Декофеинирование - это удаление кофеина из кофейных зерен , какао , чайных листьев и других материалов, содержащих кофеин. Напитки без кофеина обычно содержат 1-2% исходного содержания кофеина, а иногда и 20%. [1] Продукты без кофеина обычно называют продуктами без кофеина .
Декафеинизация кофе
Фридлиб Фердинанд Рунге впервые выделил чистый кофеин из кофейных зерен в 1820 году, после того как поэт Гете услышал о его работе над экстрактом красавки и попросил его провести анализ кофейных зерен. [2] Хотя Рунге удалось выделить соединение, он мало что знал о химии самого кофеина и не стремился использовать этот процесс в коммерческих целях для производства кофе без кофеина.
Процессы без кофеина
Для удаления кофеина из кофе можно использовать различные методы. Эти методы применяются перед обжаркой и могут использовать органические растворители, такие как дихлорметан или этилацетат , сверхкритический CO 2 или воду, для извлечения кофеина из бобов, при этом предшественники ароматизаторов остаются в максимально близком к исходному состоянии. [3]
Процессы с использованием органических растворителей
Прямой метод
Первый коммерчески успешный процесс удаления кофеина был изобретен немецким торговцем Людвигом Розелиусом и его сотрудниками в 1903 году после того, как Людвиг заметил, что груз кофейных зерен, случайно вымоченных в морской воде, потерял большую часть своего содержания кофеина, но не потерял большую часть своего вкуса. [4] [5] Процесс был запатентован в 1906 году и включал пропаривание кофейных зерен с различными кислотами или основаниями , а затем использование бензола в качестве растворителя для удаления кофеина. [6] [7] Кофе без кофеина таким образом продавался как Kaffee HAG по названию компании Kaffee Handels-Aktien-Gesellschaft (Торговая компания кофе) в большей части Европы, как Café Sanka во Франции, а затем как кофе марки Sanka в США . Café HAG и Sanka теперь являются всемирными брендами Kraft Foods .
Методы, подобные тем, которые впервые были разработаны Розелиусом, по-прежнему доминируют и иногда известны как метод прямого использования органических растворителей . Однако из-за проблем со здоровьем, связанных с бензолом (который сегодня признан канцерогеном ) [8], в коммерческих процессах теперь вместо этого используются альтернативные растворители, такие как дихлорметан или этилацетат . [9] Необжаренные (зеленые) бобы сначала обрабатываются паром, а затем промываются растворителем, который извлекает кофеин, при этом другие составляющие в основном не затрагиваются. Процесс повторяется от 8 до 12 раз до тех пор, пока содержание кофеина не будет соответствовать требуемому стандарту (97% кофеина удаляется согласно стандарту США или 99,9% без кофеина по массе согласно стандарту ЕС). [3]
Косвенный метод
Другой вариант метода Розелиуса - метод косвенного использования органических растворителей . В этом методе вместо непосредственной обработки бобов их сначала замачивают в горячей воде на несколько часов - по сути, получается крепкий кофейник - затем удаляют, а оставшуюся воду обрабатывают растворителями (например, дихлорметаном или этилацетатом), чтобы извлеките из воды кофеин. Как и в других методах, кофеин можно затем отделить от органического растворителя простым выпариванием. Та же вода повторно используется в этом двухэтапном процессе с новыми партиями зерен. Равновесие достигается после нескольких циклов, в котором вода и бобы имеют такой же состав , за исключением кофеина. После этого кофеин - единственный материал, удаляемый из зерен, поэтому крепость кофе или другие ароматизаторы не теряются. [10] Поскольку вода используется на начальной стадии этого процесса, косвенный метод удаления кофеина иногда называют «обработанным водой». Этот метод был впервые упомянут в 1941 году, и люди приложили огромные усилия, чтобы сделать процесс более «естественным» и основанным на воде, найдя способы перерабатывать кофеин из воды таким образом, чтобы избежать использования органических растворителей. [11]
Швейцарский водный процесс
Альтернативный метод удаления кофеина из кофе - это процесс Swiss Water. В этом процессе не используются органические растворители, вместо этого для удаления кофеина из зерен используется только вода - методика, впервые разработанная в Швейцарии в 1933 году и коммерциализированная Coffex SA в 1980 году. [5] Процесс Swiss Water был затем внедрен компанией Swiss Water Decaffeinated Coffee. Компания Бернаби , Британская Колумбия , Канада, в 1988 году. [12]
