Evaluierung der phenolischen Inhaltsstoffe und der antioxidativen Aktivität von Kaffee und Kaffeeprodukten

Abstract

Das Interesse an der Evaluation von natürlichen Antioxidantien aus Pflanzenmaterial ist in der Lebensmittelindustrie und im präventiven Gesundheitswesen gestiegen. Kaffee ist eines der beliebtesten Getränke und wird weltweit täglich konsumiert. Neben Koffein als bioaktiven Inhaltsstoff beinhaltet Kaffee weitere ernährungsphysiologisch aktive Komponenten, die zu den für den Menschen positiv wirkenden Substanzen gezählt werden können. Kaffee wird als reichhaltige Quelle für Polyphenole angesehen und ist aufgrund seiner antioxidativen Aktivität und dem damit verbundenen gesundheitsfördernden Einfluss auf degenerative Erkrankungen von großem ernährungsphysiologischem Interesse. In der vorliegenden Studie wurden grüne und geröstete Kaffeebohnen aus verschiedenen Ursprungsregionen (Arabicakaffee aus Nicaragua, Brasilien und Äthiopien sowie Robustakaffee aus Ecuador), welche von einem lokalen Produzenten bezogen wurden, auf ihren Gesamtpolyphenolgehalt und ihre antioxidative Aktivität getestet. Zur Gewinnung der Polyphenole wurden sowohl aus den ungerösteten grünen als auch den gerösteten Bohnen mittels 60% wässriger Methanollösung Extrakte hergestellt. Aus den gerösteten Bohnen wurden zusätzlich maschinell jeweils ein Espresso und ein Filterkaffee produziert. Die Folin-Ciocaltaeu-Analyse wurde zur Ermittlung des Gesamtpolyphenolgehaltes herangezogen. Die antioxidative Aktivität wurde sowohl mittels der DPPH*-Radikalfänger-Methode als auch mit der ABTS-Radikal-Analyse bestimmt und die inhibitorische Konzentration IC50, die effektive Konzentration EC50 und die Trolox Equivalent Antioxidant Capacity (TEAC) errechnet. Das getrocknete Fruchtfleisch der Kaffeekirsche, "Cascara" genannt, aus Nicaragua wurde nach der Zerkleinerung demselben Extraktionsprozess wie dem der Kaffeebohnen unterzogen. Neben dem so hergestellten Extrakt wurde noch ein Teegetränk mittels Aufgießen mit heißem destilliertem Wasser und nachfolgender Filtration hergestellt. Die erhaltenen Lösungen (Extrakt und Heißgetränk) wurden sowohl für die Bestimmung des Gesamtpolyphenolgehaltes als auch für die der antioxidativen Aktivität herangezogen. Der Gesamtpolyphenolgehalt der verschiedenen Kaffeebohnen und Getränke variiert zwischen 39,55 und 55,77 mg/g, wobei die Robustabohnen aus Ecuador den höchsten Gehalt aufweisen, absteigend gefolgt von den Arabicabohnen aus Äthiopien, Nicaragua und Brasilien. Der Gesamtpolyphenolgehalt der gerösteten Kaffeebohnen ist im Vergleich zu dem der grünen Kaffeebohnen durchwegs geringfügig vermindert, folgt aber demselben länderspezifischen Trend. Der Espresso (32,61 - 39,71 mg/g) zeigt in der Gegenüberstellung zum Filterkaffee (26,39 - 29,22 mg/g) einen höheren Gehalt. Alle Kaffeebohnen und Kaffeegetränke weisen mit den TEAC-Werten von 0,15-0,41 mmol TE/g einen hohen Anteil an Antioxidantien in derselben Reihenfolge und in Korrelation mit deren Gesamtpolyphenolgehalten auf. Schlussfolgernd kann festgestellt werden, dass die höchste antioxidative Aktivität in grünen Robustabohnen aus Ecuador und deren Kaffeegetränken zu finden ist. Im Allgemeinen zeigen grüne Kaffeebohnen eine höhere antioxidative Aktivität als geröstete Kaffeebohnen und der Espresso eine größere Radikalfängeraktivität als der Filterkaffee. Der Cascaraextrakt weist mit 27,61 mg/g im Vergleich zum Cascaratee mit 22,74 mg/g einen höheren Wert für den Gesamtpolyphenolgehalt auf. Dessen folgend ist auch der Trend bei der Bestimmung der antioxidativen Aktivität, wobei beim Cascaraextrakt 0,15 mmol TE/g und beim Cascaratee 0,10 mmol TE/g nachgewiesen wurden. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Kaffee, Kaffeegetränke sowie Cascara und Cascaratee hohe antioxidative und Radikalfänger-Eigenschaften in Korrelation zu ihren Gesamtpolyphenolgehalten aufweisen und somit eine große wertvolle Quelle für ernährungsbezogene Antioxidantien sind. Als funktionelles Getränk kann der Konsum von Kaffee und Cascaratee einen potenziellen positiven gesundheitlichen Effekt auf die menschliche Gesundheit haben.

