В состав сырых кофейных зерен в первую очередь входят кофеин, тригонеллин, хлорогеновая кислота, белок и минеральные соли. Этот комплект веществ составляет четверть массы сырого зерна. Остальное приходится на клетчатку, кофейное масло и воду.
Кофеин представитель группы алкалоидов. Именно кофеину кофе обязан своим бодрящим действием. В чистом виде из кофейного зерна это кофеин был выделен в 20-х годах прошлого века. Кофеин имеет вид бесцветных кристалликов с горьковатым вкусом.
Тригонеллин это также алкалоид, содержащийся в кофейных зернах. В отличие от кофеина он не обладает возбуждающим действием на организм человека, однако именно от него зависит вкус и запах обжаренных кофейных зерен.
Хлорогеновая кислота – один из ценнейших компонентов состава кофейного зерна.
Натуральное необжаренное зерно – единственный природный продукт с высоким содержанием хлорогеновой кислоты. Стимулируя работу пищеварительной системы человека хлорогеновая кислота, входящая в состав зерен зеленого кофе помогает организму расщеплять жиры, именно поэтому диетологи всего мира рекомендуют зерна зеленого кофе для похудения. При обжаривании кофейных зерен содержание хлорогеновой кислоты уменьшается в 2-3 раза, а кофе приобретает характерный, немного вяжущий привкус.
Следует добавить, что зерна кофе содержат более 30 различных органических кислот (в том числе яблочную, лимонную, уксусную и кофейную). Помимо этого, в зёрнах кофе содержатся полезные для здоровья жирные кислоты:
- линолевая - 52,2-54,3 %;
- пальмитиновая - 26,6-27,8 %;
- олеиновая - 6,7-8,2 %;
- стеариновая - 5,6-6,3 %;
- арахидоновая - 2,6-2,8 %;
- линоленовая - 2,2-2,6 %;
- бегеновая - 0,5-0,6 %.
Несмотря на такое обилие полезных веществ, натуральный зерновой кофе не является калорийным продуктом, хотя в его составе присутствуют — белки – 0,2 г., жиры – 0,6 г. и углеводы – 0,1 г. из натурального зерна не более 1-2 Ккал. Никотиновая кислота и витамин РР содержащиеся в зернах кофе – активные биологические компоненты. Именно поэтому кофе считается низкокалорийным и не способным принести вред фигуре человека.
Однако не забывайте, суточная порция кофе из натуральных зерен не должна превышать 0,3г по кофеину, что соответствует двум чайным ложкам молотых зерен кофе на стакан воды, а прием 4 чашек зернового кофе в день, это 1 г кофеина, у человека развивается постоянная потребность в кофе, сравнимая с алкогольной зависимостью.
Сырые кофейные зерна, в расчете на сухое вещество, содержат 32-36% экстрактивных веществ, стабильно сохраняющихся в течение семи и более лет при нормальных условиях хранения. В состав сухого вещества сырого кофе входят следующие основные компоненты, в %: кофеин - 0,7-2,5; белковые вещества - 9-19,2; жир - 9,4-18; сахароза - 4,2-11,8; моносахариды - 0,17-0,65; клетчатка - 32,5-33,5; пентозаны - 5-7; дубильные вещества - 8,7-11,9; минеральные вещества - 3,7-4,5; органические кислоты: хлорогеновая - 4-10,9, лимонная - 0,3, винная - 0,4, яблочная - 0,3, щавелевая - 0,05, кофейная - 0,2. Влажность сырого кофе - 9-12%.
Наибольшее влияние на организм человека при употреблении кофе из перечисленных веществ оказывает алкалоид кофеин (C 8 H 10 N 4 O 2), или 1,3,7-триметилксантин, являющийся производным пуриновых оснований. Кофе оказывает благоприятное физиологическое действие на организм благодаря содержанию кофеина, выражающееся в регулировании уровня глюкозы в крови и повышении общего тонуса и работоспособности человека. В кофе кофеин находится как в свободном состоянии, так и в соединении с калием и хлорогеновой кислотой в виде кофеин-хлорогеново-кислого калия; при этом преобладает связанная форма. Более высокие сорта кофе отличаются пониженным содержанием кофеина, а низкосортный африканский вид робуста может накапливать до 3,2% кофеина. В процессе хранения кофе содержание кофеина в зернах практически не изменяется, а при обжаривании увеличивается, что подтверждается данными табл. 8.
Наряду с кофеином в зернах сырого кофе из алкалоидов также находится не обладающий физиологической активностью тригонеллин (C 7 H 7 N0 2 - метилбетаинникотиновая кислота) в количестве 0,24-1,2%. Он распадается при обжарке зерен на ряд соединений, в том числе пиридин, который участвует в формировании вкусовых свойств готового кофе. В зернах кофе, помимо этого, обнаружены теобромин (1,85 мг%) и теофилин (0,62 мг%).
Специфично для отдельных ботанических видов и сортов кофе содержание белковых веществ. Аравийский кофе примерно на 3% меньше содержит белковых веществ, чем кофе робуста, при этом внутрисортовые колебания не превышают 2%. Установлена положительная корреляционная зависимость между количеством кофеина и азотистых веществ. В процессе хранения их общее содержание не изменяется, но наблюдается увеличение фракции водорастворимых белков, обладающих высокой степенью электропроводности.
Также обнаружено в составе азотистых веществ кофе 20 свободных аминокислот, количество которых при хранении практически не изменяется. При этом кофе высшего сорта отличается более высоким содержанием свободных аминокислот (до 923 мг%) по сравнению с кофе 1-го и 2-го сортов (до 480 мг%).
В кофейных зернах содержание жира (кофейное масло - coffee oil) подвержено существенным межвидовым и внутривидовым колебаниям. Самое низкое содержание жира - у индийских сортов кофе. Отличительной особенностью кофейного масла является высокое содержание дитер-пеновых эфиров. На долю ненасыщенных жирных кислот в кофейном масле приходится более половины - 51,9-57,3%, в том числе преобладает линолевая кислота (37,2-45,6%).
В кофейном масле из зерен кофе разных видов и разновидностей качественный состав жирных кислот практически идентичен. При хранении сырого кофе незначительно возрастают кислотное и перекисное числа жира, что свидетельствует о замедленном протекании внутриклеточных гидролитических и окислительных процессов.
Углеводы оказывают существенное влияние на вкусовые свойства кофе и, в частности, сахара, являющиеся предшественниками многих вкусовых и ароматических веществ обжаренного кофе. Углеводы в кофе представлены сахарами, гетерополисахаридами и клетчаткой.
Сахара кофе представлены глюкозой, фруктозой, галактозой и сахарозой, которые составляют приблизительно 28% водорастворимых веществ. В сыром кофе аравийских сортов содержится 8,2-8,3% моносахаридов, в то же время в робусте присутствует 3,3-4,1%. В процессе хранения сырого кофе содержание Сахаров снижается незначительно.
Гетерополисахариды кофе представлены галактанами, маннанами, глюканами и арабанами. В состав полисахаридов зеленого кофе агаЫса входят арабиноза - 1,8%, галактоза - 9,3%, манноза - 20,8%, глюкоза - 6,8%. В то же время в жареном кофе и в экстракте данные сахара и ге-теропо-лисахариды присутствуют в следовых количествах (0,3% - глюкозы, 0,16-0,05% - фруктозы, 0-0,26% - маннозы и 0,02-0,3% - глюкозы и сахарозы). Таким образом, при высотемпературной обработке и под воздействием высокого давления (до 2,5 МПа) в зернах кофе протекают крекинговые процессы разрушения, прежде всего, углеводов.
В то же время клетчатка кофе, составляющая одну треть сухого вещества кофейных зерен, формирует твердость и плотность зерен. Не позволяя разваливаться и увеличиваться в объеме при обжаривании, клетчатка кофе и позволяет получить ароматный продукт. При этом она является одним из наиболее стабильных компонентов, и отдельные виды и сорта кофе практически не отличаются между собой по содержанию клетчатки.
