Porovnanie profilu fenolových látok v komerčne dostupných vzorkách kakaa

Bc. Dávid Krajňák

Master's thesis

Comparison of phenolic compound profile in commercially available samples of cocoa

Abstract:

SouhrnÚvod: Theobroma cacao je významná plodina pro své plody, ze kterých se vyrábí kakao a čokoláda. Už starověké civilizace poznali využití kakaových bobů a pěstovali Theobroma cacao pro přípravu jejich posvátného kakaového nápoje "xocolatl". Kakao bylo žádané nejen kvůli své chuti a povzbuzujícím účinkem, ale také díky jejich příznivým zdravotním účinkem. Trvalo ještě několik století, dokud se kakao stalo celosvětově významnou plodinou, jak je tomu v současnosti. Kakao se využívá nejen v potravinářství, ale má uplatnění i v kosmetickém a farmaceutickém průmyslu. V minulosti se věřilo, že kakao má léčitelské schopnosti, dodává sílu a moudrost.S rozvojem metod analytické chemie se podařilo odhalit a popsat fenolické látky v kakaových bobech. Právě pozitivní vliv kakaa na zdraví je spojován s jejich obsahem fenolických látek. U fenolických látek byly prokázány mnohé fyziologické účinky jako anti-alergenní, anti-aterogenně, antioxidační, anti-trombotické, anti-mikrobiální, protizánětlivé, kardio-protektivní, vazodilatační, anti-karcinogenní, anti-mutagenní a anti-tumorové účinky. Polyfenoly v kakau mají příznivý účinek na nervy, chrání je před zánětem a poškozením, chrání pokožku před oxidací vyvolanou UV zářením. Fenolické látky a některé metylxantiny jsou podstatou antioxidačních vlastností kakaa. Podle více autorů přítomnost fenolických látek v kakau je závislá na jeho technologickém zpracování.Známe více než 8000 polyfenolů, které vytvářejí jednoduché nebo komplexní sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností. Z chemického hlediska jsou polyfenoly složeny z benzenové kruhu s jednou nebo více hydroxylovými skupinami. V rostlinách jsou fenolické látky součástí sekundárních metabolitů, které zajišťují jejich růst, reprodukci, ochranu a podmiňují zbarvení a senzorické vlastnosti plodů.Syrové kakaové boby obsahují vysoký obsah fenolických látek, který je mnohem vyšší než obsah fenolů v červeném víně, zeleném a černém čaji. Obsah fenolických látek v kakaových bobech činí přibližně 12 – 18 % celkové hmotnosti sušiny. Zastoupení a poměr fenolických sloučenin je závislý na oblasti pěstování kakaovníku, klimatických podmínkách během růstu a sklizně kakaových bobů, zralost kakaových zrn a doba skladování úrody. Nejvíce zastoupenými fenolickou látkami jsou katechin, (-)epikatechin a jejich oligomery prokyanidiny a antokyanidiny. Z purinových alkaloidů je v kakau nejvíce zastoupen theobromin a v malém množství také kofein a theofylin. Theobromin, kofein a theofylin tvoří deriváty xantinů, které se podílejí na katabolismu nukleotidů a nukleových kyselin.Vysoký obsah fenolických látek dodává hořkou a trpkou příchuť syrovým kakaovým bobům, což zabraňuje jejich přímé konzumaci. Technologické zpracování kakaových bobů zahrnuje fermentaci, sušení a pražení kakaových bobů. Fermentací kakaových bobů se mění jejich chemické složení vlivem fermentační činnosti kvasinek a bakterií. Vytvářejí se tak žádané senzoricky aktivní látky. Podle studií se vlivem fermentace mění celkový fenolový obsah a snižuje se antioxidační kapacita kakaa. Předpokládá se také, že fermentací kakaových bobů se snižuje obsah methylxantinů.Sušením kakaových bobů se odstraňuje nadbytečná voda a zastavuje se proces spontánního kvašení. Sušení kakaových bobů je nezbytné pro lepší stabilitu kakaových bobů pro další zpracování a snižuje se také mikrobiální riziko. Předpokládá se, že sušení na slunci působí negativně na fenolový profil a antioxidační aktivitu kakaových bobů.Pražení kakaa je další proces, který má vliv na senzorické vlastnosti kakaa. Pražením se docílí vznik aromatických látek a konečná barva k

