Сегодня кофе стал чрезвычайно популярным напитком в мире. Авторитетная статистика свидетельствует о том, что более чем 400 миллиардов чашек кофе выпивается ежегодно! Этот товар значится вторым в мире после чёрного золота – нефти. То, что кофе дарит оптимистический взгляд на жизнь, бодрит, веселит и вообще полезен – сомневаться каждому из нас не приходится. Недаром же этот напиток давно любим в народе.

Родиной кофе считается Эфиопия (Северо-Восточная Африка), где эту культуру начали возделывать примерно тысячу лет назад. Свое название кофейное дерево получило от горной провинции на юго-западе страны – Кафы.

О кофе существует несколько интересных легенд. Вот только одна из них.

Пастух Калди заметил, что его козы не спали как обычно. В полдень и даже ночью игриво прыгали. Поведение четвероногих его удивило, и пастух стал наблюдать за козами. Оказалось, что они становятся более живыми только после того, как поедят плодов и зелёных листьев кофейного дерева, растущего на горных склонах. Пастух и сам отведал загадочных ягод и также почувствовал необыкновенный прилив бодрости. Настоятель из соседнего монастыря, проходивший мимо, поинтересовался причиной такого веселья. Калди чистосердечно во всём признался. Тогда настоятель сорвал горсть ягод и тёмно-зелёных листьев, чтобы напоить кофейным отваром своих монахов. С тех пор, а легенды точно нас в этом уверяют, они перестали засыпать во время ночных молитв...

Мы с вами посмотрим на кофе глазами химика. Кофейное дерево – это же удивительная природная лаборатория химического синтеза веществ, ведь его зёрна содержат таких веществ немалое количество. Эти вещества и изменения, которым они подвергаются в процессе приготовления любимого напитка, изучаются десятками различных научно-исследовательских лабораторий мира.

Цель таких исследований – не только выяснение химического состава веществ и их трансформации на различных стадиях приготовления кофейного напитка, но и нахождение оптимальных технологий, поиски методов, которые бы обеспечили высокий сорт кофейного напитка.

Природа щедро объединила в кофе всевозможные органические соединения. Новейшие методы физико-химического анализа свидетельствуют о наличии в составе кофе нескольких сотен компонентов. Это сочетание и создаёт водный коричневый или тёмно-коричневый раствор, который мы называем кофейным напитком или просто – кофе.

В состав сырых кофейных зёрен входят три характерных компонента: алкалоиды (кофеин, тригонелин), органические кислоты, углеводы. Этот набор веществ, названия которых мало что говорят читателю, далёкому от химии, составляет около 1/4 массы сырого зёрнышка. Остальное принадлежит тривиальным компонентам: клетчатке, кофейному маслу, белкам и, естественно, воде. Давайте же ознакомимся со значением этих соединений в составе кофейного напитка.

Кофеин химики относят к группе алкалоидов. Термин «алкалоид», то есть «похожий на луг», был предложен ещё в 1819 году немецким фармацевтом Вальтером Мейснером. Именно из-за наличия кофеина кофейный напиток обязан своим возбуждающим и бодрящим действием. В 1820 году это вещество было выделено химиками в чистом виде из кофейного экстракта. Кофеин имеет вид бесцветных кристалликов с несколько горьковатым вкусом.

Впервые кофеин удалось синтезировать в химической лаборатории немецкого химика (1897) Эмиля Германа Фишера (1852 – 1919). Вот его структурная формула:

Было доказано, что в небольших дозах кофеин, как и другие наркотики, возбуждает центральную нервную систему, в первую очередь кору головного мозга. Такая реакция вызывает улучшение общего обмена, усиление дыхания, кровообращения, повышение жизнедеятельности всех тканей организма. Поэтому и входит кофеин в состав многих лекарственных препаратов.

Процентное содержание кофеина в кофейных зёрнах зависит от их сорта. Так, наибольшее количество кофеина находится в знакомых сортах: робуста (1,7-2,3%), сантос (1,3-1,5%), ходейда (1,2%). Он абсолютно устойчив при обжаривании зёрен. Его горьковатый вкус мало что добавляет к истинному вкусу кофейного напитка.

Часто ошибочно связывают горечь кофе с наличием в нём кофеина и жалуются, что кофе не крепкий. Добавим, что кофеин содержится не только в кофейных зёрнах, но и в чайном листе, и в орехах колы.