Дубильные вещества, содержащиеся в кофе, обусловливают терпкость кофейного напитка. Между содержанием дубильных веществ и хлорогеновой кислоты, составляющей до 85-90% общего количества полифенольных соединений, существует прямая зависимость. Хлорогеновая кислота в таком значительном количестве содержится в природе только в зернах кофе, придавая им специфический слабокислый и слегка терпкий вкус. Количество полифенольных соединений в процессе хранения заметно снижается, что приводит к некоторому снижению терпкости кофе робуста, но к обеднению вкуса кофейных напитков из высших сортов арабики. Для кофе характерно значительное содержание кофедубильной кислоты (4-11% сухой массы), представляющей собой смесь хлорогеновой, кофалиновой (C 32 H 38 O ig), кофалевой (С 34 Н 54 0 15) кислот и других соединений.
Титруемая кислотность является одним из наиболее стабильно сохраняющихся его компонентов и составляет в зависимости от сорта кофе 10,8-17,8°. Уровень титруемой кислотности по мере хранения кофе возрастает незначительно (за 7 лет - на 0,3-1,1°), что свидетельствует о замедленном протекании внутриклеточных гидролитических и окислительных ферментативных процессов.
1В статье рассматривается состав и физико-химическая характеристика кофейного напитка, приводится физиологическое действие кофейного напитка на организм человека.
физико-химический состав
напиток кофе
влияние на организм.
1. Бердымухамедов Г.М. Государственное регулирование социально-экономического развития Туркменистана. Том 1. – А.: Туркменская государственная издательская служба, 2010.
2. Байрамов Р.Б., Рыбакова Л.Е., Пенжиев А.М. и др. Математическая модель для описания теплового режима гелиотеплицы траншейного типа // Гелиотехника. – 1988. – № 2. – С. 40-44.
3. Байрамов Р.Б., Рыбакова Л.Е., Пенжиев A.M. и др. Обобщенная математическая модель для описания термических режимов культивационного сооружения траншейного типа // Известия АН ТССР. Сер. физ.-техн., хим. и геол. наук. – 1985. – № 3. – С. 12-17.
4. Байрамов Р.Б., Рыбакова Л.Е. Микроклимат теплиц на солнечном обогреве. – Ашхабад: Ылым, 1983.
5. Данильянц И.Э., Пенжиев A.M., Карпаев К. Построение регрессивной зависимости от агрометеорологических факторов развития кофейного дерева в теплицах // Известия АН ТССР. Сер. биол. наук. – 1984. – № 6. – С. 68-71.
6. Дзагания A.M. Болезни кофейного дерева и меры борьбы с ними в Республике Куба // Субтропические культуры. – 1981. – № 6. – С. 137-140.
7. Диначев Л. Азотное питание плодов в условиях Кубы // Международный сельскохозяйственный журнал. – 1983. – № 5. – С. 6-48.
8. Зерна раздора // Комсомольская правда. – 1988. – №16.
9. Максимец В.П. Контроль качества напитков. Общественное питание. – М.: Экономика, 1988.
10. Нагарный В.Д. Система удобрений тропических плантационных культур и борьба с вредителями. – М., 1976.
11. Нахмедов Ф. Технология кофепродуктов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.
12. Пенджиев A.M. Разработка, создание и исследование гелио- теплицы траншейного типа для выращивания кофейных деревьев: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Ашхабад, 1987.
13. Пенджиев A.M. Шипа биринжи ичги. – Ашхабад: Туркменистан, 1990.
14. Пенджиев А.М. Агротехника выращивания дынного дерева (Carica papay L.) в условиях защищенного грунта в Туркменистане: автореф. дис. … д-ра с/х наук. – М., 2000. – 54 с.
15. Пенджиев А.М. Изменение климата и возможности уменьшения антропогенных нагрузок: монография. LAMBERT Academic Publishing, 2012. – 166 с.
16. Пенджиев А.М. Экологические проблемы освоения пустынь: монография. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. – 226 с.
17. Пенджиев А.М. Напиток вечной бодрости. Издательство «Ridero», 2015. – 132 с.
18. Рыбакова Л.E., Пенджиев A.M. Возможность выращивания t кофейного дерева в условиях Туркмении. – Ашхабад: Туркмен-НИИНТИ, 1987.
19. Рыбакова Л.E., Пенджиев A.M. Тепловой режим гелиотеплицы траншейного типа // Гелиотехника. – 1988. – № 2. – С. 40-44.
21. Рыбакова Л.Е., Пенджиев A.M. Гелиотеплицы // Сельский механизатор. – 1985. – С. 31-33.
22. Синягин И.И. Тропическое земледелие. – М.: Колос, 1968.
23. Узунов И.С. Болезни тропических плодовых культур и борьба с ними. – М.: Колос, 1983.
24. Источник: greenrussia.ru/news/sreda/1385-potreblenie-kofe-v-mire.html.
25. Источник: USDA
Состав и физико-химическая характеристика кофе
Вот уже несколько столетий кофе - напиток с чарующим вкусом - радует людей. Что же придает ему неповторимый вкус и аромат, бодрит и освежает при употреблении?
Кофейное дерево, как и всякое другое растение, через корневую систему получает из почвы ряд минеральных веществ, необходимых для нормального развития. Эти минеральные вещества составляют золу, которая остается после сжигания зерен кофе. В состав золы в виде различных соединений входят: калий, кальций, натрий, железо, сера, фосфор, азот, хлор, магний и другие элементы. Ни один из этих элементов не противопоказан человеку, а наоборот, все они в тех или иных количествах нужны человеку для нормальной жизнедеятельности. Например, железо - составная часть гемоглобина крови, а хлористый натрий входит в состав жидкой части крови - плазмы. От наличия в организме человека натрия, калия и кальция зависит нормальный ритм сердечной деятельности. Кальций и фосфор входят в состав костной ткани. Сера и азот - основа аминокислот и белков, составляющих мышечную и другие мягкие ткани организма человека.
Французский ученый Рунге в 1819 г. выделил из кофейного экстракта бесцветные шелковистые кристаллы слабо-горького вкуса, водный раствор которых по своему возбуждающему действию во много раз превосходит кофейный отвар. Это вещество, относящееся к алкалоидам, было названо кофеином. Понадобилось 80 лет упорного труда ученых, прежде чем были установлены окончательный состав кофеина и его структурная формула. Основываясь на этой формуле, немецкий физик Э. Фишер в 1897 г. получил синтетический кофеин и доказал этим правильность структурной формулы.
Интересно вспомнить, что кофе в качестве лечебного средства применялось в классической арабской медицине в 900-1000 г. нашей эры. «Бунчум» - под таким названием он описан древним арабским ученым, врачом и алхимиком Абу Бахра Мухаммед ибн Захари Ийна ла Рази - известным в истории как Ризес. Однако по мере роста потребления кофе как напитка его лечебные свойства стали забываться.
В лаборатории И.И. Павлова впервые было установлено, что кофеин усиливает процессы возбуждения в коре головного мозга, устраняет сонливость, облегчает восприятие окружающей среды и повышает работоспособность. И.И. Павлов сделал вывод, что длительное злоупотребление сравнительно большими дозами кофеина может привести к функциональному истощению клеток мозга.
После открытия кофеина кофе пережил второе рождение как лечебное средство. В настоящее время кофеин с успехом применяется в лечебной практике при различных заболеваниях. Он входит в состав многих лекарственных препаратов, способствующих восстановлению нарушенных функций организма человека. Следовательно, прием напитка кофе, содержащего кофеин, является своего рода приемом очень малой дозы лекарства и может, таким образом, рассматриваться как профилактическое мероприятие, стимулирующее и поддерживающее функциональную деятельность некоторых жизненно важных органов человека. В своих исследованиях И.И. Павлов пришел к выводу, что степень возбудимости от кофеина индивидуальна и зависит от типа нервной системы. При слабом типе нервной системы кофеин понижает процессы возбуждения, поэтому люди различного темперамента по-разному реагируют на вечернюю чашку кофе. У одних она вызывает бессонницу, у других, наоборот - сонливость. Другим алкалоидом, содержащимся в кофе, является тригоналин, Он не обладает возбуждающими свойствами, но играет важную роль в образовании аромата и вкуса жареного кофе.
Химический состав кофе сложен. Химическими и хроматографическими методами в нем были установлены многие химические соединения. Сырой кофе содержит: воду, жиры, белки, минеральные соли, уже упомянутые водорастворимые вещества - кофеин, тригоналин, а также хлорогеновую кислоту, непосредственно редуцированный (инертный) сахар, сахарозу, водорастворимые белки, водорастворимые минеральные соли, нерастворимые вещества - гелицеллюлозу и целлюлозу. Товарный кофе содержит 11% - влаги, 11% - жира, 13% - белков и другие азотосодержащие вещества.
