ESPRESSO AROMA ANALİZİ

Bu yazıyı oldukça ilgimizi çeken bir makaleye ayırdık. Espressonun bizim için ne demek olduğunu bizi eskiden beri tanıyan müşterilerimiz çok iyi bilir. Dükkanlarımızda 3 farklı espresso çeşidi ile hizmet verdiğimiz senelerdir temelini en iyi oturttuğumuz ve en sevdiğimiz ürünümüzdür. Özet ve yorumlamasını yapacağımız bu çalışmada, üç farklı espresso kahvenin İn Vitro ve İn Vivo aroma salım analizi bir elementel bir de duyusal analiz yapılarak incelenmiştir. Kahve satın alımında ve tüketiminde ilk dikkat çeken şey aromadır. Aroma hem kahvenin karakterini ortaya koyan hem de kalitesiyle ilgili ipuçlarını kolaylıkla yakalayacağımız, kahve tüketim eğilimini kendisine doğru çeviren en önemli özelliktir. Sözde "retronazal algı (burun arkası algı)", yutmayı takiben nefes verilen havadaki VOC'lerin (volatile-organik-compounds = organik uçucu bileşikler), buruna ulaşan olfaktif (koku alma siniri) sistemine ulaşmasıyla başlatılır. Her iki aroma algısında da VOC'ler burundaki olfaktif ampulle buluşur. Ancak, koku algısının yorumlanması, uçucu maddelerin izlediği yol, aroma bileşiklerinin fiziksel özellikleri, yiyecek bileşimi, doku ve matris bileşenleriyle etkileşimleri ve tüketici fizyolojisiyle ilgili faktörlere bağlıdır. Çalışmada, elementel ve duyusal analiz olmak üzere iki farklı analiz yönteminden bahsetmiştik. Duyusal yani Retronazal (veya in vivo) aroma salımının izlenmesi, "nosespace analizi" olarak da bilinen APCI-MS, PTR-MS veya SIFT-MS kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada proton-transfer-reaction kütle spektrometresi (PTR-MS) ise ilk olarak ağız içi ve burun alanı ölçümleri ile kahve aroması salımının izlenmesinde kullanılmıştır. Hemen akabinde bu çalışmalarda, tüketiciler arasındaki farklılıklar ve salım mekanizmalarına odaklanılmıştır. PTR-MS daha sonra espresso kahvelerde kahve köpüğünün organik uçucu bileşik salımı üzerindeki etkisini araştırmak, kahve aroması salımındaki bireyler arası farkları incelemek ve zamana bağlı aroma salımı ile retronazal algı arasındaki ilişkiyi incelemek için kullanılmıştır. PTR-MS cihazı bilimsel araştırmalarda sıkça kullanılan bir cihaz olup, bu kahve bilimine ait çalışmasında Arabica ve Robusta kahveler arasında veya farklı Robusta karışımları arasında coğrafi kökenlerine dayanarak ayrım yapma imkânı vermiştir. Çalışmanın en büyük amacı, espresso kahvelerini burun alanı profillerine dayanarak ayırt etmenin mümkün olup olmadığını doğrulamaktır. Aynı ürünler ayrıca headspace analiziyle (bir katı veya sıvı örnekle ilişkili uçucu bileşiklerin örnekleme ve incelenmesi için kullanılan bir tekniktir, gerçek ölçüm örnek üzerindeki gaz veya buhar ile yapılır) de incelenmiştir. Bu, in vivo ve in vitro aroma salımı arasında detaylı bir karşılaştırma yapılmasını sağlamıştır. Çalışmada iki Arabica espresso kahvesi, doğal olarak düşük kafein içeren bir kahve, tek bir kökenli Etiyopya kahvesi ve bir granül kahve analiz edilmiştir. PTR-ToF-MS, üç espresso kahvesi arasındaki farklılıkları belirleyebilme yeteneğine sahip olmuş ve in vitro ve in vivo arasında önemli farklılaştırıcı aroma bileşikleri ve salım profilleri kompozisyonu arasındaki farklılıklara dikkat çekmiştir.

Yeşil C. arabica var. laurina çekirdekleri (coğrafi köken: El Salvador) ile Etiyopya kahveleri 2'şer farklı kavurma derecesinde Probat ile kavrulmuştur. Çalışmada Etiyopya seçilmesinin en büyük nedeni çekirdeğin doğal kimyasından (içerdiği yüksek monoterpen nedeniyle) gelen aromatikliktir. Çalışma sonuçlarına geçmeden önce bir konuyu daha bu deney dizisi nedeniyle açmak istedim. Daha önce kahve bilimindeki çalışmalarda sıkça kullanılmaya başlanan paneller ve duyusal analizlerden bahsetmiştik. Artık kahve bilim çalışmalarında yalnızca elementel analiz yöntemleri değil duyusal analizler de epey büyük yer almaktadır çünkü tadım herkes için esas konudur. Bu tadım ve aromaları ölçmeye çalışmak ise son günlerde kahve biliminin en önemli konusudur. Çünkü kahve muazzam kompleks yapısıyla bize birçok aroma profilleri ile göz kırpar fakat kendini epey de saklar.

