Consumul de Cafea

CUPRINS

Introducere

Popularitatea și recunoașterea la nivel mondial a cafelei se datorează aromei sale unice, ceea ce transformă cafeaua intr-una din cele mai dorite și cel mai frecvent consumate băuturi. Cafeaua are importanță culturală, socială și economică. Are în compoziție peste 1500 de substanțe chimice (aproximativ 850 volatile și 700 solubile). Astfel este de inteles, de ce știința cafelei este foarte specializată, cerând o abordare multidisciplinară, implicând domenii ca genetică, agronomie, botanică, fizică, matematică, chimie, biochimie, biologie, inginerie și fiziologie, printre altele.

Stiinta cafelei a inceput odată cu procesul de dezvoltare a culturii cafelei, unde mulți factori pot influența calitatea și compozitia chimică a unei boabe de cafea neprelucrată: locația, altitudinea, vremea, compoziția solului și fertilizarea lui, modul de cultivare, de strângere a recoltei, precum și metoda de uscare folosită.

Se cunosc mai mult de 60 de specii din genul Coffea L (Rubiaceae). Cele mai importante sunt: Coffea arabica (cafea Arabica); Coffea canephora (cafea Robusta); Coffea liberica (cafea Liberica) și Coffea dwevre (cafea Excelsa).

Cafeaua Arabica și Robusta constituie circa 99% din producția mondială de cafea, iar Liberica și Excelsa contribuie circa 1%. Țările cele mai mari producătoare de cafea sunt: Brazilia, Columbia, Indonezia și Mexic (Bulancea M., Râpeanu G., 2009).

Se comercializează multe sortimente: cafea boabe prăjite, cafea prăjită și măcinată, precum și cafea solubilă (ness), cafea decofeinizată, capucino, cafea cu lapte, etc. Boabele de cafea pot fi stropite cu aromatizanți pentru a imbunătății gustul și aroma..

Fig. 1.1. Piata cafelei – http://www.coffeeservices.ro/despre-noi

Evoluția cafelei în lumea întreagӑ

Înainte de anul 1000 InH – membrii triburilor din Ethiopia au observat că dacă consumă fructele arborelui de cafea au mai multă energie în ziua respectivӑ.3

1000 iH – negustorii arabi au adus cafeaua pe tarâmul lor și au început cultivarea acesteia pentru prima oara în plantații. Boabele arborelui de cafea au fost fierte si transformate într-o băutură numită “qahwa” (“băutura ce alungă somnul”).

1453 – cafeaua a fost dusă la Constantinopol unde s-a deschis prima cafenea din lume.

1600 – cafeaua a fost introdusă în Italia iar Papa Clementin al VIII lea “botează” cafeaua ca băutura permisă creștinilor;

1645 – s-a deschis prima cafenea italienească la Veneția.

1672 – s-a deschis prima cafenea la Paris.

1700 – în Londra au existat peste 2000 de cafenele. Regele Charles al III lea le-a interzis căci în aceste locuri se punea la cale revoluția. Interdicția a durat 11 zile poporul împotrivindu-se.
1727 – a început industria de cafea din Brazilia

1773 – în SUA cafeaua a fost proclamată băutura națională

1822, în Franța, este construit primul aparat pentru cafea expresso;

1900 – în Germania cafeaua devine prilej de întalnire dar și de afaceri.

1900 – Hill Bros începe să împacheteze cafeua prăjită și rășnita în pungi vacuum. Iar chimistul Satori Kato obține prima cafea solubilă.

1901- Luigi Bezzera în Italia inventează primul aparat de espresso.

1946 – Achilles Gaggia perfecționează primul espressor și astfel apare băutura Cappuccino, numită după asemănarea culorii cu robele călugărilor din ordinul Capuchin.

Anii 2000 – După industria petrolieră, industria de cafea a ajuns pe locul doi în lume, în privința importanței economice.

Se diferențiază primii 10 producători de cafea de pe glob. Brazilia, Vietnam, Indonezia si Columbia reușesc sa-și susțină economia națională din producerea și exportarea cafelei. Astăzi Italia și rețetele italiane sunt simboluri ale autenticității.

(http://www.cafelepremiate.ro/5808/pages/istoria-cafelei.aspx).

Pe plan mondial țările producătoare de cafea pot fi grupate, în mare parte, în patru zone geografice :

America centrală și caraibe –

America de sud

Africa

Asia

Partea I. STUDIU BIBLIOGRAFIC

1.Cafea – generalități

1.1. Arborele de cafea – descriere botanicӑ

Cafeaua a fost prima dată menționată de către un fizician arab numit Rhazes, prin anul 900. La început a fost considerat un aliment, apoi vin, un medicament, iar în cele din urmă o băutură. Utilizarea ei ca băutură caldă începe în urmă cu 700 de ani.

La început boabele de cafea erau zdrobite și amestecate cu grăsime, pentru a forma bile de mâncare. Arborele de cafea provine din Etiopia. De aici el a fost dus în Arabia, India, Ceylon, Java, Martinique,Surinia, Brazilia, Filipine, Mexic. Cele mai recente extinderi au fost în Africa și Indochina. Băutura a fost introdusă din Arabia în Turcia, unde cafenelele au început să funcționeze din 1554, Veneția 1615, Franța 1644, Anglia 1650, America N 1668. prim cafea din Londra 1652.

Coffea Arabica este arborele cultivat în cea mai mare parte pentru boabe.Are frunze verzi lucioase si poate să atingă o lungime de maximum 20 cm, asemănătoare cu cele de laur, dispuse opus două câte două, de-a lungul ramurilor, în funcție de altitudine și climat.

Arborele de cafea poate să înflorească tot timpul anului, având florile albe, care cresc sub formă de ciorchine și au un miros puternic, asemănătorca cu al iasomiei sau de portocală, iar perioada de înflorire variază de la o zona la alta. Caracteristic pentru arborele de cafea este faptul că în toate sezoanele se găsesc în același arbore ramuri de flori, ramuri de fructe verzi, coapte, culorile trecând de la verde, la galben, la roșu deschis și în final la roșu purpuriu la maturitatea completă.

Boabele de cafea la început au culoarea sunt verde închis, și pe măsură ce se dezvoltă se transformă în galben verzui, iar când sunt coapte în roșu aprins. Învelișul boabelor este mucilaginos, ele sunt învelite într-o membrană fină, semitransparentă, denumită pieliță argintie.

Fructele de cafea se aseamana cu cele de cireșe si contin circa pulpă 68%, tegument 6% si aproximativ 26% bob curat. Fructul arborelui de cafea, din punct de vedere botanic, este o drupa falsa, acoperită de un tegument membranos care-și schimbă culoarea în funcție de stadiul de dezvoltare a fructului. Fructele ajung la maturitate în 7–9 luni culoarea lor fiind roșu stacojiu. Bacele conțin de regulă două semințe (boabe de cafea). Concentrația în cofeină este de 0,8 – 1,4%.

Bobul de cafea este format din două părți aplatizate și despărțite de o adâncime longitudinală. Culoarea este verde în interior și este acoperit de o pelicula subțire argintie, peste care se află un înveliș pergamentos de culoare galbenă spre brună. Există însă fructe în interiorul cărora se găsește un singur bob de cafea de formă rotundă și care este denumit Caracoli.

Boabe de cafea Caracoli provin din fructele arbuștilor îmbătrâniți, care cresc pe ramurile lor exterioare. Caracteristica lor este faptul că au o aromă mai pronunțată decât a cele de formă naturală, din acest motiv boabele de cafea Caracoli sunt atent selecționate de cultivatori și mult apreciate pentru aroma și savoarea lor.