При обжарке химический состав кофе меняется, а также на 14-23% теряется его вес. Отношение к степени обжарки кофе различно. Например, в США любят светлый кофе, в Италии ~ темный, во Франции - среднего цвета. Изменение цвета свидетельствует, прежде всего, о карамелизации Сахаров.
Кофе содержит азотистые вещества, липиды, углеводы, органические кислоты, олигоэлементы и витамины.
Липиды. Кофейное масло имеет жидкую консистенцию и содержит глицериды пальмитиновой, стеариновой, каприоной и линоловой кислоты. Жирные вещества практически полностью остаются в сухом остатке и не переходят в изготовленный напиток; содержится также немного фитостерина (кофесероля).
Углеводы. В жареном кофе растворимая углеводная фракция - сахароза, глюкоза, фруктоза и гальктоза - большого значения не имеет и составляет примерно 28% общих растворимых компонентов.
Органические кислоты. В кофейных зернах содержится очень много органических кислот: пировиноградной, оксоловой, лимонной и яблочной.
Особое внимание следует уделить хлорогенной кислоте. В сыром виде кофе она содержится в виде двойной соли кофеина и калия. Хлорогенная кислота во время обжарки теряется на 37-58%, а кофеин освобождается, в жареном кофе остается 40% кофеина. Действие хлорогенной кислоты еще недостаточно изучено.
Олигоэлементы и витамины. Содержание минеральных веществ (табл. 1) представляет большой интерес: в 100 мл 5%-го кофейного напитка содержится 136 мг различных минеральных солей (табл. 2).
Таблица 1
Таблица 2
Количество минеральных солей в 120 мл кофейного напитка (одна чашка), изготовленного из 6 г кофе
В 1 г кофейного порошка содержится 0,29-0,32 мг железа, 1,4-1,8 мг фосфора. Кофе также содержит соединения серы - SO2, H2S, некоторые витамины (никотиновую кислоту и др.), но они не имеют практического значения.
Эфирные масла. Они образуются при обжарке кофе и обусловливают его специфический аромат, содержат терпены (продукты фенола), обладают антисептическим действием.
Азотистые вещества. Вместе с алкалоидами - кофеином и тригонелином - кофе содержит определенное количество бетаина, холина и аминокислоты - ливцин, глютаминовую и аспаргиновую кислоты.
В зеленых зернах кофеин находится в двойной соли (калиево-кофейной соли хлорогеновой кислоты). В момент обжарки она распадается и отчасти сублимируется, что объясняется потерей при этом процессе. Содержание кофеина зависит от сорта кофе (табл. 3).
Таблица 3
Данные, приведенные в табл. 3, свидетельствуют, что степень содержания кофеина зависит от географического происхождения растения. Виды с наибольшим содержанием кофеина растут в Западной и Центральной Африке, с меньшим - в Восточной; нет его в кофе мальгашского региона. Бразильский сорт «сантос-5989» - типа 2 содержит в сыром виде 1,066% кофеина, в жареном - 1,099%. В арабском кофе - 0,3-2,5%, «робусте» - от 1,97 до 2,6%, в «либерике» - от 1,08 до 1,53%.
Приведенные данные о составе кофе не дают представления о всем разнообразии веществ, содержащихся в нем. Они дают только общие сведения о некоторых основных его веществах.
В состав сырых кофейных зерен, используемых для производства различных кофепродуктов входят: вода 10-13% (после обжарки: 1-2,5%); белковые вещества 11%; жиры 10-13%; углеводы 30-40%; алкалоиды (кофеин) 0,8-2,5%, в зависимости от сорта; минеральные и органические вещества 4% (90% из которых остаются в конечном продукте); экстрактивные вещества 0,1% летучих ароматических веществ (образуются в процессе обжарки); липиды; фенольные соединения; витамины; ферменты и др. Кислоты 30-70% распадаются в процессе обжарки. Кофейное зерно содержит около 1300 различных веществ, и далеко не все из них известны науке. Состав может изменяться в зависимости от сорта, региона выращивания и обжарки. Процесс обжарки дает до 800 разных привкусов. Другими словами, для создания уникального аромата кофе, необходимо 800 отдельных элементов. В отличие от всех других ароматов, ароматизатор кофе невозможно синтезировать.
Вода. Показатель влажности сырого кофе имеет существенное значение для оценки его качества.
Сырые зерна кофе относятся к группе продуктов, обладающих капиллярно-пористой коллоидной структурой (рис. 1). Для них характерны различные формы связи воды с материалом (свободная, связанная и прочносвязанная). Содержание воды в сырых зернах кофе по норме, принятой Международной организацией кофе (МОК), должно составлять 12±1%. Однако в зависимости от условий хранения и транспортирования влажность сырого кофе колеблется в пределах 9-14%.
Рис. 1. Созревшие плоды кофейных зерен
Как показали исследования, проведенные Ф.Г. Нахмедовым и сотр. (1982), сырой кофе Сантос I сорта, Робуста I сорта и Робуста II сорта, поступивший в 1975-1976 гг., по влажности значительно отличается от тех же сортов, поступивших в 1979-1980 гг. Более того, из одной и той же страны-поставщика один и тот же сорт кофе в разное время поступал различного качества. Существенная разница выявлена в содержании влаги в зернах кофе Робуста II сорта из Анголы, Бразилии, Индии, Эфиопии.
По данным Дорошевича (1978), скорость сорбции и десорбции водяных паров зернами кофе относительно высока. Особенно интенсивно абсорбируют влагу кофейные зерна при повышенной относительной влажности воздуха и повышенной температуре хранения. При относительной влажности воздуха 40-60% содержание влаги в зернах не превышает 12%; при влажности воздуха 63-65% сырой кофе сохраняет свой нормальный цвет, свежесть и вкус в течение года; при влажности воздуха 65-70% зерна желтеют и затем белеют, в при 70-75% вместе с желтой окраской появляется и характерный запах и вкус залежавшегося кофе. Когда относительная влажность воздуха превышает 75%, кофе приобретает плесневелый запах и вкус, становится практически непригодным для употребления.
Однако Паннет (1959) показал, что при относительной влажности воздуха 95% и температуре 20-26° С сырые кофейные зерна достигают равновесной влажности через 25-30 дней, тогда как обжаренный кофе - через 5-7 дней, а растворимый кофе - через несколько часов.
Сырой кофе - биологический, объект, и содержащаяся в нем вода, несомненно, играет активную роль в биохимических и физико-химических процессах, протекающих в клетках и тканях зерен.
Экстрактивные вещества. Содержание водорастворимых экстрактивных веществ в различных видах и сортах сырого кофе неодинаково и составляет примерно 20-29%. Наименьшее количество (19-20%) содержится в высших сортах кофе вида Арабика, а затем в возрастающей степени следуют первые сорта вида Арабика (21-23%), первые сорта вида Канифора (Робуста) (24-27%), вторые сорта вида Канифора (27-29%). Иногда в некоторых сортах того и. другого вида содержание экстрактивных веществ выходит за эти пределы. Чаще всего это связано с погодными условиями и способами первичной переработки зерен.
В состав экстрактивных веществ сырого кофе входят алкалоиды, белки, фенольные соединения, моно- и дисахара, липиды, органические кислоты, аминокислоты, минеральные элементы и некоторые другие вещества, содержащиеся в небольшом количестве.
Алкалоиды. В зернах кофе алкалоиды представлены метилированными производными пурина: кофеином, теобромином и теофиллином (Чичибабин А.Е., 1958; Кретович В.Л., 1971; Клиффорд, 1975), а также тригонеллином.
Кофеин (C8H10N4O2) - важнейший алкалоид кофейных зерен и известен под названием 2,6-диокси-1,3,7-триметилпурин, или 1,3,7-триметилксантин (рис. 2).
