Z. Lebensm. Unters.-Forsch. 159, 93--96 (1975) © by J. F. Bergmann, Miinchen 1975

Untersuchungen an Kaffee und Kaffee-Ersatz* XVII. Verhalten der Polysaeeharid-Komplexe yon Robusta-Kaffee beim gSsten Moses A s a n t e u n d H e l m u t T h a l e r Institut fiir Lebensraittelchemie der Technischen Universit~it Braunschweig (BRD) Eingegangen am 10. Februar 1975 I n v e s t i g a t i o n s on Coffee a n d Coffee-substitutes* X V I I . Beh~viour of P o l y s a c c h a r i d e - C o l n p l e x e s of Robusta-Coffee d u r i n g R o a s t i n g

Summary. Two varieties of Co~ea robusta of light, medium and dark roasting degree were investigated. The results were similar to those which were published earlier concerning Co~ea arabica. One part of the mannane and galactane is destroyed. Another part, which exists originally as a constituent of the holocellulose, is made water soluble. Of this part, the mannane is found in the complex of water soluble polysaccharides, the galactane in the complex of galactoarabane. Zusammen/assung. Versuche rait zwei jeweils leicht, raittel und stark gerSsteten Sorten yon t¢obusta-Kaffee ergaben iihnliche Resultate, wie sie friiher bei Arabica.Kaffee erhalten worden waren. Ein Teil des 1Vfannans und Galaktans wird zerstSrt, ein anderer Teil aus der unlSslichen Form, in der die beiden Polysaecharide in der Holoeellulose vorliegen, in eine wasserlSsliche /ibergeffihrt. Das 15slieh gewordene 1Yfannan finder sich vorwiegend ira Koraplex der wasserlSslichen Polysaccharide wieder, das Galaktan in jenera des Galaktoarabans.

Einleitung In einer friiheren Mitteilung [1] war gezeigt worden, dab beim RSsten yon Arabica-Kaffee thermische Verluste an hoehpolyraeren Kohlenhydraten auftreten, und zwar in der Hauptsache zu Beginn des RSstprozesses. Wi~hrend bei der Cellulose und dem Araban nur eine Verringerung der Gesamtmenge dieser Stoffe festzustellen war, vollzog sich am Mannan und Galaktan noeh ein weiterer Vorgang, der eine ErhShung der LSslichkeit beider ttochpolymeren zur Folge hatte. Der zus~tzlich 15slich gewordene Anteil des Mannans fand sich im Koraplex der wasserlSslichen Polysaccharide, w~hrend jener des Galaktans sich im Galaktoaraban anreicherte, jenem Komplex, der im l~ohkaffee an Protein gebunden in der Zellwand verankert ist und erst nach ZerstSrung des letzteren mit Chlordioxid in LSsung geht. Ira RSstkaffee ist er urspriinglich ebenfalls festgelegt. I n z w i s c h e n w a r b e i w e i t e r e n U n t e r s u c h u n g e n festgestellt worden, d a $ r o h e r

l~obusta.K~ffee die gleichen K o h l e n h y d r a t - K o m p l e x e in e t w a der gleichen Zusamm e n s e t z u n g aufweist wie die griinen B o h n e n y o n CoGea arabica [2], u n d dal~ auch b e i m R 6 s t e n des e r s t e r e n keine a b w e i c h e n d e n V e r ~ n d e r u n g e n zu b e o b a c h t e n sind [3]. E s f r a g t e sich n u n lediglich, ob die P o l y s a e c h ~ r i d - K o m p l e x e y o n Robusta-Sorten bzw. d e r e n B e s t a n d t e i l e wie M a n n a n , G a l a k t a n usw. sich b e i m R S s t e n ~hnlich verh a l t e n wfirden wie jene y o n Arabica-Kaffee. Hierfiber soll k u r z b e r i c h t e t werden. I. Material und Methoden

Fiir die Untersuchungen dienten zwei Sorten yon ~obusta-Kaffee westafrikanischer Herk~raft, ein Angola- und ein Elfenbeinkfiste-l~obusta; unterschiedliehe RSstung in einem elektriseh beheizten Probat-RSster; Einbrand der einzelnen RSststufen vgl. in Tab. 1. Tabelle 1. R5stung der beiden t¢obusta-Kaffees 1. R6ststufe 2. RSststufe 3. RSststufe Kaffee-Sorte Einbrand Einbrand Einbrand Elfenbeinkiiste Angola

