Кофе (кофейные зерна)

Кофейное зерно – это семя кофейного дерева, источник кофе. Оно представляет собой косточку внутри плода красного или фиолетового цвета, благодаря чему кофейные зерна часто называют вишнями. Несмотря на то, что кофейные зерна являются семенами, благодаря имеющемуся сходству с настоящими бобами, их называют «бобы». Плоды (кофейные вишни или ягоды) чаще всего состоят из двух частей с присоединенными друг к другу плоскими сторонами. Небольшой процент вишен содержит одно семя, вместо обычных двух. Их называют «peaberry» (зерно кофе округленной формы). По аналогии с бразильскими орехами (семенами) и белым рисом, семена кофе в основном состоят из эндосперма. Двумя наиболее экономически важными сортами кофе являются Арабика и Робуста; 75-80% кофе, производимого во всем мире, составляет кофе Арабика и 20% – Робуста. В семенах Арабика содержится 0,8-1,4% кофеина, а в семенах Робуста - 1.7-4%. Поскольку кофе является одним из наиболее широко потребляемых напитков в мире, семена кофе являются важным экспортным продуктом, обеспечивающим более 50% валютных поступлений в некоторых развивающихся странах. Соединенные Штаты импортируют больше кофе, чем остальные страны. Потребление кофе на душу населения в США в 2011 году составило 4,24 кг (9 фунтов), а импорт кофе превысил $8 миллиардов.

В Северной и Южной Америке кофе впервые появилось в 1723 году. Южная Америка обеспечивает примерно 45% от общего объема мирового экспорта кофе. Большая часть этого кофе выращивается в Бразилии.

Знаменательные даты

• Первое выращивание кофе в Европе (также впервые – за пределами Восточной Африки / Аравии) – 1616 год
• Первое выращивание кофе в Индии (Малабар) – конец 1600-х
• Первое выращивание кофе на острове Ява – 1699 год
• Первое выращивание кофе в Карибском бассейне (Куба, Гаити, Ямайка, Санто-Доминго, Пуэрто-Рико) – 1715-1730
• Первое выращивание кофе в Южной Америке – 1730 год
• Первое выращивание кофе в Голландской Ост-Индии – 1720 год
• Первая продажа жареных кофейных бобов на розничном рынке (Питтсбург) – 1865 год
• Разработка важных методов сушки распылением – 1950-е годы

В Оксфордском словаре английского языка указывается, что европейские языки в целом переняли слово «кофе» от турецкого слова kahveh, приблизительно в 1600 году н.э., возможно, через итальянское Caffè. Арабское слово qahwah (по-турецки kahveh), название настоя или напитка; по словам арабских лексикографов, первоначально это слово обозначало вино или определенный тип вина, и являлось производным от корня глагола qahiya, «не иметь аппетита». Еще одна распространенная теория состоит в том, что название происходит от провинции Каффа, Эфиопия, откуда растение, возможно, и берет свое происхождение.

Кофейное дерево в среднем от 5-10 м (16-33 футов) высотой. С годами дерево имеет все меньше и меньше разветвлений и больше листьев и плодов. Кофейные деревья высаживают рядами в нескольких футах друг от друга. Некоторые фермеры сажают вокруг них фруктовые деревья или высаживают кофейные деревья по бокам холмов, потому что для их произрастания нужны специфические условия. В идеале, кофейные семена Арабика выращивают при температуре от 15-24°С (59-75°F), а Робуста – при 24-30°C (75-86°F) и при 15-30 см (5.9-11.8 дюймах) осадков в год. Сильный дождь необходим в начале сезона, когда плод развивается, и меньше необходим в конце сезона, как он уже созрел.

При созревании плодов их чаще всего собирают, используя метод «селективного отбора» (сбор только спелых плод) или «стрип-сбора» (сбор сразу всех плодов с ветки). В редких случаях азиатская пальмовая куница поедает плоды кофе и экскретирует бобы. Эти бобы называются Kopi Luwak, из них производят очень редкий и дорогой кофе. Существует два способа обработки кофейных ягод. Первый способ – «мокрая обработка», распространен в Центральной Америке и районах Африки. Мякоть ягод отделяют от семян, а затем семена ферментируют – замачивают в воде около двух суток. Это помогает растворить мякоть или липкие следы, которые все еще могут содержаться на семенах. Метод «сухой обработки» дешевле и проще, и используется для обработки семян более низкого качества в Бразилии и большей части Африки. Ветки и другие посторонние предметы отделяются от ягод, а затем плоды раскладывают под солнцем на бетоне или кирпиче на 2-3 недели. Для обеспечения равномерной сушки зёрна регулярно переворачивают.