Рис. 2. Кофеин
Кофеин - вещество без цвета и запаха, в водном растворе дает горький привкус. Кофеин кристаллизуется из водных растворов в виде кристаллогидрата, имеющего форму длинных хрупких шелковистых игл. Безводный кофеин плавится при 236,5°С, при осторожном нагревании может возгоняться. Он легко растворяется в хлороформе, метиленхлориде, дихлорэтилене и трихлорэтилене. Водные растворы кофеина имеют нейтральную реакцию, с кислотами он образует соли. Кофеин в сыром кофе находится в свободном и связанном с хлорогеновокислым калием состоянии (Колесник, 1962; Голдони, 1979).
Различные виды кофе характеризуются следующим содержанием кофеина (в пересчете на сухое вещество, в%); Аравийский 0,6-1,2; Робуста 1,8-3,0; Либерийский 1,2-1,5.
Тригонеллин (C7H7О2N), или метилбетаинникотиновая кислота, в растениях образуется путем метилирования никотиновой кислоты (рис. 3).
Никотиновая кислота Тригонеллин
Рис. 4. Теобромин Монометилаллоксан Монометилмочевина
Тригонеллин в относительно большом количестве содержится в сортах кофе вида Арабика (1,0-1,2%). В сортах кофе вида Канифора (Робуста) его несколько меньше (0,6-0,74%), а в сортах вида Либерика всего 0,2-0,3%. Тригонеллин хорошо растворяется в воде, но термически нестабилен. При обработке кофейных зерен легко превращается в никотиновую кислоту, и поэтому тригонеллин считают основным предшественником образования никотиновой кислоты (витамин РР) в кофейных зернах.
Наличие никотиновой кислоты в сырых зернах кофе было показано еще в 1945 г. (Типлай, Кригл и Илвейдж). При этом было установлено, что содержание водорастворимой фракции никотиновой кислоты в сырых зернах кофе значительно меньше (1,3 мг%), чем в щелочнорастворимых (в 1 н. растворе NaOH 6,6, в 5 н, растворе NaOH 9,5 мг%).
Теобромин (C7H802N4) является 3,7-диметилксантином, так как при окислении образует монометилаллоксан и монометилмочевину (Чичибабин, 1958) (рис. 4).
Это бесцветный мелкокристаллический порошок, труднорастворимый в воде. Теобромин плавится при 351°С, способен возгоняться, легко растворяться в едких щелочах, давая, например, натриевую соль. Содержание теобромина в сырых зернах кофе незначительное - 1,5-2,5 мг% (Клиффорд и Вайт, 1976).
Теофиллин (C7H8О2N4) представляет собой 1,3-диметилксантю, который образует бесцветные шелковистые иголочки, содержащие одну молекулу кристаллизационной воды. Теофиллин труднорастворим в холодной воде, плавится при 269-272оС. Общее количество его в зернах дикорастущих кофейных растений 1,0-4,0 мг% (рис. 5).
Рис. 5. Теофиллин
Из групп растительных веществ вторичного происхождения в зернах дикорастущих кофейных растений (С. Vianneyi) обнаружен и выделен в кристаллическом виде глюкозид маскарозид (C26H36О11). Установлено, что он является пентациклическим дигерпеновым глюкозидом, сходным по некоторым свойствам с кафамарином, найденным в зернах культурных растений кофе (С. Buxifolia). Кафамарин в кофейных зернах С. Vianneyi обнаружен не был. Кроме того, из зерен С. Vianneyi выделено два других вещества, близких к маскарозиду (Хаммоная и сотр., 1975); Герхард и Хелга, 1978), методами хроматографии и фотометрии установили, что в зернах кофе Робуста и Арабуста дитерпеновый глюкозид содержится в виде следов, тогда как в кофе Арабика его 170 - 460 мг/кг. Другой дитерпеновый глюкозид в сырых зернах кофе Робуста содержится в количестве 10-45 мг/кг, в зернах кофе Арабуста - 60 и Арабика - 290-340 мг/кг.
Из сырых зерен кофе выделены и идентифицированы методом тонкослойной хроматографии полиамины, путресцин, спермин, спермидин (Эйморим Г. и Эйморим В., 1977], образующие при дезаминировании или окислении различные гетероциклические алкалоиды.
Белковые вещества. Впервые относительно глубокие исследования белковых веществ кофе проделаны Ундервудом и Дитрайджем в 1952 г. Авторы, гидролизовав белки сырого кофе, выделили 14 аминокислот и из них количественно определили 9 компонентов. Г. Тхейлер (1977) опубликовал серию статей, в которых показано, что в сыром кофе трех основных разновидностей (Арабика, Робуста и Либерика) белковые вещества содержатся почти в одинаковом количестве (аминный азот 1,55-1,63%, общее содержание белка 9,69-10,19%).
Аминокислотный состав сырого кофе исследован с помощью жидкостной ионообменной хроматографии на анализаторах ЛКБ-4101 (Швеция) и «Хитачи» (Япония). Для определения свободных аминокислот навеску исследуемого материала в количестве 100 г растирали в ступке с дистиллированной водой, количественно переносили в мерную колбу на 100 мл, экстрагировали в течение 1 ч, осадок декантировали, вновь заливали водой и экстрагировали еще дважды. Объединенные эстракты упаривали при 40оС до полного удаления воды, осадок в колбе растворяли в 10 мл цитратного буферного раствора с рН 2,2. 1 мл этого раствора наносили на смолу аминокислотного анализатора. Количественный состав аминокислот определяли путем сравнения площадей пиков на хроматограмме исследуемых образцов, а также площадей пиков калибровочной смеси аминокислот (табл. 4).
Таблица 4
Аминокислотный состав сырого мексиканского кофе вида Арабика
|
Свободные аминокислоты, сухого вещества |
Связанные в белках аминокислоты, г/100 г сухого вещества |
|
|
Аспарагиновая |
||
|
Глутаминовая |
||
|
Метионин |
||
|
Изолейцин |
||
|
Фенилаланин |
||
|
Гистидин |
||
Для определения связанных в белках аминокислот предварительно проводили кислотный гидролиз белковых веществ в 6 н. НС1 при 105°С и течение 24 ч. Затем белковый гидролизат упаривали до полного улетучивания соляной кислоты, осадок растворяли в цитратном буферном растворе с рН 2,2, фильтровали и использовали для исследования на аминокислотном анализаторе.
В зернах кофе из Вьетнама обнаружена γ - аминомасляная кислота, и Перейра и сотрудники (1978) в сырых зернах кофе вида Арабика и гибрида Арабики с Робустой из Анголы нашли пипеколиновую кислоту, которая в сыром кофе других разновидностей не была обнаружена. Разделение и идентификацию аминокислот кофе эти исследователи проводили при помощи электрофореза и тонкослойной хроматографии.
По данным. Г. Тхейлера и Гейгла, кофейные зерна вида Либерика по аминокислотному составу не отличаются от зерен кофе других разновидностей.
В целом установлено, что по составу аминокислот кофе видов Арабика, Канифора и Либерика практически одинаков, а по их содержанию заметно отличается между собой, что объясняется условиями произрастания.
Липиды. Кофе относится к группе растительного сырья, богатого липидами. В кофе вида Арабика липидов содержится 12-18%, в кофе вида Канифора (Робуста) - 9-13,4% и в кофе вида Либерика - 11-12%. Общие свойства липидов в значительной степени определяются входящими в их состав жирными кислотами. Газохроматографическим методом анализа установлено, что непредельные жирные кислоты составляют 50,1-59,9% от общего количества жирных кислот сырого кофе. Высокое содержание непредельных жирных кислот может свидетельствовать о возможных окислительных процессах в кофейном масле. Однако многолетние наблюдения за изменением перекисных и тиобарбитуровых чисел жира при хранении кофе указывают на отсутствие изменений этих показателей.
Содержание свободных жирных кислот в сырых кофейных зернах высших сортов составляет 0,5-3%, в зернах же более низкого качества их до 20%. По количеству отдельных жирных кислот между сортами одного и того же вида кофе выявлены различия в распределении жирных кислот между триглицеридами, эфирами дитерпенов и собственно эфирами (Вурзигер, 1973). Из общего количества жирных кислот в эфирных маслах кофе линолевая составляет 37-50%, пальмитиновая - 23-25%, олеиновая - 9-14%, линолеиновая - 1-5%, арахидоновая - 1-4%, а миристиновая и бегеновая - до 0,6%. Наряду с этими в виде следов обнаружены также гадолеиновая, лигноцериновая, маргариновая и гексадиеновая кислоты.
