Kavomaty.com.ua

Вендинг. Сайт о кофе

Ноя

27

Из чего состоят кофейные зерна? Химический состав

Автор: Алина Жук

химический состав кофеВсем нам интересно узнать, из каких химических элементов состоит кофе, ведь в состав этого восхитительного напитка входит огромное количество различных веществ, создающих гармонию вкуса и запаха – это белки, жиры, углеводы, кофеин, минеральные соли и, конечно же, вода. И уже при первом обжаривании весь этот химический состав меняется в значительной степени, чтобы получился именно тот кофе, который способен удовлетворить потребности ценителей по всему миру.




Природа объединила в этом горьковатом напитке самые различные элементы, сделав напиток достойным самых высоких похвал. Последние данные химических анализов свидетельствуют о наличии в этом бодрящем напитке более сотни компонентов. Благодаря этому сбалансированному сочетанию мы с вами можем ощутить полноценный вкус и аромат напитка. Конечно, многие из этих элементов могут отличаться в зависимости от сорта и типа кофе, от методики его обжаривания и приготовления, но основа кофе практически не изменна…

Каким видят кофе химики? Содержание различных элементов в жареном кофе в процентах(%) составляет: азотистых веществ — 13,9; жира—14,4; кофеина — 1,2 до 2,5; минеральных веществ — 3,9; сахара — 2,8; витамины (Bb B2, PP). Энергетическая ценность на 100 грамм составляет 9 ккал. Также сюда можно дописать целый список малознакомых или вообще незнакомых нам химических элементов, которые в сочетании друг с другом рождают этот уникальный напиток.




Кофе в той или иной мере содержит определенное количество различных витаминов, которые необходимы нашему организму для его нормальной жизнедеятельности. Конечно, его нельзя сравнить с фруктами и овощами по содержанию полезных элементов, однако это не делает кофе вредным напитком для большинства людей. К примеру, содержащееся в кофе железо полезно для выработки гемоглобина в крови. Также в кофе содержатся такие полезные элементы как калий, кальций и фосфор. Кальций и фосфор входят в состав костной ткани человека, также от наличия в организме человека калия и кальция зависит нормальный ритм сердечной деятельности.

Известно, что кофе применялся в качестве лечебного средства в арабской медицине в 900-1000 годах нашей эры. Древний арабский ученый, врач и алхимик Абу Бахра Мухаммед ибн Захари ал Рази еще тогда дал этому напитку интересное название “бунчум”, заметив исцеляющие свойства кофе на своих больных. Правда, с ростом популярности напитка его лечебные свойства стали отходить на второй план и сейчас мало кто использует кофе в лечебных целях.




Состав кофе

В состав сырых кофейных зерен входят кофеин, тригонеллин, теомбромин, теофиллин, хлорогеновая кислота, таннин, белки, липиды и минеральные соли. Отдельным пунктом можно назвать кофейное масло и воду, масса которых составляет больше половины от всего состава зерна. В целом, кофейные зерна состоят из большого количества сложных органических веществ. Также очень сложны химические изменения в кофе при обжарке, поскольку кофе проходит различные стадии изменения своей структуры и свойств. До сих пор многие исследовательские лаборатории изучают различные степени и процессы получения и приготовления лучшего кофе. К примеру, вы можете судить о сложности превращения кофе хотя бы по одному важному элементу – кафеолю – веществу, обусловливающему запах жареного кофе. Так вот лишь этот запах получается из более чем 70 ароматических веществ.

Давайте попробуем вкратце рассмотреть основные из элементов, которые находятся в составе кофейного зерна. И начать можно с самого важного элемента, ради которого и выпивается более 2 миллиардов чашек кофе каждый день – кофеина.




Кофеин – важнейший алкалоид кофейных зерен, известный под названием 2,6-диокси-1,3,7-триметилпурин, или 1,3,7-триметилксантин.

Кофеин не имеет цвета и запаха, в растворенном состоянии дает горький привкус. Кофеин кристаллизуется из водных растворов в виде кристаллогидрата, имеющего форму хрупких шелковистых игл. Безводный кофеин плавится при 236,5 градусов Цельсия, при осторожном нагревании может возгоняться. Он легко растворяется в хлороформе, метиленхлориде, ди- 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 состояниях.

Именно благодаря кофеину кофе обладает возбуждающим, бодрящим действием. Примерно в 20-х годах 19 века это вещество было выделено в чистом виде из кофейного экстракта. В конце 19 в. расшифровали структурную формулу кофеина, а чуть позже он был синтезирован немецким химиком Г. Фишером.

Содержание кофеина в кофейных зернах сильно варьируется от сорта кофе. Также содержание кофеина в зернах играет очень важную роль при оценке качественной составляющей сырья и установлении технических требований на его экспорт.




Действие кофеина на организм известно нам всем очень хорошо – в небольших дозах кофеин возбуждает центральную нервную систему, в первую очередь кору головного мозга. Такая реакция вызывает улучшение общего обмена веществ, усиление дыхания, кровообращения, повышение жизнедеятельности всех тканей организма. Не удивительно, что при таких характеристиках кофеин входит в состав многих лекарственных препаратов, выпускаемых сегодня фармацевтической промышленностью.