В процессе экстракции кофеина используется экстракт зеленого кофе (GCE). Экстракт зеленого кофе - это раствор, содержащий водорастворимые компоненты зеленого кофе, за исключением кофеина, получаемый путем замачивания зеленых кофейных зерен в горячей воде с последующей фильтрацией через фильтр с активированным углем для удаления молекул кофеина. [5] Свежие зерна, содержащие как кофеин, так и другие компоненты, добавляются в раствор GCE, где перепад давления градиента между GCE (который не содержит кофеина) и зеленым кофе (который богат кофеином) заставляет молекулы кофеина мигрируют из зеленого кофе в ГЦЭ. [13] Поскольку GCE насыщен другими водорастворимыми компонентами зеленого кофе, только молекула кофеина мигрирует в GCE; другие водорастворимые кофейные элементы остаются в зеленом кофе. Новый обогащенный кофеином раствор GCE затем пропускается через фильтры с активированным углем, чтобы снова удалить кофеин, и процесс повторяется. Непрерывный периодический процесс занимает 8–10 часов, чтобы достичь конечной цели по остаточному содержанию кофеина. [14] [15]
Известный пищевой инженер Торунн Аттераас Гарин также разработал процесс удаления кофеина из кофе. [16] [17]
Триглицеридный процесс
Зеленые кофейные зерна замачивают в растворе горячей воды / кофе, чтобы кофеин попал на поверхность зерен. Затем зерна переносятся в другой контейнер и погружаются в кофейные масла, полученные из использованной кофейной гущи, и оставляются для замачивания.
После нескольких часов воздействия высоких температур триглицериды масел удаляют из бобов кофеин, но не вкусовые элементы. Бобы отделяются от масел и сушатся. Кофеин удаляется из масел, которые повторно используются для удаления кофеина из другой партии бобов. Это прямой контактный метод удаления кофеина.
Сверхкритический процесс CO 2
Пищевые ученые также обратились к сверхкритическому диоксиду углерода в качестве средства от кофеина. Разработанный Куртом Зозелем, ученым из Института Макса Планка, он использует CO 2 , нагретый и находящийся под давлением выше критической точки , для извлечения кофеина. [5] В этом процессе зеленые кофейные зерна обрабатываются паром, а затем добавляются в сосуд высокого давления. Смесь воды и диоксида углерода (CO 2 ) циркулирует через сосуд при 300 атм и 65 ° C (149 ° F). При такой температуре и давлении CO 2 представляет собой сверхкритическую жидкость со свойствами, находящимися на полпути между газом и жидкостью. Кофеин растворяется в CO 2 ; соединения, влияющие на аромат сваренного кофе, в значительной степени нерастворимы в CO 2 и остаются в зернах. В отдельном сосуде кофеин очищается от CO 2 дополнительной водой. Затем CO 2 рециркулирует в сосуд высокого давления. [3] [18]
Содержание кофеина в кофе
Содержание кофеина в кофе без кофеина
Чтобы гарантировать качество продукции, производители должны тестировать кофейные зерна без кофеина, чтобы убедиться, что концентрация кофеина относительно низкая. По стандартам США требуется снижение содержания кофеина не менее чем на 97%. [19] В Канаде содержится менее 0,1% кофеина в кофе без кофеина и менее 0,3% в растворимом кофе без кофеина. [20] Для этого многие кофейные компании предпочитают использовать высокоэффективную жидкостную хроматографию, чтобы количественно измерить, сколько кофеина остается в кофейных зернах. Однако, поскольку ВЭЖХ может быть довольно дорогостоящим, некоторые кофейные компании начинают использовать другие методы, такие как спектроскопия в ближней инфракрасной области (БИК) . [21] Хотя ВЭЖХ очень точна, БИК-спектроскопия намного быстрее, дешевле и в целом проще в использовании. Наконец, другой метод, обычно используемый для количественного определения оставшегося кофеина, включает ультрафиолетовую и видимую спектроскопию , которая может быть очень полезна для процессов декофеинизации, которые включают сверхкритический CO 2, поскольку CO 2 не поглощает в УФ-видимом диапазоне. [22]
Контролируемое исследование десяти образцов приготовленного кофе без кофеина из кафе показало, что некоторое количество кофеина осталось. [1] От четырнадцати до двадцати чашек такого кофе без кофеина будет столько же кофеина, сколько в одной чашке обычного кофе. [1] Чашки кофе объемом 473 мл (16 унций) содержали кофеин в диапазоне от 8,6 до 13,9 мг. В другом исследовании популярных марок кофе без кофеина содержание кофеина варьировалось от 3 до 32 мг. [23] Чашка обычного кофе на 237 мл (8 унций) содержит 95–200 мг кофеина [24], а порция кока-колы в 355 мл (12 унций) содержит 36 мг. [25]
