Что содержит кофеин? какие вещества входят в состав

ИсторияПравить

Кофейня в Палестине, 1900 г.

Габриэль де Кльё поливает саженец кофейного дерева

В России кофе оказался при царе Алексее Михайловиче и служил средством от многих болезней, в том числе от мигрени. Тем не менее именно обычай пить кофе связывают с именем Петра I. Он, по утверждениям историков, насильно поил «горьким пойлом» приближённых. В 1703 году был открыт первый кофейный дом.

В XVIII веке европейцы завезли саженцы кофейного дерева во многие тропические страны по всему миру. Кофе выращивается в 65 странах. Больше всего кофе производится в Бразилии (на её долю приходится около 40 % мирового производства кофе), Колумбии, Вьетнаме, Индонезии, Мексике, Индии и Эфиопии.

Подделка зерен арабикиПравить

Обращаясь к коллегам и друзьям с фразой «Может, по чашечке кофе?», чаще всего мы приглашаем их сделать перерыв, отдохнуть. Кто-то действительно наслаждается вкусом этого ароматного напитка, но чаще всего мы пьем кофе, чтобы взбодриться.

Согласно исследованиям Международной организации кофе, в ближайшие пять лет употребление этого напитка увеличится почти на 25%. Количество кофеен в городах России растет, что свидетельствует о востребованности кофейного напитка. Поэтому можно утверждать, что в ближайшей перспективе мы будем пить кофе еще больше.

Сведения о химическом составе кофе

Насчитывается более 1000 химических веществ, содержащихся в кофе. Сегодня их молекулярные и физиологические эффекты являются областью активных исследований.

Белки, жиры и углеводы

Основными питательными веществами сырых кофейных зерен являются полисахариды клеточных стенок, на долю которых приходится 48-60% сухого веса продукта. Наиболее многочисленными из них признаны галактоманнаны и арабиногалактаны, которые представляют собой пищевые волокна. Также в составе семян присутствуют целлюлоза, сахароза, пентоза и пектиновые вещества.

Общее содержание протеинов в кофе достигает 11%. Около 45% белков продукта принадлежит семейству глобулинов 11S, которые используются в качестве депо питательных веществ, расходуемых при прорастании семян. Они стабильны и почти не разрушаются в пищеварительном тракте человека. Помимо запасных протеинов, в составе зерна присутствуют пептиды и около 18 типов свободных аминокислот, которые играют решающую роль в формировании цвета, аромата и вкусовых качеств посредством участия в реакции сахароаминной конденсации.

Сырые зерна обогащены липидами, концентрация которых варьируется в зависимости от вида растения. Например, в арабике обнаруживается до 18% жиров, в робусте – до 13%, в либерике – до 12%. Общие свойства липидов во многом зависят от входящих в их состав жирных кислот. В основном это ненасыщенные триглицериды, которые легко окисляются.

При этом количество свободных жирных кислот в зернах лучших сортов составляет 1-3%, а в сырье низкого качества может достигать 20%.

Витамины и микроэлементы

Продукт содержит небольшие концентрации витаминов. Самыми многочисленными признаны ниацин и фолиевая кислота, средняя концентрация которых составляет 0,7 мг и 4,7 мкг на 100 г сухого зерна соответственно. Ниацин способствует снижению холестерина в крови и улучшает азотистый и углеводный обмен. Фолиевая кислота принимает участие в образовании аминокислот и эритроцитов, обеспечивая нормальную работу сердца.

В кофе содержится немного микроэлементов, среди которых доминируют калий и магний.

Алкалоиды

В кофейных зернах обнаружены пуриновые и пиридиновые алкалоиды. К первому типу относятся кофеин и теобромин, средняя концентрация которых в высушенном продукте составляет 1,13% и 0,01% соответственно. Эти вещества имеют горький вкус и оказывают стимулирующее действие на центральную нервную систему. Кофеин углубляет дыхание и повышает тонус сосудов, а теобромин усиливает коронарный кровоток и потребность миокарда в кислороде.

