Химический состав кофе: что содержится в кофе кроме кофеина

Кофе — это самый популярный натуральный напиток, который отличается богатым составом. Он состоит из многочисленных структурных элементов органической и неорганической природы, влияющих по-разному на организм человека. Свежеобжаренные кофейные зерна содержат около тысячи разнообразных химических соединений. Так что в кофе содержится и какой эффект оказывает?

Что содержат кофейные зерна

Химический состав зернового кофе включает более 1000 соединений органического и неорганического происхождения. Большая часть веществ выполняет биологические роли: оказывают непосредственное действие на организм человека, выступают предшественниками других комплексов, участвуют в ферментативных реакциях.

Оригинальные кофейные зерна содержат:

• алкалоиды;
• органические кислоты;
• дубильные вещества;
• аминокислоты;
• углеводы;
• растительные белки;
• липиды;
• витамины;
• микроэлементы;
• макроэлементы.

Каждая группа соединений имеет свое значение. Часто действия компонентов оказываются противоположными, что вносит долю противоречий в мнения об эффектах продукта. Изучение вопроса, что в кофе содержится и в каких пропорциях, продолжается. Проводятся исследования, предпринимаются попытки искусственного синтеза содержащихся в кофе уникальных комплексов.

Fair Trade, Direct Trade, Rainforest Alliance…

(Справедливая торговля, прямая торговля, «Тропический альянс»)

В кофейной индустрии существует много сертификаций и иногда бывает сложно разобраться, что каждая из них означает.

Для начала рассмотрим самую известную из них: систему сертификаций FAIRTRADE – СПРАВЕДЛИВАЯ ТОРГОВЛЯ (маркировка «Fair trade«). Она означает, что производители зерна (фермеры) получают определенную сумму вдобавок к международной цене на кофе. Однако это не обязательно означает прожиточный минимум.

Сертификация UTZ говорит о том, что производители проходят обучение лучшим способам ведения сельского хозяйства, которые призваны повысить качество и урожайность кофе. В результате чего, фермеры получают больший доход.

Далее система сертификации DIRECT TRADE (прямая торговля). Это фактически торговая модель, а не программа сертификации; однако многие обжарщики, которые используют эту модель, скажут, что она обеспечивает стабильность производства. Она подразумевает покупку зерна обжарочными предприятиями напрямую у фермеров. Эти сорта кофе обычно имеют исключительное качество, и многие обжарщики работают с производителями, чтобы обеспечить дополнительную обратную связь и поддержку в улучшении качества урожая.

Обычно обжарочные предприятия платят намного больше установленной международной цены на кофе и зачастую больше, чем фермеры, участвующие в программах UTZ и Fairtradе, получают на сырьевом рынке. Тем не менее некоторые критикуют данную торговую модель, утверждая, что она не регулируется и может быть только маркетинговой. В отличие от программ Fairtrade и UTZ, в данном случае трудно понять, сколько производитель фактически получил за свой урожай.

Маркировка Rainforest Alliance (Тропический альянс) означает, что кофе был выращен в экологически чистых условиях, минимизируя ущерб местным лесам и водоемам. Подобным образом сертификация Bird Friendly Coffee (Дружественный к птицам кофе) обозначает органический кофе, который своим производством поддерживает рост и восстановление местных лесов и, как результат, способствует процветанию местной дикой природы.

Алкалоиды

В группу алкалоидов объединяют биологически активные вещества растений, наделенные способностью оказывать влияние на работу органов и систем животных организмов. Это сильнодействующие азотсодержащие комплексы, многие из которых относят к ядовитым соединениям.

• Кофеин

Кофеин – главный алкалоид в составе зерна кофе. Количество вещества в сухом остатке достигает 2,5% от общей массы. Для сильнодействующего соединения доля внушительная, поэтому натуральные кофейные напитки лидируют среди кофеинсодержащих продуктов.

Кофеин относят к классу психостимуляторов, благодаря способности стимулировать работу центральной нервной системы, ускорять проведение нервных импульсов при одновременной блокаде рецепторов расслабления.

Основные эффекты кофеина:

• тонизирование организма человека и повышение работоспособности;
• стимулирование работы мышечных волокон;
• ускорение обменных процессов, включая метаболизм жиров и мочевой кислоты;
• повышение скорости реакций на уровне головного мозга.

Кофе в зернах с кофеином стимулирует деятельность системы сердца и сосудов, вызывает увеличением частоты сердечных сокращений, спазмирует сосуды и провоцирует рост показателей артериального давления.

Эффекты носят временный характер, но при наличии заболеваний сердца, сосудов, нервной системы возрастает вероятность негативных последствий. Не рекомендуется пить кофе в больших дозах, превышающих две чашки напитка в день.

При злоупотреблении кофейными напитками возможно формирование зависимости, проявляющейся повышенной раздражительностью, агрессией и другими поведенческими расстройствами.

• Теобромин

Иногда, выпив чашку кофе, вместо ожидаемого бодрящего действия ощущается сонливость. Возникает вопрос: что содержится в кофе кроме кофеина, наделенное иными свойствами.

