Master's Thesis

The influence of coffee bean roasting on the diterpene content in coffee

Final Thesis 2.64 MB

Author of thesis: Bc. Alexandra Ilyushchenkova

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaromír Pořízka, Ph.D.

Abstract:

The aim of this diploma thesis was to prepare a literature review focused on coffee cultivation, the
chemical composition of coffee beans and the coffee roasting process, and subsequently to evaluate the
effect of roasting degree on the content of diterpenes in coffee brew prepared using a moka pot. Green
coffee beans were roasted to three different roasting degrees. The roasting degree was characterized
using CIELAB color parameters and mass loss. Coffee brew was prepared from roasted beans using 7
g of ground coffee and 50 ml of water. The samples were then saponified with 0.5 M ethanolic KOH
solution, and the diterpenes were extracted into the diethyl ether phase and analyzed by HPLC-DAD.
The separation was performed on a Kinetex XB-C18 column using a gradient mobile phase consisting
of water, methanol and acetonitrile. Cafestol was detected at 220 nm and kahweol at 290 nm. The
concentration of cafestol was 38.064 ± 1.923 mg/l in light-roasted coffee, 26.935 ± 5.760 mg/l in
medium-roasted coffee and 12.593 ± 2.592 mg/l in dark-roasted coffee. The concentration of kahweol
was 30.323 ± 1.191 mg/l, 21.389 ± 4.742 mg/l and 12.180 ± 1.157 mg/l, respectively. The results
showed a decrease in the content of both diterpenes with increasing roasting degree, while the cafestol
content was higher than the kahweol content in all samples.

Keywords:

coffee, coffee beans, coffee roasting, roasting degree, moka pot, diterpenes, cafestol, kahweol, HPLC
DAD, CIELAB

Date of defence

28.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Jaká je stabilita kofeinu? Který podíl po saponifikaci jste použila? O jakou vrstvu šlo? Co ta vrstva obsahovala? Z jakých důvodu byla provedena saponifikace? prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. Zmínila jste, že se akrylamid rozkládá během skladování, můžete to objasnit? Zmínila jste, že jste v průběhu experimentální práce musela změnit moka konvičku a že to mohlo ovlivnit výsledky práce, můžete to objasnit? Jakým způsobem se připravuje káva v moka konvičce? prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. Měnila se koncentrace kofeinu při různém typu pražením? Měl stupeň pražení nějaký vliv na tvorbu dalších látek? Používali jste nějakou referenční látku? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. Diplomantka prokázala velmi dobré odborné znalosti i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry of Natural Products (NPCP_CHPL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D.

Studentka splnila cíle práce, provedla všechny potřebné experimenty a postup během své práce pravidelně konzultovala se školitelem. V teoretické části studentka zpracovala rozsáhlou literární rešerši zaměřenou na problematiku pěstování a zpracování kávy, chemické složení kávových zrn a význam diterpenů. Rešeršní část je logicky členěna a obsahuje odpovídající množství odborných literárních zdrojů. Získané výsledky potvrzují vliv stupně pražení na obsah sledovaných diterpenů v kávovém nápoji. Výsledky jsou celkem přehledně zpracovány formou tabulek a grafů. Určitou rezervu však spatřuji v hlubší interpretaci výsledků a v diskusi s literárními údaji, která je místy více popisná než analytická. Také závěry práce mohly být formulovány více kriticky a s větším důrazem na přínos a limity provedeného výzkumu. Práce splňuje požadavky kladené na tento typ VŠKP. Kontrola systémem theses zjistila podobnost s jinými pracemi 4,2%, práce je tedy originálním dílem. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím klasifikačním stupněm B - velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování B
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jaromír Pořízka, Ph.D.