Frunze de cafea Florii de cafea

http://lumeaflorilor.com/picture/vreau_sa_stiu_mai_multe_despre_aciasta_planta/cafea/copacel_de_cafea_de_apartament_1k5b31de01b4.jpg

1.2. Beneficiile consumului de cafea

Cafeaua este cultivată pentru fructele sale, ce dau boabele de cafea, din acestea după ce sunt prăjite și măcinate se prepară o băutură cunoscută aproape în toată lumea. Din boabele de cafea duă prăjire se poate face o pudră, care pusă în apă formează imediat o băutură.

Consumată moderat, cafeaua poate fi un remediu excelent pentru multe afecțiuni și are aplicabilitate chiar și în cosmetică, fiind foarte eficientă în lupta cu ridurile și celulita, datorită cafeinei, antioxidanților sau vitaminei PP. Însă, în cazul unei supradoze, cafeaua poate avea efecte adverse foarte periculoase pentru sănătate.

Cafeaua se folosește, de asemenea, în cofetărie pentru prepararea diferitelor prăjituri și a diferitelor sortimente de înghețată.

Diferite studii ale unor cercetători în domeniul neurologiei au sublinniat că cei care consumă cu regularitate cafea prezintă riscuri mai mici de a dezvolta afecțiuni cerebrale pe măsură ce îmbătrânesc, comparativ cu cei care nu beau cafea. La fel, sunt atribuite beneficii importante polifenolilor din cafea, care ne ajută să ne îmbunățim capacitățile cognitive. „Cafeaua, și nu cafeina, este cea care ne aduce beneficii clare pentru starea generală a sănătății, ducând la reducerea riscului de a avea boli cardiovasculare și diabet”, (Terry Graham, profesor de nutriție la Universitatea din Guelph, Canada). O ceașcă de cafea pe zi are un efect pozitiv, reducând cu un sfert riscul de atac cerebral. Cafeaua reduce inflamațiile și stresul oxidativ și mărește senzitivitatea la insulină, consideră oamenii de știință http://www.puterea.ro/monden/beneficii_si_contraindicatii_cafeaua_o_arma_cu_doua_taisuri-58438.html.

Pulpa fructelor, uscată sau proaspătă, poate fi folosită ca îngrășământ organic sau în alimentația animalelor datorită conținutului în hidrați de carbon, pulpa poate servi la prepararea unor uleiuri esențiale pentru parfumuri.

Fructele de cafea apar la 6–7 luni după ce pomul a înflorit și au o culoare roșu aprins. Atunci sunt gata de cules. Sezonul de coacere diferӑ în funcție de climă și altitudine.

Cafeaua Arabica se cultivă de foarte mult timp și este cea mai răspândită. Producția din America Centrală și America de Sud, care reprezintă 60% din producția mondială, este din cafeaua arabica.

Cafeaua Robusta, aparținând speciei Coffea Conephora, este foarte cultivată în Africa tropicală și în Indonezia.

Beneficiile cafelei verzi

În fiecare zi, organismul nostru trebuie să lupte împotriva radicalilor liberi, precum stresul, poluarea sau alți factori care distrug celulele organismului. Cafeaua verde conține o cantitate mare de antioxidanți care asigură o stare de bine organismului. Antioxidanții sunt componentele naturale care ne ajută să ne menținem starea de sănătate și reduc stresul oxidativ. Apar din ce în ce mai multe produse din cafea verde, sau combinație între cafea verde și cafea prăjită.

Cafeaua verde conține compuși antioxidanți din clasa polifenolilor. Polifenolii sunt absorbiți rapid de corpul uman și protejează organismul împotriva radicalilor liberi și a îmbătrânirii. Consumul de cafea verde nu are efecte negative, astfel, cei care vor alege să consume cafea din boabe verzi în loc de cafea din boabe prăjite pot evita insomnia, tahicardia sau creșterea tensiunii arteriale.

Prezent în toate tipurile de cafea, In cantități mari și în afeaua verde, acidul clorogenic, neutralizează radicalii liberi care atacă structura sistemului celular. Această substanță este utilă în tratarea cancerului. Alte efecte terapeutice ale cafelei verzi efect antiîmbătrânire, reglează metabolismul și suplimentează glucoza din organism, iar acidul cafeic acționează ca un tonic general.

1.3. Compoziția chimică și proprietăți

Compozitia chimica a cafelei rezultă din combinația factorilor care țin de cultura arborelui de cafea, de tehnicile de prăjire, de amestecarea soiurilor și de preprararea băuturii ca atare. Compușii hidrosolubili sunt reprezentați de polimeri fenolici, proteine, polizaharide, acizi clorogenici, minerale, apă, cofeină, acizi organici, glucide cu moleculă mică , lipide, substanțe aromate, vitamine (din complexul B, îndeosebi niacina).

În cafeaua brută (verde) circa 34% din componentele sale sunt solubile în apă, în timp ce la cafeaua prăjită acestea scad până la circa 30%. Cafeaua prăjită conține prin urmare o cantitate mai mică de extract, întrucât o parte importantă din substanțele solubile în apă (zaharul, substanțele tanante etc.) conținute în cafeaua verde se distrug în timpul procesului de prăjire. Extractul obținut din cafeaua prăjită prezintă, de regulă, următoarele componente: grăsimi, cofeina, substanțe minerale, zahăr, acid cafetanic, proteine și unele cantități de vitamine din grupul B, inclusiv vitamina PP (acidul nicotinic) (tabel 1.1).

Proteinele- reprezintă între 8-12%, fiind o sursă importantă de aminoacizi. Majoritatea proteinelor se degradează în timpul maturării punând în libertate aminoacizi liberi. Degradarea proteinelor este accelerată de prezența acizilor organici, cum ar fi acizii clorogenici și derivații acestuia. Cafeaua maturată conține aproximativ 4-4,5 mg aminoacizi liberi, alanina și asparagină fiind cele mai importante. Cafeaua prăjită teoretic conține aminoacizi liberi deoarece la temperatura de prăjire a cafelei aminoacizii vor fi transformați în produși Maillard, care vor asigura gustul amărui al cafelei.

Glucidele – cafeaua verde este o sursă importantă de carbohidrați, reprezenând 50 din substanța uscată. Conținutul de zaharuri variază între 5-10%. Principalele polizaharide prezente în boabele de cafea sunt: arabinogalactani, galactomanani, celuloză. Dintre monoglucide în proporție mai mare se găsesc: fructoza, glucoza, galactoza și manitolul, acesta din urmă având un rol important în neutralizarea radicalilor liberi formați în timpul peroxidării lipidelor din membranele biologice.

Lipidele – conținutul total de lipide din cafeaua verde uscată este cuprins între 11,7 și 14g/100g. Lipidele sunt prezente pe suprafața și în interiorul boabelor de cafea. La suprafață se formează un strat protector de substanță ceroasă, care protejează interiorul boabelor de cafea împotriva oxidării, pătrunderea insectelor și difuzia compușilor moleculari cu masă mică.

Lipidele din interior sunt reprezentate de trigliceride, acid linoleic, palmitic, și esteri. Cafeaua arabica are un conținut mai mare de lipide (între 13,5 și 17,4%), decât cafeaua robusta între 9,8 și 10,7%). Diterpenele reprezintă aproximaticv 20% din fracțiunea lipidică. In uleiul din boabele de cafea verde sunt esterificate cu acizi grași saturați. Aceste substanțe de culoare închisă (compuse din oleină și în cantități mai reduse de stearină și palmitină), atribuie cafelei aroma specifică.

Cafeina este principalul stimulent din cafea. Aceasta crește rezistența la efortul muscular și intelectual. Caffeolul, uleiul esențial din boabele de cafea prajite, asigură aroma și savoarea – un parfum oriental, care transformă cafeaua într-o băutură deosebit de apreciată. Există și alți componenți printre care și așa numiții acizi cafetanici, care în combinație cu cafeolul dau băuturii un gust deosebit.

