Study of structural changes in models of coffee galactomannans

Abstract

O processo de torra induz alterações estruturais nas galactomananas do café, os polissacarídeos mais abundantes nos grãos de café. Com o objectivo de saber mais sobre os produtos que são formados a partir das galactomananas em consequência do processo de torra, neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia que usou oligossacarídeos modelo que foram submetidos a diferentes tratamentos térmicos utilizando uma termobalança. Esta metodologia permitiu a análise de compostos que se podem formar no processo de torra. A análise foi feita por espectrometria de massa (ESI-MS, MALDI-MS e ESI-MSn), sendo os dados de MS complementados pela análise de açúcares por metilação. Numa primeira fase foram estudados quatro oligossacarídeos estruturalmente relacionados com as galactomananas: β-(1→4)-D-manotriose, [α-(1→6)-D-galactosil]I-β-(1→4)-D-manobiose, β-(1→4)-D-manotetraose e [α-(1→6)-D-galactosil]I-β-(1→4)-D-manotriose. A metodologia desenvolvida permitiu verificar para todos os oligossacarídeos, a formação de produtos provenientes de reacções de despolimerização, desidratação, isomerização e polimerização. Destas, a polimerização por reacções de transglicosilação nunca foi reportada ocorrer durante a torra do café. Com a metodologia desenvolvida foram ainda analisados os produtos das reacções promovidas pela torra de α-(1→5)-L-arabinotriose (estruturalmente relacionada com as cadeias laterais das arabinogalactanas, o segundo polissacarídeo mais abundante nos grãos de café) e de uma mistura de β-(1→4)-D-manotriose e α-(1→5)-L-arabinotriose. A menor estabilidade térmica da arabinotriose comparativamente aos oligossacarídeos de hexose foi evidenciada pela formação de novos tipos de produtos resultantes de quebras do anel da pentose e de reacções de oxidação. A análise da mistura de oligossacarídeos mostrou a formação de vários oligossacarídeos constituídos por resíduos de arabinose e manose. Esta observação reforça a hipótese de que os resíduos de arabinose libertados a partir das cadeias laterais das arabinogalactanas durante a torra podem estar ligados às galactomananas. Os resultados obtidos mostraram que a utilização de uma termobalança para torra de oligossacarídeos modelo e a análise dos compostos formados por espectrometria de massa e análise de açúcares por metilação permitem identificar alterações estruturais que provavelmente também ocorrem nas galactomananas do café durante a torra e inferir muitas das reacções que ocorrem durante este processamento térmico.

The roasting process induces structural changes in coffee galactomannans, the most abundant polysaccharide in coffee beans. Aiming to know more about the products generated from galactomannans as consequence of coffee roasting, in this work was developed a methodology using model oligosaccharides that were subjected to different thermal treatments using a thermobalance. This methodology allowed the analysis of compounds that can be formed during coffee roasting. The analysis was performed by (ESI-MS, MALDI-MS, and ESI-MSn), being the MS data complemented by methylation analysis. First, four oligosaccharides structurally related with galactomannans were studied: β-(1→4)-D-mannotriose, [α-(1→6)-D-galactosyl]I-β-(1→4)-Dmannobiose, β-(1→4)-D-mannotetraose and [α-(1→6)-D-galactosyl]I-β-(1→4)-Dmannotriose. The developed methodology allowed to observe for all oligosaccharides, the formation of products resulting from depolymerization, dehydration, isomerization, and polymerization reactions. The polymerization reactions occurring via transglycosylation reactions were never reported to occur during the coffee roasting. With the developed methodology were also analysed the products resulting from the roasting of α-(1→5)-L-arabinotriose (structurally related with side chains of arabinogalactans, the second most abundant polysaccharide in coffee beans) and the mixture of β-(1→4)-D-mannotriose and α-(1→5)-Larabinotriose. The lower thermal stability of arabinotriose was showed for the formation of new types of products, resulting from ring cleavages and oxidation reactions. The analysis of the oligosaccharide mixture showed the formation of oligosaccharides composed by arabinose and mannose residues. This observation supports the hypothesis that the arabinose residues lost from arabinogalactans during roasting can be linked to galactomannans. The obtained results showed that the use of a thermobalance for roasting of model oligosaccharides and the analysis of the compounds formed by mass spectrometry and methylation analysis allow to identify structural changes that probably also occur in coffee galactomannans during roasting and to infer several reactions that occur during this thermal processing.