%

%

%

9,6 10,0

14,4 13,5

19,5 18,5

* Auszug aus der Dissertation Moses Asante: Polysaceharid-Komplexe yon gerSstetem

Robusta-Kaffee nnd Robwsta-Kaffee-Extrakten. Teehn. Universit~t Braunschweig 1974. Der Deutschen Forsehungsgeraeinschaft sei auch an dieser Stelle ffir die Unterstiitzung der Untersuchungen gedankt.

94 Den ger6steten Kaffee mahlen, mit Petrol/~ther grtindlich entfe~ten, in einer IKA-Miihle nochmal Ieiner vermahlen, erneut mit Petrol~ther entfetten und an der Luf~ trocknen. Sowohl yore ursprtingliehen als auch vom entiet~eten RSsgkaffee ermit~elte man den Fettgehalt. 150 g des weitgehend fettfreien Kaffees auf ein Melitta-Filter bringen und fiinfmal mit je 1 Liter siedendem Wasser iibergieBen. Die ablaufende LSsung in einem 5-1-MeBkolbenauffangen; nach dem Erkalten auffiillen, filtrieren und gefriertrocknen. Den Extraktgehalt in einem aliquoten Teil der L6sung naeh der Troekenschrank-Methode ermitteln. Extrakt-Ausbeuten vgl. Tab. 2. Tabelle 2. Extrakt-Ausbeute Kaffee-Sorte Elfenbeinkiiste Einbrand % Extrakt i. T. °/o

9,6 27,6

14,4 32,0

Angola 19,5 40,0

I0,0 27,6

13,5 31,4

18,5 32,5

Die weitere Aufarbeitung, Anfschlul] mit Chlordioxid, Dialyse, Fgllung der Hoehpolymeren und deren Hydrolyse mit 72°/oiger Schwefelsiiure sowie die Bestimmung der Ausbeute an den drei Polysaceharid-Komplexen in gewohnter Weise. Die Zucker ermittelte man mittels der enzyma~isehen Analyse [4].

Ergebnisse Wie oben erw/~hn~, setzen sich die Kohlenhydrate des rohen und gerSsteten Robusta-Kaffees aus Galaktan, Mannan, Cellulose bzw. Glucan und Araban zusammen, wobei diese Polysaccharide im Rohkaffee auf vier, im gerSsteten Kaffee auf drei Fraktionen oder Komplexe verteflt sin& Einer der Komplexe ist in heiBem Wasser 16slieh. Ein zweiter, ein Galaktoaraban, das etwas Mannan enth/~lt, wird durch Aufschlug des Extraktionsr/iekstandes mit Chlordioxid ffei. Im Rohkaffee is~ dieser Komplex an Protein gebunden [5], im R6stkaffee verhindern wohl die dureh das Erhitzen gebfldeten Melanoidine das LSsliehwerden. Beim Chlordioxid-Aufschlul] werden sie zerst6rt, das Galaktoaraban 16st sieh in der AufschluBtt/issigkei~ und der dritte Komplex, die Holocellulose, bleibt unlSslieh zurtick. Die Zusammensetzung der drei Komplexe ist recht versohieden, jeder yon ihnen enth/ilt jewefls eine bestimmte lVfenge an Galaktan, Mannan, Cellulose oder Gluean und evtl. Araban. Beim R6sten vollziehen sieh Ver/~nderungen an den drei Komplexen, wobei mit zunehmendem R6stgrad ein Teil der einzelnen Polysaceharide durch thermisehe Zersetzung zerstSrt wird. Das gegen/iber den Hexosanen eml0findlichere Araban lift dabei am meisten. Aueh der Gehalt an Glucan ging bei den beiden untersuchten Robusta.Sorten mit steigendem RSstverlust st/~ndig zurtick. In gewissem Mal3e wurden aueh Galaktan und Mannan angegriffen, jedoch trat bei diesen beiden aueh eine teilweise Verschiebung vom einen Komplex zum anderen ein. Dureh das RSsten wurde z. T. unl6sliehes Polysaccharid 16slich und land sich dann in der einen oder anderen Fraktion wieder, wie das seinerzeit beim Arabica.Kaffee bereits beobaehtet worden war [1]. Um die hierbei eintretenden Umwandlungen der Komponenten der Fraktionen der versehiedenen R6stkaffees besser verfolgen zu k6nnen, warden die lorozen~ualen Anteile, welehe ihre einzelnen Polysaecharide ausmaehen, unter Beriicksiehtigung des RSstverlustes, der Ausbeute an den einzelnen Fraktionen und, beim wasserlSslichen Komplex, an Extrakt auI Rohkaffee umgerechnet. Man berechnete also jenen Anteil an Mannan oder Galaktan, der sich in der Holocellulose, im Galaktoaraban und in der wasserlSslichen Fraktion (dem Kaffee-Extrakt) voffand. Die Summe der einzelnen Anteile stellte dann die gesamte Mannan- oder Galaktan-lVfenge dar, welehe der betreffende R6stkaffee enthielt, und zwar wiederum auf den Rohkaffee bezogen. Man erhiel~ auf diese Weise eine gemeinsame Basis, die einen Vergleich der Mannanund Galaktan-Gehal~, sozusagen eine ,,Bilanz" dieser Polysaccharide ermSgliehte.