Самое большое содержание кофеина в кофейных зернах принадлежит робусте из Гвинеи (1,7-2,3%).




Несколько слов о тригонеллине

Вторым алкалоидом, содержащимся в кофейных зернах, является тригонеллин. Он не обладает возбуждающими свойствами как кофеин, но ему принадлежит важная роль в образовании вкуса и запаха обжаренного кофе. Тригонеллин или метилбетаинникотиновая кислота, в растениях образуется путем метиллирования никотиновой кислоты. Этот алкалоид в относительно большом количестве содержится в сортах кофе вида Арабика (1-1,2%). В сортах вида Каниформа (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 кофеных зерен легко превращается в никотиновую кислоту (витамин РР), поэтому его считают основным предшественником образования никотиновой кислоты в кофейных зернах.




Вода в кофе

Теперь можно сказать несколько слов и о воде. Ведь содержание влаги в сыром кофе играет важную роль при его экспорте и импорте. Дело в том, что практически все расчеты между поставщиками и покупателями кофе производятся на основе показателя влажности кофе, выраженного в процентах. Если кофе слишком влажный, то партия отправляется на досушивание и повторную оценку.

Сырые зерна кофе относятся к группе продуктов, обладающих капиллярно-пористой структурой. Поэтому для них характерны различные формы связи воды с материалом (свободная, связанная, прочносвязанная).

Норма содержания воды, принятая Международной Организацией Кофе или сокращенно “МОК”, должна составлять 12±1%. Однако в зависимости от условий хранения и транспортирования влажность сырого кофе колеблется в пределах 9-14%.

Скорость сорбции и десорбции водяных паров зернами кофе относительно высока. Особенно интенсивно абсорбируют влагу кофейные зерна при повышенных значениях относительной влажности воздуха и температуры хранения.




При относительной влажности воздуха 40-60% содержание влаги в зернах не превышает 12%. При влажности воздуха 63-65% сырой кофе сохраняет нормальный цвет, свежесть и вкус в течение года; при влажности воздуха 65-70% вместе с желтой окраской появляется и характерные запах и вкус залежавшегося кофе.

Когда относительная влажность воздуха превышает 75%, кофе приобретает плесневелые запах и вкус, отчего становится практически непригодным для употребления.

Содержание водорастворимых экстрактивных веществ в различных видах и сортах сырого кофе неодинаково и составляет примерно 20-29%. Наименьшее количество (19-20%) содержится в высшем сорте кофе вида Арабика. В 1-м сорте вида Арабика – 21-23%, а вида Каниформа (Робуста) – 24-27%, во 2-м сорте кофе вида Каниформа – 27-29%.
В состав экстрактивных веществ сырого кофе входят алкалоиды, белки, фенольные соединения, моно- и дисахара, липиды, органические кислоты, аминокислоты, минеральные элементы и ряд других веществ, содержащихся в небольшом количестве.




Теобромин является диметилксантином, так как при окислении образует монометилаллоксан и монометилмочевину. Это бесцветный мелкокристаллический порошок, труднорастворимый в воде. Теобромин плавится при 351?C, способен возгоняться, легко растворяется в едких щелочах, давая, например, натриевую соль. Содержание теобромина в сырых зернах кофе незначительное – 1,5-2,5 мг%.

Теофиллин представляет собой 1,3-диметилксантин, который образует бесцветные шелковистые иголочки, содержащие одну молекулу кристаллизационной воды. Теофиллин труднорастворим в холодной воде, плавится при 269-272 градусов Цельсия. Общее количество его в зернах дикорастущих кофейных растений 1-4 мг%.

Из групп растительных веществ вторичного происхождения в зернах дикорастущих кофейных растений (C. Vianneyi) обнаружен и выделен в кристаллическом виде глюкозид маскарозид (C12h26O11). Установлено, что он является пентациклическим дитерпеновым глюкозидом, сходным по некоторым свойствам с кафамарином, выделенным из зерен культурных растений кофе C. Buxifolia. Кафамарин в кофеных зернах C. Vianneyi обнаружен не был.




Из сырых зерен выделены и идентифицированы методом тонкослойной хроматографии полиамины (путресцин, спермин, спермидин), образующие при дезаминировании или окислении различные гетероциклические алкалоиды.

Теперь об углеводах. На долю углеводов приходится 50-60% общей массы сырых кофейных зерен. В состав углеводов кофе входят сахароза (6-10%), целлюлоза (5-12%), 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, манноза и арабиноза.




Долгое время считалось, что в сыром кофе отсутствуют свободные моносахара (глюкоза и фруктоза), однако исследованиями установлено, что в зернах кофе вида Арабика преобладает сахароза, а вида Каниформа (Робуста) – редуцирующие сахара. При жидкостной хроматографии в 80%-ных водных растворах этилового спирта сырых зерен кофе Арабика из Эфиопии и Бразилии наряду с сахарозой обнаружены и количественно определены фруктоза, ?-глюкоза, ?-глюкоза и два сахара не идентифицированы. В целом общее количество редуцирующих сахаров в зернах кофе достигает 0,7-1%.

