Журнал харчування та дієтології
Відкритий доступ

Наша група щороку організовує 3000+ Глобальних конференційних серій по всій території США, Європи та Азії за підтримки ще 1000 наукових товариств та видає 700+ журналів з відкритим доступом, що містить понад 50000 видатних особистостей, відомих вчених як членів редакційної ради.

Журнали з відкритим доступом отримують більше читачів та цитат
700 журналів та 15 000 000 читачів у кожному журналі отримує 25 000+ читачів

Це число читачів у 10 разів більше порівняно з іншими журналами підписки (Джерело: Google Analytics)

Дата отримання: 13 листопада 2017 р./Дата прийняття: 08 січня 2018 р./Дата публікації: 11 січня 2018 р

Анотація

Ключові слова: Кава; Здоров'я; Антиоксиданти; Обсмажування; Хлорогенові кислоти; Меланоїдини

Вступ

Зв’язок між споживанням кави та здоров’ям

Проблема з органами чи здоров’ям Ефект довідки
Печінка Знижений рівень раку печінки та захворювань загалом [5,6]
Діабет 2 типу Зниження рівня захворюваності на діабет 2 типу [7-9]
Нейродегенерація Зниження ризику хвороби Паркінсона [10]
Зниження ризику деменції [11]
Рак Загальний ризик раку знизився [12]
ССЗ та артеріальний тиск Помірне споживання кави, пов’язане зі зниженням ризику ССЗ [13]
Підвищена антиоксидантна здатність плазми [14]
Зниження ризику серцевої недостатності та інсульту [15]
Вживання кави підвищує кров'яний тиск [16]
Кава підвищує рівень холестерину [17]
Протизапальні властивості Нижчі рівні системних імунних та запальних маркерів у сироватці крові [18]
Астма Зниження захворюваності на бронхіальну астму. [19]
Психічний стан Підвищена пильність [20]
Менший ризик самогубства [21]
Артрит Зниження ризику подагри [22]
Підвищений ризик розвитку ревматоїдного артриту [23]
Спати Збільшується при порушеннях сну [24]
Викидень/низький рівень народжуваності Підвищений ризик викидня [25]
Споживання матері пов’язане з низькою вагою дитини при народженні [26]

Таблиця 1: Вибрані статті, що описують зв'язок споживання кави з різними ризиками захворювань та функціональними розладами.

Кавові компоненти, пов’язані з його впливом на здоров’я

З дискусії вище видно, що джерела корисних наслідків споживання кави на здоров’я є хімічно складними та багатофакторними. Однак один важливий внесок у здоров’я пов’язаний з антиоксидантною активністю, яка контролює потенційно пошкоджуючі окислювальні процеси. Оскільки кава робить важливий внесок у вживання в їжу антиоксидантів у багатьох групах населення [57,58], ми вважаємо, що вдосконалення наших знань про антиоксидантні властивості кави є важливим кроком у розумінні її внеску у здоровий спосіб життя. Про це йдеться в наступних розділах.

Деякі довідкові відомості про антиоксиданти в каві

• Спочатку важливо пояснити деякі визначення.

• Антиоксидант або запобігає або пригнічує процеси окислення.

• Прооксидант стимулює процеси окислення.

• Вільний радикал - це молекула, що містить непарний електрон.

Для вимірювання антиоксидантних властивостей використовуються різні типи хімічних досліджень, які більш детально обговорюються в наступному розділі. Однак важливо визнати, що в біологічній системі антиоксидант може функціонувати або пригнічуючи утворення окислювача, або знешкоджуючи активні форми кисню (АФК) і тим самим порушуючи окислювальні ланцюгові реакції. В останньому механізмі одержуваний киснем радикал абстрагує атом водню від антиоксиданта і утворює одержуваний антиоксидант радикал, який набагато менш реактивний, ніж вихідні АФК. Тоді такі відносно стабільні радикали здатні реагувати більш конкретно і самі також можуть бути біоактивними. У біології поведінку антиоксидантів часто ототожнюють з активністю, що знищує вільні радикали, через роль, яку виконують вільні радикали, похідні від O2, такі як O2 -, HO2 та HO. в біологічних процесах окислення. Однак не всі реактивні форми кисню (АФК) є вільними радикалами, і не всі вільні радикали є окислювачами, тому при застосуванні цих термінів слід дотримуватися обережності.

Основними антиоксидантами в несмажених (зелених) кавових зернах є CGA, на які припадає ~ 10% сухої маси. Ці фенольні кислоти дуже біодоступні [59], і їх вплив на здоров’я було нещодавно розглянуто [60], особливо в контексті наслідків споживання кави. Споживання CGA пов’язане зі зниженням ваги через їх вплив на поглинання глюкози, і екстракти несмажених кавових зерен або напої, доповнені CGA, можуть використовуватися для лікування ожиріння [61]. Однак слід зазначити, що назва хлорогенова кислота відповідає широкому спектру сполук; близько 70 різних похідних було описано в зелених кавових зернах [62], і цілком імовірно, що не всі з них виявлять подібну біоактивність.

