Химия кофе

Посмотрим на кофе глазами химика. Кофейное дерево - это удивительная природная химическая 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 познании химического состава веществ и их трансформации на различных стадиях приготовления кофейного напитка, но и в выработке технологии, поисках методов, которые обеспечили бы высшее качество кофе. 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 обжаривания 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 веса сырого зерна. Оставшиеся три четверти приходятся на клетчатку-зерен, 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. В конце XIX в. расшифровали структурную формулу кофеина, а в 1897 г. он был синтезирован немецким химиком Г. Фишером.

Действие кофеина на организм проверялось в многочисленных опытах медиков и физиологов. Было установлено, что в небольших дозах кофеин возбуждает центральную нервную систему и 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 ро-бусте из Гвинеи (1,7-1,9%), сантосе (1,3-1,5%), ходейде (1,2%).

Кофеин есть не только в кофейных зернах, но и в чайном листе и орехах кола. Специалисты считают, что две бутылки тонизирующего напитка "кока-кола", который готовится из орехов кола, по своему действию на организм человека равноценны одной стандартной чашке кофе. Не все знают, что при одинаковом весе чай содержит кофеина вдвое больше, чем кофе. И все-таки в чашке чая вы обнаружите вдвое меньше кофеина, чем в точно такой же чашке кофе. Здесь нет противоречия. Дело в том, что для приготовления чая берут совсем небольшое по весу количество чайного листа сравнительно. с весом используемого кофе. Вот и получается, что в чашке кофе оказывается примерно 200 мг кофеина, тогда как самый крепкий чай содержит всего 100 мг.

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

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 карамелей, 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 содержится до 1,5% кафеоля.

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. О работах в этой области рассказывает журнал "Химия и жизнь" (1975, № 11).

Высокая температура обжаривания не влияет на кофеин. Он полностью сохраняется, а поскольку вес 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. Уже давно было замечено, что в некоторых районах Южной Америки, где население страдает от постоянного недоедания, пеллагра практически не встречается. Секрет этого, казалось бы, странного обстоятельства заключается в кофейном зерне, содержащем никотиновую кислоту. Ведь кофе - национальный напиток народов, населяющих Латинскую Америку, и потребляется там в большом количестве.

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 хлорогеновая кислота и кофеин практически полностью переходят 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. Исследования в этом направлении продолжаются.

Углеводы (сахара, сахариды) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году.

Углеводы оставляют примерно 50% от общего веса кофе. 
Именно они способствуют созданию так называемого тела напитка, а так же берут на себя полную ответственность за качество столь любимой нами пенки в чашке эспрессо. 

Хотя в составе кофе присутствует множество типов углеводов - самый главный это конечно же сахароза. 
Процент содержания сахарозы (или другими словами обычного столового сахара) составляет 6-9% в арабике и 3-7% в робусте. 
Во время обжаривания сахароза легко разлагается. Исследования показали, что до 97 процентов от исходного содержания сахарозы теряется даже при самых светлых типах обжарки зерна. 
Роль сахарозы в химии процесса обжаривания огромна. Именно благодаря ей в процессе жарки кофейного зерна образуются органические кислоты. 

В зеленом кофейном зерне содержится лишь незначительный процент муравьиной, уксусной и молочной кислоты. В процессе обжарки, благодаря сахарозе, происходит экспоненциальное увеличение процента содержания кислот в зерне. Зерно набирает кислотность. 
Именно кислотность играет важную роль в оценке качества зерна. Ничего удивительного в этом нет - как правило более высокий уровень воспринимаемой кислотности принадлежит арабике. Происходит это отчасти из за более высокого содержания сахарозы в зеленом зерне этого сорта кофе

Белок

Содержание белка в необжаренных зернах арабики и робусты колеблется в пределах 10%-13%. Хотя фактическая концентрации зависит сорта кофе, существует ряд факторов, которые так же влияют на процент содержания белка в зерне кофе: 

- степень зрелости кофейной ягоды; 

- вид обработки кофейного зерна; 

- условия его хранения; 

- условия произрастания. 

Все они оказывают влияние на качество кофейного зерна после обжарки а так же на уровень содержания белка в обжаренном кофейном зерне. 

Во время обжаривания происходит реакция между белками и углеводами. Эта самая важная реакция, возникающая в процессе обжарки кофе. Открыл и описал ее известный французский химик и врач Луи Камилла Майяр. 

Реакция Майяра (англ. Maillard reaction) — химическая реакция между аминокислотой и сахаром, происходящая при нагревании. Примером такой реакции является жарка мяса или выпечка хлеба, когда в процессе нагревания пищевого продукта возникает типичный запах, цвет и вкус приготовленной пищи. Эти изменения вызваны образованием продуктов реакции Майяра. Вместе с карамелизацией, реакция Майяра является формой неферментативного потемнения (побурения). Названа в честь французского химика и врача Луи Камилла Майяра, который одним из первых исследовал реакцию в 1910-х годах.

При достижении температуры в 150 градусов Цельсия начинается реакция между белками и сахарозой, которая в конечном итоге приводит к образованию сотен важнейших ароматических соединений. 
Приведем некоторые из них, которые считаются одними из важных для формирования кофейного букета: 

- Фураны придают напитку сладкий карамельный аромат; 

- Пиразины ответственны за более сложные цветочные вкусовые ноты; 

- Кетоны придают маслянистый оттенок с привкусом ириски. 

Есть буквально сотни и сотни ароматических соединений, которые создаются в процессе обжарки, каждый из которых привносит небольшую часть в комплекс кофейного аромата


Источник: http://www.cofe.tj/aromat/chemical.php