Как кофе избавляют от кофеина?
Для многих людей аромат свежесваренного кофе является началом отличного дня. Но для других кофеин может вызывать головные боли и дрожь. Именно поэтому многие предпочитают чашку декофеинированного кофе.
Я профессор химии, который читал лекции о том, почему химические вещества растворяются в одних жидкостях, но не растворяются в других. Процессы декофеинизации являются отличными примерами этих химических понятий в реальной жизни. Однако даже лучший метод декофеинизации не удаляет весь кофеин — в чашке объемом 240 мл обычно остается около 7 миллиграммов кофеина.
Производители, декофеинирующие кофе, стремятся удалить кофеин, сохранив при этом все или хотя бы большинство других ароматических и вкусовых соединений. Декофеинизация имеет долгую историю, и в настоящее время почти все производители кофе используют один из трех общих методов.
Все эти методы, которые также применяются для производства декофеинированного чая, начинаются с зеленых, то есть необжаренных, кофейных зерен, которые предварительно увлажняют. Использование обжаренных кофейных зерен привело бы к тому, что кофе приобрел бы совершенно другой аромат и вкус, потому что этапы декофеинизации удалили бы некоторые соединения, образующиеся при обжарке.
Метод с углекислым газом
В относительно новом методе с использованием углекислого газа, разработанном в начале 1970-х годов, производители используют углекислый газ (CO₂) под высоким давлением для извлечения кофеина из увлажненных кофейных зерен. Они закачивают CO₂ в герметичную емкость с увлажненными кофейными зернами, и молекулы кофеина растворяются в CO₂.
После того как углекислый газ, насыщенный кофеином, отделяют от зерен, его пропускают либо через емкость с водой, либо через слой активированного угля. Активированный уголь — это уголь, нагретый до высоких температур и обработанный паром и кислородом, что создает поры в угле. Этот этап фильтрует кофеин и, вероятно, другие химические соединения, некоторые из которых влияют на вкус кофе.
Эти соединения либо связываются в порах активированного угля, либо остаются в воде. Затем производители сушат декофеинированные зерна с использованием тепла. При нагревании оставшийся углекислый газ испаряется. Производители могут затем снова использовать тот же углекислый газ.
Этот метод удаляет 96-98% кофеина, а в полученном кофе остается минимальное количество углекислого газа.
Этот метод, который требует дорогостоящего оборудования для производства и обработки углекислого газа, широко используется для декофеинизации кофе коммерческого класса, или того, что продается в супермаркетах.
Швейцарский метод водной обработки
Швейцарский водный метод, впервые использованный в коммерческих целях в начале 1980-х годов, использует горячую воду для декофеинизации кофе.
Вначале производители замачивают партию зеленых кофейных зерен в горячей воде, которая извлекает как кофеин, так и другие химические соединения из зерен.
Это похоже на то, что происходит, когда вы завариваете обжаренные кофейные зерна — вы кладете темные зерна в прозрачную воду, и химические вещества, вызывающие темный цвет кофе, вымываются из зерен в воду. Аналогично, горячая вода извлекает кофеин из зерен, которые еще не были декофеинированы.
Во время замачивания концентрация кофеина в кофейных зернах выше, чем в воде, поэтому кофеин переходит из зерен в воду. Затем производители вынимают зерна из воды и помещают их в свежую воду, в которой нет кофеина, и процесс повторяется, и больше кофеина выходит из зерен в воду. Производители повторяют этот процесс до 10 раз, пока в зернах почти не останется кофеина.
Полученную воду, которая теперь содержит кофеин и любые ароматические соединения, растворенные из зерен, пропускают через фильтры из активированного угля. Эти фильтры удерживают кофеин и другие химические соединения аналогичного размера, такие как сахара и органические соединения, называемые полиаминами, при этом позволяя большинству других химических соединений оставаться в отфильтрованной воде.
Затем производители используют отфильтрованную воду, насыщенную ароматом, но без большей части кофеина, чтобы замачивать новую партию кофейных зерен. Этот этап позволяет ароматическим соединениям, потерянным во время замачивания, вернуться в зерна.
Швейцарский водный метод ценится за его безхимический подход и способность сохранять большинство натуральных вкусовых качеств кофе. Этот метод удаляет 94-96% кофеина.
Методы на основе растворителей
Этот традиционный и наиболее распространенный подход, впервые примененный в начале 1900-х годов, использует органические растворители, которые являются жидкостями, растворяющими органические химические соединения, такие как кофеин. Этиловый ацетат и метиленхлорид — два распространенных растворителя, используемых для извлечения кофеина из зеленых кофейных зерен. Существуют два основных метода на основе растворителей.
В прямом методе производители замачивают увлажненные зерна непосредственно в растворителе или в водном растворе, содержащем растворитель.
Растворитель извлекает большинство кофеина и других химических соединений с аналогичной растворимостью из кофейных зерен. Затем производители удаляют зерна из растворителя через примерно 10 часов и сушат их.
В косвенном методе производители замачивают зерна в горячей воде на несколько часов, а затем вынимают их. Затем они обрабатывают воду растворителем, чтобы удалить кофеин из воды. Метиленхлорид, самый распространенный растворитель, не растворяется в воде, поэтому он образует слой на поверхности воды. Кофеин лучше растворяется в метиленхлориде, чем в воде, поэтому большая часть кофеина остается в слое метиленхлорида, который производители могут отделить от воды.
Как и в швейцарском водном методе, производители могут повторно использовать «безкофеиновую» воду, которая может вернуть некоторые ароматические соединения, удаленные на первом этапе.
Эти методы удаляют около 96-97% кофеина.
Безопасно ли пить кофе без кофеина?
Один из распространенных растворителей, этиловый ацетат, естественным образом содержится во многих продуктах и напитках. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) считает его безопасным химическим веществом для декофеинизации.
FDA и Управление по охране труда и здоровья (OSHA) считают метиленхлорид небезопасным для употребления в концентрациях выше 10 миллиграммов на килограмм массы тела. Однако количество остаточного метиленхлорида, обнаруживаемого в обжаренных кофейных зернах, очень мало — около 2-3 миллиграммов на килограмм. Это значительно ниже установленных FDA пределов.
ГОСТ и его европейские аналоги имеют строгие правила в отношении условий труда, чтобы минимизировать воздействие метиленхлорида на работников, участвующих в процессе декофеинизации.
После декофеинизации кофейных зерен с использованием метиленхлорида, зерна обрабатывают паром и сушат. Затем кофейные зерна обжариваются при высоких температурах. Во время обработки паром и обжарки зерна нагреваются до такой степени, что остаточный метиленхлорид испаряется. Этап обжарки также приводит к образованию новых ароматических химических веществ в результате разложения других химических соединений. Эти вещества придают кофе его характерный вкус.
Кроме того, большинство людей заваривают кофе при температуре от 88°C до 100°C, что является еще одной возможностью для испарения метиленхлорида.
Сохранение аромата и вкуса
Химически невозможно удалить только кофеин без удаления других химических соединений из зерен, поэтому декофеинизация неизбежно удаляет некоторые другие соединения, которые вносят вклад в аромат и вкус вашего кофе.
Однако некоторые методы, такие как швейцарский водный процесс и косвенный метод на основе растворителей, включают этапы, которые могут вернуть часть этих экстрагированных соединений. Эти подходы, вероятно, не смогут вернуть все дополнительные соединения обратно в зерна, но они могут добавить обратно некоторые ароматические соединения.
Благодаря этим процессам вы можете наслаждаться вкусной чашкой кофе без кофеина — если только ваш официант случайно не перепутает чайники.