Аналізи для визначення антиоксидантних властивостей

Наукова література містить безліч аналізів для вимірювання антиоксидантних властивостей біологічних матеріалів та харчових продуктів. Однак усі засновані на хімічних реакціях, що проводяться in vitro, що негайно викликає питання щодо їх біологічної значущості, оскільки вони не враховують біодоступність, стабільність in vivo, утримання тканинами та реакційну здатність у тканинах [64]. Крім того, можуть виникати реакції з травною рідиною, іншими компонентами продукту, який вживається самостійно, наприклад, молоком або цукром у випадку з кавою, або іншими продуктами харчування, що входять до їжі.

Слід також зазначити, що різні аналізи виявляють різну чутливість до різних типів антиоксидантних сполук. Навіть різні сполуки одного класу можуть давати різно різні значення в антиоксидантних аналізах, як це спостерігається, наприклад, для поліфенолів галової кислоти та кофеїлхінової кислоти [66]. Отже, використання одного аналізу може дати оманливі висновки. Поєднання декількох аналізів, що включають різні типи хімічних реакцій, забезпечує більш реалістичний огляд антиоксидантних властивостей складної проби, такої як харчовий продукт. Навіть тоді такими даними слід користуватися з обережністю, і слід мати на увазі, що не існує такого поняття, як одне антиоксидантне значення, яке можна безпосередньо пов’язати з біологічними властивостями.

Нещодавно Opitz et al. Описали адаптацію та перевірку трьох додаткових аналізів (Folin-Ciocalteu (FC), ABTS та ORAC) для рутинної оцінки антиоксидантної здатності напоїв. [66,67], а приклади представлені в наступних розділах їх застосувань для розуміння впливу умов смаження на антиоксидантні властивості зразків кави. Експериментальні установки проілюстровані в Фігура 1, що також показує вимірювання експериментальних значень відносно значень стандарту галової кислоти.

складу

Фігура 1: Експериментальні установки для автоматичного аналізу значень антиоксидантів у розчинах із використанням методів Folin-Ciocalteau, ABTS та ORAC, а також ілюстрації аналітичних результатів для зразків кави та стандарту галової кислоти (GA). Зверніть увагу, що інтенсивність сигналу зростає із збільшенням вмісту антиоксидантів за допомогою Фоліну-Чіокалто, але зменшується із збільшенням вмісту антиоксидантів за допомогою методів ABTS та ORAC.

Визначення впливу смаження на антиоксиданти кави

Значення антиоксидантів у зразках несмаженої кави Робуста, як правило, вищі, ніж у зразках арабіки, і Opitz et al. [66] використовував описану вище антиоксидантну платформу для дослідження екстрактів з кавових зерен на різних стадіях процесу обсмажування, щоб зрозуміти еволюцію антиоксидантних властивостей. Вони спостерігали поступове збільшення антиоксидантної здатності під час смаження до легкого стану смаження, але при темному смаженні значення антиоксидантів зменшувались у напрямку до повільного та темного ступеня смаження. Ці результати інтерпретувались як такі, що показують, що на ранніх стадіях випалу вироблення меланоїдинів мало більш високий антиоксидантний ефект, ніж той, що втрачався в результаті розкладання CGA, тоді як при більш темному смаженні та повільному часі обсмажування деградація CGA мала найбільший вплив на загальний ефект антиоксидантні властивості. У цій роботі значення антиоксидантів для браги з квасолі Робуста були постійно вищими, ніж ті, що готували з квасолі Арабіка в еквівалентних умовах обсмажування, але, як показано в Малюнок 2, основні відмінності спостерігались як в абсолютних значеннях антиоксидантів, так і в тенденціях щодо умов смаження відповідно до використовуваної методики.

Більш пряму інформацію про відносний внесок CGAs та меланоїдинів у загальні антиоксидантні властивості напою можна отримати шляхом онлайн-аналізів зчеплення з високоефективною ексклюзивною хроматографією (HPSEC). Потім це дозволяє окремо визначати внески продуктів із високою (меланоїдиновою) та низькою (CGAs) масою в одних і тих же варіннях [68-70]. Як проілюстровано в Малюнок 3, частка молекулярної маси постійно зростала зі ступенем смаження, хоча при найтемніших смаженнях були незначні втрати. На відміну від цього, низькомолекулярна частка поступово зменшувалась, починаючи з відносно м'яких умов обсмажування, але деяка кількість все-таки була присутня навіть у найтемніших засмажках. Таким чином, поєднуючи хроматографічні процедури з онлайновими аналізами, ми зараз розробляємо більш диференційований погляд на антиоксидантні властивості кави, який необхідний для подальшої інженерії спеціальних кавових продуктів.

Малюнок 2: Вплив умов смаження (4 різні швидкості, 3 різні ступені смаження) на значення антиоксидантів (виражених як еквіваленти галлової кислоти) кавових сортів Робуста та Арабіка, визначені методами Фолін-Чіокалто, ABTS та ORAC.

