Состав кофе. Вещества, содержащееся в зернах кофе.
Состав кофе. Содержание в кофе различных веществ.
Многим важен эффект и вкус кофе. Все знают, что основное действующее вещество в кофе — это кофеин. А что там еще, так многих это не интересует. А ведь это так интересно, что налито в Вашей чашке. Например, многие, узнав из чего делают колбасу, исключают её из рациона питания.
Состав кофе очень сложен. Вещества, содержащееся в зернах кофе и их количество зависит от почв и условий произрастания. Много сотен химических соединений образуются в процессе обжарки зерен. Жареный кофе содержит более 1000 различных химических соединений, 800 из которых напрямую отвечают за вкус приготовленного напитка. 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.
Состав кофе. Содержание в кофе белков
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%).
Состав кофе. Содержание в кофе углеводов
На долю углеводов в составе кофе приходится 50-60% общей массы сырых кофеных 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 Канефора (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, α-глюкоза, β-глюкоза и два сахара не идентифицированны. 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.
Состав кофе. Содержание в кофе таннина
В сырых зернах кофе содержание таннина варьируется в широких пределах — от 3,6 до 7,7%. В процессе обжаривания (особенно при температуре 175-205°С) количество таннина резко уменьшается и в готовом продукте его остается 0,5-1,0%. Это весьма лабильный компонент кофе, который интенсивно окисляется за 5-8 минут тепловой обработки при температуре 80-125°C. На этой стадии активно действует полифенолоксидаза, которая способствует окислению таннина. В дальнейшем протекает неферментативное превращение таннина, в результате которого образуются продукты вторичного превращения — темноокрашенные пигменты.
Снижение содержания таннина во время обжаривания не считается отрицательным фактором, так как способствует формированию вкуса и цвета кофе. Однако при чрезмерном нагревании таннин полностью разлагается. Пустой или плоский вкус обжаренного кофе иногда можно частично объяснить исчезновением таннина. Поэтому, учитывая разложение и хлорогеновой кислоты, важно в готовом продукте сохранить хотя бы часть фенольных соединений.
Хлорогеновые кислоты
Хлорогеновые кислоты составляют основную часть феннольных соединений. Хлорогеновые кислоты представляют собой моно- и диэфиры коричной и хинной кислот. В кофейных зернах обнаружены также эфиры хинной кислоты с кофейной и феруловой кислотами.
В кристаллическом виде хлорогеновая кислота была впервые выделена из кофейных зерен Гортером. Ее структура была установлена как кофеил-3-хинная кислота. Хлорогеновые кислоты включают в себя около 10 соединений, содержащихся в кофе. В составе сырого кофе содержится примерно 7-10% хлорогеновых кислот. В кофе вида Канифора (Робуста) концентрация их больше (9-11%), чем в кофе вида Арабика (5,5-8%).
Во время обжаривания содержание хлорогеновой кислоты в кофейных зернах резко снижается — на 65-67%, криптолорогеновой — в 2 раза, изохлорогеновой — в 2,5-3 раза. Снижение содержания хлорогеновых кислот происходит за счет их теплового разрушения (заметно возрастает доля кофейной и хинной кислот) и участия в реакциях с аминокислотами, белками с образованием темноокрашенных продуктов. Роль хлорогенвых кислот в формировании цвета кофе во время обжаривания очевидна.
Полиамины и гетероциклические алкалоиды в кофе
Теофиллин в кофе
Теофиллин представляет собой 1,3-диметилксантин (C7H8O2N4), который образует бесцветные шелковистые иголочки, содержащие одну молекулу кристаллизационной воды. Теофиллин труднорастворим в холодной воде, плавится при 269-272ºC. Общее количество его в зернах дикорастущих кофейных растений 1-4 мг%.
Глюкозид
Из групп растительных веществ вторичного происхождения в зернах дикорастущих кофейных растений (C. Vianneyi) обнаружен и выделен в кристаллическом виде глюкозид маскарозид (C12H36O11). 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.
Теобромин в кофе
Теобромин является диметилксантином (C7H8O2N4), так как при окислении образует монометилаллоксан и монометилмочевину.
Это бесцветный мелкокристаллический порошок, труднорастворимый в воде. Теобромин плавится при 351ºC, способен возгоняться, легко растворяется в едких щелочах, давая, например, натриевую соль. Содержание теобромина в сырых зернах кофе незначительное — 1,5-2,5 мг%.
Тригонеллин и никотиновая кислота в кофе
Тригонеллин (C7H7O2N), 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 Канефора (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.
Кофеин
Кофеин (C8H10N4O2) — важнейший алкалоид в составе кофейных зерен, известный под названием 2,6-диокси-1,3,7-триметилпурин, или 1,3,7-триметилксантин.
Это вещество без цвета и запаха, в одном растворе дает горький привкус. Кофеин кристаллизуется из водных растворов в виде кристаллогидрата, имеющего форму хрупких шелковистых игл. Безводный кофеин плавится при 236,5ºC, 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.
Различные виды кофе характеризуются следующим содержанием кофеина (% в пересчете на сухое вещество):
Арабика — 0,6-1,2
Робуста — 1,8-3
Либерика — 1,2-1,5.
Количество кофеина в зернах в значительной степени изменяется и в зависимости от сорта кофе. Содержание кофеина в зернах играет очень важную роль при оценке качества сырья и установлении технических требований на него.
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 Канефора (Робуста) — 24-27%, во 2-м сорте кофе вида Канефора — 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.