Оба этих исследования проверяли содержание кофеина в кофе, сваренном в магазине, предполагая, что кофеин может быть остаточным из обычного кофе, подаваемого, а не из кофе с низким содержанием кофеина. [ оригинальное исследование? ]
Декаффито
По состоянию на 2009 год рост кофейных зерен, не содержащих кофеин, продолжался. Термин «Decaffito» был придуман для описания этого типа кофе без кофеина и зарегистрирован в Бразилии. [26]
Перспективность кофе типа Decaffito была продемонстрирована открытием кофеина Coffea charrieriana , не содержащего кофеина , о котором было сообщено в 2004 году. Он имеет недостаточный ген синтазы кофеина , что приводит к тому, что он накапливает теобромин, а не превращает его в кофеин. [27] Либо этот признак может быть передан другим кофейным растениям путем скрещивания их с C. charrieriana , либо эквивалентный эффект может быть достигнут путем отключения гена кофеинсинтазы в нормальных кофейных растениях. [28]
Чай без кофеина
Чай также может быть без кофеина, обычно с использованием процессов, аналогичных прямому методу или процессу CO 2 , как описано выше. Процесс окисления чайных листьев для создания черного чая («красный» в китайской чайной культуре) или чайных листьев улун из зеленых листьев не влияет на количество кофеина в чае, хотя подвиды чайных растений (например, Camellia sinensis sinensis vs. Camellia sinensis assamica ) может отличаться натуральным содержанием кофеина. Молодые листья и почки содержат больше кофеина на вес, чем более старые листья и стебли. [ необходима цитата ] Хотя процесс CO 2 благоприятен, потому что он удобен, невзрывоопасен и нетоксичен, [29] сравнение обычного зеленого чая и зеленого чая без кофеина с использованием сверхкритического углекислого газа показало, что большинство летучих, неполярных соединений (таких как линалоол и фенилацетальдегид ) , ароматические соединения зелени и цветов (такие как гексаналь и ( E ) -2-гексеналь), а также некоторые неизвестные соединения исчезли или уменьшились после удаления кофеина. [30]
В дополнение к процессу экстракции CO 2 , чай может быть очищен от кофеина с помощью обработки горячей водой. Оптимальные условия достигаются за счет контроля температуры воды, времени экстракции и соотношения листьев к воде, при более высоких температурах, равных или превышающих 100 ° C, умеренном времени экстракции 3 минуты и соотношении массы листа к воде на объем удаленных 1:20 83 % содержания кофеина и сохранено 95% общих катехинов . [31] Катехины , разновидность флаванолов , вносят свой вклад в аромат чая и, как было показано, усиливают подавление мутагенов, которые могут привести к раку. [32]
И кофе, и чай содержат танины , которые отвечают за их терпкий вкус, но чай содержит около одной трети содержания танинов в кофе. [33] Таким образом, удаление кофеина из чая требует большей осторожности для поддержания содержания танинов, чем удаление кофеина из кофе, чтобы сохранить этот аромат. Сохранение танинов желательно не только из-за их вкуса, но и потому, что было показано, что они обладают антиканцерогенными, антимутагенными, антиоксидантными и антимикробными свойствами. В частности, дубильные вещества ускоряют свертывание крови, снижают артериальное давление, снижают уровень липидов в сыворотке и модулируют иммунные реакции. [34]
Определенные процессы во время нормального производства могут помочь напрямую снизить содержание кофеина или просто снизить скорость его высвобождения во время каждой инфузии. Несколько примеров в Китае, где это очевидно, есть во многих приготовленных чаях пуэр , а также в более сильно обожженных улунах Wuyi Mountain ; обычно называют «чжунхуо» (средний огонь) или «цзухуо» (высокий огонь). [ необходима цитата ]
Общепринятая статистика гласит, что чашка обычного черного (или красного) чая содержит 40–50 мг кофеина, что составляет примерно половину содержания чашки кофе. [35]
Хотя общепринятая техника отказа от короткого (от 30 до 60 секунд) заваривания [36], как полагают, значительно снижает содержание кофеина в последующем пиве за счет некоторой потери вкуса, исследования показывают, что пятиминутное заваривание дает до 70 % кофеина, а вторая заварка содержит на треть кофеина первой (около 23% от общего количества кофеина в листьях). [37]
Смотрите также
- Влияние кофеина на здоровье
- Влияние кофе на здоровье
- Влияние чая на здоровье
- Заменитель кофе
Рекомендации
- ^ a b c «Исследование: кофе без кофеина не содержит кофеина» . 15 октября 2006 . Проверено 12 января 2008 .