В кофейных зернах дикорастущего вида С. Racemosa состав жирных кислот несколько иной. В них преобладают пальмитиновая (39,1%), линолеиновая (34,71%), стеариновая (10,41%) и олеиновая (10%) кислоты.
Йодное число масла сырых кофейных зерен 82-102, число омыления 180-189, бензидиновое число 0,9-1,1, показатель преломления 1,4700-1,4744. Масло кофе содержит примерно 4% фосфатидов.
Неомыляемая фракция липидов содержит компоненты, не растворяющиеся в воде после их обработки спиртовым раствором щелочи. В масле зерен кофе вида Арабика и Канифора (Робуста) содержится от 7 до 20% неомыляемых компонентов липидов, которые обусловливают низкую точку плавления масла (8оС), а удалив их, точку плавления можно повысить до 34-36оС.
Два дитерпена - кафестрол и кавеол (1,2-дегидрокафестрол) - составляют соответственно 40 и 20% неомыляемой фракции и присутствуют в масле кофе преимущественно в виде эфиров жирных кислот. В меньшем количестве содержатся - 1-5-абиетен-13, 19-диол и атрактилозид.
Стеролы кофейного масла составляют около 20% неомыляемых компонентов липидов, серотонины - 3-6%, а остальные (~15%) приходятся на долю алифатических углеводородов, включая наноксан и разные пигменты.
В последнее время благодаря новым методам структурного анализа достигнуты определенные успехи в идентификации некоторых стеролов. В настоящее время выяснено, что стеролы масла кофе аналогичны содержащимся в других видах растительного сырья. В основном это сиго-сгсрин (53-55%), кампестрол (16-18%), стигмастерин (22-28%) и еще около 10 стеролов, которые присутствуют в меньшем количестве и составляют примерно 7% всех стеролов масла кофе.
В кутикулярном слое сырых кофейных зерен содержатся окситриптамиды карбоновых кислот (5-гидроокситриптамиды) в количестве от 0,08 до 0,24%. Наряду с антиокислительными свойствами окситриптамиды карбоновых кислот играют роль фактора свежести или старости кофе, так как в процессе хранения одновременно с изменением цвета кофейных зерен (потемнением) под действием света и воздуха, снижайся и содержание в них триптамидов (Вурзигер, 1973). В связи с тем, что окситриптамиды вызывают нарушения функции желудка у людей с повышенной чувствительностью, разработан целый ряд способов удалении их из кофейных зерен.
Углеводы. Составляют 50-60% от общей массы сырых кофейных зерен кофе. В состав углеводов кофе входят сахароза (6-10%), целлюлоза (5-12%), пентоза (3-5%), пектиновые вещества (2-3%) и высокомолекулярные полисахариды (клетчатка, лигнин и др.). Установлено, что основным водорастворимым компонентом высокомолекулярных полисахаридов сырого кофе является арабиногалактан (2-5%).
Кроме того, из кофейных зерен выделены глюкогалактоманнан, галактоза, минноза и арабиноза. Долгое время считалось, что в сыром кофе отсутствуют свободные моносахара (глюкоза и фруктоза), однако исследованиями установлено, что в кофе вида Арабика преобладают сахароза, а в зернах кофе Канифора (Робуста) - редуцирующие сахара. Это нашло подтверждение в работах Леричи, Пейпи и Матссса (1978), которые методом газожидкостной хроматографии 80%-ных водных растворах этилового спирта сырых зерен кофе Арабика из Эфиопии и Бразилии наряду с сахарозой обнаружили и количественно определили фруктозу, α-глюкозу, β-глюкозу и два сахара не идентифицировали. В целом общее количество редуцирующих сахаров в зернах достигает 0,7-1%.
Фенольные соединения. Эти соединения кофе представлены дубильными веществами (танин, катехины и др.) и хлорогеновыми кислотами. Оснавную часть фенольных соединений составляют хлорогеновые кислоты. Это понятие впервые ввел Пайен в 1846 г. для объяснения обнаруженного им компонента кофейных зерен.
В кристалличёском виде хлорогеновая кислота была впервые выделена из кофейных зерен Гортером в 1908 г., а ее структура, как кофеил-3-хинная кислота, была установлена Фишером и Дангшетом в 1932 г.
Хлорогеновые кислоты включают в себя около десяти соединений, содержащихся в кофе, а подобные им соединения обнаружены и в других растениях.
В старой литературе сведения об этой группе веществ весьма расплывчаты, так как несколько хлорогеновых кислот часто рассматривались как одно соединение. Положение усугублялось разной номенклатурой хлорогеновых кислот и употреблением тривиальных наименований. Лишь в последние годы благодаря применению современных методов анализа и процессов выделения и разделения этой группы соединений удалось точно установить их структуру и частично выяснить физиологическое действие.
Ниже приведены тривиальные наименования хлорогеновых кислот и соответствующие им названия по химической номенклатуре (Клиффорд, Байт, 1976; Голдони,1979) (табл. 5).
Таблица 5
Тривиальные наименования хлорогеновых кислот и соответствующие им названия по химической номенклатуре
Хлорогеновые кислоты представляют собой моно- или диэфиры коричной и хинной кислот. В кофейных зернах обнаружены также эфиры хинной кислоты с кофейной и феруловой кислотами.
Хлорогеновая кислота (кафеил-3-хинная кислота)
Неохлорогеновая кислота (кафеил-5-хинная кислота)
Криптохлорогеновая кислота (кафеил-4-хинная кислота)
Изохлорогеновая кислота фактически является смесью дикофеилхинной кислоты. Первоначально она была идентифицирована как кофеил-5-хинная кислота (1950 г.), затем как кофеил-4-хинная кислота (1955 г.), и, наконец, в 1964 г. установлено, что изохлорогеновая кислота состоит в основном из трех фракций дикофеилхинной кислоты и существуете виде ее изомеров.
Зерна сырого кофе содержат примерно 7-10% хлорогеновых кислот. В кофе вида Канифора (Робуста) концентрация их больше (9-11%), чем в кофе вида Арабика (5,5-8,0%). Основную долю хлорогеновых кислот составляют кофеилхинные кислоты (хлорогеновая и неохлорогеновая кислоты). Так, в кофе вида Арабика их 5,5-7,0%, в кофе вида Кинифора 8,0-9,0%. Затем следуют дикофеилхинные кислоты (изохлорогеновые кислоты). В кофе вида Арабика их 0,5-0,6%, в кофе вида Канифора 1,4-1,7%. В меньшем количестве в кофе содержится ферулоилхинная кислота: в кофе вида Арабика 0,2-0,25%, в кофе вида Канифора 0,6-1,2%. В некоторых типичных сортах кофе, наиболее широко используемых для промышленной переработки, методами газовой хроматографии и тонкослойной хроматографии установлено следующее содержание хлорогеновых кислот (табл. 6).
Таблица 6
Исследованиями, проведенными во Всесоюзном научно-исследовательском институте пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии (ВНИПП и СПТ) колориметрическим методом, установлено, что содержание дубильных веществ в кофе вида Арабика (Индия) составляет 6,1-6,36%, в кофе вида Канифора Робуста I сорта (Индия) - 6,8-7,7%, в кофе Сантос I сорта (Бразилия) - 3,6-4,6%.
Минеральные вещества. Сырые кофейные зерна содержат 3-4,5% минеральных веществ. Состав и содержание основных элементов устиновны давно. Однако только в 1972 г. атомно-абсорбционной спектрофотометрией Церевитинову и сотр. (1972) удалось определить в кофейных зернах более полный количественный состав минеральных веществ (в мг%): калий 1712-1750, магний 142-176, кальций 76-120, ширий 2,3-17, железо 2,1-10,0, марганец 1,1-9,8, рубидий 0,6-4, цник 0,5-3,2, медь 0,6-2,3 и стронций 0,4-1,3, а также следы хрома, ванадия, бария, никеля, кобальта, свинца, молибдена, титана и кадмия.
Согласно литературным данным определенной зависимости между количеством минеральных веществ и качеством напитка из кофе не существует. Однако считается, что содержание цинка, марганца и рубидия в сырых зернах кофе обусловливает лучшие свойства напитка.