Основным пиридиновым алкалоидом растения является тригонеллин, на долю которого приходится 1,2% массы сухих зерен.

Этот алкалоид производит несколько физиологических эффектов:

• нормализует липидный обмен, повышая активность ферментов;
• способствует снижению уровня сахара в плазме крови, стимулируя секрецию инсулина;
• предотвращает повреждение нервных клеток путем нейтрализации свободных радикалов;
• снижает патологическую возбудимость нервной системы;
• улучшает когнитивные способности.

Поступление алкалоидов кофе в организм взаимосвязано с повышением противовирусного иммунитета и снижением риска развития онкологических заболеваний.

Таурин

В семенах кофейного дерева таурин не обнаружен, однако его добавляют в состав молотого продукта в целях повышения энергоэффективности метаболизма.

Соединение принадлежит к классу сульфоновых кислот, небольшое количество которых синтезируется в клетках белой жировой ткани, печени и почек человека. Таурин обладает антиоксидантной активностью и усиливает нейромодулирующие эффекты кофеина. Однако механизмы его действия слабо изучены, поэтому есть опасения по поводу отрицательных последствий при длительном потреблении этого вещества.

Хлорогеновые кислоты

Основную часть фенольных соединений кофе составляют хлорогеновые кислоты – сложные эфиры, построенные на основе кофейной и хинной кислот. Эти соединения обладают сильным антиоксидантным действием и предотвращают повреждение нервных клеток головного мозга. Поэтому их используют в медицине в целях профилактики нейродегенеративных патологий и улучшения когнитивных способностей.

Кофе с молокомПравить

Существует множество рецептов приготовления кофе с добавлением молока.

Повышенная чувствительность к кофеину

Людям с повышенной чувствительностью к кофеину при употреблении нескольких глотков обычного кофе кажется, что они выпили пять или шесть чашек эспрессо, что проявляется следующими симптомами:

• учащенное сердцебиение;
• головная боль;
• нервозность или тревога;
• возбуждение;
• раздражительность;
• бессонница.

Гиперчувствительность объясняется более интенсивным выбросом адреналина. Основная причина такого состояния — сниженная функция детоксикации печени. Имеет место и индивидуальная непереносимость.

Психические расстройства, вызванные употреблением кофеинаПравить

Производящийся в Индонезии, на Филиппинах, во Вьетнаме, в южной Индии сорт Копи Лювак, или Капе Аламид, является самым дорогим кофе, поскольку для его приготовления плоды кофе (ягоды с зёрнами внутри) должны пройти через желудочно-кишечный тракт мусанга, или азиатской пальмовой циветты — небольшого зверька семейства виверровых. Вид кофе, прошедший через ЖКТ слонов, называется Black ivory.

ПолучениеПравить

Традиционный синтез из мочевой кислоты состоит из 2 стадий:

• Действие формамида на мочевую кислоту, в результате чего образуется ксантин.
• На 2-й стадии ксантин подвергается метилированию диметилсульфатом, в зависимости от условий возможно получение кофеина и теобромина.

Кофеин получается в слабощелочной среде при pH 8,0—9,0. Если же метилирование происходит в присутствии KOH и метанола при то образуется теобромин.

Полученный 8-метилксантин метилируют, при этом в зависимости от условий проведения реакции могут быть получены 1,3,7,8-тетраметилксантин или 3,7,8-триметилксантин.

Схема синтеза кофеина из 1,3-диметилмочевины и этил-2-цианоацетата по методу Траубе

Порядок замещения в пуриновом ядре зависит от «кислотности» соответствующих атомов водорода. Атомы водорода в положениях 3,7 обладают близкой кислотностью, атом же водорода в 1-м положении обладает более низкой кислотностью. В соответствии с этим при метилировании ксантина порядок замещения — 3,7 и 1. Для получения из 8-метилкофеина и соответственно, кофеина и теобромина необходимо удалить метильную группу из положения 8. С этой целью полученные три и -тетраметилпроизводные ксантина подвергают хлорированию.