В процессе обжаривания происходят глубокие изменения в составе углеводного комплекса кофе. Например, сахароза, являющаяся основным компонентом этого комплекса, практически полностью исчезает (ее остается 0,56%). В начале обжаривания также резко падает содержание моносахаридов, но к концу процесса оно существенно возрастает: 1,25% глюкозы, 1,1% фруктозы, 0,15% арабинозы и 0,1% галактозы. Колебания в составе и количестве моносахаров в кофе при его тепловой обработке объясняются расходом некоторой их части на процессы карамелизации и меланоидинообразования (в начальной и средней стадиях обжаривания), а затем, при достижении температуры 205-220°C, увеличением их концентрации за счет гидролиза клетчатки, пентозанов и других полисахаридов.




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 исследуется с помощью жидкостной ионообменной хроматографии, а их количество определяют путем сравнения площадей пиков на хроматограмме исследуемых образцов, а также площадей пиков калибровочной смеси аминокислот. Разделение и идентификацию аминокислот кофе проводят также при помощи электрофореза и тонкослойной хроматографии. В состав белков кофе входит 20 аминокислот, в числе которых глутаминовая, аспарагиновая, глицин и лейцин.

В зернах кофе вида Арабика и гибрида Арабики с Робустой найдена пипеколиновая кислота, которая в сыром кофе других разновидностей не была выявлена. Кофейные зерна вида Либерика по аминокислотному составу не отличается от других разновидностей кофе. В целом установлено, что по составу аминокислот кофе видов Арабика, Канифора и Либерика практически одинаков, а по содержанию заметно различается, что объясняется условиями произрастания.




В обжаренном кофе белки содержат тот же самый состав аминокислот, но количество многих из них существенно уменьшается (серина – в 3 раза, глицина – в 2 раза и т.д.). Общее содержание белков снижается примерно на 15%. Скорее всего, после обжаривания в кофе содержатся не белки, а белковоподобные вещества, являющиеся продуктами взаимодействия белков или их фрагментов с углеводами, фенольными соединениями и т.п.

В сырых зернах кофе обнаружено высокое содержание свободных аминокислот. Найдено свыше 1% фенилаланина, более 0,6% глутаминовой кислоты. Но в процессе обжаривания свободные аминокислоты исчезают фактически полностью, обнаруживаются, только если следы аспарагиновой и глутаминовой кислот, треонина, серина, валина. Очевидно, что свободные аминокислоты в первую очередь вступают в сахароаминные и хинониминные реакции, участвуя в образовании цвета и формировании аромата кофе.




Немецкий ученый Клечкус, проанализировав водорастворимые меланоидины кофе с помощью жидкостной хроматографии, установил, что их молекулярная масса колеблется от 3500 до 100 000. Причем доля высокомолекулярных продуктов меланоидинообразования возрастала с увеличением степени обжаривания.

Липиды

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 исследуется с помощью жидкостной ионообменной хроматографии, а их количество определяют путем сравнения площадей пиков на хроматограмме исследуемых образцов, а также площадей пиков калибровочной смеси аминокислот. Разделение и идентификацию аминокислот кофе проводят также при помощи электрофореза и тонкослойной хроматографии. В состав белков кофе входит 20 аминокислот, в числе которых глутаминовая, аспарагиновая, глицин и лейцин.

Органические кислоты и минеральные вещества

Из органических кислот в сырых кофейных зернах обнаружены лимонная, яблочная, малеиновая, уксусная и щавелевая. Причем для разных видов и сортов их состав и содержание различны. Кислотность сырого кофе различных ботанических видов и сортов изменяется от 2,4 до 4°T. При длительном (3-5 лет) хранении сырого кофе в нормальных условиях кислотность возрастает незначительно.




Содержание свободных жирных кислот в сырых кофейных зернах высших сортов составляет 0,5-3%, в зернах более низкого качества – до 20%. Преобладающими являются линолевая, пальмитиновая и олеиновая кислоты.
Сырые кофейные зерна содержат минеральные вещества. Содержание отдельных минеральных элементов зависит от сорта кофе, района произрастания, способа обработки, вида вносимых в почву минеральных удобрений, а также применяемых средств защиты растений. Определенной зависимости между количеством минеральных веществ и качеством напитка из кофе не существует. Однако считается, что содержание цинка, марганца и рубидия в сырых зернах обусловливает лучшие свойства готового кофе.




В сырых кофейных зернах содержание минеральных веществ составляет 3-4,5%. Преобладающим элементом является калий (около половины), затем следуют магний и кальций (примерно в 10 раз меньше), натрий, железо, марганец и др. Считается, что повышенное содержание цинка, марганца и рубидия способствует улучшению свойств напитка. Например, описано применение атомно-эмиссионной спекроскопии с индукционной плазмой для исследования кинетики водной экстракции калия, магния, марганца и фосфора из образцов кофе.

Во время обжаривания кофе содержание минеральных веществ повышается до 5-7%, что связано с большими потерями сухого вещества.




Ваш отзыв