Determination of caffeine, trigonelline and chlorogenic acid by high-performance thin-layer chromatography in coffee infusions and study of the effect of these infusions on α-amylase activity

• Published in: Farmacja Polska Vol. 79; no. 11; pp. 651 - 663
• Main Authors: Zych, Maria, Leopold, Karolina, Pyka-Pająk, Alina
• Format: Journal Article
• Language: English; Polish
• Published: Polish Pharmaceutical Society 01.02.2024
• Subjects: alpha-amylase; caffeine; chlorogenic acid; coffee infusions; high-performance thin-layer chromatography; trigonelline
• ISSN: 0014-8261
• DOI: 10.32383/farmpol/183068

Przedmiot badań Ze względu na walory smakowe oraz zdolność do redukowania uczucia zmęczenia, zwiększania koncentracji i poprawiania produktywności, napary kawowe cieszą się ogromną popularnością na całym świecie. Napary uzyskiwane z ziaren kawy to mieszanki wielu związków chemicznych, zarówno lotnych, jak i nielotnych. Wśród nielotnych składników dominują: kofeina, trygonelina oraz kwas chlorogenowy. Substancje te odpowiadają zarówno za doznania smakowe, jak i za wpływ na aktywność biologiczną, taką jak np. pobudzenie psychiczne czy redukowanie ryzyka wystąpienia cukrzycy typu 2. Cel badań Niniejsze badanie miało na celu: (I) opracowanie i zwalidowanie metody wysokosprawnej chromatografii cienkowarstwowej (HPTLC) do jednoczesnego oznaczania ilościowego kofeiny, trygoneliny i kwasu chlorogenowego w naparach z ziaren kawy; (II) wykorzystanie opracowanej metody do określenia zawartości kofeiny, trygoneliny i kwasu chlorogenowego w naparach z ziaren kawy zielonej, jasno i ciemno palonej, przygotowanych zarówno metodą immersyjną (zaparzania), jak i metodą ciśnieniową; (III) ocenę wpływu naparów kawowych na aktywność α-amylazy. Materiały i metody Jednoczesne oznaczanie kofeiny, trygoneliny i kwasu chlorogenowego przeprowadzane było na szklanych płytkach do HPTLC pokrytych żelem krzemionkowym 60 F254 ze strefą koncentracji, a faza ruchoma składała się z mieszaniny: chloroformu, octanu etylu, metanolu, kwasu mrówkowego w stosunku objętościowym 10:6:3:1 (v/v). Po rozwinięciu i wysuszeniu płytek przeprowadzono skanowanie densytometryczne przy długościach fali 270, 275 i 330 nm, odpowiednio dla trygoneliny, kofeiny i kwasu chlorogenowego. Analizę wpływu naparów z kawy na aktywność α-amylazy przeprowadzono przy użyciu α-amylazy z trzustki wieprzowej. Wyniki W naparach z zielonej kawy przygotowanych metodą immersyjną odnotowano najwyższą zawartość kwasu chlorogenowego, natomiast najwyższą zawartość trygoneliny i kofeiny zaobserwowano w naparach otrzymanych również metodą immersyjną, ale z kawy ciemno palonej. Napary z zielonej kawy oraz jasno i ciemno palonej hamują aktywność α-amylazy, przy czym najsilniejsze działanie wykazują napary z kawy zielonej. Wnioski Opracowana metoda jest selektywna, precyzyjna, dokładna oraz czuła, zatem może być wykorzystywana do jednoczesnego oznaczania kofeiny, trygoneliny i kwasu chlorogenowego w naparach z nasion kawy poddawanych i niepoddawanych obróbce termicznej. Wyniki analizy wpływu naparów z kawy na aktywność α-amylazy stwarzają możliwość stosowania tych naparów, a w szczególności naparów z kawy niepalonej, w profilaktyce cukrzycy typu 2. Subject of study Coffee infusions are extremely popular worldwide due to their pleasant taste, ability to reduce fatigue, increase concentration and improve productivity. Infusion extracted from coffee beans are mixtures of many chemical compounds, both volatile and non-volatile. Among the non-volatile components, caffeine, trigonelline and chlorogenic acid appear to be the dominant ones. These substances are responsible for both the flavour sensations and influence on biological activities, such as mental stimulation effects or reducing the risk of type 2 diabetes. Aim of study The aim of the present study was: (I) to develop and validate a high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) method for the simultaneous quantification of caffeine, trigonelline and chlorogenic acid in coffee bean infusions; (II) to use this method to determine caffeine, trigonelline and chlorogenic acid in green, light and dark roasted coffee bean infusions prepared both by immersion (brewing) and pressure methods; (III) to evaluate the effects of coffee infusions on α-amylase activity. Materials and methods Simultaneous determination of caffeine, trigonelline and chlorogenic acid was carried out on glass HPTLC plates coated with silica gel 60 F254 with a concentration zone and the mobile phase consisted of a mixture of: chloroform, ethyl acetate, methanol and formic acid in a volume ratio of 10:6:3:1 (v/v). After the plates were developed and dried, densitometric scanning was performed at wavelengths of 270, 275 and 330 nm for trigonelline, caffeine and chlorogenic acid, respectively. The analysis of the effect of coffee infusions on the α-amylase activity was carried out using a porcine pancreas α-amylase. Results Green coffee infusions prepared using the immersion method was proved to have the highest chlorogenic acid content, while the highest trigonelline and caffeine contents were observed in infusions also obtained using the immersion method, but from dark-roasted coffee. Infusions of green coffee and light and dark roasted coffee inhibited α-amylase activity, with green coffee infusions showed the strongest effect. Conclusions The developed method is selective, precise, accurate and sensitive, so it can be used for the simultaneous determination of caffeine, trigonelline and chlorogenic acid in heat-treated and non-heat-treated coffee bean infusions. The results of the analysis of the effect of coffee infusions on the α-amylase activity create the opportunity to use these infusions, particulary unroasted coffee infusions, in the prevention of type 2 diabetes.