СсылкиПравить

• Чай станет символом русского консерватизма // Взгляд, 27 мая 2020
• Istituto Espresso Italiano . Istituto Nazionale Espresso Italiano.
• Specialty Coffee Association .

ПрименениеПравить

Из-за возбуждающего свойства кофеина и физического привыкания к нему многие люди употребляют кофеиносодержащие продукты (напитки) для взбадривания. Кофе чаще всего пьют утром для быстрого восстановления бодрости после сна. Чай (чёрный, зелёный) пьют в любое время дня, обычно после еды. Поскольку чай часто пьют из-за вкуса или для утоления жажды, производятся чаи без кофеина, не имеющие (порой нежелательных) свойств возбуждения ЦНС и повышения кровяного давления. Выпускается и декофеинизированный кофе.

В медицине кофеин (и кофеин-бензоат натрия) применяют при инфекционных и других заболеваниях, сопровождающихся угнетением функций ЦНС и сердечно-сосудистой системы, при отравлениях наркотиками и другими ядами, угнетающими ЦНС, при спазмах сосудов головного мозга (при мигрени и др.), для повышения психической и физической работоспособности, для устранения сонливости. Применяют также кофеин при энурезе у детей.

Кофеин также используется как мочегонное средство.

В основе психостимулирующего действия кофеина лежит его способность подавлять активность центральных аденозиновых рецепторов (А1 и А2) в коре головного мозга и подкорковых образованиях ЦНС. В настоящее время показано, что аденозин (промежуточный продукт метаболизма АТФ) выполняет в ЦНС роль нейромедиатора, агонистически влияя на аденозиновые рецепторы, расположенные на цитоплазматических мембранах нейронов. Возбуждение аденозином аденозиновых рецепторов I вида (A1) вызывает в клетках головного мозга уменьшение образования цАМФ, что в итоге приводит к угнетению их функциональной активности.

Блокада А1-аденозиновых рецепторов способствует прекращению тормозного действия аденозина, что клинически проявляется повышением умственной и физической работоспособности.

Однако кофеин не обладает избирательной способностью блокировать только А1-аденозиновые рецепторы головного мозга, а также блокирует и А2-аденозиновые рецепторы. Доказано, что активация А2-аденозиновых рецепторов (скорее всего, пресинаптических гетерорецепторов) в ЦНС сопровождается подавлением функциональной активности D2 дофаминовых рецепторов. Блокада кофеином А2-аденозиновых рецепторов способствует восстановлению функциональной активности D2 дофаминовых рецепторов, что также вносит вклад в психостимулирующий эффект препарата.

• снижение умственной и физической работоспособности;
• сонливость;
• угнетение ЦНС, сосудистой и дыхательной систем (легкие отравления опиоидными анальгетиками и снотворными средствами);
• энурез у детей;
• головная боль сосудистого происхождения.

Со стороны ЦНС: возбуждение, тревога, тремор (дрожание пальцев рук и ног), беспокойство, головная боль, головокружение, судороги, усиление рефлексов, повышение мышечного тонуса, тахипноэ, бессонница; при внезапной отмене — усиление процессов торможения ЦНС (утомление и сонливость).

Со стороны ЖКТ: тошнота, рвота, обострение язвенной болезни.

Со стороны сердечно-сосудистой системы: усиленное сердцебиение, тахикардия, аритмия, повышение артериального давления.

Симптомы — боль в животе, ажитация, тревога, психическое и двигательное возбуждение, спутанность сознания, делирий (диссоциатив), обезвоживание, тахикардия, аритмия, гипертермия, учащенное мочеиспускание, головная боль, повышенная тактильная или болевая чувствительность, тремор или мышечные подергивания; тошнота и рвота, иногда с кровью; звон в ушах, эпилептические припадки (при острой передозировке — тонико-клонические судороги).

Кофеин в дозах более в сутки (в том числе на фоне злоупотребления кофе — более 4 чашек натурального кофе по может вызвать состояние тревоги, головную боль, тремор, спутанность сознания, экстрасистолию.