Термин «зеленые кофейные семена» относится к необжаренным зрелым или незрелым семенам кофе. Их обрабатывают влажным или сухим способом, снимая внешнюю мякоть и слизь. Такие зерна имеют на внешней поверхности неповрежденный восковой слой. Незрелые семена зеленого цвета. Зрелые семена – от коричневого до желтого или красноватого цвета. Обычно высушенное кофейное зерно весит от 300 до 330 мг. Нелетучие и летучие соединения, содержащиеся в зеленых семенах кофе, такие как кофеин, удерживают многих насекомых и животных от их поедания. Кроме того, как нелетучие, так и летучие соединения создают уникальный кофейный аромат при обжарке кофейных зерен. Нелетучие азотистые соединения (в том числе алкалоиды, тригонеллин, белки и свободные аминокислоты) и углеводы имеют важное значение в создании полноценного аромата жареного кофе, и играют важную роль в его биологическом действии. С середины 2000-х годов экстракт зеленого кофе продается в качестве пищевой добавки, и был клинически исследован на предмет содержания хлорогеновой кислоты. Также оценивались липолитические свойства экстракта и его влияние на потерю веса.

Кофеин (1,3,7-триметил-ксантин) – алкалоид, содержащийся в зеленых и жареных семенах кофе. Содержание кофеина составляет между 1,0% и 2,5% от массы сухих зеленых кофейных семян. Во время созревания зеленых семян кофе содержание кофеина не меняется. Также в кофе содержатся более низкие концентрации теофиллина, теобромина, параксантина, либерина и метилиберина. Концентрация теофиллина, алкалоида, содержащегося в зеленом чае, снижается в процессе обжига, который, как правило, продолжается около 15 минут при температуре 230° C (446°F), в то время как концентрации большинства других алкалоидов не изменяются. Растворимость кофеина в воде возрастает с повышением температуры и с добавлением хлорогеновых кислот, лимонной кислоты или винной кислоты, каждая из которых присутствует в зеленых кофейных семенах. Алкалоид ксантин не имеет запаха, но имеет горький вкус в воде, который маскируется органическими кислотами, присутствующими в зеленом кофе. Тригонеллин (N-метил-никотинат) представляет собой производное витамина В6, который не столь горький по вкусу, как кофеин. В зеленых семенах кофе содержание тригонеллина составляет от 0,6% до 1,0%. При температуре обжига 230°C (446°F), 85% тригонеллина расщепляется до никотиновой кислоты, оставляя небольшое количество неизмененной молекулы в поджаренных семенах. В зеленых кофейных семенах тригонеллин синтезируется из никотиновой кислоты (пиридин 3-карбоновая кислота) путем метилирования от метионина, серосодержащей аминокислоты. Имеются данные о мутагенной активности тригонеллина.

В сушеных зеленых семенах кофе белки составляют от 8% до 12%. Большая часть белков – 11-S – запасные белки – распадается до свободных аминокислот во время созревания зеленых кофейных семян. Кроме того, эти белки распадаются до аминокислот при температуре обжига и, таким образом, являются дополнительным источником горьких компонентов за счет создания продуктов реакции Майяра. Высокая температура, концентрация кислорода и низкий рН вызывают разложение 11 -S-запасных белков зеленых кофейных семенах до низкомолекулярных пептидов и аминокислот. Разложение ускоряется в присутствии органических кислот, таких как хлорогеновые кислоты и их производные. Другие белки включают такие ферменты, как каталазы и полифенолоксидазы, важные для созревания зеленых семян кофе. В зрелом кофе содержатся свободные аминокислоты (4,0 мг аминокислот/г в кофе Робуста и до 4,5 мг аминокислот/г в кофе Арабика). В кофе Арабика, аланин – это аминокислота с наиболее высокой концентрацией, т.е. 1,2 мг/г, за ней следует аспарагин 0,66 мг/г, тогда как в кофе Робуста аланин присутствует в концентрации 0,8 мг/г, а аспарагин – в концентрации 0,36 мг/г. Свободные гидрофобные аминокислоты, содержащиеся в свежих зеленых семенах кофе, имеют неприятный вкус, вот почему из таких соединений невозможно приготовить желаемый напиток. В свежем зеленом кофе из Перу аминокислоты содержатся в следующих концентрациях: изолейцин 81 мг / кг, лейцин 100 мг / кг, валин 93 мг / кг, тирозин 81 мг / кг, фенилаланин 133 мг / кг. Концентрация гамма-аминомасляной кислоты (нейротрансмиттера) лежит в диапазоне между 143 мг/кг и 703 мг/кг в зеленых семенах кофе из Танзании. В жареных семенах кофе не содержится свободных аминокислот, аминокислоты в семенах зеленого кофе разлагаются при температуре обжига до продуктов Майяра (продуктов реакции между альдегидной группой сахара и альфа-амино-группой аминокислот). Кроме того, дикетопиперазины, например цикло (пролин-пролин), цикло (пролин-лейцин ) и цикло (пролин-изолейцин), генерируются из соответствующих аминокислот, и являются основной причиной горького вкуса жареного кофе. Горький вкус дикетопиперазинов ощутим на уровне около 20 мг/литр воды. Содержание дикетопиперазинов в эспрессо составляет около 20-30 мг, что и связано с горечью напитка.

