Декафеинация - Википедия - Decaffeination

"Decaf" перенаправляется сюда. Информацию о компьютерной программе см. БЕЗ КОФЕИНА.

Без кофеина удаление кофеин из кофейные зерна, какао, чай листья и другие материалы, содержащие кофеин. Напитки без кофеина обычно содержат 1-2% исходного содержания кофеина, а иногда и 20%.[1] Продукты без кофеина обычно называют без кофеина.

Декафеинизация кофе

Фридлиб Фердинанд Рунге осуществил первое выделение чистого кофеина из кофейных зерен в 1820 году, после того, как поэт Гете слышал о его работе над красавка экстракт, 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 же ацетат этила, сверхкритический CO2или вода для извлечения кофеина из бобов, оставляя при этом предшественники аромата как можно ближе к их исходному состоянию.[3]

Процессы с использованием органических растворителей

Прямой метод

Первый коммерчески успешный процесс удаления кофеина был изобретен немецким торговцем. Людвиг Розелиус и коллегами в 1903 году, после того как Людвиг заметил, что груз кофейных зерен, случайно вымоченный 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 добавками. кислоты или же базы, затем используя бензол как растворитель для удаления кофеина.[6][7] Кофе без кофеина таким образом продавался как Kaffee HAG после названия компании Kaffee Handels-Aktien-Gesellschaft (Coffee Trading Company) в большей части Европы, а также Кафе Санька в Франция а позже как Санька фирменный кофе в нас. Кафе HAG и Sanka теперь являются мировыми брендами Крафт Фудс.

1914 г. в американской газете реклама кофе без кофеина Kaffee HAG.

Методы, подобные тем, которые впервые были разработаны Розелиусом, продолжали доминировать и иногда называются метод прямого использования органических растворителей. Однако из-за проблем со здоровьем, связанных с бензолом (который сегодня признан канцероген ),[8] вместо этого в коммерческих процессах используются альтернативные растворители, такие как дихлорметан или же ацетат этила.[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, 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 - это 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. An равновесие достигается после нескольких циклов, когда вода и бобы имеют схожий 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 начальном этапе 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

Мешок зеленых кофейных зерен, очищенных от кофеина по технологии Swiss Water

Альтернативный метод удаления кофеина из кофе - это процесс Swiss Water. В этом процессе не используются органические растворители, вместо этого для удаления кофеина из бобов используется только вода - методика, впервые разработанная в Швейцарии в 1933 году и коммерциализированная Coffex S.A. в 1980 году.[5] Затем процесс Swiss Water был внедрен компанией Swiss Water Decaffeinated Coffee Company из Бернаби, британская Колумбия, Канада, 1988 год.[12]

В процессе используются Экстракт зеленого кофе (GCE) для механизма экстракции кофеина. 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 бобы, содержащие как кофеин, так и другие компоненты, добавляются в раствор GCE, где перепад градиента давления между GCE (который не содержит кофеина) и зеленым кофе (который богат кофеином) заставляет молекулы кофеина мигрировать из зеленый 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 пропускают через Активированный уголь фильтры, чтобы снова удалить кофеин, и процесс повторяется. Непрерывный периодический процесс занимает 8–10 часов, чтобы достичь конечной цели по остаточному количеству без кофеина.[14][15]

Известный пищевой инженер Торунн Аттераас Гарин также разработали 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 высоких температур триглицериды в маслах удалите из бобов кофеин, но не ароматизирующие 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 CO2 процесс

Пищевые ученые также обратились к сверхкритический диоксид углерода как средство от кофеина. Разработанный Куртом Зозелем, ученым из Института Макса Планка, он использует CO2, нагретый и находящийся под давлением над его критическая точка, чтобы извлечь кофеин.[5] В этом процессе зеленые кофейные зерна обрабатываются на пару, а затем добавляются в сосуд высокого давления. Смесь воды и углекислого газа (CO2) циркулирует через сосуд при 300 атм и 65 ° C (149 ° F). При этой температуре и давлении CO2 это сверхкритическая жидкость со свойствами, находящимися на полпути между газом и жидкостью. Кофеин растворяется в CO2; соединения, влияющие на аромат сваренного кофе, в значительной степени нерастворимы в CO.2 и оставаться в бобе. В отдельном сосуде кофеин очищается от CO.2 с дополнительной водой. Сотрудничество2 затем рециркулирует в сосуд высокого давления.[3][18]