Cafeina Acid cafeic

Boabele de cafea verde conțin:

apa (9-12%),

cafeina, acizi clorogenici (6,3-7,7%),

proteine (~2,5%), grăsimi,

zaharuri (5-10% -predominant pentozani),

celuloza (24%) și

substanțe minerale (3-5%).

Componenta principală a cafelei este cafeina, un alcaloid cu formula chimică generală C8H10N4O2, prezent în florile, frunzele și ramurile arborelui de cafea. In boabele de cafea verde, cafeina se găsește numai parțial în stare liberă șî variază între 0,90% – 2,0%. Cea mai mare parte a cafeinei este combinată cu acidul dorogenic, un alt component de bază al boabelor de cafea, care variază între 5 și 6%, în funcție sortimentul de cafea.

http://www.bursaagricola.ro/Info-Prelucrarea_boabelor_de_cafea_verde-51-24089-.html.

Cafeaua poate asigura circa 8% din necesarul zilnic de crom si o cantitate esențială de mangan (Santos și colab, 2004).

Tabel 1.1. – Compoziția chimică a boabelor de cafea verde (dupӑ Ashunst și Dennis, 1996)

În ceea ce privește cafeaua verde, o parte din conținutul original de cafeină se pierde prin vaporizare și se formează cafeolul, o substanță cu aromă foarte complexă care poate să conțină 850 uleiuri eterice volatile. Cafeolul este un distilat care se formează în timpul prăjirii.

Din punct de vedere chimic există două grupe de componenți care se formează în timpul coacerii și sunt solubili în apă – extractele grele și elementele ușoare aromate.

Extractele grele conțin cafeină, săruri minerale, proteine, caramel, zahăr, acid cafetanic, substanțe organice și grăsimi care vor face parte din soluția obținută cu apa fierbinte.

Extractele ușoare sunt denumite caffeol. Cafeina are un gust ușor amar. Ea furnizează stimulentul pentru care este consumată cafeaua. Conținutul de cafeină din Cafea Arabică este de 1,5%.

Mineralele împreună cu produsele hidrolizate ale fibrelor și cu acidul clorogenic, formează gustul astringent și amar al cafelei. Proteinele sunt prezente într-o cantitate neglijabilă din punct de vedere alimentar. Gustul dulce sau lipsa acestuia în cafea, depinde de conținutul de zahăr.

Acidul cafetanic este reprezentat de acizii clorogenic și cofalic, nefiind niciunul un adevărat tanin. Unele cafele au un conținut de acid cafetanic ridicat, iar altele un caracter acid ridicat. Analizele chimice arată că aciditatea unor cafele din India de Est, variază de la 0,013 – 0,33%.

Aciditatea anumitor cafele se datorează anumitor componente, altele decât acidul cafetanic. Adăugând o firimitură de bicarbonat de sodiu slab alcalin (NaHCO3) într-o ceașcă de cafea se poate observa modificarea care apare în aroma cafelei.

Elementele aromate ușoare și alte substanțe care pot fi distilate prin încălzire sunt factori importanți în determinarea individualizării cafelelor. Caffeolul prezent în diferitele cafele este responsabil de aroma plăcută a cafelei.

1.4. Compuși bioactivi din cafea

Cafeaua ca băutură preparată este bogată în compuși bioactive cum ar fi: Cafeina, acid clorogenic, pirogalic, nicotinic, tanic, quinolinic.

1.4.1. Alcaloizi – cafeina

Cafeina (cofeină) este unul dintre cei mai vechi stimulenți naturali, este un alcaloid din grupa purinelor, care se se găsește în cafea, ceai, nuci de cola, mate, guaraná și cacao. În1820, un farmacist german pe nume Friedlieb Ferdinand Rungef a izolat cofeină pură din boabele de cafea. În 1821, farmaciștii francezi Pierre Joseph Pelletier, Joseph Bienaimé Caventou si Pierre Robiquet au reușit de asemenea să izoleze cafeina. În anul 1832 Pfaff și Justus von Liebig au descoperit formula chimică a cafeinei C8H10N4O2. Formula structurală a fot descoperită abia în anul 1895 de Hermann Emil Fischer. Mecanismul de acțiune al cafeinei a fost studiat în secolul XX.

Denumire și structură chimica.

Numele de cafeină provine de la cafea, din care a fost izolată pentru prima oară substanța. După nomenclatura IUPAC, denumirea cafeinei este 1,3,7- Trimethyl-2,6-purindion sau, 1,3,7-Trimethylxanthin. Cafeina, ca și teofilina și teobromina, face parte din grupul purinelor. Structura cafeinei constă dintr-un inel dublu, care la exterior are o serie de substituenți, în centru fiind nucleul purinic. Cafeina pură se prezintă sub formă de cristale prismatice hexagonale incolore, inodore cu gust amar.

Utilizare si efecte biologice.

Cafeina este larg utilizată în alimentație, prin consumul de cafea.

Cafeina acționează ca:

•stimulent al SNC

•creșterea pulsului și tensiunii arteriale

•dilatator bronhial

•diuretic

•stimulant al peristaltismului intestinal.

1.4.2. Antioxidanții din cafea

Efectul cafelei asupra consumatorilor nu se datorează exclusiv cofeinei, ci și celorlalte componente din cafea, in special uleiurilor volatile. Boabele de cafea verde (neprӑjită) conțin un nivel de aproximativ 10% de acizi clorogenici (izomeri feluriți ai esterilor acidului quinic cu acizii trans-cinamici).

Acidul clorogenic – aparține clasei polifenolilor, cunoscuți drept antioxidanți. Cafeaua robusta conține 65mg/g acid clorogenic, iar cafeaua arabică conține 140 mg/g în funcție de momentul recoltării. La temperatura de prăjire acidul clorogenic este distrus în proporție mai mare decât 70%. Capacitatea antioxidantă a acidului clorogenic este mai mare decât al vitaminei C sau a manitolului fiind un neutralizant selectiv. Acidul clorogenic are un gust amărui, la o concentrație sub 50 mg/l apă. In concentrație de peste 1g/l apă imprimă un gust acru.

Se poate observa că acidul clorogenic este un important modulator al gustului mărind capacitatea de solubilizare a cafeinei.

Acid clorogenic Masa moleculară 354,31 g/mol

Densitate 1,28 g/cm3

Punct de topire 207 – 209°C

Are un gust astringent. Gustul pătrunzător al unor sortimente de cafea provine de la acidul clorogenic. Dacă se au în vedere proprietățile și compoziția sa, acidul clorogenic nu face parte din substanțele tanante continute și de boabele de cafea.

Acidul cafetanic este un altă substanță din compoziția cafelei, cu formula chimică generala C32H38O19 și se găsește în amestec cu acidul clorogenic și alte substanțe. Acesta variază între limitele de 4 și 8%, ajungând uneori până la 11%.

From the coffee plant to the cup: a journey through the chemistry of coffee

1.4.3. Compuși volatili din cafeaua verde

Boabele de cafea verde conțin, de asemenea: substanțe tanante, care dau cafelei un gust astringent, precum și diferiți acizi organici, printre care acidul citric (0,3%) și acidul oxalic (0,05%) sub formă de oxalat de potasiu.

Conțin acizi grași cu catenă scurtă, aldehide, compuși aromatici cu azot, cum ar fi derivați de pirazine, cu un miros aspru. Alți compuși cu miros neplăcut care au fost identificate în cafeaua verde sunt: acidul acetic, acidul propionic, acidul butanoic, acidul pentanoic, acidul heptanoic, până la acidul decanoic și aldehide. Acești compuși sunt responsabili pentru mirosul neplăcut al cafelei verzi. In timpul prăjirii boabelor de cafea se formează unii compuși care vor genera aroma plăcută a cafelei, compuși care nu sunt prezenți în cafeaua verde. Alți compuși vor neutraliza sau transforma mirosul neplăcut într-un miros inedit prin fermentația boabelor de cafea. Din păcate în timpul prăjirii se pot distruge și compuși importanți cum ar fi antioxidanți sau vitamine.