Кофеин, как и другие стимуляторы ЦНС, противопоказан при повышенной возбудимости, бессоннице, выраженной гипертензии и атеросклерозе, при органических заболеваниях сердечно-сосудистой системы, в старческом возрасте, при глаукоме. Приём кофеина ускоряет рост кист у больных поликистозом.

В каких случаях меняются состав и эффекты от кофе?

Состав, органолептические свойства и полезные эффекты кофе обусловлены степенью экстракции веществ зерен, которая зависит от множества параметров. На конечный химический профиль продукта влияют степень помола и обжарки семян, уровень температурного воздействия и состав воды.

В процессе обжарки происходит разрушение сахарозы и хлорогеновых соединений, однако увеличивается концентрация уксусной и муравьиной кислот. При обжиге повышается и количество фенольных соединений.

https://youtube.com/watch?v=hdUjPSz8bas%3Ffeature%3Doembed

Влияние на здоровьеПравить

С изучением влияния кофе на продолжительность жизни человека связан известный эксперимент шведского короля Густава III, проведённый, как считается, в начале XVIII века. Двум приговорённым к смерти близнецам казнь была заменена на пожизненное заключение с условием, что один брат должен каждый день выпивать три кружки кофе, а второй — столько же чая. Утверждается, что оба испытуемых умерли в глубокой старости.

Диабет 2-го типа

Употребление кофе в количестве, превышающем рекомендуемую суточную норму, приводит к некоторым неблагоприятным последствиям для здоровья:

1. Увеличение веса. Кофеин повышает уровень гормона стресса кортизола, что может способствовать увеличению веса.

2. Низкий уровень энергии. Кофеин стимулирует надпочечниковую систему организма, которая на короткое время повышает уровень энергии. При злоупотреблении природным стимулятором можно получить обратный эффект — хроническую усталость.

3. Дефицит минералов. Кофеин снижает степень всасывания железа в желудке, усиливает выведение из организма кальция. Можно ли избавиться от анемии раз и навсегда? Стратегия от института МИИН — на бесплатном интенсиве «Анемия в практике нутрициолога».

4. Нарушенный сон. Употребление кофе блокирует аденозин — физиологический регулятор суточных ритмов, который отвечает за чувство сонливости к 21:00–22:00. Это становится причиной бессонницы. Научитесь регулировать факторы, влияющие на качество сна и умственную активность, на бесплатном интенсиве «Биохимия нервной системы».

5. Обезвоживание организма. Связано с мочегонным действием кофе. Некоторые симптомы обезвоживания:

• сухость во рту;
• сухость и резь в глазах;
• чувство жажды;
• сухость кожных покровов;
• постоянное чувство голода;
• снижение объема мышечной массы;
• проблемы с иммунитетом и продолжительные болезни;
• хроническая усталость;
• проблемы с пищеварением;
• дряблость кожи и признаки преждевременного старения;
• головная боль, головокружения.

6. Кофеиновая зависимость. Вы находитесь в группе риска, если потребление кофеина превышает 1000 мг в день. Наличие одного из нижеперечисленных признаков свидетельствует о формировании кофеиновой зависимости:

• количество потребляемого кофеина превышает необходимую потребность;
• возникает осознанное желание контролировать количество употребляемого кофеина;
• количество времени, требуемое на восстановление организма после приема кофе, возрастает;
• продолжаете употребление вопреки физическим или психологическим проблемам.

Следует также обратить внимание на неблагоприятные симптомы, возникающие при отказе от употребления кофеиносодержащих напитков (синдром отмены):

• головные боли;
• повышенная утомляемость;
• вялость, обусловленная сниженным уровнем энергичности;
• снижение концентрации внимания;
• ухудшение самочувствия;
• депрессия;
• раздражительность.

Физические свойстваПравить

Белые игольчатые кристаллы горьковатого вкуса, без запаха. Хорошо растворим в хлороформе, плохо растворим в холодной воде (1:60), легко — в горячей (1:2), трудно растворим в этаноле (1:50). Растворы имеют нейтральную реакцию; стерилизуют при +100 °C в течение 30 мин. Т пл. 234 °C.