Алкалоид теобромин локализуется в центральной части кофейного зерна и действует противоположно кофеину. Вещество не стимулирует нервную систему, а оказывает успокаивающее влияние. Соотношение алкалоидов разной направленности определяет конечный эффект от употребления напитка: бодрящий или седативный.

• Теофиллин

Теофиллин стимулирует дыхательную функцию. Облегчает дыхание, уменьшает выраженность эпизодов одышки. Способствует повышению пульса, стимулирует сердечную деятельность.

• Тригонеллин

Соединение не оказывает столь сильных воздействий на организм человека, но именно тригонеллин наделяет напиток неповторимыми вкусовыми качествами. В ходе обжарки вещество распадается на ароматические составы, придающие напитку характерный узнаваемый запах.

Химический состав сырых зерен кофе

Биохимическая формула кофе достаточно сложная. Основой зеленого продукта выступают вода, клетчатка и масла. Также в состав кофейных зерен входят следующие компоненты:

• кофеин;
• хлорогеновая кислота (придает напитку вяжущий вкус);
• минеральные соли;
• теобромин;
• белок;
• тригонеллин (во время прожарки способствует появлению характерного аромата).

Не менее пятидесяти процентов состава зеленых зерен занимают углеводы. С их помощью удается получить в эспрессо характерную пенку. Они являются основой напитка. Также в составе есть немало кислот, которые начинают выделяться во время термической обработки. Они оказывают положительное воздействие на пищеварительную систему, функционирование желудка.

С помощью танинов удается получить вяжущий, горьковатый вкус. При добавлении в напиток молока или сливок структура меняется и частично устраняется горечь.

Содержащийся в зернах кофеин обладает бодрящим эффектом, стимулирует деятельность всех систем и незначительно повышает показатели кровяного давления. В зависимости от сорта концентрация алкалоида разная. Отмечено, что больше кофеина в робусте, чем в арабике. Помимо этого, количество вещества зависит от способа обработки продукта и региона выращивания.

Также в зернах отмечается наличие кофейной золы, состоящей из марганца, магния, калия, натрия и кальция.

Органические кислоты и эфиры

Состав кофе насыщен органическими кислотами, которых насчитывают более трех десятков. Среди них: лимонная, коричная, щавелевая, яблочная, хинная, кофейная кислоты. Комбинации соединений позволяют использовать кофе в косметологии благодаря способности блокировать УФ-излучение, оказывать пиллинг-эффект, способствующий обновлению кожных покровов.

Хлорогеновые кислоты представляют собой редкие соединения, присутствующие в зеленых кофейных зернах в больших количествах. Вещества образуются в ходе реакций этерификации хинной, коричной, кофейной кислот. Содержание хлорогеновых кислот в сырых зернах достигает 10%.

Соединения оказывают следующие положительные эффекты:

• регулируют стадии метаболизма;
• улучшают механические свойства сосудов;
• обладают выраженным антиоксидантным действием;
• уменьшают проявления воспаления;
• способствуют нейтрализации токсинов;
• повышают чувствительность тканей к инсулину.

Хлорогеновая кислота – то полезное составляющее, что содержит зеленый кофе в рекордных количествах в сравнении с другими продуктами.

Белки, жиры, углеводы

Сахара составляют в среднем 55% от массы кофе. По большей части это олигосахариды со сложной структурой (пектин, целлюлоза, сахароза, арабиногалактан). Простые сахара (глюкоза, фруктоза) обнаруживаются в зернах в меньшем количестве. Обжарка влияет на углеводный набор. Полисахариды распадаются, но моносахара частично восстанавливаются на конечных стадиях процесса, глюкоза карамелизуется.

На растительные белки приходится десятая доля от массы зерна. Липидов содержится немного. При отсутствии добавок во время приготовления и употребления напитка из молотого зерна, в готовом продукте оказывается всего 2 ккал.

Побочные эффекты

В целом это соединение безопасно и хорошо переносится у людей. Было установлено, что положительное воздействие при более высоких дозах меняется на противоположное. Хотя более низкие дозы примерно 200-400 мг/сутки создают положительное настроение, более высокие дозы отрицательно влияют на настроение. При приеме в больших дозах это соединение может привести к следующим побочным эффектам:

• Тошнота и головная боль.
• Тахикардия.
• Токсичен для домашних животных. Шоколад смертельно опасен для собак и кошек. Ввиду того, что теобромин у них медленно метаболизируется, и, следовательно, быстро накапливается.

Витамины и минералы

В составе кофе обнаружены витаминные соединения и минеральные вещества, оказывающие влияние на ход важнейших процессов в организме человека.

Витамины и минералы в кофе

Часть веществ, из которых состоит натуральный продукт, теряется на стадиях переработки, но обжарка зерна позволяет получить ряд новых соединений.

История открытия

Фердинанд Рунге — первооткрыватель кофеина

Открыт и назван «кофеином» в 1819 году немецким химиком Фердинандом Рунге.