Acestia sunt constituenti de origine vegetală, prezenți în majoritatea plantelor. Cel mai comun acid clorogenic se formează între acidul cafeic și acidul quinic. In decursul prăjirii, aproximativ jumătate din acizii clorogenici pierd o moleculă de apă, formând legături esterice care conduc la apariția unei mixturi de quinolactone non-acide (quinide). Fierberea cafelei prăjite conduce la izomerizarea acestor quinide, rezultând sute de compuși diferiți fiecare având un potențial farmacologic unic. In ciuda faptului că nivelul lor este foarte scăzut (maximum 0,3% din substanța uscată a cafelei), fiecare poate contribui la efectul final al băuturii. S-a dovedit că ei au proprietatea de a pătrunde liber la creier. Acțiunea sinergică a diferitelor quinide asupra aceluiași organ poate sta la originea unora din efectele pozitive ale consumului de cafea.

Studii recente arată că parte dintre substanțele amintite au o acțiune antioxidantă importantă, cafeaua la ora actuală, fiind o sursă majoră de antioxidanți pentru lumea occidentală. Mai mult, antioxidanții sunt prezenți și în cafeaua decofeinizată.

Utilizându-se diferite metode de evaluare biochimică, s-a demonstrat cӑ puterea antioxidantă (in vitro) a cafelei este mai mare decât a berii, sucurilor de fructe, ice-tea-ului sau a ceaiului negru. Un studiu, efectuat în 2006, arată că ceaiurile și cafeaua sunt surse esențiale de antioxidanți (cafeaua: 97 mg/100 g, ceaiul: 30 – 36 mg/100 g). Studii de consum efectuate în Europa și America de Nord indică faptul că 64 % din cantitatea de antioxidanți ingerați provine din cafea, urmată la distanță de aportul realizat prin intermediul fructelor, ceaiului, vinului roșu.

Antioxidanții din cafea sunt fie preexistenți în bob, fie se formează în decursul prăjirii. In categoria celor preexistenți, se înscriu anterior amintiții acizii clorogenici. In vitro, acidul clorogenic și acidul cafeic au o mare putere antioxidantă. 200 ml cafea arabică aduc 70 – 200 mg acid clorogenic și 200 ml cafea robusta aduc 70 – 350 mg. Băutorii de cafea ingeră aprox 1 g/zi de esteri cinamici (mai ales acid clorogenic) și 500 mg/zi de cinamati. Prăjirea cafelei amplifică activitatea antioxidantӑ. 10 minute de prăjire (cafea mediu – prăjită) determină in vitro o activitate antioxidantă optimă. Efectele cafelei asupra organismului uman se datorează atât cofeinei, căt și celorlalte substante din compoziția ei.

Boabele de cafea verzi conțin polifenoli și manitoli cu rol important în prevenirea peroxidării chimice. Conținutul ridicat de arabinogalactani poate stimula sistemul imun al tractului gastrointestinal

1.5. Verificarea autenticități cafelei

Există două specii de cafea cu importanță economică majoră: Arabica și Robusta. Țările producătoare și comercializanții de cafea sunt foarte interesați în a putea recunoaște țara de origine a cafelei și a verifica compoziția declarată pentru a putea identifica dacă au fost adăugați substituenți sau alte ingrediente cum sunt: cicoarea, malțul, caramelul, amidonul, maltodextrinele sau siropul de glucoză sau chiar coaja neprăjită a boabelor. Acest ultim aspect este foarte important pentru extractele de cafea solubilă deorece detectarea falsurilor nu se poate realiza prin analiza vizuală, cu microscopul sau cu alte mijloace fizice tradiționale folosite pentru a controla produsul de impurități.

În țările mari producătoare de cafea sau mari comercializatoare de cafea există degustători care pot recunoaște țara de origine a cafelei cu care lucrează ei, dar oricum nici unul dintre ei nu poate recunoaște cu siguranță un număr mare de sortimente. Dat fiind că gustul omului este subiectiv se impune dezvoltarea unor metode analitice de autentificare a originii cafelei.

Problemele legate de autentificare a cafelei comportӑ douӑ aspecte:

– Pentru cei ce comercializeazӑ cafeaua este important sӑ cunoascӑ originea cafelei și specia, cafeaua Arabica fiind de 10 ori mai scumpӑ decât Robusta (Rubayiza și Meurens, 2005).

– Pentru cei care proceseazӑ cafeaua, pentru organele de control și pentru consumatori – este importantӑ încadrarea parametrilor compoziționali și senzoriali în limitele impuse de normativele în vigoare și depistarea unor fraude.

1.5.1. Identificarea falsificărilor

Originea geografică

Aroma și gustul cafelei sunt influențate de țara de origine și chiar în cadrul aceleiași regiuni geografice pot apărea unele diferențe datorate condițiilor climatice. De aceea cunoașterea locului de cultivare (continent, țarӑ, zonӑ geograficӑ) este una din prioritӑțile autentificӑrii cafelei.

Originea botanicӑ

Cafeaua Arabica este superioară celei Robusta și în aceste circumstanțe adaosul de cafea Robusta la cafea Arabica oferă posibilitatea unor câștiguri comerciale mai mari printr-o metodă care este considerată fraudă. În mod normal boabele de cafea Arabica și Robusta verzi și prăjite se pot recunoște printr-o analiză vizuală și mai ales prin proprietățile organoleptice, dar unele boabe de Robusta care au fost spălate se aseamănă foarte mult cu boabele Arabica.

Boabele de cafea Arabica sunt deobicei mai mari, mai plate, mai grele și prezintӑ un șanț central mai pronunțat decât cele de cafea Robusta.

Analizele fizico-chimice pot confirma cu siguranțӑ sortimentul de cafea. Adaosul de cafea Robusta în cantitӑți mici este destul de greu de decelat.

Falsificarea prin adăugare de coji ale boabelor de cafea, pergament sau alte materiale diferite de cafea

Se pot adăuga substituenți ai cafelei prăjite și măcinate doar dacă sunt menționați pe etichetă. În orice caz, dacă acești compuși nu sunt menționați corect sau în totalitate atunci consumatorul este înșelat. Dacă se face analiza microscopică a cafelei prăjite și măcinate se pot observa materialele diferite de cafea. Falsificarea cafelei cu înlocuitori este de o importanță majoră deoarece aceștia nu se pot detecta prin analiza uzuală a produsului.

1.5.2. Metode analitice folosite pentru a verifica autenticitatea

a. Autentificarea originii

Scopul Organizației Internaționale a Cafelei (ICO) este elaborarea unei metodologii pentru autentificarea originii cafelei. Pentru aceasta se folosesc diferite metode cum sunt: cromatografia de gaz (GC), spectrometria de masă prin piroliză (Pyr-MS), spectrometrie cu emisie atomică cu plasma cuplată inductiv (ICP-AES), analiză prin activare radiochimică cu neutroni (RNAA) și spectrofotometrie de infraroșu apropiat (NIR).

Conținutul de minerale -În urma analizelor efectuate pe probe de cafea din diferite origini s-a observat o diferență semnificativă în concentrația de magneziu. Acest rezultat sugerează faptul că magneziul este un posibil indicator al originii cafelei. Alte elemente de interes pentru acest scop au fost cobalt, cesiu, sodiu, rubidiu și elementul major carbon. Motivul principal pentru aceste diferențe se consideră a fi caracteristicile solului.

