Nivel De Cafeína En Mezclas De Café

Introducción

La cafeína es un alcaloide presente en una gran cantidad de plantas, como en las hojas de té, los granos de cacao, las bayas de guaraná y por supuesto, los granos de café.

Esta sustancia ha adquirido una gran importancia a lo largo del tiempo debido a su amplio uso en la industria alimentaria y farmacéutica, apareciendo como sustancia estimulante en refrescos, o incluso en combinación con otros principios activos en medicamentos. El estudio del color de los granos de café es una de las partes más importantes para la determinación de su cantidad de cafeína.

Dentro de la ciencia alimentaria este estudio del color es uno de los factores más importantes a la hora de decidir la calidad del alimento. Según el color de un producto se puede determinar el grado de acidez o maduración, el nivel de procesado (cocinado o crudo, tostado o natural…), la calidad, etc.

Para dicho estudio se suelen utilizar técnicas como la colorimetría o la espectroscopia. En ambas técnicas se mide la longitud de onda que absorbe el producto y en función de este parámetro, se determina el color del alimento (colorimetría), o bien otros factores que dependen del color, como por ejemplo el nivel de cafeína de un café según su tueste.

El análisis del color es el parámetro con mayor influencia en las industrias para determinar los grados de tostado en los granos de café. Estos presentan un color externo el cual puede presentar diferentes tonalidades dependiendo del tueste que hayan sufrido, desde una marrón claro hasta uno oscuro, lo que nos servirá de gran ayuda en la determinación de la calidad del producto final.

Cuanto menor sea el grado de tostado, y por tanto más claro sea el grano, mayor nivel de cafeína poseerá el café debido a que pierde menos cualidades por estar menos tiempo expuesto al procesado.

Objetivo

• Determinar el nivel de cafeína (el color) en mezclas de café mediante espectroscopia de absorción molecular.
• Realizar una recta de calibrado (absorbancia frente a concentración) para calcular la cantidad de cafeína de las muestras.
• Comprobar la relación que existe entre la “concentración “de cafeína y el color del café. Lo que pretendemos realizar en nuestro experimento es determinar el color del café mediante la medición de la reflexión de la luz o gracias a la inspección visual, para ello necesitaremos comparar el tostado con patrones de color ad hoc. MATERIALES:

Material e instrumentación Reactivos químicos

• Balanza – Agua destilada
• Baño de agua termostatado – HCl 0.01 M
• Probeta – Carbonato de sodio anhidro (Na2CO3)
• Sistema de ebullición a reflujo – Dicloromentano (CH2Cl2)
• Filtro de pliegues de celulosa – Patrón de cafeína
• Matraz aforado de 100 mL y 25 mL
• Matraz Erlenmeyer de 100 mL
• Pipeta de 10 mL
• Embudo de decantación
• Rotavapor

Procedimiento

Para la cuantificación de la cafeína presente en un alimento lo primero que haremos será separar, mediante sistemas tradicionales de extracción sólido-líquido y líquido-líquido, el principio activo, al cual posteriormente realizaremos su cuantificación mediante una espectrofotometría.

Extracción sólido-líquido: pesar unos 300 mg de café (muestra) y añadirlo a 200 mL de agua destilada que tenemos que poner en ebullición a reflujo durante 15 minutos.

Una vez lo tengamos, pasaremos a filtrar la solución en caliente y le agregaremos 5 g de Na2Co3, y lo tendremos que llevar hasta la disolución total.

Extracción líquido-líquido: dejaremos enfriar la solución para después pasarla a un embudo de decantación sobre lo que añadiremos 15 mL de CH2Cl2. Durante unos minutos lo tenemos que agitar con suavidad. Este procedimiento se realizará dos veces. Tras haber logrado separar las dos fases, lo que haremos será decantar y recolectar las fracciones orgánicas sobre las que iremos añadiendo de poco en poco Na2SO4 para que así absorba el agua.

Pasaremos a un matraz Erlenmeyer la solución conseguida, para después colocarle sobre el rotavapor y poder conseguir evaporar toda el agua y por ello la sequedad total.

Cuando hayamos eliminado todo el CH2Cl2, se pone en el mismo matraz, 50 mL de agua destilada y la agitamos para lograr una disolución. A continuación, la enrrasaremos en un matraz aforado de 100 mL. Para finalizar, se extraen 10 mL de esta disolución, y se le añade 1 mL de la solución de HCl 0.01 M y se enrrasa con agua destilada hasta los 25 mL.

Una vez extraída la cafeína debemos de cuantificar. Para ello tenemos que preparar disoluciones a distintas concentraciones para determinar la longitud de onda máxima (230 nm).

Después se realiza una interpolación a 280 nm para obtener la concentración de nuestra muestra.

Por último se realizan los cálculos correspondientes para obtener el % de cafeína de nuestra muestra.

Cálculos

Tras la preparación de las disoluciones con distintas concentraciones de cafeína, debemos representarlas en una gráfica en función de sus respectivas absorbancias. En esta gráfica deberemos indicar también la absorbancia de nuestro extracto medida a la longitud de onda máxima e indicar la ecuación de la recta referida a la gráfica →

Y = A · X + B; Donde debemos sustituir Y (absorbancia de la muestra problema) para poder hallar el valor X (concentración de la cafeína medido en ppm).

Una vez hallada la concentración de cafeína, debemos expresar ese valor en mg de cafeína por cada 100 mg de alimento, para lo que debemos tener en cuenta que hemos utilizado 100 ml de volumen de extracto, de los cuales hemos utilizado 10 ml de muestra en 25 ml de disolución para llevar a cabo el análisis.

ESPECTROSCOPIA MOLECULAR (principio):

Estudio de interacciones electromagnéticas con la materia midiendo su absorción dependiendo de la longitud de onda que se aplique a la muestra.

Debido a que la muestra absorbe esas radiaciones su absorción va variando dependiendo de la naturaleza de la muestra en cuestión. Esas variaciones en función de su longitud de onda se conoce como espectro de absorción.

Es una técnica/ herramienta muy útil que nos permite determinar la concentración de cafeína en el café (en nuestro caso) y poder cuantificar. Para ello realizamos una espectroscopia ultravioleta.

Conclusión

Mediante la realización de esta práctica hemos sido capaces de entender como se realiza la clasificación de los niveles de color en los granos de café en función de sus tostados mediante la medición de la reflexión de la luz en estos, relacionando el nivel de tostado de los granos de café con el nivel de concentración de cafeína en estos.