Углеводы составляют около 50% веса сухих зеленых кофейных семян. Доля углеводов в зеленом кофе превышает долю полисахаридов, таких как арабиногалактан, галактоманнан и целлюлоза, обеспечивая безвкусность аромата зеленого кофе. Арабиногалактан составляет до 17% от сухой массы зеленых кофейных семян, его молекулярная масса составляет от 90 кДа до 200 кДа. Он состоит из бета-1 -3-связанных основных цепей галактана. На его боковых цепях часто содержатся остатки арабинозы (пентозы) и галактозы (гексозы), обладающих иммуномодулирующими свойствами, поскольку они стимулируют систему клеточной защиты (Th-1 отклик) организма. Зрелые коричнево-желтые семена кофе содержат меньше остатков галактозы и арабинозы в боковой цепи полисахаридов, в результате чего семена зеленого кофе более устойчивы к физическому распаду и менее растворимы в воде. Молекулярная масса арабиниогалактана в кофе выше, чем в большинстве других растений, благодаря чему улучшается клеточная защитная система ЖКТ, по сравнению с арабиногалактаном с низкой молекулярной массой. Свободные моносахариды присутствуют в зрелых коричнево-желто-зеленых семенах кофе. Свободная часть моносахаридов содержит сахарозу (глюко-фруктозу) до 9000 мг на 100 г зеленых семян кофе Арабика, меньшее количество содержится в кофе Робуста, т.е. 4500 мг на 100 г. В зеленых семенах кофе Арабика содержание свободной глюкозы составляет от 30 до 38 мг/100 г, свободной фруктозы – от 23 до 30 мг/100 г; свободной галактозы – 35 мг/100 г и маннита -50 мг/100 г сухих кофейных семян, соответственно. Маннит является мощным поглотителем гидроксильных радикалов, которые генерируются во время перекисного окисления липидов в биологических мембранах.

Липиды , содержащиеся в зеленом кофе, включают: линолевую кислоту, пальмитиновую кислоту, олеиновую кислоту, стеариновую кислоту, арахидоновую кислоту, дитерпены, триглицериды, ненасыщенные длинноцепочечные жирные кислоты, эфиры и амиды. Общее содержание липидов в сухом зеленого кофе находится между 11,7 г и 14 г / 100 г. Липиды присутствуют на поверхности и во внутренней матрице зеленых кофейных семян. На первый взгляд, они включают производные -5-гидрокситриптамидов карбоновых кислот с амидной связью с жирными кислотами (ненасыщенные С6-С24), составляющие до 3% от общего содержания липидов или от 1200 до 1400 мкг/г сухих зеленых кофейных семян. Такие соединения образуют восковое покрытие на поверхности семени кофе (от 200 до 300 мг липидов/100 г высушенных зеленых кофейных зерен), защищая внутреннюю матрицу от окисления и насекомых. Кроме того, благодаря своей химической структуре, такие молекулы имеют антиоксидантную активность. Липидами внутренней ткани являются триглицериды, линолевая кислота (46 % от общего количества свободных липидов), пальмитиновая кислота (от 30% до 35% от общего количества свободных липидов), а также сложные эфиры. Семена Арабика характеризуются повышенным содержанием липидов (от 13,5 до 17,4 г липидов/100 г сушеных зеленые семян кофе), по сравнению с Робуста (от 9,8 до 10,7 г липидов/100 г сушеных зеленых семян кофе). Содержание дитерпенов составляет около 20% от липидной фракции. Дитерпены, содержащиеся в зеленом кофе, включают кафестол, кахвеол, 16-O-метилкафестол, кафестал и кахвеал. Некоторые из этих дитерпенов, как было показано в экспериментах in vitro, служат для защиты ткани печени от химического окисления. Дитерпены, содержащиеся в кофейном масле из зеленых кофейных семян, этерифицируются насыщенными длинноцепочечными жирными кислотами.