Cafeina -pentru a verifica originea geografică s-au folosit și analize cu izotopi stabili. Pe baza a trei rapoarte de izotopi (13C/12C), (2H/1H) și (18O/16O) măsurate cu spectrofotometrie de masă s-a demonstrat cum este posibil să se facă distincția între cafeina extrasă și purificată din boabe de cafea din America sau din Africa.

Acizii clorogenici- pentru a studia conținutul în acizi clorogenici s-a folosit lichid cromatografia de înaltă performanță șî s-au identificat substanțe clorogenice diferite în funcție de originea cafelei. S-a putut confirma natura diferită a cafelei Robusta Angola.

Compușii volatili- profilul compușilor volatili este afectat de o serie de factori cum ar fi: originea și tipul boabelor de cafea, timpul și temperatura de prăjire și gradul și metoda de prăjire. Datorită variațiilor componenților volatili cauzate de diferențele dintre parametri se pare că această metodă nu este de folos pentru identificarea originii boabelor de cafea prăjită.

b. Deosebirile între Arabica și Robusta și determinarea cafelei Robusta din amestecurile care se comercializează

Fracția lipidelor – Conținutul în lipide al cafelei Arabica este de aproximativ 15% pe când la cafeaua Robusta este de doar 10%. Fracția lipidelor la cafea este compusă în principal din trigliceride și steroli.

Fracția lipidelor nesaponificabile din probele de boabe de cafea Robusta și Arabica se analizează cu ajutorul cromatografiei de gaz cu rezoluție înaltă.

Conținutul de minerale – folosind activarea neutronilor termici s-a evidențiat că probele de Arabica, Timor și Liberica au avut un conținut mai ridicat de potasiu, brom și clor. Boabele de Arabica și Timor au un conținut mai scăzut de cupru pe când Liberica și Canephora au mai mult cupru, stronțiu și bariu.

S-au evidențiat cantități mai mari de magneziu la cafeaua Arabica (aproximativ 2 ppm) comparativ cu cafeaua Robusta (10-13 ppm). Se pare că există o diferență specifică, dar nu este clar dacă aceasta este legată de metoda de procesare aleasă (umedă sau uscată).

Compușii volatili

Este bine cunoscut că cele două tipuri de cafea, Arabica și Robusta, sunt diferite din punct de vedere al aromei și deci și al compoziției chimice. Arabica conține o cantitate mai mare de vapori volatili de furani, hidroxi-metil-furfural și unii compuși alifatici de degradare a zaharurilor decât Robusta.

Nivelul aminoacizilor liberi este cu mult mai ridicat la cafeaua robusta decât la Arabica. Aminoacizii alcalini și heterociclici sunt și ei mai numeroși la Robusta decât la Arabica.

2-metilisoborneol se consideră a fi compusul de aromă cheie în cazul cafelei Robusta. Acest compus este absent în compoziția chimică a cafelei Arabica și se presupune că este compusul de aromă responsabil pentru gustul cafelei Robusta.

c. Depistarea falsurilor

Conținutul în minerale

Studiile recente au arătat că la variația compoziției în minerale a cafelei crescută sălbatic și a celei cultivate participă varietatea și condițiile climatice. Pentru a demonstra acest lucru s-au analizat potasiu și sodiu cu ajutorul spectroscopiei de absorbție cu flacără, fierul, cuprul și zincul cu spectroscopie de absorbție atomică și bariu, stronțiu, litiu, cobalt, nichel, molibden, vanadiu, rubidiu cu spectroscopia de emisie atomică cu arc electric.

Carbohidrații

Legea din UK privind industria cafelei solubile permite următoarele nivele maxime astfel încât cafeaua să fie autentică: glucoză totală 2,6%, xiloză totală 0,6%, fructoză liberă 1,0%.

Evidențierea carbohidraților liberi și totali din cafea se face cu ajutorul cromatografiei cu schimb de anioni cu detecție ampermetrică a vibrațiilor (AE-PAD). Astfel se pot detecta falsurile făcute prin adăugarea de substituenți de cafea mai ieftini. Un conținut mai ridicat de manitol liber și xiloză totală indică falsificarea prin introducerea de coji de la boabele de cafea sau pergament.

Falsificarea cafelei solubile cu coji sau pergament se poate detecta și prin separarea carbohidraților liberi sau hidrolizați prin HPLC pe coloană de silica-gel cu coloană de derivare cu albastru de tertrazoliu și citire la 530nm.

Pentru o analiză simplă și rapidă a cafelelor instant și a amestecurilor de cafea/cicoare se recomandă spectroscopia derivată. Acest lucru este posibil datorită conținutului scăzut în acizi clorogenici a cicoarei. O astfel de măsurătoare se poate folosi doar pentru aflarea cantității de cicoare din amestec și nu pentru a verifica dacă s-a adăugat cicoare.

Pentru confirmarea autenticității și/sau a falsului determinările implică folosirea metodelor spectroscopice.

Cele mai uzuale metode la ora actuală utilizate pentru testarea autenticității cafelei sunt prezentate în tabelul următor:

Tabel 1.3. – Metode uzuale de testare a autenticității cafelei

2. Procesul tehnologic

2.1. Descrierea procesului tehnologic

Cafeaua poate fi prelucrată prin două metode de prelucrare a fructelor: metoda umedă și metoda uscată.

2.1.1. Prelucrarea boabelor de cafea

Fructul copt al arbustului de cafea este denumit cireașa de cafea, deoarece multe varietati ale arbustului de cafea au fructe care atunci când sunt coapte sunt foarte asemănătoare ca marime șî culoare cu cireșele (Prunus Avium).

Scopul prelucrării fructelor de cafea este de a extrage semințele din fructe și de a pregăti aceste semințe pentru prăjire. Toate semințele trebuie uscate până la un interval al umidității cuprins între 9 si 12%.

Fig 2.1. Boabe de cafea http://www.papajacques.ro/?p=864

Stratul exterior, vizibil al fructului copt (denumit exocarp) este atașat de o pulpă carnoasă, zemoasă și dulce (mesocarp). Sub această pulpă se află un strat pectinic care are aspectul si consistenta unui gel vâscos care aderă la stratul de sub el. Acesta este stratul pergamentos (endocarp) alcătuit dintr-un material gros si dur, cu aspect de hârtie care protejeaza boabele de cafea. Sub stratul pergamentos se află un strat foarte subțire ca o pieliță argintie (epiderma – care se va transforma in pleavă prin prăjirea cafelei). Sub toate aceste straturi se află de obicei două semințe de cafea.

Fig. 2.2. Structura fructului și boabelor de cafea: 1. Secțiune centralӑ, 2. bobul de cafea(endosperma); 3. Epiderma; 4. Pergamentul (endocarp); 5. Stratul pectinic; 6. Pulpa (mesocarp); 7.coaja (exocarp) http://www.papajacques.ro/?p=864

Prin metoda umedă se produce cafeaua "spălată". Fructele, după ce sunt curățate și spălate, sunt introduse cu apă în instalații (tancuri din beton prevăzute cu canale și posibilități de sifonare) unde are loc înlăturarea pulpei care înconjoară boabele.

Fructele își măresc volumul, datorită pătrunderii apei în pulpă. În timpul nopții pulpa fructelor se desprinde de boabe și este eliminată apoi mecanic. Boabele de cafea sunt fermentate în tancuri speciale, unde învelișul pergamentos și pelicula argintie a boabelor de cafea, dar și resturile de pulpă aderente, se desprind cu ușurință. Procesul de fermentare durează 1-2 zile și acționează simultan și asupra boabelor de cafea, cărora le influențează și gustul. Timpul de fermentație depinde de o serie de factori cum ar fi cantitatea de cafea fermentată, umiditate, temperatură. După fermentare, boabele de cafea sunt bine spălate, uscate până umiditatea scade de la 60% la 12% și introduse în instalații de decorticare, unde învelișul pergamentos și pelicula argintie care înconjoară bobul sunt complet îndepartate, în final boabele capată un aspect lucios.

