2 苦みの要因だといわれている CQL の量はロブスタ種 > アラビカ種 10 3-CQL と 4-CQL では 3-CQL の方が多く存在している
Results and Discussion 4-CQA の熱転位による 3-CQL の生成 H H CH H H H (equatorial conformer) 4-CQA H H CH H H H (axial conformer) H H H H H H -H 2, Δ H axial 4-CQL H 11 (intermediate orthoformate) 安定 H H equatorial H 3-CQL H
Results and Discussion 7min Figure 3. Lactones formation during roasting of (a) C. arabica cv. Bourbon; (b) C. arabica cv. Longberry; and (c) C. canephora cv. Robusta coffee beans. Maximum lactone levels were observed after 7 min of being roasted (i.e., 14% weight loss). 重量減少率 5min 7min %WL ~7% ~14% 12 0-5 min 焙煎初期はコーヒー豆中の水分が多く残っており 脱水反応であるラクトン化は起こりにくい 9-15min CGL も CGA 同様熱で分解してしまうため 減少していく 元のなる CGA も残っていないため生成されない
Conclusion 焙煎時間ごとでの各物質の定量ができた 定量の結果より CGL でも異性化が起こっていることが分かった 焙煎時間が CGL の量に影響することが分かった 13
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