Estudio del efecto de la variación de parámetros térmicos (temperatura y grado de tostado) y la aplicación de microorganismos (Candida krusei) sobre el contenido de furano y 5-hidroximetilfurfural, compuestos bioactivos y perfil sensorial del café tostado (variedad Coffea arabica)

Abstract

El café es uno de los alimentos de mayor consumo a nivel mundial debido a sus propiedades beneficiosas. Sin embargo, durante su tostado no solo se desarrollan atributos sensoriales a través de la reacción de Maillard, sino que, además se forman neo-contaminantes tales como el furano y 5-hidroximetilfurfural (5-HMF). Este estudio evaluó el efecto conjunto de (i) la aplicación de Candida krusei y (ii) la variación de los parámetros térmicos de tostado sobre la formación de furano y 5-HMF en granos de café tostado (variedad Coffea arabica) con el fin de reducir su presencia, sin afectar el contenido de compuestos bioactivos, capacidad antioxidante y características sensoriales del producto original. Mediante un diseño factorial completo aleatorio, se evaluó el efecto de tres factores: (i) inoculación de levaduras (con y sin inoculación), (ii) temperatura de tostado (180°C y 210°C) y (iii) grado de tostado (bajo, medio y oscuro) sobre el contenido de 5-HMF, cafeína, ácido clorogénico, polifenoles totales y la capacidad antioxidante como variables de respuestas. Posteriormente se realizó la evaluación sensorial de 3 muestras que presentaron el menor contenido de 5-HMF y que mantuvieron el contenido de compuestos bioactivos y la capacidad antioxidante. Finalmente, a estas 3 muestras se les determinó el contenido de furano. El contenido de 5-HMF fue afectado significativamente por el grado de tostado y la inoculación. Mayores grados de tostado generaron menores contenidos de 5-HMF (415-471 mg kg-1, 164-316 mg kg-1, 35-45 mg kg-1 para café tostado bajo, medio y oscuro, respectivamente) probablemente debido a un menor contenido de precursores en el café tostado oscuro. Asimismo, se observó que en muestras de tostado medio inoculadas se produjó un 34% de mitigación de 5-HMF. Respecto al contenido de cafeína (8-9 mg g -1), compuesto termoestable; no fue afectado por parámetros térmicos de tostado. Contrariamente, el ácido clorogénico disminuyó a mayores grados de tostado y temperatura (11-12 mg g-1, 6-9 mg g-1 y 1-2 mg g-1 y 10 mg g-1, 6 mg g-1 y 2 mg g-1 para bajo, medio y oscuro y 180°C y 210°C, respectivamente). El contenido de polifenoles totales disminuyó a mayores grados de tostado (25-30 mg EAC g-1, 20-24 mg EAC g-1 y 18-21 mg EAC g-1 para bajo, medio y oscuro, respectivamente). Las muestras sometidas a un tostado oscuro sin inoculación presentaron la mayor capacidad antioxidante (IC50:4-5g de café L-1). Mayores grados de tostado generaron mayor contenido de furano ( 5019 ng g-1 a 6507 ng g-1 y de 7916 ng g-1 en café tostado medio y oscuro, respectivamente), sin embargo, el contenido de furano disminuyó en un 14% en granos de café sometidos a proceso de inoculación. Las características sensoriales no se vieron afectadas por la inoculación, pero si por el grado de tostado; finalmente no hubo una preferencia por alguna de las muestras. Por lo que un café bajo parámetros de grado de tostado medio- temperatura 210°C y la aplicación conjunta de microorganismos Candida krusei durante la fermentación de los granos, es una tecnología viable para la mitigación de 5-HMF y furano sin afectar negativamente los compuestos bioactivos y características sensoriales

Coffee is one of the most consumed foods worldwide due to its beneficial properties. However, during roasting, not only sensory attributes are developed through the Maillard reaction, but also neo-formed such as furan and 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) are formed. This study evaluates the joint effect of (i) the application of Candida krusei and (ii) the variation of thermal roasting parameters on the formation of furan and 5-HMF in roasted coffee beans (Coffea arabica variety) in order to reduce their presence, without affecting the content of bioactive compounds, antioxidant capacity and sensory characteristics of the original product. Using a randomized complete factorial design, the effect of three factors was evaluated: (i) yeast inoculation (with and without inoculation), (ii) roasting temperature (180°C and 210°C) and (iii) degree of roasting (low, medium and dark) on the content of 5-HMF, caffeine, chlorogenic acid, total polyphenols and antioxidant capacity as response variables. Subsequently, the sensory evaluation of 3 samples that presented the lowest 5-HMF content and maintained the content of bioactive compounds and antioxidant capacity was carried out. Finally, the furan content was determined for these 3 samples. The 5-HMF content was significantly affected by roasting degree and yeast inoculation. Higher roasting degrees generated lower 5-HMF contents (415-471 mg kg-1, 164-316 mg kg-1, 35-45 mg kg-1 for low, medium and dark roasted coffee, respectively) probably due to a lower content of precursors in dark roasted coffee. Likewise, it was observed that in inoculated medium roast samples there was an 34% of mitigation in 5-HMF content. Regarding the content of caffeine (8-9 mg g-1), thermostable compound; was not affected by thermal parameters of roasting. Contrarily, chlorogenic acid decreased at higher degrees of roasting and temperature (11–12 mg g-1, 6–9 mg g-1 and 1–2 mg g-1 and 10 mg g-1, 6 mg g-1 and 2 mg g-1 for low, medium and dark and 180 °C and 210 °C, respectively). The content of total polyphenols decreased at higher degrees of roasting (25–30 mg EAC g-1, 20 – 24 mg EAC g-1 and 18 – 21 mg EAC g-1 for low, medium and dark, respectively). The antioxidant capacity of the samples subjected to dark roasting without inoculation showed the highest antioxidant capacity (IC50: 4 -5 g of coffee L-1). Higher roasting degrees generated higher furan content (5019 ng g-1 to 6507 ng g-1 and 7915 ng g-1 in medium and dark roasted coffee, respectively), however, the furan content decreased a 14% in coffee beans submitted to inoculation process. The sensory characteristics were not affected by inoculation but were affected by the degree of roasting; finally, there was no preference for any of the samples. Therefore, coffee under medium roasting degree parameters - temperature 210°C and the joint application of Candida krusei microorganisms during coffee beans fermentation is a viable technology for the mitigation of 5-HMF and furan without negatively affecting the bioactive compounds and sensory characteristics