Содержание кофеина в кофе

Смотрите также: Кофе § Содержание кофеина

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 нанимать высокоэффективная жидкостная хроматография чтобы количественно измерить, сколько кофеина осталось в кофейных зернах. Однако, поскольку ВЭЖХ может быть довольно дорогостоящим, некоторые кофейные компании начинают использовать другие методы, такие как спектроскопия в ближней инфракрасной области (NIR).[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: ультрафиолетовая видимая спектроскопия, что может быть очень полезно для процессов декофеинизации, которые включают сверхкритический CO2, как CO2 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] и порция 355 мл (12 унций) Кока-Кола содержит 36 мг.[25]

Оба этих исследования проверяли содержание кофеина в кофе, сваренном в магазине, и предполагали, что кофеин может быть остатком обычного кофе, а не 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]

Перспективы кофе типа Decaffito были продемонстрированы открытием натурального кофеина без кофеина. Coffea charrieriana, сообщил в 2004 году. Имеет недостаточный кофеинсинтаза ген, ведущий к накоплению теобромин вместо того, чтобы превращать его в кофеин.[27] Либо этот признак может быть передан другим кофейным растениям путем скрещивания их с C. charrieriana, или эквивалентный эффект может быть достигнут выбивание ген синтазы кофеина в нормальных кофейных растениях.[28]

Чай без кофеина

Дальнейшая информация: Влияние чая на здоровье

Чай также может быть без кофеина, обычно с использованием процессов, аналогичных прямому методу или CO.2 процесс, как описано выше. Процесс окисления чайных листьев для создания черный чай ("красный" в китайский чай культура) или чай улун листья из зеленых листьев не влияют на количество кофеина в чае, хотя подвиды чайных растений (т.е. Camellia sinensis sinensis против. Camellia sinensis assamica ) может отличаться натуральным содержанием кофеина. Молодые листья и почки содержат больше кофеина на вес, чем более старые листья и стебли.[нужна цитата ] Хотя СО2 процесс благоприятен тем, что он удобен, невзрывоопасен и нетоксичен,[29] Сравнение обычного зеленого чая и зеленого чая без кофеина с использованием сверхкритического диоксида углерода показало, что большинство летучих, неполярных соединений (таких как линалоол и фенилацетальдегид ), зеленые и цветочные ароматизаторы (такие как гексаналь и (E) -2-гексеналь), а некоторые неизвестные соединения исчезли или уменьшились после удаления кофеина.[30]

Помимо CO2 В процессе экстракции чай также может быть очищен от кофеина с использованием 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 % содержания кофеина и сохранено 95% от общего количества катехины.[31] Катехины, тип флаванолы, вносят свой вклад в аромат чая и, как было показано, усиливают подавление мутагены что может привести к раку.[32]

И кофе, и чай имеют дубильные вещества, которые несут ответственность за свои вяжущий вкус, но чай содержит почти в три раза меньше танинов, чем 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 они обладают антиканцерогенными, антимутагенными, антиоксидантными и антимикробными свойствами. В частности, дубильные вещества ускоряют свертывание крови, снижают кровяное давление, снижают уровень липидов в сыворотке и модулируют иммунные реакции.[34]

