Химия кофе

Посмотрим на кофе глазами химика. Кофейное дерево – это удивительная природная лаборатория.


Кофейные зерна содержат большое количество сложных органических веществ. Эти вещества и изменения, которые они претерпевают в процессе приготовления напитка, изучаются десятками различных научно-исследовательских лабораторий мира. Цель изучения состоит не только в по-знании химического состава веществ и их трансформации на различных стадиях приготовления кофейного напитка, но и в выработке технологии, поисках методов, которые обеспечили бы высшее качество кофейного напитка. Вопросы, возникающие при этом, сложны и в ряде случаев еще ждут своего решения.


Природа объединила в кофе самые различные органические вещества. Новейшие методы химического анализа свидетельствуют о наличии в кофе нескольких сотен компонентов. Это сочетание и создает то, что мы называем кофейным напитком. Каждому сорту кофе присуща своя особенная комбинация веществ.
Вкус и аромат кофе зависят от способа обжаривая зерен и технологии приготовления, в процессе которых органические вещества испытывают сложные химические превращения.


В состав сырых кофейных зерен входят кофеин, тригонеллин, хлорогеновая кислота, белок и минеральные соли. Этот набор веществ, названия которых, правда, мало что говорят человеку, далекому от химии, составляет около четверти массы сырого зерна. Остальное приходится на клетчатку, кофейное масло и воду.


Теперь в самых общих чертах опишем значение отдельных органических соединений, входящих в состав кофе. Кофеин химики относят к группе алкалоидов. Наличию кофеина кофе обязан своим возбуждающим, бодрящим действием. Еще в 20-х годах прошлого века это вещество было выделено в чистом виде из кофейного экстракта. Кофеин имеет вид бесцветных кристалликов с горьковатым вкусом.


Действие кофеина на организм проверялось в многочисленных опытах медиков и физиологов. Было установлено, что в небольших дозах кофеин возбуждает центральную нервную систему, в первую очередь кору головного мозга. Такая реакция вызывает улучшение общего обмена, усиление дыхания, кровообращения, повышение жизнедеятельности всех тканей организма. Кофеин входит в состав многих лекарственных препаратов, выпускаемых фармацевтической промышленностью.
Процентное содержание кофеина в кофейных зернах зависит от сорта. Наибольшее количество обнаруживается в робусте из Гвинеи (1,7—2,3%), сантосе (1,3—1,5%), ходейде (1,2%).


Кофеин имеет горьковатый вкус, но практически мало что дает для вкуса кофейного напитка. Часто ошибочно связывают горечь кофе с наличием в нем кофеина и жалуются, что кофе некрепкий.


Кофеин есть не только в кофейных зернах, но и в чайном листе, и орехах кола. Не все знают, что при одинаковой массе чай содержит кофеина вдвое больше, чем кофе. И все-таки в чашке чая вы обнаружите примерно вдвое меньше кофеина, чем в точно такой же, чашке кофе. Здесь нет противоречия. Дело в том, что для приготовления чая берут совсем небольшое количество чайного листа сравнительно с массой используемого кофе. Есть и иные тонкости, о которых мы поговорим, сопоставляя кофе и чай.


Второй алкалоид, содержащийся в кофейных зернах,— тригонеллин. Он не обладает возбуждающими свойствами, но ему принадлежит важная роль в образовании вкуса и запаха обжаренного кофе.


Может возникнуть вопрос о роли кофеина и других алкалоидов в растениях. В природе нет ничего лишнего и ненужного. Как утверждают специалисты, кофеин появился в кофейных деревьях в процессе эволюции для защиты растений от вредных насекомых, поскольку это вещество является природным инсектицидом. Эксперименты показали, что порошкообразные чай и кофе в сильной степени воздействуют на поведение и развитие многих насекомых и их личинок. Концентрированные дозы приводят к их гибели.


При обжаривании зеленых кофейных зерен из них в первую очередь удаляется вода, содержание которой уменьшается с 11 до 3%. Происходит карамелизация сахара. Сахароза, содержащаяся в зернах, превращается под действием тепла в карамелин, придающий коричневую окраску кофейному настою. Нерастворимые полисахариды частично распадаются на более простые, растворимые углеводы. В процессе обжаривания образуется очень сложное вещество — кафеоль, с которым связан специфический кофейный аромат. В обжаренном кофе его содержание достигает 1,5%.
Многочисленные попытки создать искусственным путем вещество с ароматом кофе пока к существенному успеху не привели.

А ведь все согласятся с тем, что аромат - душа кофейного напитка. Высокая температура обжаривания не влияет на содержание кофеина. Он полностью сохраняется, а поскольку масса кофейного зерна при обжаривании уменьшается, то процентное содержание кофеина даже возрастает. Тригонеллин при обжаривании разрушается, а в процессе его разложения образуется значительное количество никотиновой кислоты. Это сложное органическое вещество представляет собой один из витаминов группы В. Витамины этой группы играют важную роль в биохимических процессах, протекающих в живом организме, и предупреждают ряд тяжелых заболеваний типа пеллагры.


Кофе содержит более тридцати различных органических кислот (в том числе яблочную, лимонную, уксусную и кофейную). Одна из них — хлорогеновая — в значительном количестве встречается только в кофейных зернах. Ее содержание в них колеблется от 4 до 8% в зависимости от сорта. В плодах и листьях других растений содержание ее ничтожно. При обжаривании хлорогеновая кислота разлагается, образуя иные органические продукты, придающие кофе характерный, немного вяжущий привкус. Наличие в кофе различных кислот положительно влияет на деятельность желудка и улучшает пищеварение.


Характерно для кофе и наличие сложных органических веществ — танинов. Они придают кофейному напитку привкус горечи. Молоко и сливки, которые часто добавляют в кофе, взаимодействуют с танинами и связывают их, тогда кофе частично утрачивает горечь. Отметим также, что при приготовлении кофе кофеин практически полностью переходит в напиток.


Заканчивая наш небольшой экскурс в область химии, подчеркнем, что сложные химические процессы, происходящие в кофейном зерне, изучены далеко не полностью. Еще не раскрыта роль отдельных составных, а тем более всего комплекса веществ.