Малюнок 3: Визначення методами (a) ABTS та (b) Folin-Ciocalteau внеску високомолекулярних (меланоїдинів) та низькомолекулярних (переважно хлорогенних кислот) фракцій кави у загальну антиоксидантну здатність кавових заварок відповідно до швидкості обсмажування і ступінь смаження. Зверніть увагу, що значення представлені у еквівалентах CGA (5-кофеоїлхінова кислота).

Вільнорадикальні процеси в каві

Прикро, що існує загальноприйнята думка, що вільні радикали загально шкодять здоров’ю. Усі аеробні організми мають метаболізм, який базується на O2, найбільш стабільна форма якого, 3O2, є дирадикалом, і його 1-електронне відновлення призводить до утворення вільних радикалів, таких як .O2 -, .OOH та. ОХ. Ці вільні радикали є високореактивними і відіграють багато важливих ролей - корисних, а інших шкідливих - у біологічних процесах. Дійсно, у функціонуванні імунної системи вільні радикали використовуються для знищення збудників інфекцій, і одна з найважливіших реакцій у всій біології, фотосинтез, протікає через каскад реакцій вільних радикалів.

Крім того, центри вільних радикалів не обмежуються атомами кисню, і виникають радикали, в яких непарний електрон базується на атомах C, N або інших. Слід також зазначити, що величезний спектр реакційних здатностей проявляється різними типами вільних радикалів; наприклад, хоча HO. має період напіввиведення in vivo

10-9 с [71], стабільні радикальні центри спостерігаються в мінералах [72] і використовувались для датування в археології [73]. Тим не менше, багато важливих реакцій при переробці їжі протікають за допомогою окислювальних процесів вільних радикалів, прикладом є утворення меланоїдинового компонента під час смаження кави [74], і належний контроль таких вільнорадикальних реакцій в принципі повинен впливати на формування як корисних, так і шкідливих сполуки. Однак процеси вільнорадикальних процесів, що відбуваються під час смаження харчових продуктів, надзвичайно складні, і в даний час ми все ще відчуваємо труднощі в розумінні навіть найпростіших систем, але явно існує можливість маніпулювати складом кавових продуктів у бажаному у міру того, як ми отримуємо більше знань про реакції.

Вимірювання ЕПР, описані в попередньому параграфі, змогли виявити лише вільні радикали з періодом напіврозпаду, який є досить довгим, щоб забезпечити запис їх сигналів, і неможливо виявити дуже короткочасні радикали безпосередньо за допомогою цієї техніки. Однак утворення та ідентифікація короткоживучих радикалів іноді може бути досягнуто поєднанням ЕПР-спектроскопії та технологією спінового захоплення. Прикладом використання цього підходу є спостереження залежності від температури обороту короткочасних радикалів (можливо, за участю HO.) У розчинних розчинах кави [77]. Реакції таких радикалів можуть бути поясненням погіршення смаку під час зберігання гарячої завареної кави перед споживанням.

Контроль виробництва з метою виробництва кави зі специфічними властивостями

Інформація, необхідна для майбутніх розробок

Нарешті, окрім розгляду умов для оптимізації вмісту біоактивних сполук з корисними властивостями, важливо не ігнорувати виробництво сполук, що потенційно шкодять здоров’ю, і мінімізуючи потреби у виробництві, щоб приділити особливу увагу при розробці кавових продуктів для покращені оздоровчі властивості. Однією з молекул, якій приділяли значну увагу протягом останнього десятиліття, є акриламід, який утворюється в результаті реакції Майяра між аспарагіном та відновлюючими цукрами на ранніх стадіях смаження кави [52]. Рівень акриламіду, як правило, вищий для робусти, ніж кава арабіка [85], і знижується із збільшенням температури та часу смаження для подібного ступеня смаження. Таким чином, вони приблизно паралельні рівням CGA та ілюструють типи компромісів, які потрібно буде зробити, коли розробляють функціональну їжу з кави. В даний час виробництво високоякісної кави розглядається як мистецтво, але з поглибленим знанням відповідних реакцій воно може ставати все більше наукою, і ця наука повинна призвести до розробки напоїв, які також роблять все більш цінний внесок у здоров'я як мають приємні сенсорні властивості.

Подяки

BG визнає Університет Гуансі посадою запрошеного професора. Комісія з технологій та інновацій (CTI) Швейцарії, Цюріхський університет прикладних наук (ZHAW) та Bühler AG отримують визнання за фінансову підтримку (проект № 13897.1 PFIW-IW). Ми також вдячні доктору Стефану Шенкеру та Марко Веллінгеру за допомогу у цьому проекті.

Список літератури

Цитата: Goodman BA, Opitz SEW, Smrke S, Yeretzian C (2018) Розробка складу кави для потенційного покращення її користі для здоров’я. J Nutr Diet 1: 101.

Виберіть мову, яка вас цікавить, щоб переглянути загальний вміст на вашій мові