- ^ Вайнберг, Беннетт Алан; Билер, Бонни К. (2001). Мир кофеина: наука и культура самого популярного наркотика в мире . Психология Press. ISBN 9780415927222.
- ^ а б в Рамалакшми, К .; Рагхаван, Б. (1999). «Кофеин в кофе: его удаление. Почему и как?». Критические обзоры в области пищевой науки и питания . 39 (5): 441–56. DOI : 10.1080 / 10408699991279231 . PMID 10516914 .
- ^ "Откуда у меня кофе без кофеина?" . Иллюминат . 7 февраля 2012 года в архив с оригинала на 2012-02-08.
- ^ а б в г Эмден, Лоренцо. «Decaffeine 101: Four Ways to Decaffeinate Coffee» . Конфиденциальный кофе . Проверено 29 октября 2014 года .
- ^ Патент США 897840 , Иоганн Фридрих Мейер - младший, Людвиг Roselius, Карл Генрих Wimmer, «Приготовление кофе», выданный 1908-09-01
- ^ "Людвиг Розелиус (1874–1943)" . Проверено 20 августа 2012 .
- ^ Международное агентство по изучению рака. «Химические вещества и родственные профессии, Том 100F. Обзор канцерогенов человека» (PDF) . Международное агентство по изучению рака. Архивировано из оригинального (PDF) 21 августа 2014 года . Проверено 20 августа 2014 .
- ^ Рональд Кларк и OO Vizthum Coffee: последние разработки . Blackwell Science 2001, стр. 109.
- ^ Патент США 4,409,253 , Моррисон, Лоуэн; Melisse Elder & Phillips John, "Восстановление не растворимых в кофеине растворимых веществ в процессе удаления кофеина", опубликовано 11 октября 1983 г.
- ^ Рональд Кларк и OO Vizthum Coffee: последние разработки . Blackwell Science 2001, стр. 111.
- ↑ История процесса удаления кофеина из SWISS WATER. Архивировано 30 декабря 2006 г.в Wayback Machine , 4 января 2007 г.
- ^ Даулинг, Стивен. "Как вы избавляетесь от кофеина в кофе?" . www.bbc.com . Проверено 7 августа 2020 .
- ^ «Извлечение кофеина из чая: озеленение химии» (PDF) .
- ^ «Метиленхлорид (дихлорметан)» .
- ^ "Торунн А. Гарин, 54 года, известный инженер по питанию" . Нью-Йорк Таймс . 1 мая 2002 г.
- ^ US 4113887A , Kramer, Franklin; Яир, Стив Хениг и Торунн Аттераас Гарин и др., «Процесс адсорбции», опубликовано 24 февраля 1977 г.
- ^ «Как они это делают ?: S7 E15 - кофе без кофеина; копченый лосось; струи воды» . Как они это делают? . 1 декабря 2013 года Архивировано из оригинала на 1 апреля 2019 года . Проверено 1 апреля 2019 года .
- ^ «Кофе без кофеина» . www.espressocoffeeguide.com . Проверено 8 декабря 2015 .
- ^ Филиал, Законодательные службы. «Сводные федеральные законы Канады, Положения о пищевых продуктах и лекарствах» . law.justice.gc.ca . Проверено 19 июля 2018 .
- ^ «Определение кофеина в кофе без кофеина с помощью NIR-спектроскопии» (PDF) . Расшифровщик . Архивировано из оригинального (PDF) 03 марта 2016 года . Проверено 8 декабря 2015 .