Bc. Alexandra Ilyushchenková se ve své diplomové práci zabývá vlivem pražení kávových zrn na obsah diterpenů, konkrétně kafestolu a kahweolu, v kávovém nápoji připraveném pomocí moka konvičky. Téma je relevantní z hlediska technologie zpracování kávy, analytické chemie potravin i hodnocení bioaktivních látek s možnými zdravotními dopady. Práce je zpracována na 88 stranách a její struktura odpovídá obvyklým požadavkům na kvalifikační práci. Teoretická část poskytuje širší přehled o kávě jako surovině, druzích kávovníku, podmínkách pěstování, zpracování kávových třešní, procesu pražení a chemickém složení zelené kávy. Pozitivně hodnotím zejména kapitoly věnované pražení, jeho fázím, stupňům a souvisejícím chemickým přeměnám, protože přímo souvisejí se zaměřením experimentální části práce. Rešerše je celkově srozumitelná a tematicky pokrývá základní technologický i chemický kontext řešené problematiky. Za slabší stránku teoretické části však považuji její nevyváženost. Některé obecné pasáže, zejména botanická charakteristika kávovníku, pěstitelské podmínky nebo základní způsoby zpracování kávy, jsou rozvedeny poměrně široce. Naopak problematika analytického stanovení diterpenů, která je pro práci klíčová, není zpracována v samostatné a dostatečně podrobné kapitole. V práci tak chybí systematické srovnání postupů přípravy vzorku, saponifikace, extrakce a chromatografického stanovení kafestolu a kahweolu, včetně výhod a limitů jednotlivých metodických přístupů. Podrobnější rozbor analytických metod by lépe zdůvodnil zvolený experimentální postup. a nedostatečně rozpracované považuji také srovnání klasických a nových odrůd kávy, případně rozdílů mezi tradičně pěstovanými druhy, hybridy a moderními kultivary. Vzhledem k tomu, že genetický původ a odrůdová variabilita mohou ovlivňovat chemické složení zrn včetně lipidické frakce a diterpenů, zasloužila by si tato oblast větší pozornost. Autorka využila celkem 104 literárních zdrojů. Jejich kvalita je převážně dobrá, protože významná část citací pochází z recenzovaných odborných časopisů, z nichž řada je běžně indexována v databázích Web of Science a Scopus. Pozitivně lze hodnotit také aktuálnost rešerše, protože práce zahrnuje řadu zdrojů z posledních let, včetně publikací z období 2024–2026. Přestože je soubor zdrojů kvantitativně i kvalitativně dostačující, jejich potenciál nebyl plně využit právě v oblasti kritického zpracování analytiky diterpenů. Formální stránka teoretické části je na odpovídající úrovni. Text je srozumitelný, odborný jazyk je používán konzistentně a citace jsou uváděny průběžně. Celkově lze konstatovat, že teoretická část vytváří použitelný základ pro experimentální řešení práce.
Experimentální část popisuje hlavní pracovní kroky od pražení kávových zrn přes přípravu nápoje, saponifikaci, extrakci diterpenů až po HPLC-DAD stanovení. Základní postupy jsou popsány srozumitelně a u většiny kroků jsou uvedeny klíčové parametry, zejména navážky, objemy, časy, teploty a chromatografické podmínky. Pozitivně hodnotím zejména podrobný popis instrumentálních podmínek HPLC-DAD analýzy a doplňkových stanovení barvy a vlhkosti. U přípravy nápoje v moka konvičce nejsou dostatečně specifikovány parametry mletí a extrakce, které mohou významně ovlivnit přechod diterpenů do nápoje.
Výsledky jsou prezentovány v logickém sledu a práce obsahuje přehledné tabulky, grafy, kalibrační závislosti i základní statistické vyhodnocení. Pozitivně hodnotím zejména propojení charakterizace stupně pražení pomocí barevných parametrů a vlhkosti s následným stanovením obsahu kafestolu a kahweolu. Hlavní výsledek práce, tedy pokles koncentrace obou diterpenů se zvyšujícím se stupněm pražení, je prezentován srozumitelně. Ne úplně standardní je zařazení obrázků a grafů z jiných studií. Je to částečně matoucí, myslím si, že tyto grafické podklady měly být zařazeny do teoretické části a v kapitole výsledky a diskuse měly být znalosti propojeny z novými poznatky vycházející z laboratorní práce studentky. Velice dopodrobna, až nadstandardně pro DP je prezentována a diskutována oblast validace analytických metod. Slabinu této pasáže vidím v nesystematickém pořadí experimentů. Co mohlo být provedeno lépe je také vizuální stránka některých grafů, kdy barevné odstíny jsou velice podobné a je obtížné jednotlivé skupiny rozlišit. Jistě také není třeba u grafů uvádět „graf byl vytvořen na základě vypočítaných hodnot v rámci diplomové práce“. To beru jako samozřejmost. Dále v práci není konzistentní počet desetinných míst.
Lze konstatovat, že cíle práce byly splněny. Přínosem práce je především experimentální ověření vlivu stupně pražení na obsah kafestolu a kahweolu v kávovém nápoji připraveném pomocí moka konvičky. Práce propojuje technologii pražení s analytickým stanovením bioaktivních lipofilních látek a ukazuje, že intenzita pražení může významně ovlivnit jejich výslednou koncentraci v nápoji. Další přínos práce lze spatřovat také v jejím přesahu do oblasti výživy a ochrany zdraví spotřebitele. Sledované diterpeny, zejména kafestol a kahweol, patří mezi biologicky aktivní složky kávy s potenciálně příznivými, ale i nežádoucími účinky na lidský organismus. Výsledky práce proto mohou přispět k lepšímu pochopení toho, jak technologické zpracování kávy, konkrétně stupeň pražení, ovlivňuje obsah těchto látek v nápoji a tím i jeho možný zdravotní dopad.
Diplomová práce splňuje nároky na VŠKP, exponovala zajímavou oblast chemie kávy, hodnotím ji známkou B a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce C
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. V práci je zhodnocen obsah diterpenů v odrůdě kávy kávovníku arabského. Jak si stojí jiné druhy a to i méně pěstované jako je Coffea Liberica?
  2. Jakým způsobem by podle Vás ovlivnila obsah stanoveného kafestolu a kahweolu změna metody přípravy kávy, například použití filtrované kávy, espressa nebo french pressu místo moka konvičky, a proč?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová