The chemistry of coffee J.Rivera
Химия кофе
Josef A.Rivera профессор химии пищевой промышленности, директор по науке и технологиям американской ассоциации спешиалти кофе (SCAA).
Для миллионов людей день начинается с утренней чашки кофе и продолжается благодаря сопровождающим его эффектам этого бодрящего напитка. Хотя сегодня мы легко можем назвать кофе напитком – кофе не всегда был таким. На протяжении всей истории кофе претерпел несколько физических преобразований и первоначально служил энергетическим источником, когда кочевые племена смешивали кофейные ягоды с животным жиром, этакая форма энергетического батончика. Позже его употребляли как вино, затем как чай и, наконец, он приобрел форму напитка, который мы любим сегодня. С момента своего появления кофе всегда был продуктом окутанным тайной. Случайно впервые был обнаружен в диких лесах Абиссиния (Эфиопия) и уже за тем распространился по всему миру. Но хотя кофе существует уже тысячи лет, только за последние полвека или около того ученые смогли по-настоящему идентифицировать и понять этот напиток. На сегодняшний день учёные выявили более 1000 уникальных химических веществ и соединений, которых и в помине не существует в других продуктах, и даже в таких богатых на соединения, как вино или шоколад. К счастью, благодаря развитию технологий большая часть химического состава кофе раскрыта, и теперь у нас есть лучшее понимание химии, содержащейся в этих мистических зернах.
КОФЕИН
Для многих употребление кофе — это просто способ для приема мощного алкалоида, который у нас стали идентифицировать как кофеин или технически как 1,3,7 – триметилксантин. Хотя кофеин тесно связан с кофе, его производством в царстве растений не является исключительным и встречается и в других растениях в природе. Кофе Арабика, это примерно три четверти мирового производства кофе, и содержит оно около 1,2% кофеина. А остальные двадцать пять процентов рынка это кофе Робуста, с содержанием кофеина около 2,2% и, как правило, она используется в смесях более низкого качества. Есть ряд других продуктов, содержащих кофеин. Например, Мате, который традиционно употребляется в Уругвае и Аргентине — содержит менее одного процента кофеина по весу. Тогда как чай Камелия китайская, содержит почти в три раза большую концентрацию кофеина по весу, чем кофе Арабика. Но в целом чайные напитки содержат меньше кофеина чем кофе, так как из листьев сложнее приготовить правильный настой. Из всех соединений, содержащихся в кофе – кофеин, пожалуй, самый интересный. Таким образом люди — единственные живые существа на Земле, которые охотно ищут кофеин и используют его стимулирующее и психологическое воздействие. Для всех других форм жизни кофеин является сильным токсином. Многие ученые считают, что кофеин с его сильно горьким вкусом, развился как примитивный защитный механизм для обеспечения выживания кофейного дерева в дикой природе на протяжении тысячелетий. Неудивительно, что содержание кофеина из наиболее «выносливых» видов Робусты почти вдвое больше, чем у более деликатных Арабика. Считается, что насекомые нападающие на кофейный фрукт, пугаются горького вкуса кофеина и просто переходят к другим плодам. Поскольку арабика обычно выращивается на большей высоте, чем Робуста, где снижается активность насекомых,
Арабика эволюционировала, чтобы производить меньше кофеина. Кофеин играет важнейшую роль в выживании растений, можно также ожидать что он играет не менее важную роль во время обжарки кофе. И действительно, кофеин и тут ведет себя удивительным образом. Хотя кофеин испаряется примерно при 178C, практические исследования показали, что кофеин остается в зерне даже при температуре обжарки, значительно превышающей 200°C. Хотя причины такого явления остаются неясными, но считается, что сильный комплекс из кофеина с другими соединениями в кофе, создают матрицу, которая предотвращает испарение кофеина и в конечном итоге разложения.
ТРИГОНЕЛЛИН
Еще один менее известный алкалоид, который скрывается в тени кофеина это тригонеллин. В кофе Арабика концентрация тригонеллина составляют чуть больше 1% по массе, меньшая концентрация 0,7% в Робусте.
Хотя его концентрация немного меньше чем кофеина, тригонеллин играет значительную роль в развитии важных
вкусовых соединений во время обжарки. Но в отличие от кофеина, который выдерживает процесс обжарки, тригонеллин легко разлагается когда температура приближается к 160С. Практические исследования показали, что при 160°С шестьдесят процентов исходного тригонеллина разлагается и приводит к образованию диоксида углерода и воды и развитию большого класса ароматических соединений, называемых пиридинами. Эти гетероциклические соединения играют важную роль во вкусе и отвечают за появление карамельного/жаренного аромата, который обычно ассоциируется с кофе. Общее содержание этого класса жареных пиридинов пропорционально степени обжарки – темная обжарка имеет более высокий уровень, чем светлая.
ЛИПИДЫ
Липиды или масла, обычно содержащиеся зерне, также играют важную роль в качестве кофе. Технически все липиды содержат трехуглеродный атом углерода с любым количеством сторон цепи. В результате тысячи различных липидов создаются с помощью этой простой базовой структуры. В кофейных зернах содержится большая часть липидов в виде кофейного масла и находится внутри эндосперм фрукта. Поскольку его состав похож на состав растительного масла, неудивительно, что подавляющее большинство кофейного масла остается относительно неизменным даже при повышенных температурах, возникающих при обжарке зерна. И Арабика и Робуста содержат значительное количество липидов, от 15-17% и 10-11,5% соответственно. Так как Арабика содержит больше липидов чем Робуста, многие считают, что эта разница обуславливает разницу в качестве между обоими видами. До сих пор это предположение оставалось неподтвержденным, пока швейцарские учёные недавно не обнаружили прямую корреляцию между содержанием липидов и качеством напитка в чашке. Оказалось, что по мере увеличения содержания липидов внутри зерна, так же растет и общее качество напитка. Рост качества можно объяснить тем, что более высокие уровни липидов, как правило, обеспечивают более полноценный вкус и больший аромат.
БЕЛКИ
Белки, подобно липидам представляют собой большое семейство соединений. Содержание белка в зеленой Арабике и Робусте очень похоже, около 10-13%. Хотя концентрации белка могут варьироваться в различных зернах, такие факторы, как зрелость, постобработка и правильное хранение оказывают значительное влияние на качество белков внутри зерна. Во время обжарки белки соединяются с углеводами, и это, возможно, наиболее важная реакция для всех термически обработанных пищевых продуктов, известная нам как — реакция Майяра.
Этот комплекс реакций, открытый французским химиком в 1910 году во многом ответственен за преобразование нескольких простых соединений, в зеленом кофе, в сложную матрицу, которой является обжаренный кофе сегодня.
Когда температура достигнет 150°С, реакция Майяра стимулирует свободные белки соединиться с сахарами, в конечном счете что приводит к образованию сотен важных ароматических соединений. Из них, пиразины и пиридины вносят наибольший ароматический вклад и несут ответственность за отчетливый аромат жаренного, содержащийся в кофе. Реакция так же приводит к образованию полимера коричневого цвета — меланоидина — соединения ответственного за цвет кофе. По совпадению, это тот же набор реакций, который приводит к манящему аромату, который мы создаем при поджаривании буханки хлеба или стейка, приготовленного на гриле. Факторов, влияющих на реакцию Майяра буквально сотни, но об этом нужна отдельная статья. Сегодня, мы понимаем буквально несколько химических реакций, происходящих внутри кофейного зерна, и мы все еще на долгом пути к полному пониманию химии этого замечательного напитка.
Перевод Андреев Д.Г.
Индонезия, Бали 4.01.2024