- ^ «Измерение концентрации кофеина» (PDF) . Указания по применению прикладной аналитики № AN-019 .
- ^ "Вы действительно получаете кофе без кофеина без кофеина?" Архивировано 27 мая 2008 годав Wayback Machine. Независимое исследование 10 популярных сортов кофе без кофеина. Просмотрен 5 августа 2008 г.
- ^ «Содержание кофеина в кофе, чае, газированных напитках и т. Д.» Список содержания кофеина в напитках, которые содержат кофеин. Просмотрен 28 августа 2012 г.
- ^ «Количество кофеина в газированных напитках : все виды колы, о которых вы можете подумать». Список содержания кофеина в популярных безалкогольных напитках. Просмотрен 28 августа 2012 г.
- ^ Пауло Мацзафера; Томас В. Бауманн; Милтон Массао Симидзу; Мария Бернадете Сильваролла (июнь 2009 г.). «Без кофеина и бег с препятствиями к декаффито - кофе из растений арабики без кофеина». Биология тропических растений . 2 (2): 63–76. DOI : 10.1007 / s12042-009-9032-7 . S2CID 36008460 .
- ^ Silvarolla MB, Mazzafera P, Fazuoli LC (июнь 2004 г.). «Биохимия растений: кофе арабика без кофеина» . Природа . 429 (6994): 826. DOI : 10.1038 / 429826a . PMID 15215853 . S2CID 4428420 .
- ^ Коглан, Энди (23 июня 2004 г.). «Открытие кофейного растения без кофеина» . Новый ученый .
- ^ Мойлер, Д. (1993). «Экстракция вкусов и ароматов сжатым CO2». В King, M; Ботт, Теодор (ред.). Экстракция натуральных продуктов с использованием растворителей, близких к критическим (Первое изд.). Глазго: Springer, Нидерланды. стр. 140 -183. ISBN 978-94-010-4947-4.
- ^ Lee, S .; Парк, МК; Kim, KH; Ким, Ю.-С. (Сентябрь 2007 г.). «Влияние декафеинирования диоксида углерода в сверхкритическом состоянии на летучие компоненты зеленого чая». Журнал пищевой науки . 72 (7): S497 – S502. DOI : 10.1111 / j.1750-3841.2007.00446.x . PMID 17995663 .
- ^ Лян, Хуйлин; Лян, Юэронг; Донг, Цзюньцзе; Лу, Цзяньлян; Сюй, Хирсонг; Ван, Хуэй (2007). «Удаление кофеина из свежего зеленого чайного листа (Camellia sinensis) обработкой горячей водой». Пищевая химия . 101 (4): 1451–1456. DOI : 10.1016 / j.foodchem.2006.03.054 .
- ^ Бу-Аббас, А; Нуньес, X; Клиффорд, М; Уокер, Р. Иоаннидес, К. (1996). «Сравнение антимутагенного потенциала зеленого, черного чая и чая без кофеина: вклад флаванолов в антимутагенный эффект» . Мутагенез . 11 (6): 597–603. DOI : 10.1093 / mutage / 11.6.597 . PMID 8962430 .
- ^ Саволайнен, Х (1992). «Таниновое содержание чая и кофе». J Appl Toxicol . 12 (3): 191–192. DOI : 10.1002 / jat.2550120307 . PMID 1629514 . S2CID 42678826 .
- ^ Чанг, Кинг-Том; Вонг, Тит Йи; Вэй, Чэн-И; Хуанг, Яо-Вэнь; Линь, Юань (1998). «Танины и здоровье человека: обзор». Критические обзоры в области пищевой науки и питания . 38 (6): 421–464. DOI : 10.1080 / 10408699891274273 . PMID 9759559 .
- ^ Импорт чая Аптон (2003 г.). «Чай и кофеин» . Информационный бюллетень по импорту чая Аптон . 16 (1) . Проверено 26 января 2007 .
- ^ "Часто задаваемые вопросы в императорском чайном дворе" , www.imperialtea.com, 2002
- ^ Моник Б. Хикс; Ю.-Х. Пегги Хси и Леонард Н. Белл (1996). «Приготовление чая и его влияние на концентрацию метилксантина». Food Research International . 29 (3–4): 325–330. DOI : 10.1016 / 0963-9969 (96) 00038-5 .