There is a growing interest in the food industry and in preventive health care in the evaluation of natural antioxidants from plant materials. Coffee is one of the most popular beverages and consumed worldwide every day. Beside caffeine as bioactive ingredient coffee other nutritional-physiological active compounds may contribute to the valuable properties of coffee beverages. Coffee has been identified as a rich source of dietary polyphenols, which gained much interest recently due to its antioxidant capacity and its health benefits with a major focus on degenerative diseases. In this study, green and roasted coffee beans from different origins (Coffea Arabica from Nicaragua, Brazil and Ethiopia and Coffea Robusta from Ecuador) which were obtained directly from local producers as well as coffee beverages thereof prepared by commonly used procedures as espresso and filter coffee were analyzed in regard to their content of polyphenol compounds and antioxidant properties. Extracts of green and roasted coffee beans were prepared with 60% aqueous methanol and the filter and espresso beverages were analyzed directly. Total polyphenol contents were determined using the Folin-Ciocalteu assay. Antioxidant activities were determined with the DPPH* radical scavenging method as well as with the ABTS-radical assay in terms of their Inhibition Concentration IC50, Efficient Concentration EC50 and Trolox Equivalent Antioxidant Capacity TEAC. The Cascara, also called "coffee cherry", which is the pulp of the coffee-fruit, from Nicaragua has undergone the same extraction process as the coffee beans after being grounded. An extract thereof as well as a tee beverage prepared with hot water were analyzed. The obtained solutions, including extracts and hot beverages, were used for the determination of the total amount of polyphenols as well as for the antioxidative activity. In the different coffee beans and coffee beverages the content of total polyphenols was determined in the range of 39,55 to 55,77 mg/g with the highest amounts in Robusta coffee beans from Ecuador followed by the Arabicas in the order Ethiopia, Nicaragua and Brazil which had only slight variations in their polyphenol content. The content of polyphenols in roasted coffee beans was throughout slightly diminished compared with the green coffee beans. In the corresponding coffee beverages higher amounts of polyphenols were observed in espresso (32,61 - 39,71 mg/g) than in filter coffee (26,39 - 29,22 mg/g). All the coffee beans and coffee beverages possessed high antioxidant capacity in the same order and in correlation to the content of polyphenol compounds with TEAC-values of 0,15 - 0,41 mmol TE/g. In conclusion, the highest antioxidant activity was observed in green Robusta coffee beans from Ecuador and the coffee beverages thereof. Generally, green coffee beans showed higher antioxidative activity than roasted coffee beans and espresso better radical scavenging activity than filter coffee. The cascara extract showed a total amount of polyphenols of 27,61 mg/g compared to the cascara tea with 22,74 mg/g. The determination of the antioxidative activity follows this trend, where the cascara extract shows 0,15 mmol TE/g and the cascara tea 0,10 mmol TE/g. The results of this study indicate that coffee and coffee beverages as well as cascara and cascara tea have high antioxidant and radical scavenging properties in correlation with the content of polyphenol substances and are a major source of dietary antioxidants. As functional beverage consumption of coffee and cascara tea may offer a potential beneficial impact on human health.