Çalışmanın özeti aşağıdaki görselde yer almaktadır. Bu görsel aromaları konu alan birçok deneyin işleyişini anlatmaktadır.

Bundan sonra bununla ilgili deney çalışmalarına ve kendi çalışmalarımıza da yer vereceğim için burun alan analizinin nasıl yapıldığını canlandırabilmek amacıyla kısaca özetlemek isterim. Burun alan analizi çoklu katılımcılarla yapılan ve katılımcıların daha önce başka çalışmalara katkı sunmasının kriter olduğu bir duyusal analiz yöntemidir. Bu çalışmada, 3 panelist (2 erkek ve 1 kadın, yaşları 29-39 arasında) ile 5 ayrı oturumda gerçekleştirilmiş ve her oturumda panelist başına 3 espresso kahve tadımı yapılmıştır. Bu sayede 45 adet deneme farklı panelistler tarafından denenmiştir. Çalışmada daha önce yapılan deneyler göz önüne alınarak bu deneklerin tekrarlanabilir NS salınım profilleri ürettikleri kanıtlanmıştır; bu nedenle bu çalışmaya katılmaları istenmiştir. Tüm panelistler her oturuma katılmış ve her bir paneliste sırasıyla taze olarak hazırlanmış üç espresso kahve servis edilmiştir. Her analiz oturumundan önce kahveler taze olarak hazırlanmış ve her bir panelist için tek tek servis edilmiştir. Hazırlıktan sonra, krema olmadan 10 mL kahve alıntıları polistiren bir fincanda kapağı kapatılarak ve pipet ile 55 °C'de panelistlere sunulmuştur. Analiz oturumları aşağıdaki tablosunu da ekleyeceğim şekilde önceden belirlenmiş bir protokole göre gerçekleştirilmiştir: 30 saniye serbest solunum (ağız kapalı), örneği ağza almak ve yutma (toplamda 10 saniye), 2 dakika serbest solunum, ağız suyla çalkalama (20 saniye). Burnundan nefes verilen hava, PTR-ToF-MS girişine doğrudan bağlı olan ergonomik bir cam burun parçası (burayı kısaca özetleyelim, burun parçası derken burundan verilen nefes bir cam parçasına verildi) ile örneklendi ve 110 °C'de ısıtıldı. Her an analiz oturumu yaklaşık 220 saniye sürdü; veri analizi için ilk 150 saniye kullanıldı.

PLS-DA karışıklık analizi ve skor grafiği

Analiz tablosunda kahve A ve kahve B sonuçlarında katılımcıların bir kere yanıldığı görülmüştür. Kahve E’nin Etiyopya kahvesi olduğunu bizler bildiğimiz üzere, iyi bir tadımcının Etiyopya kahvesini şaşırması pek beklenemez, o nedenle sonucalar bizim için de uyumludur diyebiliriz. (Bu arada çalışmanın doğruluk oranı %93-100 arası olarak ölçülmüştür). Burun alan analizi (noisespace analysis) kısmını anlattığımıza göre çalışmanın sonuçlarını özetlemeye geçebiliriz.

Aşağıdaki tablo, PLS-DA analizi sırasında önemli olan ve VIP ((Variable Importance in Projection) değeri, bir değişkenin katkısını belirlemek için kullanılan bir istatistiksel ölçüdür) değeri 1,5'ten yüksek olan 15 kütle pikasının bilgilerini içeren bir listedir. Yüksek VIP değeri, ilgili değişkenin sınıflar arasındaki ayrımı sağlamada daha önemli olduğunu gösterir. Kütle pikaları, kahve örneklerinin ayrımında en büyük katkıyı sağlayan pikalardır. Tabloda her bir kütle pikesi için toplam formül, geçici tanımlama ve her kahve örneği için ortalama konsantrasyon bilgileri yer almaktadır. Bu bilgiler, kahve örneklerinin arasındaki farklılıkları anlamak ve kahveleri ayrım yapmak için kullanılabilir.

Bu tablo özet olarak, kahve örnekleri arasındaki farklılıkları ve kahve E'nin karakteristik bileşiklerini açıklamaktadır. M/z 137.134 ve 153.130 gibi belirli kütle pikaları, Etiyopya kahvesinin karakteristik meyvemsi ve narenciye notalarına katkıda bulunan bileşikleri temsil eder. Bu, Etiyopya kahvesinin terpenler açısından zengin olduğunu ve bu bileşiklerin kahvenin ayrımında önemli bir rol oynadığını gösteren önceki çalışmalarla uyumludur. Bu çalışmalar toplamda 2 set olarak tekrarlanmıştır fakat bu 2 setin de daha ayrıntılı şekilde analizi yapılmıştır.