Pentru a obține boabe de calitate superioară, selecționarea se face manual sau electronic, în instalații moderne.

Decorticarea naturală se face într-o primă etapă prin îndepărtarea mecanică a cojii și a pulpei fructului de cafea urmată apoi de etapa uscării boabelor de cafea acoperite de stratul pectinic și de cel pergamentos care la rândul lor sunt îndepartate mecanic atunci când sunt complet uscate. Acest proces este cunoscut sub multe denumiri dar cel mai adesea este folosită denumirea de “mierificare”.

Fig. 2.3. Decorticarea cafelei http://www.papajacques.ro/?p=864

Prin metoda uscată se produce cafeaua "naturală". Această metodă, constă în expunerea la soare a boabelor proaspăt culese de cafea pe platforme din beton, unde sunt lăsate timp de două sau trei săptămâni și cu ajutorul unei greble speciale sunt mișcate în mod constant. După ce pulpa s-a uscat, boabele cu pulpă sunt trecute în concasoare speciale, unde boabele sunt separate de pulpă și curățate de membrana pergamentoasă, precum și de pelicula argintie care le înconjoară.

Cafeaua se comercializează de obicei sub formă de boabe de cafea verde și prăjirea alături de celalte procese de pregătire se realizează în țara care o va cumpăra.

Cafeaua se depozitează în locuri uscate, răcoroase, expunerea la lumină sau la umiditate deteriorând rapid cafeaua. Cel mai des cafeaua se depozitează ambalată în saci de pânză care permit aerisirea.

2.1.2. Prăjirea

În dezvoltarea aromei, care permite consumul unei cești bune de cafea, prăjirea este probabil, cea mai importantă etapă dintre toate. În timpul acestui proces au loc multe reacții care conduc la formarea substanțelor responsabile de calitățile senzoriale și sunt însoțite de importante schimbări fizice. Toate aromele de care ne bucurăm la o cafea sunt create prin procesul de prăjire. Boabele de cafea sunt încălzite la temperaturi între 180-240°C, între 5-15 minute în funcție de gradul de prăjire dorit; când umiditatea din boabe se evaporă, boabele ”pocnesc” cu zgomot la fel ca atunci când facem floricele și are loc o reacție chimică numită piroliză.
Procesul de prăjire implică încălzirea boabelor la 200°C. În unele cazuri se poate face prăjirea în prezența zahărului (cafea “torrefacto”) și se obține o băutură mai amară și mai închisă la culoare. În decursul acestui proces se formează gustul, aroma băuturii, prin intermediul reacțiilor chimice care duc la formarea uleiurilor aromatice, de exemplu a cafeolului, principalul responsabil de aroma finală a cafelei.

Prăjirea închisă tinde să acopere aspectele mai fine ale aromei dar sporește corpul. Prăjirea deschisă sporește aciditatea dar duce la o băutură mai slabă. Temperatura de prăjire preferată depinde de obiectivele pieței. Pentru degustătorii profesioniști însă, este mai ușor să determine calitatea și orice aromă neplăcută când prăjirea este mai deschisă decât mai închisă. O prăjire deschisă face de asemenea mai ușor de reperat boabele imature care tind să aibă o culoare galben pal (decolorate) decât maro atunci când sunt prăjite. Toate boabele decolorate afectează calitatea cafelei dar cazurile extreme (boabe galben strălucitor sau roșiatice) dăunează definitive.

Prăjirea este procedeul prin care se transformă boaba de cafea verde în cea închisă la culoare, aromată. Este cel mai critic moment în producerea cafelei. Acest proces poate automatizat și atent monitorizat de instrumente ce verifică calitatea dar și de oameni cu îndemnare și o vastă experiență. Mare parte din caracterul aromatic al cafelei este rezultat al procesului de prăjire.

Fig 2.4. Boabe de cafea crude si prajite si verzi

http://www.divahair.ro/images/speciale/articole/articole_imagini/andreea.gluh_125/18.02.2014/cafea_verde_2.jpg

http://www.mayra.ro/files/2014/01/cafeaua-verde1-140×140.jpg

Din punctul de vedere al chimistului, boabele de cafea suferă un proces – cunoscut sub numele de reacția Maillard (brunificare neenzimatică) – prin care apa și dioxidul de carbon sunt eliminate și are loc o reacție între zahăr și aminoacizi care conduce la formarea culorii și a aromei cafelei prăjite. Temperatura ridicată și presiunea în interiorul boabei de cafea conduce la o serie de reacții chimice care schimbă sau crează compuși cu aroma volatilă, acidă sau alți componenți aromați. Balanța generală a acestor componenți este foarte sensibilă la timpul de prăjire, temperatură și tehnică – parametrii care sunt sub control în timpul prăjirii și care fac din prăjirea cafelei câteodata o artă, dar și o știință.

Procesele chimice care pot afecta generarea de compuși volatili sunt următoarele:

– reacțiile de brunificare neenzimatică datorită condensării aminoacizilor cu diferite glucide,

– degradarea individuală a unor aminoacizi,

– degradarea trigonelinelor

– degradarea acizilor fenolici,

– degradări minore ale lipidelor,

– degradări ale glucidelor ( reacții de caramelizare),

– interacții între produșii de descompunere,

Prima fază a prăjirii are loc atunci când are loc transferul de căldura; cu alte cuvinte, boaba începe să absoarbă căldură, se usucă încet și capătă o culoare galbenă. Atâta timp cât procesul continuă, un miros plăcut de prăjit începe să se simtă.

În a doua fază, boabele își dublează mărimea și capătă o culoare cafeniu deschis. Apoi, când temperatura de prăjire continuă să crească, culoarea devine mai închisă și boabele scad în greutate și devin mai fragile. Densitatea lor scade și CO2 este eliberat, proces ce se continuă încă șapte zile după prăjire. La temperaturi mai mari și timp de prăjire mai mare, aroma volatilă a compușilor, responsabili pentru aroma cafelei sunt mai degrabă distruși, decât creați. Gradul de prăjire determină culoarea și aroma finală a cafelei și este mai degrabă o preferință personală.

Prăjirea are loc în mașini foarte mari dedicate acestui proces: cilindrii mari în care sunt boabele de cafea rotite la flacără, cafeaua fiind "împăturită" în acest fel într-un curent de aer fierbinte. Procesul de prăjire poate fi divizat în trei etape: o fază de uscare în care umiditatea este înlăturată, o fază de prăjire unde au loc reacții chimice complexe și în final faza de răcire unde cafeaua proaspăt prăjită este adusă la temperatura camerei.

Metode de prăjire a cafelei

Prăjirea vieneză – Se recomandă în cazul cafelelor cu o aromă mai slabă, prin această metodă putându-se elibera în totalitate componentele de gust și aromă din boabele de cafea. După prăjire, boabele de cafea vor rămâne uscate și de o culoare maro deschis. Se recomandă consumul lor la micul dejun, gustul cafelei astfel prăjite armonizând foarte bine cu gustul laptelui.

Prăjirea franceză – Prin această metodă se obține o cafea de culoare maro. Este metoda care scoate mai tare în evidență gustul cafelei. Suprafața boabelor de cafea va fi uscata sau ușor uleioasă în funcție de soiul de cafea. Este adecvată pentru prepararea oricărui tip de băutură de cafea. În țara noastră această metodă de prăjire este cea mai răspândită.

