Kaffeeanalytik

Coffee to analyse:
Braunes Gold auf dem Prüfstand

 

Kaffee, eines der wichtigsten Weltwirtschaftsgüter, unterliegt umfangreichen Kontrollen 

 

Die Welt lechzt nach Kaffee. Kaffee ist eines der wichtigsten Welthandelsgüter überhaupt. Laut einer Statistik der Internationalen Kaffeeorganisation (ICO) wurde in 2013/2014 weltweit rund 147 Millionen Sack Kaffee (à 60 kg) produziert. 104,3 Mio. Sack gingen in den Export, dabei entfielen rund 41 Mio. Sack auf die Sorte Robusta, 64 Mio. auf die Sorte Arabica. 31 Prozent der Exporte stammen aus Brasilien. Vietnam liegt auf Platz zwei der weltweit wichtigsten Eporteure von Rohkaffee, das mit Brasilien mehr als die Hälfte allen Rohkaffees exportiert. Auf Platz drei und vier rangieren Kolumbien und Indonesien. Anderes, als viele es vermuten mögen, in puncto Kaffeekonsum sind nicht die Südländern, sondern die Nordlichter Finnland mit 12,1 kg pro Kopf und Norwegen (9,08 kg) führend. Mit 8,82 kg pro Kopf auf Platz drei liegt Österreich, die Schweiz (8,34 kg) rangiert auf Platz 5 vor Deutschland auf Platz 7 (7,1 kg). Man kann mit Fug und Recht sagen, dass Kaffee des Deutschen Lieblingsgetränkt ist: Im Jahr 2013 trank einer jeder demnach 162 Liter Kaffee, Heil- und Mineralwasser (144 L) und Bier (107 L) [1].

 

Analytik schafft die Grundlage für Qualitätskaffee 

 

Auch wenn die frische Kaffeekirsche sich auf den ersten Blick nicht von anderem Obst zu unterscheiden scheint, verlangt ihre besondere Zubereitung, das heißt der Röstprozess sowie die Nutzung als belebendes, aromatisches Genussmittel, eine umfangreiche Qualitätskontrolle, wobei die erforderliche Analytik vielgestaltig ist. Der Aufwand, der betrieben wird, ist enorm und unterliegt neben allgemeingültigen Verordnungen und Gesetzen den Anforderungen der Kaffeeverordnung. Demnach darf Röstkaffee nicht mehr als 2 g Kaffee fremde Bestandteile pro Kilogramm enthalten, nicht mehr als 50 g Wasser pro Kilogramm Kaffee und entkoffeinierter Kaffee höchstens 1 g Koffein pro Kilogramm Kaffee.

 

Neben den klassischen qualitätssichernden Verfahren wie die Erhebung des mikrobiologischen Status, die Bestimmung der Restfeuchte, die sensorische Beurteilung und die Prüfung auf organische und anorganische Kontaminanten, sind einige spezielle chromatographische Verfahren für die Untersuchung von Kaffee erforderlich. Im folgenden werden die Schlüsselparameter für die Verkehrsfähigkeit von Kaffees und deren Analytik vorgestellt.

 

Der Koffeingehalt

 

Die belebende Wirkung von Kaffee ist vor allem dem darin enthaltenen Koffein zuzuschreiben. Dessen Bestimmung ist die wohl am häufigsten bei Kaffee durchgeführte Analytik. Insbesondere bei entkoffeinierten Kaffees hat der Hersteller darauf zu achten, die für zulässige Höchstmenge von 0,1 Gew.% Koffein nicht zu überschreiten. In der Regel, das hießt bei reinen Kaffees, ist die Bestimmung des Koffeins mit einer HPLC-UV-Methode ohne Probleme möglich. Ein entsprechendes Prüfverfahren wurde 2001 genormt. Aufwendiger erweist sich die Umsetzung des Verfahrens auf Fertiggetränke mit einem hohen Anteil an Zucker und diversen anderen Zusätzen. Nicht nur ist hier der Koffeingehalt niedriger, auch weisen die Chromatogramme einen hohen Anteil an Störsignalen auf, die eine sichere Bestimmung verhindern können. In diesen Fällen empfiehlt sich eine simultane Bestimmung des Koffeins mittels massenspektrometrischer Detektion.

 

Fokus auf Schimmelpilzgifte

 

Die bei Weitem wichtigste Rolle bei den Mycotoxinen spielt das Ochratoxin A (OTA) [2]. Praktisch in jeder Probe finden sich Rückstände dieses Giftes, wobei sind die Gehalte in einem niedrigen Bereich, meist unterhalb einem Microgramm pro Kilogramm, bewegen. Umso mehr ist die zuverlässige und sensitive Bestimmung dieser Kontaminante von Bedeutung, will man die Qualität einzelner Chargen beurteilen. Wir setzen zur Mycotoxinanalyse ein neues LC-MS/MS-Verfahren ein, das ohne teure Affinitäts-SPE-Probenvorbereitung auskommt und das dennoch die notwendige Sensitivität bietet. Zudem ist das Analyseverfahren vollständig automatisiert und erfasst auch andere Mycotoxine wie Aflatoxine oder Fumonisine.