Специалисты считают, что две 0,25-литровые бутылки тонизирующего напитка "Кока-кола", который готовится из этих орехов, по своему воздействию на организм человека равноценны одной стандартной чашке кофе. Второй алкалоид, содержащийся в кофейных зёрнах, – тригонелин

не имеет возбуждающих свойств. Ему-то и принадлежит основная функция в образовании вкуса и привлекательного запаха обжаренного кофе. У вас может возникнуть вопрос: «А зачем кофеин и другие алкалоиды в растениях»? Ответ здесь прост: в природе нет ничего лишнего и ненужного. Как утверждают специалисты, кофеин и тригонелин появился в кофейных деревьях в процессе многовековой эволюции. Их назначение – защита растений от вредных насекомых. Поскольку эти вещества являются естественными инсектицидами (вот так, для насекомых – яд, а для нас с вами – приятный напиток). Кофе содержит также более тридцати различных органических кислот (в том числе яблочную, лимонную, кофейную):

Яблочная, лимонна и кофейная кислоты 

Наличие в кофе широкого круга органических кислот положительно влияет на деятельность желудка и улучшает пищеварение. Но, самая сложная и самая важная из этих кислот – хлорогеновая – в значительном количестве (4-8%) встречается исключительно в составе кофейных зёрен:

В плодах и листьях других растений содержание её совсем мизерное. При обжаривании зёрен хлорогеновая кислота разлагается, образуя органические соединения ещё неизвестного строения. Эти соединения придают кофе характерный, несколько вязкий привкус.

Каждому сорту зёрен кофе присуща своя особая комбинация химических веществ. Вкус и аромат кофе зависят от способа обжаривания кофейных зёрен. При этом из них, в первую очередь, удаляется вода, содержание которой уменьшается с 11 до 3%. Далее происходит карамелизация углеводов, например, простого углевода D-глюкозы:

То есть, углеводы под действием тепла распадаются до органических соединений, которые и придают характерный коричневый цвет кофейному раствору. В процессе обжаривания зёрен образуется также вещество кофеол – совокупность органических соединений, ещё не расшифрованного химического состава. Современными физико-химическими методами анализа в составе кофеола обнаружено, не много и не мало, около 220 химических соединений. С ними связывают желанный кофейный аромат.

Все согласятся с тем, что аромат – душа кофейного напитка! Начатые многочисленные коммерческие попытки создать искусственным путём напиток с ароматом кофе пока к существенному успеху не привели. Молекулы тригонелина в условиях обжаривания также разрушаются с образованием никотиновой (бета-пиридин карбоновой) кислоты:

Это органическое вещество представляет собой один из многочисленных представителей витаминов группы В (в литературе никотиновая кислота ещё известна, как фитогормон ниацин). Витамины этой группы играют неоценимую роль в биохимических процессах, протекающих в живом организме, и предупреждают ряд тяжёлых заболеваний вида пеллагры. Уже давно было замечено, что в некоторых районах Южной Америки, где население страдает от постоянного недоедания, пеллагра практически не встречается.

Секрет этого странного обстоятельства «прячется» в кофейном напитке, который содержит никотиновую кислоту. Ведь кофе – национальный напиток народов Южной Америки и потребляется там в большом количестве. Для химических соединений кофе характерно также наличие дубильных органических веществ – танинов. Простейшие танины, обнаруженные в зёрнах кофе – органические производные галловой кислоты:

Они и защищают органические молекулы в зёрнах кофе от окисления (то есть, производные галловой кислоты являются антиоксидантами), а также придают кофейному напитку приятный привкус горечи. Молоко и сливки, которые мы часто добавляем к кофе, взаимодействуют с танинами и связывают их, тогда кофе, как вы заметили, частично теряет горечь.

Заканчивая наш небольшой экскурс в удивительную и интересную область химии кофе, подчеркнём, что сложные химические и биохимические процессы, происходящие в кофейном зерне, изучены далеко не полностью. Ещё не раскрыта роль отдельных его составляющих, а более всего комплекса химических соединений.

Значит, химикам, биохимикам... остаётся ещё большое творческое поле на благо здоровья и бодрого духа гурманов кофе.

Григорий Ковтун, член-корреспондент НАН Украины