95 Der gr6Bte Teil des M a n n a n s - - etwa 96 % -- des leicht ger6steten Kaffees beider Sorten fund sieh in der Holocellulose (Tab. 3). Nur ein geringer Tefl war wasserl6slich. Noch kleiner war er im Galaktoaraban, jenem Anteil, der erst durch Aufsehlul~ 15slieh gemacht wird. Tabelle 3. Verteilung des Mannans auf die drei Polysaccharid-Komplexe des gerSsteten Kaffees (auf die Trockenmasse des Rohkaffees bezogen) Kaffee-Sorte

Polysaccharid-Komplex

Mannangehalt bei leiehter RSstung

mittlerer R6stung

starker RSstung

1,14 0,18 17,17 18,49 0,74 0,26 21,71 22,71

3,21 0,47 14,72 18,40 1,99 0,42 17,57 19,98

3,96 2,58 8,00 14,54 2,80 1,36 12,30 16,46

%

Elfenbeinkfiste

Angola

Wasserl6sl. Polys. Galaktoaraban Holoeellulose Summe Wasserl6sl. Polys. Galaktoaraban Holocellulose Summe

%

%

Die mi~tlere R6stung bewirkte jedoch bereits eine merkliche Verringerung des Mannangehaltes der Holocellulose. Gleiehzeitig stieg er im wasserl6sliehen Antefl sowie im Galaktoaraban. Das R6sten ha¢te das in der Itoloeellulose ursprfinglich wasserunl6sliche Mannan angegriffen und in 16sliches fibergeffihrt. Der gr6$te Teil des letzteren ging unmi~telbar in den E x t r a k t fiber, sehr wenig in das Galaktoaraban. Ein Tefl wurde vSllig zerstSrt, wie die Summe der Mannan-Gehalte zeigt. Bei der Sorte Elfenbeinkfiste waren das knapp 0,1%, so dab die Differenz in den Fehlerquell e n d e r Methode liegt, beim Angola-Robusta immerhin rund 12 %. Die starke RSstung sehliel~lieh setzte den Vorgang fort. Die 16sliche Fraktion erfuhr erneut einen Zuwaehs an Mannan, vor ahem aber jetz~ aueh das Galaktoaraban, w/ihrend sein Gehalt in der tIolocellulose sehr stark zurfickging. Es wurde nun aueh bei beiden Kaffee-Sorten ein erheblieher Antefl dieses Polysaeeharids zersetzt. Die Verh/~ltnisse entsprechen durehaus dem, was seinerzeit bei Arabiea-Kaffee gefunden wurde [1]. Das gilt aueh ffir das Galaktan, dessen Verhalten beim R6sten in Tab. 4 dargestellt ist. Der gr6Bte Teit dieses Polysaecharids war im leicht gerSsteten Kaffee ebenfalls in der Holoeellulose festgelegt, ein nieht unbetr/~chtlieher Prozentsatz der Gesamtmenge aber auch im Galaktoaraban. Der Ubergang zur mittleren RSstung braeht e b e i der Sorte Elfenbeinkfiste vor allem eine Zunahme an Galaktan in dem letztgeTabelle 4. Verteilung des Galaktans auf die drei Polysaccharid-Komplexe des gerSsteten Kaffees (auf die Troekenmasse des Rohkaffees bezogen) Kaffee-Sorte