Определенные процессы во время нормального производства могут помочь напрямую уменьшить содержание кофеина или просто снизить скорость его высвобождения во время каждого вливания. Несколько примеров в Китае, где это очевидно, - это во многих приготовленных пуэр чаи, а также более сильно обстрелянные Гора Уи улуны; обычно называемый «чжунхуо» (средний огонь) или «цзухуо» (высокий огонь).[нужна 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 распространенная техника отказа от коротких (от 30 до 60 секунд) крутых поворотов[36] считается, что значительно снижает содержание кофеина в последующем пиве за счет некоторой потери вкуса, исследования показывают, что пятиминутное заваривание дает до 70% кофеина, а второе заваривание содержит на одну треть кофеина первого (около 23% от общего количества кофеина в листьях).[37]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c «Исследование: кофе без кофеина не без кофеина». 15 октября 2006 г.. Получено 2008-01-12.
  2. ^ Вайнберг, Беннетт Алан; Билер, Бонни К. (2001). Мир кофеина: наука и культура самого популярного в мире наркотика. Психология Press. ISBN  9780415927222.
  3. ^ а б c 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. Дои:10.1080/10408699991279231. PMID  10516914.
  4. ^ "Откуда у меня кофе без кофеина?". Освещение. 7 февраля 2012 г. Архивировано с оригинал на 2012-02-08.
  5. ^ а б c d Эмден, Лоренцо. «Декафеинация 101: четыре способа избавиться от кофеина в кофе». Кофе Конфиденциально. Получено 29 октября 2014.
  6. ^ Патент США 897840, Иоганн Фридрих Мейер-младший, Людвиг Розелиус, Карл Генрих Виммер, «Приготовление кофе», выпущенный 1 сентября 1908 г. 
  7. ^ "Людвиг Розелиус (1874–1943)". Получено 2012-08-20.
  8. ^ Международное агентство по изучению рака. «Химические вещества и родственные профессии, Том 100F. Обзор канцерогенов для человека» (PDF). Международное агентство по изучению рака. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-08-21. Получено 2014-08-20.
  9. ^ Рональд Кларк и О. Визтум Кофе: последние события. Blackwell Science 2001, стр. 109.
  10. ^ 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. 
  11. ^ Рональд Кларк и О. Визтум Кофе: последние события. Blackwell Science 2001, стр. 111.
  12. ^ История процесса удаления кофеина из SWISS WATER В архиве 2006-12-30 на Wayback Machine, 04 янв 2007 г.
  13. ^ Даулинг, Стивен. "Как вы избавляетесь от кофеина?". www.bbc.com. Получено 2020-08-07.
  14. ^ «Извлечение кофеина из чая: озеленение химии» (PDF).
  15. ^ «Метиленхлорид (дихлорметан)».
  16. ^ "Торунн А. Гарин, 54 года, специалист по питанию". Нью-Йорк Таймс. 1 мая 2002 г.
  17. ^ США 4113887A, Крамер, Франклин; Яир Стив Хениг и Торунн Аттераас Гарин и др., "Процесс адсорбции", выданный 24 февраля 1977 г. 
  18. ^ «Как они это делают ?: S7 E15 - Кофе без кофеина; копченый лосось; струи воды». Как они это делают?. 1 декабря 2013 г. Архивировано с оригинал 1 апреля 2019 г.. Получено 1 апреля 2019.
  19. ^ "Кофе без кофеина". www.espressocoffeeguide.com. Получено 2015-12-08.
  20. ^ Филиал, Законодательные службы. «Сводные федеральные законы Канады, Положения о пищевых продуктах и ​​лекарствах». rules.justice.gc.ca. Получено 2018-07-19.
  21. ^ «Определение кофеина в кофе без кофеина методом NIR-спектроскопии» (PDF). Расшифровщик. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-03. Получено 2015-12-08.
  22. ^ «Измерение концентрации кофеина» (PDF). Указания по применению прикладной аналитики № AN-019.
  23. ^ "Вы действительно получаете кофе без кофеина без кофеина?" В архиве 2008-05-27 на Wayback Machine Независимое исследование 10 популярных сортов кофе без кофеина. Просмотрен 5 августа 2008 г.
  24. ^ «Содержание кофеина в кофе, чае, газированных напитках и многом другом» Список содержания кофеина в напитках, которые содержат кофеин. Просмотрен 28 августа 2012 г.
  25. ^ «Количество кофеина в газированных напитках: все виды колы, о которых вы только можете подумать» Список содержания кофеина в популярных безалкогольных напитках. Просмотрен 28 августа 2012 г.
  26. ^ 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. Дои:10.1007 / s12042-009-9032-7. S2CID  36008460.
  27. ^ Silvarolla MB, Mazzafera P, Fazuoli LC (июнь 2004 г.). «Биохимия растений: кофе арабика без кофеина». Природа. 429 (6994): 826. Дои:10.1038 / 429826a. PMID  15215853. S2CID  4428420.
  28. ^ Коглан, Энди (23 июня 2004 г.). «Обнаружен натуральный кофе без кофеина». Новый ученый.
  29. ^ 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.
  30. ^ Lee, S .; Парк, М.К .; Kim, K.H .; 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. Дои:10.1111 / j.1750-3841.2007.00446.x. PMID  17995663.
  31. ^ 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. Дои:10.1016 / j.foodchem.2006.03.054.
  32. ^ 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. Дои:10.1093 / mutage / 11.6.597. PMID  8962430.
  33. ^ Саволайнен, Х (1992). «Таниновое содержание чая и кофе». J Appl Toxicol. 12 (3): 191–192. Дои:10.1002 / jat.2550120307. PMID  1629514. S2CID  42678826.
  34. ^ 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. Дои:10.1080/10408699891274273. PMID  9759559.
  35. ^ Импорт чая Аптон (2003). «Чай и кофеин». Информационный бюллетень об импорте чая Upton. 16 (1). Получено 2007-01-26.
  36. ^ «FAQ при императорском чайном дворе», www.imperialtea.com, 2002 г.
  37. ^ Моник Б. Хикс; YH. Пегги Хси и Леонард Н. Белл (1996). «Приготовление чая и его влияние на концентрацию метилксантина». Food Research International. 29 (3–4): 325–330. Дои:10.1016/0963-9969(96)00038-5.