HS (headspace analizi) ve NS(noisespace analizi) veri setleri arasındaki karşılaştırma, her bir kahve için birer dairesel grafikle (yukarıdaki) temsil edilmiştir. Her grafikte iç daire NS verisini temsil eder; kütle pikaları ilgili kesirli kütle değerleriyle etiketlenmiştir ve kimyasal sınıfa göre sıralanmıştır. Her bir sınıf içinde göreceli bolluğa göre saat yönünün tersine doğru artan değerlere sahiptir. Benzer şekilde, dış daireler HS verilerini gösterir; her bir piksel bir nokta tarafından temsil edilir ve HS kütle pikası NS'de de varsa nokta dolu olur ve iki veri noktasını birleştiren bir çizgi çizilir. Boş noktalar ise NS'de tespit edilmeyen HS kütle pikalarını temsil eder. Kimyasal sınıflar, iki dairenin farklı renklendirilmesiyle temsil edilir. Bu grafik bize HS'de bol miktarda bulunan kimyasal grupların NS'de de yaygın olduğunu göstermektedir. Örnek olarak, yukarıdaki şekil, karbonillerin hem HS hem de NS'de giriş sayısı en yüksek olan kimyasal sınıf olduğunu göstermektedir. Karboniller, toplam pik alanının %50'den fazlasını oluşturan en bol bileşik sınıfıdır. HS'deki kimyasal grupların göreceli bollukları, kahve A ve E için aynı sırayı izlemiştir, bileşikler sırasıyla karboniller, esterler/asitler, furanlar/piroanlar, alkoller, piridinler, pirol, pirazinler, sülfür bileşikleri ve fenoller olarak birbirini takip etmiştir. Benzer şekilde, NS'deki bu kimyasal grupların göreceli bollukları, kahve A ve E için aynı sırayı izlemiştir ve karboniller, furanlar/piroanlar, piridinler, pizazinler, pirol, esterler/asitler ve fenoller birbirini takip etmiştir, ancak kahve B için farklı bir sıraya sahip olduğu gözlemlenmiştir, sıralama karboniller, piridinler, furanlar/piroanlar, pizazinler, pirol, esterler/asitler ve fenoller şeklindedir.

Çalışmanın sonucuna göre, farklı uçucu bileşiklerin yoğunluğundaki değişiklikler, birkaç faktöre bağlı olabilir. Bunlar, ağızda tükürük tarafından örneğin küçük sıvı örnekler için önemli olan seyrelme, burun epitelyumları tarafından uçucu bileşiklerin emilimi ve oral mukozayla ve akciğer kanallarıyla etkileşimi, uçucu bileşiklerin nefesle seyrelmesi ve tükürük veya burun mukusu enzimleri tarafından bileşiklerin biyotransformasyonu gibi faktörleri içerir. bu çalışma, PTR-ToF-MS kullanarak in vitro ve in vivo aroma salınımını ölçmek için kapsamlı bir iş akışı sunmaktadır. Veri işleme ve analiz ile birlikte, headspace (HS) ve nosespace (NS) veri setlerinin karşılaştırmasını içerir. PTR-ToF-MS, her iki analitik modda da üç kahvenin ayrıntılı bir profilini başarıyla sağlamış ve ürünleri ≥92% doğrulukla ayırt etmiştir. HS ve NS verileri arasındaki karşılaştırma, NS'nin kahve aroma profilini basitleştirilmiş bir şekilde temsil ettiğini ortaya koymuştur.

Çalışmada kahve nosespace içinde nicel olarak temsil edilen bazı bileşiklerin, örneğin pirazinlerin, kahve aromasını belirlemede önemli bir rol oynadığı, bazı furanların ise minimal olarak duyusal etkiye sahip olduğu saptanmıştır. Gelecekteki araştırmaların, daha büyük örneklem büyüklüklerine veya panelistlere ulaşarak, enstrümantal ve duyusal verilerin bireysel panelistlerin fizyolojik parametreleriyle karşılaştırılması sektöre en büyük katkıyı sağlayacaktır.

Article Name; Monitoring In Vitro and In Vivo Aroma Release of Espresso Coffees with Proton-Transfer-Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometry, Andrea Romano 1, Luca Cappellin 1, Sara Bogialli 1, Paolo Pastore 1, Luciano Navarini 2 and Franco Biasioli 3

Duygu Kurtuluş

Co-Founder / Chemist / Nanotechnology Engineer / Hazardous Chemical Consultant / Chemical Evaluation Specialist