MOGUĆNOSTI PROIZVODNJE SUPLEMENATAMOGUĆNOSTI PROIZVODNJE SUPLEMENATA SA ANTIOKSIDATIVNOM AKTIVNOŠĆU OD

OTPADNE KAFE

Marija Pavlović, Suzana Dimitrijević‐ Branković, Slavica Šiler‐Marinković 

[1] Tehnološko‐metalurški fakultet,Katedra za biohemiijsko inženjerstvo i biootehnologije, Beograd, Karnegijeva 4, siler@tmf.bg.ac.rs

UVODUVODUVODUVOD

• Kafa obiluje antioksidansima, koji pozitivno utiču na metaboličke procese u organizmu, oslobađajući ga štetnih slobodnih radikalaštetnih slobodnih radikala.

• Utvrđena su takođe i izvesna antitumorna, antialergijska i antiinflamatorna svojstva kafei antiinflamatorna svojstva kafe. 

• S obzirom da se danas, velika pažnja posvećuje otpadnim materijalima i njihovom ponovnom korišćenju čine sematerijalima i njihovom ponovnom korišćenju, čine se pokušaji da se ostaci kafe, zaostali nakon pripreme napitaka,  iskoriste u razne svrhe, između ostalog i kao izvor prirodnih antioksidanasa. 

• U svetu se kafa gaji na površini od oko 1.070.000 ha.Uz prosečan prinos od 552 kg/ha proizvede se količina od oko 5 700 000 t sirove

•Arabica (Coffea Arabica linaeus) čini 70 % svetske proizvodnje, jer je boljeg kvaliteta ima naglašen miris izbalansiranu aromu ukus je

Uz prosečan prinos od 552 kg/ha, proizvede se količina od oko 5.700.000 t sirove kafe godišnje

boljeg kvaliteta, ima naglašen miris, izbalansiranu aromu, ukus je kombinacija slasti i kiselosti. Maksimalna količina kofeina ne prelazi 1,5%.Poznate arabike su : Minas, Santos, Sigri, Maragogip, Kostarika, Moka harar...•Robusta (Coffea Canehora Pirex Francher ) učestvuje sa 25 % u svetskoj proizvodnji kafe. Sadrži do 2,8% kofeina. Biljka je znatno otpornija , ali je zrno lošijeg kvaliteta .

Sastav kafe

S k f i i i d či j j b b • Sastav kafe varira u zavisnosti od vrste, načina gajenja, berbe, čuvanja i prerade.

Hemijski sastav sirove kafeHemijski sastav sirove kafe

Komponente Sadržaj, %Vlaga 5,0 – 7,0Masti 10,0 – 15,0

Celuloza do 40,0,Šećeri 5,0 – 7,0Kofein 0.7 – 2.8

Hlorogenska kiselina 65 140 mg/gHlorogenska kiselina 65-140 mg/g

Uticaj pečenja na fizičko - hemijskeUticaj pečenja na fizičko hemijske promene u zrnu kafe

Promena boje od zelene do tamno braon čak crne• Promena boje od zelene do tamno braon, čak crne.• Smanjenje vlage i gubitak mase od oko 20%.• Porast zapremine od 70 do 100%. •Sinteza aromatičnih i antioksidativnih jedinjenja ( melanoiidina) kao•Sinteza aromatičnih i antioksidativnih jedinjenja ( melanoiidina) kao rezultat (Millard-ove reakcije). •Stvaranje sloja vrlo aromatičnog kafenog ulja.• Aroma se menja jer se kiselost, količina šećera i proteina smanjuje, aAroma se menja jer se kiselost, količina šećera i proteina smanjuje, a gorčina se povećava.• Ukupan sadržaj kofeina i lipida ostaje gotovo nepromenjen.•Smanjenje sadržaja hlorogenske kiseline za oko 70%.