Органические кислоты. В сырых кофейных зернах обнаружены лимонная, яблочная, малеиновая, уксусная и щавелевая кислоты (Сивец и Фут, 1963). В кофейных зернах разных видов и сортов (Арабика высшего сорта из Колумбии, Сантос I сорта из Бразилии, Робуста II сорта из Индонезии и др.) состав и содержание органических кислот различны. Показано, что кислотность сырого кофе различных ботанических видов и сортов составляет от 2,4 до 4,0°Т. При длительном (3-5 лет) хранении сырого кофе в нормальных условиях кислотность его возрастает незначительно.
Витамины. В кофейных зернах обнаружены тиамин (В1), рибофлавин (В2), пантотеновая кислота, никотиновая кислота (РР), пиридоксин (В6), витамин B12 (Чиненова, 1970) и токоферол (Е) (Фолстар, Вон дер Плас, Пильник и Хеус, 1977).
Ферменты. Сырой кофе, поступающий на промышленную переработку, биологически активный продукт, в котором локализованы ферментные системы почти всех классов: оксидоредуктазы, гидролазы, трансферазы и изомеразы, играющие важную роль в биохимических и физико-химических процессах зерна.
Изменение цвета сырого кофе разных видов и сортов от зеленого и светло-зеленого до белого, беловато-желтого, желтого и темно-коричневого связано с изменением активности комплекса ферментных систем, содержащихся в кофейных зернах.
Все вещества, входящие в химический состав кофе - летучие и быстро окисляются кислородом, вследствие этого рекомендуется или обжаривать кофе непосредственно перед употреблением, или хранить обжаренный кофе непродолжительное время в герметически закрывающихся стеклянных или жестяных банках. Сумма растворимых веществ, переходящих в напиток, достигает 30%, что составляет примерно 85% всего их количества, содержащегося в жареных зернах кофе. При этом в напиток переходит до 80% хлорогеновой кислоты и до 90% кофеина.
Физиологическое действие кофе на организм человека
Кофе вызывает самые различные чувства по отношению к его вкусовым качествам - от неприязни до восторга, но никого не оставляет равнодушным. Его сильное влияние на организм человека и породило эти диаметрально противоположные мнения о его вреде и пользе.
Примером горячих споров по этому вопросу может служить история, произошедшая в XVIII веке в Швеции. Чтобы решить этот спор, король Густав III решил сделать следующее - заменил смертную казнь двум братьям-близнецам пожизненным заключением. Они должны были жить в одинаково благополучных условиях и ежедневно выпивать большую порцию: один чая, другой кофе. Осужденных заточили в крепость и два профессора должны были наблюдать за ними. Шли годы, десятилетия. Погиб король, умерли профессора, а братья все еще жили и чувствовали себя бодро. Наконец, в возрасте 83 лет умер осужденный, пивший чай, а через несколько лет умер тот, кто пил кофе.
Спор о вреде и пользе кофе продолжается и в наши дни. Этому вопросу посвящены многие теоретические работы, научные исследования, клинические опыты. Но большинство научно-исследовательских работ посвящено влиянию чистого кофеина на организм человека. Надо отметить, что влияние кофе и кофеина различно и зависит от степени их концентрации, различных способов приема и наличия в кофе сопутствующих веществ. Однако отмечается и схожесть их влияния.
В чем же заключается влияние кофе на организм человека?
Кофе - это возбуждающий напиток, именно этому своему качеству он обязан широким распространением. Возбуждающее и стимулирующее действие кофе оказывает на человека во время физической усталости, придает на короткое время бодрость и силу. Кофе оказывает влияние на высшие отделы центральной нервной системы. Кофеин - один из главных растительных алкалоидов, возбуждает и нормализует работу центральной нервной системы. В физиологическом отношении он является тонизирующим средством: устраняет вялость, сонливость, улучшает работу органов чувств, ускоряет передачу нервного возбуждения. Кофеин особенно полезен людям умственного труда, возбуждая нервные клетки, он увеличивает их восприимчивость, располагает к сосредоточенному мышлению.
Какова же переносимость кофе у здорового человека? Чашка кофе обычно содержит 100 мг кофеина в сорте «арабика» и приблизительно 250 мг в сорте «робуста». Поэтому у многих людей кофе вызывает сердцебиение, нарушение пульса, боли в сердце, повышенную нервную возбудимость, бессонницу, у некоторых, как это ни парадоксально - сонливость. Чашка кофе препятствует понижению активности после приема пищи, стимулирует физическую и психическую активность человека.
Кофе оказывает определенное действие на органы пищеварения. Он вызывает увеличение выделения желудочного сока и соляной кислоты. Через 20-30 мин после принятия черного кофе кислотность в желудке достигает максимума. Увеличение концентрации напитка в содержимом желудка увеличивает и содержание свободной соляной кислоты, возрастает общая кислотность. Желудочная секреция, вызываемая кофе, равносильна действию всеми признанного активатора секреторной реакции - мясного бульона. Кофе способствует повышению усвояемости пищи. Недаром у многих народов принято подавать черный кофе после завтрака и обеда.
Как сильный возбудитель желудочной секреции, черный кофе должен быть исключен из рациона больных язвенной болезнью и гастритом, можно рекомендовать в этом случае употребление кофе с молоком, сливками, при этом его влияние на желудочную секрецию значительно снижается. Кофе стимулирует перистальтику кишечника.
Интересно отметить действие, которое кофе оказывает на желчный пузырь, желчные протоки и печень. Кофе усиливает выделение желчи. Кофеин стимулирует обмен некоторых веществ в организме и нормализует усвояемость сахара и угнетает деятельность щитовидной железы. Кофе угнетает жизнедеятельность микроорганизмов и, следовательно, с этой точки зрения он полезен для человека во многих случаях.
В последние годы в медицинской литературе приводилось много примеров вредного влияния кофе, вызывающего разные заболевания, среди которых: инфаркт миокарда, ранний атеросклероз, рак системы пищеварения, рак мочевого пузыря, сахарный диабет, гипертония, падагра, болезни почек и т.д. Беглый обзор новейших исследований в связи с действием кофе на организм человека свидетельствует о том, что кофе - один из немногих стимуляторов, не оказывающих существенных побочных воздействий на сердечно-сосудистую систему, жировой обмен, углеводы, мочевую кислоту, а также на деятельность печени, желудка и выделительной системы.
Кофе, как и спирт, возбуждает, согревает и активизирует деятельность человека, но с той разницей, что не имеет опьяняющего и расслабляющего действия и не приводит к тем последствиям, которые возникают в результате приема спиртных напитков.
Тем не менее потребление кофе в мире в последнее время снижается. Одна из причин этого снижения состоит в том, что врачи приписывают ему канцерогенные свойства, медики также не рекомендуют пить кофе из-за большого содержания кофеина. Они говорят, что кофе оказывает вредное влияние на систему кровообращения, сердечную деятельность, сон. Конечно, при всех своих положительных качествах и физиологических свойствах, обусловивших его широкое распространение, кофе может оказывать на организм и вредное действие. Он противопоказан при гипертонии, бессоннице, повышенной возбудимости нервной системы и других заболеваниях.
Опасна также интоксикация, т.е. отравление большим количеством кофеина при злоупотреблении кофе.
Так пить или не пить кофе? Вреден ли он для здоровья? Данные вопросы остаются открытыми. Правда, кроме кофеина кофе содержит около 300 органических веществ, воздействие которых еще не изучено. Известно, что кофеин уже через 5 минут после употребления проникает во все части тела, вызывает сужение одних кровеносных сосудов и расширение других, повышает скорость обмена веществ, ускоряет выработку желудочных кислот, облегчает восприятие сенсорных стимулов, активизирует деятельность мозга, благоприятно действует на дыхательную функцию и т.д. Из организма кофеин выводится на следующий день. В клинической практике лечебная доза кофеина - 0,25 г, максимальная - 1,5 г в день, смертельная - 10,0 г, т.е. 100 чашек кофе.