Abstract:

akaa. Pražení kakaových bobů probíhá při teplotách 120 – 150 C°. Vysoké teploty podle některých autorů způsobují degradaci fenolických sloučením spolu s dlouhými dobami pražení. Kakao podléhá někdy dalším technologickým úpravám jako je alkalizace, kdy se zvyšuje pH kakaového prášku. Alkalizace kakaa má za následek zjemnění chuti kakaa a zlepšuje se jeho rozpustnost v kapalinách. Alkalizací je možné dosáhnout různý barevný odstín kakaa.Postupy nebo opatření, které by zachovaly více fenolických látek a tím i zvýšili antioxidační vlastnosti kakaa by mohly mít velký přínos pro zdraví konzumenta této populární pochutiny. Polemizuje se o jiných postupech sušení, jako jsou například metody adsorpčního sušení, vakuového sušení a lyofilizace, které přinesly uspokojivé výsledky pro zachování celkového obsahu fenolických sloučenin. Kakao je produkované v oblastech tropického pásma, v rozmezí 20 ° jižní a severní šířky v tak zvaném "kakaová pásu", kde je dostatek srážek a horké podnebí po celý rok. Kakaovník vyžaduje velké množství stínu, proto se pěstuje "Agro-Forest" systémem, tedy ve spojení s jinými vysokými plodinami, ideálně s částečně zachovaným lesem s vyššími stromy. Většina kakaových bobů je produkována maloobchodními farmáři.Známe několik odrůd kakaa, které se vyznačují různou kvalitou. Za nejkvalitnější odrůda kakaa se považuje odrůda Criollo, která se pěstuje převážně v Jižní Americe. Kakaové boby odrůdy Criollo jsou určeny do kvalitních a hořkých čokolád. Odrůda Criollo vyžaduje velké množství srážek a vyšší horské polohy při pěstování. Najprodukovanejší odrůdou kakaa je odrůda Forastero, která je pěstována v Africe a jihovýchodní Asii. Odrůda Forastero představuje až 95 % světové produkce kakaových bobů. Kakaové boby odrůdy Forastero se vyznačují nižší kvalitou a cenou, proto jsou určeny pro produkci mléčných čokolád a běžného kakaového prášku.Cíle: Hlavním cílem práce bylo srovnání profilu fenolových látek v komerčně dostupných vzorcích kakaových bobů a kakaových výrobků, které byly zpracovány různými technologiemi a pocházely ze Samoy a Ekvádoru. Vedlejším cílem práce bylo porovnání obsahu významných alkaloidů v těch samých komerčně dostupných vzorcích.Hypotéza: Jednotlivé vzorky kakaových bobů a dalších produktů se liší obsahem fenolových látek a alkaloidů v závislosti na způsobu zpracování a oblasti původu.Metody: Komerční samojské a ekvádorské vzorky odrůdy Forastero a Criollo byly srovnávány na základě fenolového profilu a obsahu alkaloidů. Fenolové látky a nutričně významné alkaloidy byly kvantitativně stanoveny kapalinovou chromatografií (LC/MS). Extrakce a čištění vzorků pro stanovení fenolických látek byly převedeny extrakcí na pevnou fázi (SPE). Pro stanovení alkaloidů byla použita extrakce do teplé vody. Zpracování výsledků bylo provedeno statistickým srovnáním profilů sledovaných látek ve vzorcích kakaa (PCA, analýza klastrů).Výsledky: Obsahy 4-hydroxybenzoové, 3-hydroxybenzoové, ferulové, syringové, protonatechové kyseliny, (+)katechínu, kvercetínu, myricetínu dokazují, že technologické zpracování má vliv na fenolový profil v kakau. Vzorka (6) pražené a čerstvé kakao vykazovala velmi nízké obsahy protokatechuovej kyseliny, kvercetínu, luteolinu, taxifolinu a myricetínu oproti ostatním nepraženým samojským vzorkám. Výsledek (-)epikatechína vykazoval protichodné výsledky s (+)katechínem. Obsah (-)epikatechínu vzrástol v pražených vzorcích, zatímco v nepražených vzorků byl jeho obsah nízký. Může to značit na nesprávnou záměnu s (+)katechínem, pro který by byly tyto výsledky přijatelnější. Rozdíly v země původu kakaových vzorků byly potvrzeny. Avšak rozdíly nejsou tak významné, jako v případě alkaloidů. Samojské kakao vykazovalo lepší výsledky fenolového profilu, zejména co se týče složení 4-hydroxybezoové, 3-hydroxybenzoové, syringové, kávové, ferulové kyseliny, taxifolinu, myricetinu a katechinu než ekvádorské kakao. Z alkaloidů se v kakaových bobech a produktech podarilo stanovit theobromin a kofein. Nejvyšší obsah kofeinu a theobrominu se vyskytoval v samojském nefermentovaném a nepraženém kakau (2). Obsah theofylinu jsme zjistili v stopových množstvích. Byl proukázán vliv fermentace a pražení na obsah obou alkaloidů. Samojské čerstvé a nepražené kakao mělo vyšší obsah teobromínu než ekvádorské čerstvé a nepražené kakao (9). Samojské pražené fermentované kakao mělo vyšší obsah kofeinu než odpovídající ekvádorské kakao (7).Závěr: Výsledky této práce ukazují podobnost z jinými autory, že technologické zpracování má vliv na fenolový profil kakaa a kakaových produktů. Na základě našich výsledků jsme uvedenou hypotézu potvrdily. Jednotlivé vzorky kakaových bobů a kakaových produktů se liší obsahem fenolických látek a alkaloidů v závislosti na způsobu zpracování a oblasti původu kakaa. V případě nutričně významných alkaloidů se nám podařilo prokázat souvislost vlivu fermentace a pražení na obsah kofeinu a theobrominu v kakaových bobech.

