Что содержит зерно кофе
Кофе под микроскопом: химия зерна и воздействие на организм
Дело не только в кофеине
11 мин. на чтение
20003 просмотра
Зеленый кофе содержит множество химических соединений. Они формируют вкус и запах напитка, а также влияют на наш организм.
Например, самым известным компонентом напитка является кофеин. Многие пьют кофе из-за ощущения бодрости, которое он вызывает. Однако все не так просто: кофеин создает лишь иллюзию прилива сил, но не заменяет полноценный отдых. Зато в составе кофе есть множество других веществ, которые оказывают положительный эффект.
Вместе с Глебом Бабий, автором блога «Moguchii Health» в Instagram и YouTube, сотрудником кафедры Молекулярной диетологии ПМГМУ имени И.М. Сеченова и АНО Центра биотической Медицины, разбираемся в химическом составе кофе и реакциях организма на его элементы.
Состав зеленого кофе: какие вещества и компоненты влияют на вкус
Химические соединения зеленого зерна влияют на вкус и аромат напитка. Так, аромат создается за счет эфирных масел и других соединений. А кофеин — один из компонентов, создающих горечь в кофе. Но есть и другие соединения, которые, так или иначе, влияют на то, что мы ощутим в кофе.
Сухие зеленые кофейные зерна состоят из следующих химических соединений.
Нелетучие алкалоиды: кофеин, тригонеллин. Кофеин придает напитку горький вкус. В зерне его содержится от 0,8 % до 4 %. Тригонеллин — производное витамина B6, участвует в образовании вкуса и аромата обжаренного кофе. Составляет от 0,3 % до 1,2 % массы зерна.
Белки и аминокислоты. Выступают дополнительным источником горьких компонентов. Содержание в зерне — от 8 % до 12 %.
Углеводы: фруктоза, сахароза, клетчатка, целлюлоза, пектин. Участвуют в реакции Майяра, отвечают за горечь, карамельные и ореховые дескрипторы и запах обжаренного кофе. Содержание в зерне — около 50 %.
Липиды: воск и эфирные масла. Защищают зерно от окисления, участвуют в образовании аромата. Также в составе есть летучие соединения — жирные кислоты и эфирные масла (ароматические молекулы). Они отвечают за запах и вкус обжаренного кофе. Содержание в зерне — от 8 % до 18 %.
Нелетучие кислоты: хлорогеновая кислота, полифенолы. Увеличивают растворимость кофеина и являются важными модуляторами вкуса. Составляют от 6,7 % до 12,1 % массы зерна.
Запах кофе формируют преимущественно масла, в том числе эфирные, и продукты реакции Майяра
Химический состав зерен арабики и робусты сильно отличается. В арабике меньше кофеина, аминокислот и на 60 % больше эфирных масел, чем в зернах робусты. А в робусте больше хлорогеновой кислоты и кофеина. За счет этой разницы у робусты вкус более терпкий с выраженной горечью, а у арабики — более сложный с яркой кислотностью.
Как химические вещества, содержащиеся в кофе, влияют на организм
Основные вещества в составе кофе, которые влияют на организм человека — это кофеин, полифенолы, в том числе хлорогеновая кислота, и дитерпены. Остальные компоненты, перечисленные выше, влияют преимущественно на вкус напитка — их воздействие на организм не доказано.
Кофеин — как мы говорили выше, это нелетучий алкалоид. Его влияние наиболее ощутимо по сравнению с другими веществами. При попадании в организм кофеин действует следующим образом:
уменьшает чувство усталости, создает иллюзию бодрости. Так происходит из-за того, что под действием кофеина тело начинает расходовать «резервные» запасы энергии — они хранятся на случай экстремальных нагрузок. Поэтому после употребления кофе возникает ощущение, что человек отдохнул. Но оно обманчиво — усталость вернется довольно быстро и станет более сильной и продолжительной;
повышает секрецию норадреналина — одного из главных медиаторов нервной системы. Это дополнительно усиливает чувство бодрости, но при этом может вызвать учащенное сердцебиение и тревожность;
подавляет рост клеток опухоли прямой кишки;
снижает влияние канцерогенов на ЖКТ.
Все эффекты, которые вызывает кофеин, являются дозозависимыми — чем больше количество кофеина, тем сильнее эффект.
Кофеин вызывает обманчивое чувство бодрости и иллюзию того, что человек отдохнул
При чрезмерном употреблении — более 300 мг в день — кофеин отрицательно влияет на работу сердечно-сосудистой системы. Он блокирует аденозиновые рецепторы и способствует повышению давления. Также возможно учащенное сердцебиение, мигрень и тремор (мелкая дрожь). У некоторых людей такие эффекты могут возникать и от меньшего количества кофеина — все зависит от индивидуальной чувствительности.
Полифенолы — это молекулы, которые защищают растения от ультрафиолетовых лучей солнца, а для людей являются антиоксидантами. При попадании в организм полифенолы:
поддерживают гомеостаз мозга — устойчивое состояние, в котором он может работать с максимальной эффективностью, без нарушений,
оказывают легкий успокоительный эффект,
снижают вредное воздействие свободных радикалов: уменьшают окислительный стресс, снижают выраженность воспалительных процессов и скорость старения клеток.
Хлорогеновая кислота — это соединение кофейной и хинной кислот, относится к группе полифенолов. Оказывает ряд положительных эффектов:
нормализует уровень сахара в крови,
В большом количестве хлорогеновая кислота вызывает тошноту, головные боли и учащенное сердцебиение.
Дитерпены — это биологически активные вещества, к ним относятся кафестол и кахвеол. Полезные свойства дитерпенов:
снижают выделение желчных кислот и этим уменьшают риск рака прямой кишки,
увеличивают выработку инсулина, улучшают «захват» глюкозы клетками. Это снижает риск сахарного диабета и других заболеваний, связанных с нарушением обмена веществ.
Зачастую дитерпены провоцируют повышение холестерина в крови: в большей степени — кафестол, в меньшей — кахвеол. Это может стать причиной атеросклероза — формирования бляшек в сосудах.
Исследование, которое провели ученые в Нидерландах, доказало: люди, которые регулярно пьют кофе, приготовленный без использования фильтра, имеют более высокий уровень холестерина в крови. Поэтому, когда готовите кофе, используйте бумажный фильтр. Это поможет удалить кофейные масла, содержащие кафестол.
Положительное действие элементов кофе наблюдается при умеренном потреблении — в среднем 3-4 чашки фильтр-кофе, выпитых в течение дня. У кого-то отрицательный эффект проявляется после употребления одной чашки кофе, а у кого-то и после десяти его не будет. Все зависит от индивидуальной чувствительности организма к кофеину.
Арабика и робуста отличаются химическим составом, поэтому по-разному воздействуют на организм. Напиток, приготовленный из робусты, будет давать более выраженный стимулирующий эффект за счет более высокого содержания кофеина — но и «отдача» в виде вернувшегося чувства усталости будет более ощутимой. А употребление арабики полезнее для организма в долгосрочной перспективе — за счет более высокого содержания органических кислот и полифенолов.
Все-таки арабика полезнее робусты — особенно в долгосрочной перспективе
В каких случаях меняется состав и эффекты от кофе
Состав кофе зависит от уровня экстракции, а она, в свою очередь, — от способа приготовления кофе и множества других параметров. При этом важно учесть температуру и состав воды, размер помола и степень обжарки зерна. К примеру, если вода будет холодной, органические кислоты и кофеин хуже экстрагируются. Поэтому в cold brew кофеина примерно на 20% меньше, чем в фильтр-кофе.
Если мы добавим в кофе молоко, сливки, сахар или подсластитель — изменится пищевая ценность напитка. Увеличится содержание белков, жиров и углеводов.
Есть мнение, что добавление молока также повлияет на действие напитка. Однако ученые пока не пришли к единому выводу. Существует два предположения.
1. Чем больше молока, тем меньше антиоксидантной активности в кофе. Возможно, белки молока связывают хлорогеновую кислоту, и она не может проявлять антиоксидантные функции.
2. Разницы в антиоксидантной функции черного кофе и кофе с молоком практически нет. Потому что, даже если белки молока связывают хлорогеновую кислоту, есть еще другие полифенолы. Они тоже действуют как антиоксиданты. К тому же со временем молочные белки распадаются, а хлорогеновая кислота отсоединяется. Она может вновь проявлять свои функции.
Требуются дополнительные исследования, чтобы подтвердить или опровергнуть какое-либо из предположений.
Добавление молока изменит калорийность кофе, но практически не повлияет на оказываемые им эффекты
Спешелти кофе полезнее коммерческого — правда ли это
Разный химический состав коммерческого и спешелти кофе обусловлен разной высотой произрастания.
Как правило, спешелти кофе растет на возвышенностях. Поэтому в нем меньше кофеина.
Кофейные деревья вырабатывают кофеин, чтобы защитить себя от различных насекомых. Следовательно, чем выше растет кофе, тем меньше там водится насекомых. Поэтому спешелти арабика, которая растет на высоте 900 метров и выше, будет содержать меньше кофеина. А коммерческая арабика, растущая ниже, содержит больше кофеина.
Второе отличие спешелти кофе от коммерческого — содержание флавоноидов, терпенов и полифенолов. Эти вещества отвечают за кислотность и аромат кофе и ряд положительных эффектов. Чем ярче и сложнее вкус и аромат — тем больше в напитке этих веществ. Следовательно, тем больше положительный эффект.
Спешелти кофе действительно не только вкуснее, но и полезнее коммерческого — за счет уменьшения негативного действия кофеина и большего содержания флавоноидов, терпенов и полифенолов.
Что запомнить
Химические элементы в составе кофе влияют на вкус и запах готового напитка: повышают горечь, кислотность или придают ему определенные дескрипторы. Их содержание зависит от вида — арабика или робуста, и разновидности кофейного дерева.
Кроме того, эти вещества влияют на организм. Например, вызывают чувство бодрости, понижают или повышают давление, оказывают легкий успокоительный эффект, обладают противовоспалительными свойствами и даже предотвращают рак и сахарный диабет.
При чрезмерном употреблении кофе могут проявиться негативные эффекты. Чтобы этого не допустить, придерживайтесь нормы — 3–4 чашки фильтр-кофе или 300 мг кофеина, выпитого в течение дня.
Вам может быть интересно:
История френч-пресса: как итальянцы придумали французский кофейник
07 ноя 2019 · 5 мин. на чтение
20003 просмотра
Химический состав кофе
Кофе – уникальный природный продукт, состоящий из более 100 компонентов и более 2000 веществ. У каждого сорта свой особенный набор элементов, которые влияют на оттенки вкуса и аромата. Химический состав кофе в виде зерен и в виде готового напитка заметно отличается, есть разница и между молотым и растворимым напитком. Ученые всего мира исследуют кофейные зерна, но несмотря на все возможности лабораторий, до сих пор так и не получается воссоздать синтетический кофе, который бы не отличался от натурального. Итак, из чего же состоят кофейные зерна и растворимый кофе?
В кофе всегда присутствует так называемая кофейная зола, которая состоит из калия, магния, кальция, натрия и марганца.
Таблица изменения химического состава кофе в процессе обжаривания
Обжаривание кофейных зерен запускает множество процессов, во время которых меняется состав кофейного зерна. Чем дольше идет обжарка, тем большими будут изменения.
При обжарке компоненты зерна не только распадаются на большее количество соединений, но и реагируют друг с другом, образуя новые (как правило, летучие) составляющие. В результате этого формируется особенный вкус и аромат.
Маслянистые летучие соединения довольно непрочные, и даже при отсутствии воздуха их концентрация снижается. Поэтому важно покупать свежеобжаренный кофе и хранить его в небольших закрытых емкостях.
Химический состав растворимого кофе
В растворимом кофе только 15-20% составляющих получены из натурального кофе. Эспрессо готовят всего 30 секунд, а кофейные зерна для растворимого кофе иногда вываривают 5-10 часов. При этом все полезные, ароматические и вкусовые вещества остаются в гуще, которая не используется. В основном, переходит только кофеин и некоторое количество кислот. Остальные 80% состава – ароматизаторы, стабилизаторы, красители, консерванты, усилители вкуса. Производители дешевого растворимого кофе могут добавлять размолотый цикорий, зерно, и многое другое, о чем не пишут на упаковке.
Ни один производитель не будет делать растворимый кофе из «100% высокогорной арабики», как иногда пишут на упаковке. Как максимум туда отправятся разломанные и поврежденные зерна. И то, чаще всего это робуста, в которой больше кофеина.
Витамины и минералы в химическом составе кофе
Натуральный кофе богат множеством полезных для человека витаминов и минералов.
B3 – витамин, получаемый из тригонеллина во время нагревании. Положительно влияет на нервную систему, нормализует метаболизм.
А – витамин, влияющий на рост и развитие всех органов.
D – улучшает всасывание полезных веществ в кишечнике;
Е – стимулирует иммунитет, положительно влияет на репродуктивную систему.
Калий, магний и кальций полезны для сердца, улучшают работу мозга и сосудов, укрепляют костную и мышечную системы.
Что содержат сырые и обжаренные кофейные зерна?
Кофейное зернышко – кладезь химических соединений. При обжиге часть из них распадается, образуя сотни новых связей. Под магическим действием тепла рождаются вкус и аромат. Но главное – содержимое чашки обязательно будет полезным! Жизненный цикл кофе начинается с белого ароматного цветка, который после опыления превращается в плод. По мере созревания внутри плода образуются два зерна, сплюснутых с одной стороны. Каждое зернышко – это колоссальный набор экстрактивных веществ, определяющих аромат и благородные вкусовые оттенки напитка. Из чего же формируется этот «набор»?
Биохимия для гурманов: что содержат сырые зерна
Химическая формула содержимого чашки зависит от вида растения, местоположения плантации, типа почвы, способа обработки кофейных плодов и переработки зерен.
Аромат кофе – это уникальная гармония более восьмисот соединений.
Широкая гамма его полезных свойств определяется композицией из еще 1200 составляющих.
Четверть из них – это алкалоиды, органические кислоты, минеральные соли и белки растительного происхождения.
На оставшиеся три четверти массы необжаренного растительного сырья приходятся вода, маслянистые вещества и клетчатка.
Формула утреннего заряда бодрости
Разностороннее влияние кофе практически на все функциональные системы человеческого организма в первую очередь связывают с триметилксантином.
Гурманам это горькое вещество с эмпирическим составом более известно под названием кофеин.
Производная пуриновых оснований, а по совместительству — алкалоид со свойствами стимулятора психики, триметилксантин присутствует в составе кофейных зерен в свободной форме и в виде соединения с хлорогеновой кислотой и калием. Кофеин-хлорогеновая форма преобладает.
Действуя через головной и спинной мозг, кофеин «управляет» настроением и работой почти всех внутренних органов благодаря активизации гормонального синтеза.
C8H10N4O2 — такова формула триметилксантина – химического эквивалента привычного многим утреннего заряда бодрости.
Концентрация кофеина в зернах наиболее культивируемых сортов кофе довольно существенно отличается. Массовая доля его в сыром сырье арабики ≈1%. А вот зерна кофе низкосортной робусты «накапливают» до 3,2% психостимулирующего алкалоида.
Среди прочих алкалоидов также следует выделить теобромин, теофиллин и тригонеллин.
Теофиллин облегчает работу легких, а теобромин – «возбуждает» сердечную мышцу и раздражает почечный эпителий, обусловливая мягкий мочегонный эффект.
А вот тригонеллин физиологической активностью не обладает, зато формирует вкусовые свойства готового напитка.
Жиры, белки и углеводы
Содержание белковых веществ в отдельных сортах кофе колеблется от 9 до 19,2%. Представлены они преимущественно белками и незаменимыми аминокислотами. Участвуя в восстановительных процессах, незаменимые аминокислоты способствуют поддержанию иммунитета. Их содержание в кофе высших сортов достигает 923мг%. В продукции 1-2 сорта аминокислот вдвое меньше.
Углеводы в организме выполняют роль «пищи» для нервных клеток головного мозга. Для кофе же углеводы — сахараза, пентозана, моносахариды и, в особенности, клетчатка – главные «строители» вкуса. Его зерно почти на 50% состоит из углеводов, в процессе обжига превращающихся во вкусовые и ароматические вещества.
Немалую долю (9,4-18%) в структуре сырого растительного сырья занимают жиры и жироподобные вещества. В процессе обжига они частично распадаются на кислоты; другая часть остается в сухом остатке, поэтому в готовом напитке они практически отсутствуют.
Органические кислоты
Из более чем трех десятков органических кислот, среди которых кофейная, яблочная, лимонная, пировиноградная и пр., особый приоритет имеет хлорогеновая кислота.
Малые количества этого эфира кофейной кислоты, образованного сложной «десяткой» активных соединений, содержатся в клубнях картофеля, яблоках, баклажанах, корне цикория и барбарисе.
Но именно в кофе количество хлорогеновой кислоты наибольшее.
Медики ценят ее за мощнейший антиокислительный потенциал и огромную роль в профилактике злокачественных новообразований, за участие в строительстве белка и способность стимулировать обмен азота.
Химики называют ее «младшим братом» кофеина, а кофейные гурманы ценят за огромный «вклад» в формирование аромата и цвета напитка. Вместе с катехином и «горькими» танинами хлорогенова кислота отвечает за его горечь.
В состав кофейного зерна входит до 10% хлорогеновых кислот.
Зерна робусты лидирует по ее содержанию.
Витамины и минералы
Натрий, фосфор, марганец, железо, стронций, калий и кальций образуют минеральную составляющую кофейных зерен, химический актив которых на 3-5% состоит из минеральных солей.
В состав кофе входят витамины группы В и Е, а также рутин — флавоноид, обладающий витаминной активностью и предотвращающий повышенную ломкость капилляров.
Количество рутина, содержащееся в кофе, покрывает 1/5 суточной потребности в нем.
Влажность сырья – одна из показателей качества будущего напитка.
Международная организация кофе установила норматив содержания влаги в пределах 12±1%. Однако в зависимости от влажности воздуха в местах хранения и условий транспортировки этот показатель может меняться. Насколько же важно его придерживаться?
Сырое сырье, имеющее капиллярно-пористую коллоидную структуру, достаточно интенсивно поглощает водяные пары.
При влажности воздуха ≈63-65% зерна «набирают» не более 12% влаги и отлично сохраняют органолептические показатели.
С повышением влажности воздуха до 70% сырье приобретает желтоватый оттенок и «залежалые» вкус и аромат.
В еще более сыром помещении в кофе «закрадывается» плесень, — он теряет пригодность.
Магия перевоплощений: обжаривание или искусство создания вкуса и цвета
Перед тем, как превратиться в напиток, кофейным зернам предстоит совершить путешествие в цеха термической обработки. Именно там, под магическим воздействием тепла, состав кофе существенно меняется. В процессе обжаривания плоские, овальные зерна «арабики» обретут свой мягкий кисловатый привкус и сильный аромат, а в округлой «робусте» появится пикантная горечь с кислинкой.
Рождение вкуса и аромата
Обжиг дает старт множественным процессам, изменяющим биохимическую составляющую зерна. Продолжительность термического воздействия определяет количество этих изменений, а уже от него зависит вкус и аромат будущего напитка.
Под воздействием температуры общий объем растительного сырья возрастет почти на половину, а масса уменьшится на 18%.
Наиболее активно в процессе обжига ведет себя вода. За счет испарения ее доля снизится с 12% до 3%. Благодаря этому количественные показатели прочих веществ (в пересчете на изменившуюся массу) возрастут.
Следующими в реакцию вступают углеводы. Тепловое воздействие запускает в них деструктивный процесс, завершением которого станет образование карамелина (он то и окрашивает напиток в темные тона), а также кофеоля – сложнейшего соединения, две с половиной сотни составляющих которого и станут «носителями» восхитительного аромата.
Количество хлорогеновой кислоты, содержащееся в не обжаренном сырье, при обжиге сильно снижается. С распадом ее и танинов напиток приобретает вяжущий терпковатый привкус.
Незаменимые аминокислоты при обжаривании вступают в реакцию с сахарами, и, распадаясь практически полностью, также образуют цвет и аромат кофе.
Окончательную гармонию в палитру цветов и аромата будущего напитка вносят терпены и продукты фенола, принимающие при обжаривании форму эфирных масел.
Почему свежезаваренный кофе «шипит» и образует пузырьки? Все дело в углекислом газе. Образуясь в момент обжаривания, он «удерживает» ускользающие ароматические вещества в зернах.
Полезные составляющие кофейной чашки
Избавившись от избытка влаги, обжаренное растительное сырье «концентрируют» в себе повышенное количество полезных веществ.
Содержание кофеина в нем остается практически неизменным. Однако из-за потери воды процентная доля алкалоида в обжаренных зернах выше, чем в сырых. Не «улетучивается» он и при приготовлении напитка.
Так, содержание «заряда бодрости» в стандартной чашечке кофе из «арабики» ≈ 0,1 г ; из «робусты» ≈ 0,25 г.
А вот другой представитель пуринового ряда – алкалоид тригонеллин под магическим воздействием температур трансформируется в никотиновую кислоту. Присутствие этого вещества в кофейной чашке обеспечивает защиту печени и сосудов от пагубного воздействия «избыточного» холестерина.
Организму в сутки требуется 15 мг никотиновой кислоты. С порцией кофе домашнего приготовления в него поступает около 1,02 мг, а с чашкой эспрессо чуть больше – 1,67 мг «никотинки».
Со снижением содержания влаги процентная доля минеральной составляющей в обжаренных зернах увеличивается до 7%. Готовый продукт, в среднем, содержит до 5 мг кальция, 9 мг калия, 7 мг фосфора и 2 мг железа.
Как говорилось выше, представленные преимущественно маслянистыми соединениями жиры после термической обработки практически полностью распадаются. Их концентрация в чашке – не более 0,6г. Белков и углеводов в ней тоже мало – по 0,2 мг и 0,1 мг соответственно.
Достигнув изумительного коричневого цвета и восхитительного вкуса, обогащенный полезными соединениями свежеобжаренный кофе поспешит к ценителям.