Японские врачи обнаружили в кофе целебные свойства. Они считают, что напиток помогает в борьбе с атеросклерозом, так как увеличивает содержание в крови доброкачественного холестерина, препятствующего затвердению стенок кровеносных сосудов. Для подтверждения этих выводов в токийском медицинском институте «Дзикяй» был проведен эксперимент. Добровольцы в течение 4 недель ежедневно выпивали по 5 чашек черного кофе. Трое из них «сошли с дистанции», поскольку стали жаловаться на отвращение к напитку. У остальных через 4 недели в среднем на 15% повысилось содержание в крови доброкачественного холестерина, после прекращения эксперимента содержание холестерина стало уменьшаться.
Основываясь на исследованиях о вредности кофе, ученые считают, что умеренное его потребление серьезной опасности не представляет. Для здорового человека кофе кроме пользы ничего не дает, естественно, если им не злоупотреблять, как и любой другой пищей. Противопоказания при употреблении кофе сравнительно ограничены.
Сколько чашек кофе можно выпивать в день без риска для здоровья? Если это «робуста», то разумно придерживаться нормы 1-2 чашки кофе в день, «арабика» - 3-4 чашки. Питательность кофе сравнительно небольшая: чашка кофе без сахара дает приблизительно 11 калорий, с добавлением молока и сахара - около 78 калорий.
Кофейное зерно содержит около 1300 различных веществ, и далеко не все из них известны науке. Состав может изменяться в зависимости от сорта, региона выращивания и обжарки. Процесс обжарки дает до 800 разных привкусов. Другими словами, для создания уникального аромата кофе, необходимо 800 отдельных элементов. В отличие от всех других ароматов, ароматизатор кофе невозможно синтезировать. В составе содержаться: углеводы - 30-40%; вода - 10-13% (после обжарки: 1-2,5%); белки - 11%; жиры: 10-13%; минералы - 4% (90% из которых остаются в конечном продукте); кислоты - 30-70% распадаются в процессе обжарки; алкалоиды (кофеин) - 0,8-2,5%, в зависимости от сорта; ароматические вещества - 0,1% летучих ароматических веществ (образуются в процессе обжарки).
Про науку в целом и в особенности про биологию важно понимать: в ней нет готовых и чётко сформулированных ответов, особенно когда дело касается нашего организма и веществ, которые мы употребляем; ни один учёный не может сказать вам: не ешьте вот этого, спите ровно столько-то, не пейте кофе и всё будет в порядке. Сложные системы так попросту не работают. С кофе всё еще забавнее: это самый популярный психоактивный наркотик (в первоначальном смысле этого слова - вещество, вызывающее привыкание) в мире, его пьют миллионы людей каждый день, и учёные постоянно проводят исследования, доказывающие, что это либо самый прекрасный, либо самый ужасный напиток в мире.
Употребление кофе представляет действительно редкий случай сочетания приятного с полезным. Кофе имеет большие преимущества по сравнению с другими напитками по содержанию веществ, полезных для здоровья. Но если употребление кофе приводит к появлению неприятных ощущений в груди, то от него будет лучше отказаться.
Библиографическая ссылка
Пенджиев А.М. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОФЕЙНОГО НАПИТКА // Рациональное питание, пищевые добавки и биостимуляторы. – 2016. – № 1. – С. 100-111;URL: http://journal-nutrition.ru/ru/article/view?id=35722 (дата обращения: 14.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
Кофе относится к числу немногочисленных напитков натурального происхождения, биохимический состав которых включает огромное количество органических и неорганических элементов, оказывающих существенное влияние на состояние и функционирование всех систем и тканевых структур человеческого организма. Несмотря на все старания, ученым до сих пор не удалось создать искусственный заменитель кофе, способный в точности передать его неповторимый аромат и вкус. Ситуация, в точности напоминающая тщетные попытки по созданию аналога грудного молока. Очевидно, природа неохотно открывает человеку свои заветные секреты.
О химическом составе кофе
Биохимический состав кофе отличается чрезвычайной сложностью: в него входит около двух тысяч химических компонентов, совокупность которых и дает его характерный вкус и аромат. Изучить удалось лишь половину этих веществ. Благодаря современным методикам химического анализа было установлено, что натуральный кофе содержит несколько сотен органических веществ, определяющих вкусовые и ароматические свойства любимого нами напитка, причем у каждого его сорта – свой неповторимый набор этих компонентов.
Богатство химического состава и процентное соотношение веществ в зернах кофе определяются климатическими условиями и характеристиками грунта, а особенности их вкуса и аромата – технологией обжарки и способом приготовления, в ходе которых натуральные вещества подвергаются целому ряду сложных химических метаморфоз. Таким образом, каждый этап переработки зерен кофе (в том числе и приготовление напитка) последовательно заканчивается видоизменением их химического состава. Суть происходящих при этом процессов является предметом изучения многих мировых исследовательских центров.
Состав зеленых кофейных зерен
Четвертая часть массы сырых кофейных зерен приходится на долю кофеина, хлорогеновой кислоты, тригонеллина, минеральных солей и растительных белков. Оставшиеся три четверти веса составляет растительная клетчатка, кофейное масло и вода. Плоды кофе – чемпионы по содержанию хлорогеновой кислоты, придающей им терпкий слабокислый вкус: ни один другой продукт не содержит ее в таком количестве.
В зернах арабики содержание кофеина понижено, а в плодах низкосортной африканской робусты его больше всего (свыше 3%). Процесс хранения кофе никак не отражается на содержании кофеина, а вот обжарка приводит к увеличению его массовой доли. Содержание кофейного масла в разных видах кофе существенно отличается. Меньше всего жира – в индийских сортах. Самое высокое содержание белка – в африканской робусте.
О составе обжаренных кофейных зерен
Состав обжаренных зерен кофе определяется не только условиями его произрастания, но и продолжительностью обжарки. В ходе этого процесса зерна, теряя значительную часть жидкости и от 14 до 23% веса, в то же самое время (благодаря газообразованию) приобретают дополнительный объем. Сырые плоды кофе содержат множество алкалоидов, фенолов, белков, аминокислот, дисахаридов, липидов, минеральных солей, натуральных кислот и целый ряд компонентов, присутствующих в незначительном количестве.
В ходе обжарки в них образуются новые химические соединения, обогащая и без того разнообразный химический состав, насчитывающий более тысячи компонентов, восемь сотен из которых определяют вкус готового напитка. Помимо восхитительного аромата обжарка придает зернам всем известный темный цвет. Обжаривание избавляет зерна от содержащейся в них влаги; при карамелизации сахара происходит образование карамелина (окрашивающего зерна в коричневый цвет) и кофеоля – многокомпонентного соединения, являющегося источником характерного кофейного аромата. В процессе распадения хлорогеновой кислоты, в значительном количестве содержащейся в плодах, кофе приобретает свой вяжущий терпковатый привкус.
Столь же разрушительна обжарка и для танинов - натуральных веществ, придающих напитку горький вкус. Учитывая это, обжаривать зерна следует осторожно. Еще одним источником неповторимого аромата является алкалоид тригонеллин, разрушение которого в ходе обжарки дает никотиновую кислоту. Совсем иначе переносит этот процесс знаменитый алкалоид кофеин. После обжаривания плодов, теряющих большую часть своей влаги, его количество (в процентном соотношении к массе сырья) даже увеличивается.
Бодрящее действие кофе обеспечивается наличием кофеина. Исследователей всегда занимал вопрос, благодаря какому компоненту, содержащемуся в плодах кофе, приготовленный из них напиток обладает способностью отгонять сон и придавать бодрость.
Это кристаллическое бесцветное вещество, выделенное немецким исследователем Рунге в 1819 году, и было названо кофеином. При дальнейших изысканиях кофеин был найден в листочках чая, мате, колы, гуараны, какао. Было установлено, что растения синтезируют его, чтобы защитить себя от насекомых-вредителей и для привлечения опылителей. Кофеин повышает двигательную активность, ускоряет реакцию, улучшает мозговую деятельность и работу нервной системы. Содержание кофеина определяется сортом кофе. В лучших сортах арабики, отличающихся мягким вкусом и приятным запахом, зерна содержат от 0,5 до 1,5% кофеина, а в плодах робусты его может быть от 1,5 до 4,5%.
Кофеин - это алкалоид, после обжарки он не распадается и его количество не уменьшается, если сравнивать с зеленым. Точнее говоря, количество кофеина в обжаренном зерне увеличивается, но только пропорционально уменьшению веса зерна, которое теряет жидкость при обжарке.