 

Blickpunkt Pflanzenschutzmittel

 

Wahrscheinlich die weltweit am häufigsten durchgeführte Analytik an Lebensmitteln überhaupt ist die Prüfung auf Pflanzenschutzmittelrückstände. Eingesetzt wird generell eine kombinierte HPLC- und GC-MS/MS Analyse nach einfacher Aufarbeitung mittesdispersiver SPE nach Anastasiadis (QUEChERS). Der Vorzug dieser Methode ist die einfache Durchführung, die gegenüber älteren Verfahren eine deutliche Reduzierung der für die Probenvorbereitung benötigten Zeit gewährleistet. Dennoch sind einige Schritte wie Zentrifugationen durchzuführen und problematischere Matrices wie der geröstete Kaffee benötigen spizielle Aufarbeitungsmischungen. Derzeit arbeitet die TeLA GmbH ein Verfahren, das die dispersive SPE nach einem ersten Extraktionsschritt unter Einsatz eines Gerstel-Multi-Purpose-Samplers (MPS) voll automatisiert und online durchführt. Insgesamt ist die Belastung von Kaffee allerdings eher als unproblematisch einzustufen, da durch den Röstprozess ein sehr großer Teil der Pflanzenschutzmittel thermisch abgebaut wird.

 

Schreckgespenst Acrylamid

 

Beim Erhitzen von Lebensmitteln auf Temperaturen oberhalb 180 °C entsteht Acrylamid. Die Verbindung steht im Verdacht, krebserregend zu sein. Aus diesem Grund gelten in Europa für Lebensmittel, in denen im Zuge der Herstellung Acrylamid entstehen kann, etwa Brot, Gebäck und Kaffee, Warnwerte, die nicht überschritten beziehungsweise möglichst deutlich unterschritten werden sollten. Als Analysemethode bietet sich hier ebenfalls die HPLC-MS/MS an. Allerdings stellt gerade die Matrix in Verbindung mit der geringen molekularen Masse, die einen negativen Einfluss auf die LC-MS-response hat, beim Kaffee ein besondere Herausforderung dar. Sinnvolle Ergebnisse lassen sich in der Regel nur unter Anwendung eines Standardadditionsverfahrens erzielen. Die Menge an gebildetem Acrylamid korreliert mit der Dauer und Temperatur der Röstung, die wiederum für das Aroma des Kaffees wichtig ist, was im Umkehrschluss bedeutet, dass man die Bildung von Acrylamid bei Kaffee in gewissem Umfang in Kauf zu nehmen hat. Kaffee ist regelmäßig auf Acrylamid zu untersuchen.

 

Robusta oder Arabica – der kleine Unterschied macht den Preis

 

Die wirtschaftlich bedeutendste Kaffeepflanzensorten sind Coffea arabica, kurz Arabica genannt, und Coffea canephora, besser bekannt als Robusta-Kaffee. Weltweit wird etwa dreimal mehr Arabica als Robusta angebaut. Für Laien ist der Unterschied zwischen beiden Kaffeesorten nicht per se erschichtlich, insbesondere nicht in gemahlenem Kaffee, obgleich sich die Kaffeebohnen, wie es die Kaffeezentrale auf ihrer Homepage beschreibt, in Größe und Form voneinander unterscheiden: „Robustabohnen sind rundlicher und kleiner und haben einen fast geraden Einschnitt auf der flacheren Seite. Arabicabohnen dagegen sind insgesamt größer und flacher, die Form ist deutlich ovaler. Die Einkerbung auf der flachen Seite ist in sanfter S-Form geschwungen – je nach Herkunft mehr oder weniger deutlich.“ 

 

Arabica-Kaffee enthält etwa 1,1 bis 1,7 Prozent Koffein und gilt im Allgemeinen als die aromatischere und wohlschmeckendere Kaffeesorte. Robusta-Kaffee hingegen enthält  mehr Koffein (2 bis 4,5 %) und beistzt mehr Körper. Die Robusta-Kaffeepflanze ist zudem widerstandsfähiger im Anbau, nicht nur gegen Parasiten und Krankheiten, sondern auch gegenüber Temperatureinflüssen. Arabica-Kaffee wiederum erfordert besondere Anbaubedingungen; Schwankungen und ungünstige äußere Einflüsse können sich negativ auf den Ertrag auswirken. Arabica-Kaffee, im Handel meist mit dem Hinweis bestehend aus 100 Prozent Arabica-Bohnen bestehend angeboten, wird meist teuerer angeboten als Robusta-Kaffee. Um mögliche Beimischung von Robusta-Bohnen in Arabica-Kaffee zu überprüfen, eignet sich der HPLC-MS-Nachweis von 16-O-Methylcafestol im Röstkaffee. Diese Verbindung ist ausschließlich in Robusta-Kaffee enthalten.

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