Prăjirea italiană – Prin această metodă se obține o cafea de culaore maro închis, chiar neagră. Se caracterizează prin faptul că prajirea boabelor de cafea se face pana la limita aprinderii. Suprafata boabelor de cafea este uleioasa, boabele sant foarte tari, fapt pentru care ele pot fi macinate foarte fin. Cafeaua astfel prăjita are un gust amar accentuat fiind recomandata pentru prepararea cafelelor scurte. In opinia multori iubitori de cafea aceasta este adevarata cafea.

http://semiramis.ro/wdcms/index.php?id=5,0,0,1,0,0

Fig.2.5. Tipuri de prăjire http://scms.machteamsoft.ro/uploads/photos/652×450/652x450_073211-cafea.jpg

Prăjirea are 3 etape: uscarea, prajirea propriu zisă și răcirea

a. Etapa de uscare

Pin uscare, boabele își pierd umezeala prin vaporizare, și pierd circa de 20% din greutatea lor și capătă o culoare gălbuie. Procesul durează aproximativ jumătate din timpul de prăjire. Cu cât sunt mai omogene boabele de cafea verde, cu atât se realizează mai uniform și mai bine procesul de uscare. Aproximativ 1500 de substanțe care răspund pentru aroma cafelei sunt formate în acest timp în care boabele pierd aproape 18% din greutate și câștigă 60% din volum.

b. Etapa de prăjire

Cea mai mare transformare are loc în procesul de prăjire, moment în care cafeaua este încălzită la temperatura de 220°C. In acest timp boabele se umflă, își dublează mărimea datorită presiunii interne exercitate de dioxidul de carbon. Boabele își schimbă culoarea (căpătând culoarea scoarței de stejar), dar cum temperatura începe să crească, culoarea se închide, boabele își pierd din greutate și devin mai amare. Ultimul moment al fazei de prăjire modifică substanțial compoziția chimică a cafelei: zahărul se caramelizează (reactia Maillard); mai mult de 700 de componenți no sunt creați, incluzând componenții volatili de bază responsabili pentru aroma caracteristică a cafelei; dioxidul de carbon se eliberează.

c. Etapa de răcire

Răcirea boabelor de cafea, se poate face prin folosirea dușului de apă, sau cu ajutorul curentului de aer rece. Metoda aerului rece este mai înceată și mai scumpă, dar protejează aroma și cafeaua de umiditate. In acest moment boabele sunt transportate în zona în care urmează să aibă loc ambalarea.

2.1.3. Înghețarea

Înghețarea se face după prăjire pentru a stabiliza compușii volatili care influențează considerabil aroma cafelei.

2.1.4. Ambalarea

Oxigenul dăunează cel mai mult cafelei prăjite, aceasta pierzând 40% din aromă prin expunere la aer în cel mult 8 ore. Umiditatea are de asemenea are efect negativ asupra aromei și poate să imprime un miros de pământ.

Având în vedere existența factorilot care impiedică păstrarea cafelei proaspete, Francesco Illy a inventat presurizarea în 1930. Prin presurizare, aerul este extras din ambalaj și este înlocuit de un gaz inert la o presiune mai mare decât aerul atmosferic. Această metodă garantează un timp mai îndelungat de păstrare, de până la 2 ani. În același timp, "îmbătrânește" cafeaua, îmbunătățindu-i aroma, componenții volatili intrând în contact cu uleiul conținut în boaba de cafea. Presiunea pozitivă exercitată prin metoda de presurizare forțează compușii aromatici să intre înapoi în boaba de cafea astfel încât ulterior aceștia se regăsesc în ceașcă. Efectul procesului de îmbătrânire este similar procesului de îmbătrânire a vinului.

Dintre sortimentele comerciale se remarcă ca fiind de calitate superioară cafeaua de Columbia, Guatemala, Porto–Rico, Santos, Rio, Martinica, Jamaica, etc. Superioara tuturor sorturilor este cafeaua Mocca care se caracterizeaza prin conținut mare în extract solubil, aciditate pronunțată și aromă de vin.

Păstrarea cafelei (boabe prăjite, măcinate) – se face în spații special amenajate, răcoroase, uscate, aerisite, curate, dezinfectate, dezinsectizate, deratizate, izolate de alte produse ce au miros pătrunzător. Temperatura de păstrare este maxim 20°C, iar umiditatea relativӑ a aerului maxim 75 %. În funcție de calitate, ambalaj și condiții de păstrare, termenul de valabilitate este 60 – 360 zile. Pentru cafeaua în ambalaje vidate termenul de valabilitate este 2 ani.

2.2. Obținerea cafelei solubile

În țările cultivatoare de cafea se produce și cafeaua solubilă sau cafea instant (ness).

Cafeaua solubilă este foarte populară în Statele Unite, unde aproximativ 15% din cafeaua consumată este cafea granulată, solubilă în apă fierbine. Acest tip de cafea poate fi ușor îmbunătățită cu diferite arome, care o face mai atractivă.

In 1901 primul proces pentru fabricarea cafelei solubile a fost realizat de Sartori Kato, in Japonia, prin acelasi procedeu ca și obținerea ceaiului instant.

Cinci ani mai tarziu, George Constant Washington, un chimist britanic, care trăia în Guatemala, a pus bazele primului proces tehnologic comercial pentru fabricarea cafelei instant (Pintauro, 1969).

Etapele procesului tehnologic de fabricare a cafelei instant sunt următoarele:

Extracția – Fabricarea de cafea instant începe extracția cafelei în utilaje eficiente. Apa dedurizată este trecută printr-o serie de cinci până la opt coloane de boabe de cafea macinată. La sfârșitul acestei operații, extractul conține 20-30% substanță uscată. Concentrat de cafea din care se extrage cafeaua solubilă este, de fapt, lichidul compus din apă potabilă (adusă la temperatura de fierbere) în amestec cu cafea prăjită și măcinată fin.

Urmează filtrarea și concentrarea, fie prin centrifugare si separarea stratului apos, fie prin înghețare apei, șî separarea cristalelor de gheață. Concentratul de cafea este filtrat cu ajutorul unor filtre speciale foarte fine, obținându-se prin îndepărtarea reziduurilor (a „zațului"), extractul de cafea, care constituie materia primă pentru fabricarea cafelei solubile.Extractul de cafea se comercializează ca atare sau este supus mai departe deshidratării pentru a obține cafea solubilă solidă.

Recuperarea uleiurilor volatie – aromele recuperate vor fi pulverizate in granulele sau pudra de cafea înainte de ambalare.

Deshidratarea în vederea obținerii pudrei de cafea solubilă prin uscare cu pulverizare sau uscare prin congelare.

Ambalarea – este o etapă importantă deoarece pudra de cafea este foarte higroscopică. Aceasta trebuie să fie ambalată în condiții de umiditate scăzută, într-un recipient rezistent la umiditate pentru a păstra uscat produsul până la deschiderea de către consumator. De asemenea, pentru a preveni pierderea de aromă și gust, produsul poate fi ambalat într-o atmosferă joasă de oxigen (de obicei se înlocuiește cu dioxidul de carbon sau azot) (Pintauro, 1975).

La obținerea cafelei solubile se utilizează în general amestecuri de cafea de Brazilia, din America Centrală, Columbia și Africa. In zilele noastre se obțin sortimente de capuccino, latte machiato, iced coffee, etc.

http://www.madehow.com/images/hpm_0000_0003_0_img0095.jpg

II. PARTE EXPERIMENTALĂ.

3.Scopul lucrării

Cafeaua este o băutură energizantă, consumată de foarte multă lume, pe tot globul. Există un număr impresionant de cafele, care se pot prepara in foarte multe moduri.

Boabele de cafea se diferențiază din punct de vedere calitativ prin caracteristicile organoleptice și fizico–chimice determinate de speciile de arbori din care se obțin, zonele geografice în care se cultivă, precum și de condițiile de cultură.