Abstract:

Comparison of phenolic compound profile in commercially available samples of cocoaAbstractIntroduction: Cocoa beans are an important raw material for production of cocoa and chocolate, which have been known for centuries. Cocoa has been sought not only for its taste but also because of its beneficial health effects. The very positive effect of cocoa on health is associated with their high content of phenolic compounds. It is assumed that the technological processing of cocoa has a negative effect on phenolic content. Procedures or measures that would keep more phenolic substances and thus increase the antioxidant properties of cocoa could be greatly beneficial the health of the consumer of this popular snack.Objectives: The main objective of this study was to compare the phenol profile between commercially available cocoa bean, cocoa products from Ecuador, that has been processed by different technologies and non-commercial samples of cocoa obtained from Samoa with identical technological processing.Methods: Commercial Samoa and Ecuador samples of the Forastero and Criollo varieties were compared based on the phenolic profile and alkaloid content. Phenolic compounds and nutritionally significant alkaloids were quantified by liquid chromatography (LC/MS). Extraction and purification of samples for the determination of phenolic compounds was performed by L/L extraction (liquid/liquid). An extraction into warm water was used to determine alkaloids. The results were processed by statistically comparing the profiles of the monitored substances in cocoa samples (PCA, cluster analysis).Results: The results of 4-OH, 3-OH, ferulic, syringic, protokatechic acid, (+)catechin, quercetin, myricetin contents show that technological processing affects the phenolic profile in cocoa. The result of (-)epicatechin showed opposite results with (+)catechin. Differences between the geographic origin of cocoa samples have been confirmed, but they are not as significant as in the case of alkaloids.Conclusions: Individual samples of cocoa beans and cocoa products differ in the content of phenolic substances and alkaloids depending on the processing method and the cocoa origin.Keywords: Cocoa. Phenolic compounds. LC-MS. Cocoa beans. Metabolic profile.

Keywords

Kakao, Fenolické látky, LC-MS, Metabolické profilováni

Keywords

Cocoa, Phenolic compounds, LC-MS, Metabolic profile

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 4. 2018

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Petr Maršík, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Nutrition and Foodstuffs / Nutrition and Foodstuffs