В 1827 году Удри выделил из чайных листьев новый алкалоид и назвал его теином. Кофеин в чистом виде впервые получен в 1828 году (Пеллетье и Каванту). В 1832 году его состав был установлен Велером и Пфаффом с Либихом. В 1838 году Иобст и Г. Я. Мульдер доказали тождественность теина и кофеина.

Структура кофеина была выяснена к концу XIX века Германом Эмилем Фишером, который был также первым человеком, кто искусственно синтезировал кофеин. Он стал лауреатом Нобелевской премии по химии 1902 года, которую получил отчасти за эту работу.

Изменения в составе при переработке зерна

Максимальное число веществ содержится в зеленых зернах. Черный кофе получают методом обжарки зерна. Насыщенность и крепость продукта зависит от степени прожаривания. Чем дольше и интенсивнее воздействие, тем больше соединений претерпевают изменения. Поэтому прожаренные зерна не насыщены всеми веществами, что содержит зеленый кофе.

В условиях повышенной температуры зерна теряют влагу. Процентное содержание воды падает с 11% до 3% от общей массы. Уровень содержания кофеина остается достаточно высоким. Часть органических кислот и витаминных соединений разрушаются. Хлорогеновые кислоты распадаются, их содержание падает на 60 – 70% от сырьевых значений.

Обжарка снижает долю танинов до 1% от общей массы. В процессе танины распадаются с образованием пигментов темного цвета, в результате чего у зерен появляется бурый оттенок и уменьшается терпкость вкуса. Зерна средней обжарки приобретают коричневый цвет.

Кофе сильной итальянской обжарки имеет насыщенный темный цвет благодаря разложению дубильных веществ с образованием красящих соединений. Вкус такого продукта практически лишен характерной терпкости из-за ничтожно малой доли вяжущих соединений.

В ходе термической обработки разрушаются одни вещества, появляются другие. Тригонеллин распадается на ароматические пиридиновые основания с высвобождением молекул никотиновой кислоты. Синтезируется никотинамид, оказывающий антипеллагрический эффект. Никотиновая кислота участвует в регулировании деятельности нервной системы, в обменных процессах, улучшает периферическое кровообращение.

При обжарке зерна образуется кофеоль, который в совокупности с эфирными маслами наделяет кофе неповторимым характерным ароматом. Соединение имеет сложную структуру. Попытки искусственного синтеза не увенчались успехом.

Составляющие растворимого кофе

Растворимый кофе приобрел популярность благодаря возможности быстро, без дополнительных приспособлений насладиться кофейным вкусом и ароматом. Готовить напиток из него легче, требуется только горячая вода.

Производство растворимой формы проходит поэтапно методом сублимации или паровой обработки. Паровым способом получают порошковый кофе – дешевый вариант с содержанием кофеина не более 5%. Дополнительной паровой обработкой получают гранулированный кофе. Большая часть веществ разрушается, но доля кофеина остается достаточно весомой.

Сублимированные частицы получают под воздействием низкой температуры. Метод считают прогрессивным, позволяющим сохранить аромат натурального кофе.

В растворимых напитках присутствует не более 15 – 20% натурального кофе. Львиную долю продукта образует ореховый порошок. На стадиях производства дополнительно вводят ароматизаторы, красители, консерванты.

Всего того, из чего состоит оригинальное зерно кофе, в растворимом варианте почти не остается. В сублимированном продукте в малом количестве присутствуют рибофлавин, никотинамид, жирные кислоты, кальций, фосфор.

Использование растворимого кофе в жизни: последствия и «эффект 30 км»

Население предпочитает именно растворимый кофе из-за его доступности и простоты употребления. Проще всего насыпать ложку сублимата в чашку и залить горячей водой, после чего наслаждаться приятным, умеренно горьким вкусом.

Многие руководствуются ложным утверждением, что растворимый кофе бодрит, так как не знали о теоброминовом эффекте. Именно поэтому ежедневно десятки людей от этого гибнут. Да, именно гибнут! «Эффект 30 км» заключается в том, что дальнобойщики, которые работают по ночам в жутких условиях, стараются спастись от сонливости растворимым кофе. Зачастую это происходит следующим образом: мужчина выпивает несколько чашек растворимого кофе и садится за руль. В течение 30 минут он выезжает за пределы города на трассу, водитель засыпает, и случаются аварии, зачастую с летальным исходом. Почему это классическая практика? Всё дело в растворимом кофе и физиологии организма. Через полчаса начинает действовать теобромин с высокой силой, и измотанный организм не в силах сопротивляться алкалоиду, и водитель засыпает за рулем, жертвуя своею жизнь и судьбами своих пассажиров.

Вывод, помните, о наличие двух фаз действия кофе. Пейте исключительно заварной кофе, если хотите получить бодрящий эффект, но не забывайте о стакане воды через 20 минут. Растворимый кофе станет отличным напитком в вечернее время, что на физиологическом уровне улучшит качество вашего сна.

Присоединяйтесь к нашей группе в Facebook