Polysaecharid-Komplex

Galaktangehalt bei leichter R6stung

mit~lerer RSstung

1,25 2,41 8,05 11,71 1,62 3,30 9,72 14,64

1,47 3,15 5,48 10,10 2,51 3,15 6,68 12,34

%

Elfenbeinkfiste

Angola

Wasserl6sl. Polys. Galaktoaraban Holocellulose Summe WasserlSsl. Polys. Galaktoaraban Holoeellulose Snmme

%

starker R6stung

%

1,92 3,16 1,78 6,86 2,48 3,32 4,05 9,85

96 nannten Komplex, w~hrend die wasserlSsliche Fraktion nur einen beseheidenen Anteil erhielb. Anders verhielt sich die Sorte Angola-Robusta, bei der der Galaktoaraban-Komplex des mit~elstark ger6steten Kaffees sogar etwas weniger Galaktan enthielt als die entspreehende Fraktion d e r n u r leicht gerSsteten Probe. Bei beiden Kaffee-Sorten wurde aber gleichzeitig ein ziemlicher Tefl des urspriinglich vorhandenen Galaktans zerstSrt. Die starke RSstung haste beim Kaffee der Elfenbeinkfiste eine noehmalige miiBige Zunahme des Galak~angehaltes der wasserlSslichen Fraktion zur Folge. Bei jenem des Galaktoarabans tra~ jedoeh keine ~nderung ein, dagegen wurde ein groBer Tefl des Polysaceharids der tIoloeellulose zerstSrt. ~xhnlich lagen die Verh/~ltnisse bei der Angola-Probe. Der wasserlSsliehe Komplex erfuhr ebensowenig eine J~nderung seines Galaktangeha]tes wie das Galaktoaraban, wogegen in der Holocellulose nochmal erheblich Galaktan zersetz~ wurde. Es ergib~ sieh somi~, dab die Polysaccharid-Komplexe der beiden Sorten yon Robusta.Kaffee beim RSsten der Bohnen sich weitgehend so verhalten, wie das seiner. zeit bei verschiedenen Proben yon Arabica-Kaffee festgestellt worden war. In Wasser nieht 15sliehes lV[annan und Galaktan der Itoloeellulose sowie des Galaktoarabans werden z. T. zerstSrt, z. T. wasserlSslich. Das Mannan finder sich mi~ zunehmendem RSstgrad in steigender Menge im wasserlSslichen Komplex der Polysaccharide, das Galaktan dagegen/iberwiegend im Galaktoaraban. Literatur

1. Thaler, H., Arneth,W.: Z. Lebensm. Unters.-Forsch. 140, 101 (1969) 2. Thaler, H.: Z. Lebensm. Unters.-Forsch. 143, 342 (1970) 3. Asante, M.: Polysaccharid-Komplexe yon ger6stetem Robusta-Kaffee und Robusta-KaffeeExtrakten. Diss. TU Braunschweig 1974 4. Enzymatische Analysen ffir die Lebensmittelehemie. 2. Aufl. Boehringer Mannheim GmbH 1973 Bergmeyer, H.U.: Methoden der enzymatisehen Analyse. 2. Anti. Bd. II, S. 1225. Weinheim/ BergstraBe: Chemie 1970 5. Wolfrom, M.L., PlunkerS, R.A., Laver, IV[.L. : J. agric. Food Chem. 8, 58 (1960). - - Thalcr, H., Arneth, W.: Z. Lebensm. Unters.-Forsch. 138, 26 (1968/1969) Professor Dr. H. Thaler Institut ffir LebensmitteIchemie der Technischen Universit/it Braunschweig D-3300 Braunschweig, Fasanenstr. 3 Bundesrepublik Deutschland