У своєму дослідженні данські хіміки застосували двовимірну інфрачервону (2D ІЧ) спектроскопію для вивчення взаємодії між молочними білками та кофеїном, виявивши, що структурна цілісність молочних білків залишається незмінною навіть при змішуванні з повною порцією еспресо. Це інноваційне дослідження, опубліковане в журналі ACS Food Science & Technology, пропонує нові методи аналізу складних багатокомпонентних сумішей.
Молоко, основний продукт багатьох дієт, містить понад сто поживних речовин, включаючи білки, такі як казеїн, молочний альбумін і молочний глобулін, а також жири, лактозу, численні ферменти та мікроелементи. Структура цих білків має вирішальне значення, оскільки впливає на смак і текстуру молока. Хоча вплив різних факторів на білки молока добре вивчений, вплив кофеїну залишається в значній мірі недослідженим через проблеми, пов’язані з традиційними методами інфрачервоної спектроскопії, в першу чергу через значні фонові перешкоди від води та перекривання коливальних смуг органічних молекул.
Дослідники Фані Маджарова та Тобіас Вайднер з Орхуського університету вирішили цю проблему шляхом розведення молока та кофеїну у важкій воді (D2O), щоб зменшити фоновий внесок води. Використовуючи молоко жирністю 3,5% і фармакопейний стандарт кофеїну, вони застосували 2D ІЧ-спектроскопію, яка передбачає опромінення речовини парами ІЧ-імпульсів для збудження молекулярних станів і вимірювання їхньої взаємодії.
Попередній ІЧ-спектр молока, розведеного у важкій воді, з використанням методу Фур’є-перетворення показав характерні піки амідних груп білків при 1645 і 1575 см-1, а також коливання жирних кислот при 1745 см-1. Кофеїн, розчинений у важкій воді, демонструє коливальні моди зв’язків C=O при 1645 см-1 і коливання імідазольного кільця при 1695 і 1555 см-1.
У своєму 2D ІЧ-спектральному аналізі дослідники помітили, що молоко і кофеїн демонструють чіткі коливальні патерни, без значного перекриття, що вказує на структурні зміни. Коли молоко і кофеїн були змішані у співвідношенні 2:1, що є типовим для капучино, ІЧ-спектр не показав помітного внеску кофеїну. Однак 2D ІЧ-спектр виявив області поглинання, зумовлені перехресними збудженнями, що підтверджує присутність кофеїну, але не змінює структуру молочного білка.
Динамічну поведінку суміші аналізували, відстежуючи нахил центральної лінії, який показує, як швидко збуджена молекула “забуває” свою початкову частоту збудження. Додавання кофеїну показало мінімальний вплив на динаміку молочних білків, підтверджуючи, що ні структурних, ні динамічних змін не відбулося.
Для подальшої перевірки свого методу дослідники застосували 2D ІЧ-спектроскопію до суміші молока та еспресо, звареного у важкій воді. Результати показали, що компоненти еспресо, такі як хлорогенова кислота, не впливають на білки молока в області амідних зв’язків, що є дзеркальним відображенням результатів з чистим кофеїном.