Химический состав кофе зависит от его сорта, а также от методики и уровня обжарки. 100 мл напитка, приготовленного из обжаренных плодов, содержат (в среднем): белки (0,2 г), жиры (0,5 г), углеводы (0,2 г). Убежденные поклонники крепкого черного кофе попадают почти в такую же сильную зависимость от него, как курильщики – от табака. Невзирая на вред, причиняемый организму бесчисленными чашками кофе, любители этого напитка не могут отказать себе в удовольствии выпить еще чашечку. Между тем, употребление натурального кофе противопоказано больным с язвой желудка и двенадцатиперстной кишки, с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, с хроническими колитами и энтероколитами. Нежелательно пить его при склонности к возникновению неврозов, бессонницы и при тиреотоксикозе.
Что же делать людям, которым противопоказано употребление кофе? Неужели им необходимо навсегда забыть вкус этого чудесного напитка? Конечно же, это не так. В современных супермаркетах можно отыскать немало кофейных напитков, состав которых либо не содержит натурального кофе, либо его количество не превышает 35%. При составлении кофейных напитков используется растительное сырье, в процессе варки дающее напиток, вкус и аромат которого напоминает натуральный кофе, а отсутствие кофеина и кофеоля делают его безопасным для здоровья людей, страдающих вышеперечисленными недугами. К тому же, в некоторых странах научились изготавливать декофеинизированный кофе, содержание кофеина в котором практически равно нулю.
Чаще всего мы даже не задумываемся о том, что мы едим и пьем - я имею в виду, конечно же, химический состав продуктов и напитков, а не их потребительские свойства. Но иногда все же хочется узнать о том, из чего же состоит любимая еда или напиток. Например, кофе, состав которого в двух словах не опишешь. Именно поэтому мы посвятим ему целую статью, в которой подробно расскажем о составляющих кофе веществах и даже химических элементах. Хотя, справедливости ради, замечу, что для подробного описания всех соединений, входящих в кофе, а тем более - их взаимодействия понадобилась бы целая книга.
Химический состав кофе
Он достаточно сложен. В состав кофе входит огромное количество различных химических соединений, а новые добавляются еще и в процессе обжаривания кофейных зерен. Общее количество различных веществ, содержащихся в кофе, доходит до нескольких сотен. В жареном же кофе и вовсе около тысячи химических соединений, из которых восемьсот отвечают за его вкусовые качества и запах. Из экстрактивных (выделяемых) веществ, входящих в состав практически любого сорта кофе, можно отметить такие группы, как белки, алкалоиды, моно- и дисахароза, фенольные соединения, липиды, аминокислоты, органические кислоты, минеральные элементы и некоторые другие химические соединения, которые содержатся в кофе в крайне незначительных количествах.
Химический состав кофе - белки и углеводы
Что касается белков, то их в кофе не так много - максимум 9-10%, большую часть из которых составляет так называемый аминный азот (около 1,5%), то есть азот, входящий в состав аминокислот, содержащихся в кофе. Углеводов же в кофе значительно больше: до 50 и иногда даже до 60% в сырых кофейных зернах. Из углеводов, содержащихся в кофе, больше всего сахарозы и целлюлозы - в среднем 8 и 8,5% соответственно. Также в несколько меньших количествах в кофе присутствуют лигнин и клетчатка (так называемые высокомолекулярные полисахариды) и пектиновые углеводы. Из высокомолекулярных полисахаридов некоторые обладают высокой степенью растворимости в воде, и прежде всего - арабиногалактан, вещество, которое содержится в большом количестве в различных лиственных породах деревьев. Арабиногалактан, кстати, благотворно воздействует на микрофлору кишечника и помогает в защите иммунной системы организма. Также из кофейные зерен в процессе взаимодействия с водой выделяются такие вещества, как манноза, галактоза, арабинноза и глюкогалактоманнан. Фруктоза и глюкоза также содержатся в кофе в небольших количествах, хотя до недавнего времени считалось, что их там нет. Редуцирующие сахариды - группа, к которой относятся фруктоза и глюкоза, в зависимости от сорта кофе, содержатся в нем в количествах от 0,5 до 1%. Теперь поговорим об отдельных наиболее важных веществах кофе, состав которого, как вы уже успели заметить, невероятно сложен.
Химический состав кофе - танин
Танин или, как его нередко называют, таннин представляет собой вещество, основной функцией которого является связывание других веществ - в частности, белков и полисахаридов. Именно поэтому так важно сохранять танин в тех напитках и продуктах, в которых он содержится, ведь его разрушение может повлечь за собой и распад многих других ценных соединений. Что интересно, химический состав танина (в плане составляющих его элементов) такой же, как и у воды - он состоит из кислорода и водорода, однако структура молекулы и количественное содержание этих элементов, разумеется, совершенно другие. В сырых зернах танин может составлять достаточно большой процент - вплоть до 7,7%. Однако во время обжаривания большое количество этого ценнейшего вещества распадается или окисляется и в уже готовом кофе содержание танина составляет не более 1%. Тем не менее, именно благодаря разложению танина кофе и приобретает тот незабываемый аромат и вкус, за который так ценят его истинные поклонники. Поэтому с точки зрения приобретения нужных вкусовых качеств расщепление танина просто необходимый процесс.
Химический состав кофе - кофеин
О наличии в кофе этого компонента знают практически все. Кстати, свое название он и получил благодаря этому напитку. Химическая формула кофеина: C 8 H 10 N 4 O 2 , то есть состоит он, как и многие другие органические вещества, из атомов углерода, водорода, азота и кислорода. Молекулярная структура кофеина следующая: в центре располагаются атомы углерода и азота, к трем крайним атомам углерода прикреплены по три атома водорода, а еще один - к атому углерода, находящемуся в связи с двумя атомами азота. Атомы же кислорода соединены с двумя другими связанными атомами углерода и находятся, как и водород, на концах структуры. У кофеина есть и другие названия: гуаранин, матеин, теин, а также 1-3-7-триметилксантин и 2-6-диокси-1-3-7-триметилпурин. Больше в химическую тему углубляться не будем, а поговорим о свойствах кофеина и об особенностях его содержания в кофе.
Кофеин не имеет ни запаха, ни цвета, а при растворении в воде придает напитку горький привкус. Именно горечью и можно объяснить вкус приготовленного кофе. Плавится кофеин при температуре 236 градусов Цельсия, а если его подвергать постепенному нагреванию, может даже возгоняться, то есть переходить из твердого вещества в газообразное сразу же, без превращения в жидкое. В различных сортах кофе кофеин может иметь разную степень содержания - от 0,6 и до 3%. Кроме зерен кофе, кофеин в больших количествах содержится в листьях чая и коки, а также в мате и гуаране. Что касается медицинских свойств кофеина, то известно, что он возбуждает рецепторы головного мозга, повышая двигательную активность и улучшая реакцию. Именно поэтому многие велогонщики (а в велоспорте с недавних пор вновь разрешено потребление кофеина) употребляют кофеиновые батончики, значительно улучшающие физическое состояние, прямо во время гонки.
Химический состав растворимого кофе
Здесь нужно сказать, что растворимый кофе по-своему химическому составу, конечно же, весьма отличается от натурального. Дело в том, что для улучшения вкусовых качеств, а также цвета и запаха растворимого кофе, практически все производители используют различные химические добавки. Однако существует и качественный растворимый кофе, в состав которого никаких добавок не включается. Процесс его изготовления следующий: кофейный экстракт в этом случае просто высушивается и затем фасуется. Такой растворимый кофе получил название органического, поскольку его состав ничем не отличается от природного (исключая поправки на воздействие воды и тепла).
Существует и растворимый кофе с нулевым содержанием кофеина, но в этом случае вместо кофеина в нем присутствует угольная кислота. Что же касается подавляющего большинства сортов растворимого кофе, то натуральные вещества, присутствующие в кофе изначально, составляют в этих напитках не более 20%. А на остальные 80% приходятся всевозможные добавки: ароматизаторы, стабилизаторы, красящие вещества и консерванты. Именно поэтому натуральный кофе - в зернах или молотый всегда был и остается лучше любого растворимого. Если уж выбирать растворимый кофе, то хотя бы органический, в котором содержится минимальное количество всяких подобных веществ, не слишком благотворно влияющих на наш организм.