Хлорогеновые кислоты принадлежат к группе соединений, известных как фенольные кислоты, которые являются антиоксидантами. Содержание хлорогеновых кислот в сушеных зеленых семенах кофе Робуста, равно 65 мг/г, а в Арабике – 140 мг/г, в зависимости от сроков сбора. При температуре обжига разрушается более 70% хлорогеновых кислот, оставляя остаток менее 30 мг/г в обжаренных кофейных семенах. В отличие от зеленого кофе, в зеленом чае содержится в среднем 85 мг/г полифенолов. Эти хлорогеновые кислоты могут быть полезным и недорогим источником антиоксидантов. Хлорогеновые кислоты – это гомологичные соединения, содержащие кофейную кислоту, феруловую кислоту и 3,4-диметоксикоричную кислоту, которые соединены посредством сложноэфирной связи в гидроксильные группы хинной кислоты. Хлорогеновая кислота обладает более выраженным антиоксидантным действием, чем аскорбиновая кислота (витамин С) или маннит, который является селективным акцептором гидрокси-радикалов. В низких концентрациях (50 мг/л воды) хлорогеновые кислоты имеют горький привкус. При более высоких концентрациях (1 г/л воды), они имеют кислый вкус. Хлорогеновые кислоты увеличивают растворимость кофеина и являются важными модуляторами вкуса.

Летучие соединения зеленых кофейных семян включают короткоцепочечные жирные кислоты, альдегиды и азотсодержащие ароматические молекулы, такие как производные пиразинов (травяной и землистый запах). Вкратце, такие летучие соединения отвечают за неприятный запах и вкус зеленого кофе, и способны вызывать тошноту и рвоту при вдыхании запаха наземных зеленых семян кофе или приема напитка, сделанного из измельченных зеленых кофейных семян. В связи с этим, зеленые кофейные зерна никогда не использовались отдельно для приготовления освежающего напитка; прием такого напитка может вызвать рвоту, хотя зеленые кофейные зерна содержат одинаковое с обжаренным кофе количество кофеина. При обжаривании зеленых семян кофе генерируются другие молекулы с типичным приятным ароматом кофе, которые не присутствуют в свежих зернах зеленого кофе. Во время обжаривания нейтрализуется большая часть неприятно пахнущих летучих соединений. К сожалению, при этом разрушаются также и другие важные молекулы, присутствующие в зеленом кофе, такие как антиоксиданты и витамины. Летучие соединения с тошнотворным для человека запахом, в том числе, включают уксусную кислоту (острый, неприятный запах), пропионовую кислоту (запах кислого молока или сливочного масла), бутановую кислоту (запах прогорклого масла, присутствует в зеленом кофе при концентрации в 2 мг/100 г семян кофе), пентановую кислоту (неприятный фруктовый аромат, присутствует в зеленого кофе при концентрации в 40 мг/100 г в семенах кофе), капроновую кислоту (прогорклый запах), гептановую кислоту (жировой запах), октановую кислоту (отталкивающий жировой прогорклый запах); нонановую кислоту (мягкий жировой ореховый запах); декановую кислоту (отталкивающий кислый запах), и производные таких жирных кислот, как -3-метил-валериановая кислота (неприятный кислый, травянистый запах), ацетальдегид (едкий, тошнотворный запах, даже при сильном разбавлении, присутствует в высушенных зеленых кофейных семенах в концентрации приблизительно 5 мг/кг), пропаналь (оказывает удушающее действие на дыхательную систему), альдегид (тошнотворный эффект, присутствует в высушенных зеленых кофейных семенах в концентрации от 2 до 7 мг/кг) или пентанал (очень отталкивающий тошнотворный запах).Читать еще: Вальдоксан (Агомелатин) , Глутатион , Глюкуронолактон , Интерферон бета 1А , Пролактин ,