Fiziološko delovanje kafej

• Stimuliše nervni sistem, otklanja sanjivost i smanjuje zamor• Kratkotrajno podiže pritisak.• Pomaže da se bolje utroši energija akumulirana u toku dana. • Pomaže u prevenciji dijabetesa.• Deluje analgetski• Deluje kao vazodilatator.• Jača imunološki sistem• Jača imunološki sistem.• Stimulativno deluje na srce, mozak i tonus mišića.• Ne povećava rizik od infarkta, ateroskleroze, aritmije i hipertenzije.• Reguliše probavu, pospešuje varenje, podstiče želudačne sokove.g p , p p j j , p• Štiti od raka debelog creva.• Podstiče izlučivanje vode iz organizma.• Umanjuje rizik od stvaranja kamena u žuči.

S č k ij• Sprečava karijes.• Smanjuje rizik od Parkinsonove bolesti.• Smanjuje rizik od ciroze jetre.

• Kafa u većim količinama izaziva teškoće poput nesanice, uznemirenosti, lupanja srca i bola u želucu.

• Jedna šoljica kafe sadrzi 100 do 150 mg kofeina, pa je preporučljiva doza kafe najviše 3-4 šoljice u toku dana.

•Najveća tolerantna količina je 9 šoljica dnevno.

•Letalna doza kofeina iznosi 150 mg/kg telesne mase što •Letalna doza kofeina iznosi 150 mg/kg telesne mase, što znači da je za čoveka od 80 kg letalna doza 12 g kofeina, tj. 100 šoljica kafe!

ANTIOKSIDATIVNA AKTIVNOST KAFEANTIOKSIDATIVNA AKTIVNOST KAFE

• Kafa je šesta po količini antioksidanasa u jednoj tipičnoj porciji, među 50 ispitivanih namirnica

A ti k id i k fiAntioksidansi u kafi

• Jedinjenja koja pripadaju familiji polifenola. • Njihova koncentracija varira u zavisnosti od načina pripreme napitka• Identifikovane su tri polifenolne komponente: hlorogenskaIdentifikovane su tri polifenolne komponente: hlorogenska kiselina, kafeinska i ferulinska kiselina.

HLOROGENSKA KISELINA

• Najvažnije polifenolno jedinjenje u kafi.• Estar kafeinske kiseline i 3-hidroksi-ferulinske ki likiseline.

• Sadržaj hlorogenske kiseline u zelenoj kafi je:1. 65 mg/g, (Robusta) 1. 65 mg/g, (Robusta) 2. 140 mg/g (Arabika)

•Pečenjem kafe, više od 70 % hlorogenske kiseline biva degradirano.Hlorogenska kiselina iz ekstrakta zelene kafe je veoma bioraspoloživa• Hlorogenska kiselina iz ekstrakta zelene kafe je veoma bioraspoloživa.

• Njene uloge su: antioksidantne, antidijabetske, antitumorne, u redukciji telesne težine, antibakterijske, antiinflamatorne, detoksikujuće, smanjuje adsorpciju holesterola, snižava krvni pritisak, stimuliše leukocite, ubrzava gastrointestinalnu p gperistaltiku.

KAFEINSKA KISELINA

•Smanjuje produkciju aflatoksina za čak više od 95%.Smanjuje produkciju aflatoksina za čak više od 95%.•Deluje kao UV filter.• Zajedno sa hlorogenskom kiselinom sprečava metilaciju DNK, pa se smatra da deluje antikancerogeno.

Ispoljava antiinflamatorno i imunomodulatorsko delovanje• Ispoljava antiinflamatorno i imunomodulatorsko delovanje.• Efektivni je antidijabetik - povećava lučenje insulina i smanjujeproizvodnju glikogena u jetri.•Praktično kompletan sadržaj zaostaje u talogu kafe.p j j g

FERULINSKA KISELINAFERULINSKA KISELINA

• Nastaje hidrolizom hlorogenske kiseline. R j di i lk h l• Rastvorna je u vodi i u alkoholu.

• Navodno je uzrok kiselosti kafe. 

• Često je početni materijal za sintezu novih lekova – Tamiflu.

• Potpomaže sintezu triptofana i nikotinamida p pu gastrointestinalnom traktu.

•Talog kafe zaostale nakon ekstrakcije vodom, prema literaturnim podacima poseduju antioksidativna svojstva.

