Multi-element Stable Isotope Analysis of Alkylpyrazines and Pyridine from Roast Coffee

Multielement-Stabilisotopenanalyse von Alkylpyrazinen und Pyridin aus Röstkaffee

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-33360
  • Gas chromatography – isotope ratio mass spectrometry (HRGC-IRMS) is an established technology for the authenticity assessment of achiral aroma compounds. For this technique, authentic reference data for both ‘natural’ and ‘synthetic’ origins of the aroma compounds is needed to define the limits and possibilities of authenticity assessments. For different fruit aroma compounds databases have been accumulated and have been used successfully. But this simplicity in the procedure of accumulating samples and filling the database fails, when theGas chromatography – isotope ratio mass spectrometry (HRGC-IRMS) is an established technology for the authenticity assessment of achiral aroma compounds. For this technique, authentic reference data for both ‘natural’ and ‘synthetic’ origins of the aroma compounds is needed to define the limits and possibilities of authenticity assessments. For different fruit aroma compounds databases have been accumulated and have been used successfully. But this simplicity in the procedure of accumulating samples and filling the database fails, when the generation of aroma compounds are dependant on, not only the fruit itself, but also on a technological process as in the case of roasting coffee beans. In such a case, it is not enough simply to analyse samples from different origins for the database, but an examination of the influence of the technological process of roasting on the aroma is also needed. Furthermore, the generation process of the aroma compounds from their precursors during roasting should be analysed and determined. The aim of this study was, therefore, to build up a database for alkylpyrazines (and pyridine) from roasted coffee, and to elucidate the questions determining the alkylpyrazine and pyridine generation in coffee beans in all aspects. For this purpose arabica and robusta green coffees from different regions of the world were roasted, and the stable isotope ratios, 15N/14N and 2H/1H, of the produced alkylpyrazines and pyridine were compared to those of references, commercially available roast coffees, unspecified roast coffees, coffee products and coffee aromas. Additionally, the δ2HV-SMOW isotopic stability of alkylpyrazines in different solvents was determined to exclude isotopic effects in coffee products and coffee aromas. To elucidate the question as to how the stable isotope values, 15N/14N, 2H/1H and 13C/12C, of alkylpyrazine references were obtained and if these could be influenced somehow, different alkylpyrazines were synthesised. The generation process of alkylpyrazines during the roasting of coffee was analysed, by both roasting experiments and the fractionation of green coffee beans, into compound classes with subsequent roastings.show moreshow less
  • Die Gaschromatographie-Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (HRGC-IRMS) gehört zu den etablierten Verfahren zur Authentizitätsbewertung von achiralen Aromastoffen. Für diese Technik sind Datenbanken mit authentischen natürlichen und synthetischen Referenzproben notwendig, um die Grenzen und Möglichkeiten der Authentizitätsbewertung festzulegen. Bisher wurden für verschiedene Fruchtaromen solche Datenbanken erstellt und diese auch erfolgreich bei Fragen zur Authentizität genutzt. Diese Art des Vorgehens scheitert jedoch, wenn die Herkunft derDie Gaschromatographie-Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (HRGC-IRMS) gehört zu den etablierten Verfahren zur Authentizitätsbewertung von achiralen Aromastoffen. Für diese Technik sind Datenbanken mit authentischen natürlichen und synthetischen Referenzproben notwendig, um die Grenzen und Möglichkeiten der Authentizitätsbewertung festzulegen. Bisher wurden für verschiedene Fruchtaromen solche Datenbanken erstellt und diese auch erfolgreich bei Fragen zur Authentizität genutzt. Diese Art des Vorgehens scheitert jedoch, wenn die Herkunft der Aromastoffe nicht nur von der Frucht abhängig ist, sondern auch von einem technologischen Prozess, wie z.B. im Falle der Kaffeebohnenröstung. In einem solchen Fall genügt es nicht, nur Proben verschiedener Art/Herkunft zu analysieren; auch der Einfluss des technologischen Prozesses auf das Aroma, d.h. die Entstehungsprozesse der Aromastoffe aus ihren Vorstufen müssen erforscht werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine Datensammlung für Alkylpyrazine (und Pyridin) von Röstkaffee zu erstellen und der Fragestellung bezüglich der Alkylpyrazin- (und Pyridin-)bildung nachzugehen. Zu diesem Zweck wurden die Stabilisotopenverhältnisse 15N/14N und 2H/1H der Alkylpyrazine von gerösteten Arabica- und Robusta-Kaffeebohnen mit denen von Referenzverbindungen, kommerziell erhältlichen Röstkaffees, Röstkaffees unbekannter Herkunft, Kaffee-produkten und Kaffeearomen verglichen. Zusätzlich wurde die δ2HV-SMOW-Stabilität der Alkylpyrazine in verschiedenen Lösemitteln bestimmt, um mögliche Austauscheffekte in Kaffeeprodukten und Kaffeearomen auszuschließen. Des weiteren wurde anhand von Synthesen verschiedener Alkylpyrazine überprüft, inwieweit deren Stabilisotopenwerte bei der Herstellung beeinflusst werden. Die Alkylpyrazinbildung während des Kaffeeröstens wurde auf verschiedene Weise untersucht, zum einen durch Röstexperimente unterschiedlicher Dauer und zum anderen durch Fraktionierung von grünem Kaffee in seine Komponenten mit anschließender Röstung dieser Fraktionen.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar Statistics
Metadaten
Author: Christina Preston
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-33360
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Chemie und Pharmazie
Faculties:Fakultät für Chemie und Pharmazie / Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie
Date of final exam:2009/01/21
Language:English
Year of Completion:2008
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
GND Keyword:Röstkaffee
Tag:Alkylpyrazine; Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie; Pyridin
alkylpyrazines; isotope ratio mass spectrometry; pyridine; roast coffee
Release Date:2009/01/27
Advisor:Prof. Dr. Peter Schreier