•HPLC analize pokazuju da fenolne kiseline (hlorogenska i kafeinska kiselina), kao i nefenolne komponente (kafein, trigonelin, nikotinska kiselina, 5-(hidroksimetil)-furfuraldehid) zaostaju delimično u talozima kafe.

•Takođe, melanoidini koji nastaju tokom prženja kafe kao rezulatat Maillardove reakcije, poseduju antioksidativnu kti t i i d li ič t j t l k faktivnost, a i oni delimično zaostaju u talogu kafe.

Analitičke metode• Određivani su hemijski sastav, antioksidativna aktivnost i jantimikrobna aktivnost sledećih uzoraka kafe: pečena, espresso, talog pečene kafe i talog espresso kafe. • U uzorcima je direktno određen sadžaj: suvsuve mae materijterijee, mast, mastii,,kofeinkofeinaa i hlorogenske kiselinei hlorogenske kiselinekofeinkofeinaa i hlorogenske kiselinei hlorogenske kiseline..• Svi navedeni uzorci su ekstrahovani polarnim rastvaračem (70% etanol) , a u dobijenom tečnom ekstraktu određeni su ukupni polifenoli i antioksidativna aktivnost DPPH i FRAP metodom.

• Tečni ekstrakti su osušeni u sušnici sa rasprskavanjem i u njima je određen sadržaj polifenola i antioksidativna aktivnost, da bi se utvrdio uticaj sušenja ekstrakta na antioksidativnu aktivnost uticaj sušenja ekstrakta na antioksidativnu aktivnost.

Određivanje kofeinaOdređivanje kofeina• Sadržaj kofeina određen je spektrofotometrijskom metodom na 272 nm.• Na osnovu izmerenih ekstinkcija očitavana je koncentracija kofeina sa standardne krive.

Određivanje hlorogenske kiselineHlorogenska kiselina je određena AOAC spektrofotometrijskom metodom Hlorogenska kiselina je određena AOAC spektrofotometrijskom metodom na 325 nm, posle prečišćavanja vodenog ekstrakta Carezovim reagensom.

Određivanje ukupnih polifenolaOdređivanje ukupnih polifenola•U etanolonom ekstraktu sadržaj ukupnih polifenola je određen po Folin - Ciocalteu metodi, spektrofotometrijski na 750 nm.• Na osnovu izmerenih ekstinkcija očitavana je koncentracija polifenola

d d k l ž l k l (G )sa standardne krive ,a rezultati su izraženi u mg galne kiseline (GAE) na g ekstrakta .

ODREĐIVANJE ANTIOKSIDATIVNE AKTIVNOSTIAKTIVNOSTI

Ispitivanje sposobnosti neutralizacije DPPH radikalaradikala• DPPH se prilikom reаkcije sа donorom protonа redukuje do DPPH–H, pri čemu se boja menja iz ljubičаste u žutu. Intenzitet promene boje se merispektrofotometrijski nа 517 nm.

K t i k i i ti k t ij k t k t i t • Konstruisаne su krive zаvisnosti koncentrаcije ekstrаkаtа i procentа inhibicije DPPH rаdikаlа i izrаčunаte su vrednosti IC50 - koncentrаcije аntioksidаnаsа potrebne zа inhibiciju 50 % početne količine DPPH rаdikаlа.

FRAP metoda• Zаsnivа se nа redukciji [Fe(III)-TPTZ] do [Fe(II)-TPTZ] u kiseloj sredini.• [Fe(II)-TPTZ] kompleks je intenzivno plаvo obojen sа mаksimumom

аbsorbаnce nа 593 nmаbsorbаnce nа 593 nm.

S d ž j t ij i ti i k fSadržaj suve materije i masti u uzorcima kafe

Uzorak Suvamaterija,

%

Masti,% / s.m

Pečena kafa 96,69 14,57Espresso kafa 97,99 11,38T l č Talog pečene

kafe 98,86 17,09Talog espresso

kafe 98 41 11 75kafe 98,41 11,75

Najvažniji antioksidansi u talogu kafeUzorak Kofein, % Hlorogenska  Ukupni polifenoli,%g

kiselina,%p p

Talog pečene kafe 0.82 1.62 1.76

Talog espresso kafe 0.79 1.28 1.52g p

Uzorak Kofein, % Hlorogenska Ukupni polifenoli,%

Sadržaj antioksidanasa u ekstraktu taloga kafeUzorak Kofein, % Hlorogenska 

kiselina,%Ukupni polifenoli,%

Talog pečene kafe 2.5 5.62 6.32

Talog espresso kafe 2 1 4 82 5 61Talog espresso kafe 2.1 4.82 5.61

708090

100

dika

la, %

Pržena kafa

20304050

60

hibi

cija

DPP

H ra

d Pržena kafaEspresso kafaTalog pržene kafeTalog espresso kafe

010

0 10 20 30 40 50 60

Inh

Koncentracija, µg/ml

Uporedni prikaz procenata inhibicije DPPH radikala u tečnim ekstraktima kafe

8090

100

a, %

304050

607080

ja D

PPH

radi

kala

Pržena kafaEspresso kafaTalog pržene kafeTalog espresso kafeIC50

0102030

0 5 10 15 20 25

Inhi

bici

j IC50

Koncentracija µg/ml

Vrednosti IC50 za tečne ekstrakte

Koncentracija, µg/ml

Antioksidativna aktivnost ekstrakata taloga određena ekstrakata taloga određena FRAP metodom

Uzorak mmol Fe2+ / g s.m.

Talog pečene kafe 0 275Talog pečene kafe 0,275

Talog espresso kafe 0,270

Sadržaj polifenola u tečnim i suvim ekstraktima

140

160

180

ola,

mg

ka

80

100

120

pnih

pol

ifeno

g s.

m. u

zork

Tečni ekstraktiSuvi ekstrakti

0

20

40

60

Sadr

žaj u

kuG

AE/

01 2 3 4

Pečena Espresso Talog pečene Talog espresso

70

8090

100

dika

la, %

Pržena kafa

2030

4050

60

hibi

cija

DPP

H ra

d Pržena kafaEspresso kafaTalog pržene kafeTalog espresso kafe

010

0 10 20 30 40 50 60

Inh

Koncentracija, µg/ml

Uporedni prikaz procenata inhibicije DPPH radikala u suvim ekstraktima kafe

8090

100

%

4050

607080

a DP

PH r

adik

ala,

Pržena kafaEspresso kafaTalog pržene kafeTalog espresso kafe

0102030

0 5 10 15 20 25

Inhi

bici

ja IC50

0 5 10 15 20 25

Vrednosti IC50 za date suve ekstrakte

Koncentracija, µg/ml

Antioksidativna aktivnost tečnih i suvih ekstrakata određena FRAP metodom

0 3

0 2

0,25

0,3

uzo

rka

0 1

0,15

0,2

e2+

/ g s

.m.

Tečni ekstraktiSuvi ekstrakti

0

0,05

0,1

mm

ol F

1 2 3 4

Pečena Espresso Talog pečene Talog espresso

Antimikrobna aktivnostAntimikrobna aktivnostAntimikrobna aktivnost taloga kafe određivana je metodom

dif ij b čićidifuzije u bunarčićima.

Nije utvrđena antimikrobna aktivnost u odnosu na:Nije utvrđena antimikrobna aktivnost u odnosu na:• Echerichia coli ATCC 259222, • Staphylococcus aureus ATCC 25923 iStaphylococcus aureus ATCC 25923 i• Candida albicans ATCC 24433.

ČZAKLJUČAK

Talozi zaostali nakon ekstrakcije kafe vodom, Talozi zaostali nakon ekstrakcije kafe vodom, koji koji predstavljaju otpadni materijal poseduju dobra predstavljaju otpadni materijal poseduju dobra predstavljaju otpadni materijal, poseduju dobra predstavljaju otpadni materijal, poseduju dobra antioksidativna svojstva. antioksidativna svojstva. Oni se mogu iskoristiti za proizvodnju polifenolnih Oni se mogu iskoristiti za proizvodnju polifenolnih ekstrakata , koji se nakon sušenja mogu korisiti ekstrakata , koji se nakon sušenja mogu korisiti , j j g, j j gkao suplementi.kao suplementi.