Caracteristicile de gust, miros și aromă se examinează după o prealabilă prăjire și măcinare asupra unei infuzii de cafea și sunt hotărâtoare pentru definirea calității cafelei.

Scopul prezentei lucrări este studiul comparativ al continutului în produși secundari de metabolism în cafeaua măcinată, cafeaua solubilă și cafea solubilă cu adaos de extract de cafea verde Green Active, toate de la Doncafe.

4.Materiale și metode

4.1.Materiale analizate

Determinările au fost făcute pe 3 tipuri de cafea Doncafe mӑcinatӑ ambalatӑ sub vid, Doncafe cafea solubilă și cafea solubilă Doncafe Geen

Doncafe mӑcinatӑ ambalatӑ sub vid, pregătită espresso

Doncafe cafea solubilă pregătită cu apă caldă

Cafea solubilă Doncafe Geen Active- preparată

Fig. 4.1. Imagini cu probele analizate

Analizele s-au efectuat la laboratorul disciplinei de Produsi secundari de metabolism implicati in asigurarea calitatii produselor agroalimentare.

4.2. Metode de analizӑ

După pregătirea băuturilor de cafea, s-au efectuat următoarele determinări

– conținutul de cafeinӑ și conținutul de compuși antioxidanți,

– conținut de polifenoli totali.

– conținutl de flavonoide totale

4.2.1. Determinarea spectrofotometricӑ a conținutului de cafeinӑ.

a.Extracția cafeinei din diverse soiuri de cafea

Cafeina (cofeina), cea mai consumată substanță activă peste tot în lume, este găsită în mod natural nu numai în cafea și ceai, dar și în cacao, produse din ciocolata și de asemenea în alte peste 60 de specii de plante. Chimic vorbind, cafeina este o substanță albă, cristalină, care aparține familiei alcaloide de compuși și ca toți alcaloizii, are un gust amărui. Este absorbită direct de către tractul gastro-intestinal, în 30 de minute după consum.

Cantitatea de cafeină dintr-o ceașcă variază în funcție de tipul de cafea folosit și de metoda de preparare, putând varia între 40mg – 150mg. In medie, boabele de cafea Arabica conțin aproximativ 1,1% cofeină, în timp ce Robusta conține de două ori acest nivel. O ceașcă de espresso are un conținut de cafeină mai scăzut decât o ceașcă de cafea la filtru datorită faptului că timpul de contact dintre apă și cafea este mai redus. O ceașcă de espresso illy contine, în medie 78 mg de cafeină în timp ce o ceașcă de cafea filtru illy conține, în medie, 120mg.

Cafeina are un efect stimulativ și consumul ei crește activitatea nervoasă la nivelul creierului. Poate amâna oboseala, iar în foarte multe studii s-a arătat că sporește performanțele cognitive și crește capacitatea corpului pentru exerciții fizice și rezistența la efort.

Cafeina (1,3,7 – trimetilxantina) se găsește în boabele de cafea (circa 1%), în frunzele de ceai (până la 5%), în nucile de cola (3%) și în alte plante tropicale.

Are proprietăți diuretice mai slabe decât ale dimetilxantinelor (teobromina, teofilina), în schimb este un excitant al sistemului nervos central și un stimulent al inimii, întrebuințat în medicină. Cafeina, necesară pentru acest scop, se extrage din ceai și din cafea, dar se poate prepara și industrial din acid uric.

Ca stimulent, cafeina se folosește sub forma unui amestec cu benzoat de sodiu – Cafeină natriu benzoică – în stările de șoc, colaps de origine centrală, intoxicații cu sedative, opiacee și alcool.

Principiul general al metodei constă în extracția cafeinei din probă cu cloroform, la reflux, în prezența alcaliilor, urmată de trecerea extractului cloroformic pe o coloană de alumină activă pentru îndepărtarea componentelor nedorite, solubile în cloroform. În final, conținutul de cafeină al probei se determină prin analiza spectrofotometrică a extractului cloroformic diluat și determinarea absorbției specifice a probei la 277nm.

b. Determinarea propriu zisă

Principiul metodei: Se măsoară absorbanța extractului cloroformic la lungimile de undӑ de 276 nm si 306 nm.

Reactivi: – sol stoc de cafeinӑ 1mg/ml sol. cloroformică

– Hidroxid de amoniu 1:2 diluat cu AD

– Sulfat de sodiu anhidru

– cloroform

– NaOH (25g NaOH. se dizolvă în 25 ml AD)

Mod de lucru  – pentru cafea preparată: cafeaua preparată se introduce într-o pâlnie de separare de 250ml. Se adaugă 10 ml AD. Se adaugă 1 ml NaOH la fiecare probă. Se agită și dupa 1 minut probele de analizat se extrag cu 4x20ml cloroform. Stratul inferior cloroformic se filtreaza pe hârtie de filtru pe care s-a adăugat 0,5g sulfat de sodiu anhidru, într-un balon cotat de 100ml. Filtrul se spalӑ cu câțiva ml de cloroform și se aduce la semn cu cloroform.

Citirile la spectrofotometru se fac față de cloroform.

Curba de etalonare:

Din soluția stoc se pregătesc următoarele diluții: 1,0; 5,0; 10,0;15,0 μl/ml.

Se citesc absorbanțele la 276 respectiv 306 nm.

Absorbanța = A276 – A 306

Calcul pentru cafea preparată

conținut de cafeină mg/50ml = C x D

D = 5

C = conținutul în cafeină de pe curba de etalonare

Foto nr. 4. 2. Aspecte din timpul extracției cafeinei

Curba de etalonare

Fig. 4.1. Reprezentarea graficӑ a curbei de etalonare cafeinӑ– si ecuația de regresie

Tabel. 4.1. Valori ale absorbanțelor pentru soluțiile etalon de cafeinӑ

4.2.2. Determinarea conținutului de polifenoli totali din băutura de cafea.

Metoda Folin-Ciocâlteu

Principiu

Reactivul Folin-Ciocâlteu, un reactiv complex pe bazǎ de acid fosfomolibdenic și fosfotungstic. În mediu bazic, compușii fenolici transferǎ electroni cǎtre molibden formând un complex colorimetrabil albastru a cǎrui absorbanțǎ se poate mǎsura la lungimi de undǎ între 750 – 765 nm. Mediul bazic este creat de cǎtre soluția de carbonat de sodiu care ajusteazǎ pH-ul în jur de 10. Metoda se folosește pentru cuantificarea compușilor polifenolici din numeroase alimente de origine vegetalǎ cum ar fi: vin (Singleton et al., 1999), cacao, tomate (Devanand et al., 2006), vișine (Filimon et al, 2011) și animalǎ cum este mierea de albine (Mărghitaș et al, 2009), etc.

Reactivi și aparaturǎ

Eter etilic, pa

Carbonat de sodiu anhidru, soluție 7,5%

Reactiv Folin-Ciocâlteu, 0,1N

Etalon: soluție acid galic, concentrație stoc 1mg/ml

Sticlǎrie uzualǎ de laborator

Micropipete pentru domeniul 100 – 1000µl

Hârtie de filtru

Etuvǎ termostatǎ

Spectrofotometru UV-VIS Mini Shimadzu

Pregӑtirea extractului

5 g cafea se pregӑtește în presso cu 50 ml apӑ, atât pentru espresso cât și pentru cafeaua instant.

Mod de lucru

Într-o eprubetǎ se amestecǎ 0,5 ml extract cu 2,5 ml reactiv Folin-Ciocâlteu, 0,1N. Se amestecǎ puternic și se adaugǎ 2 ml soluție de carbonat de sodiu 7,5%. Se incubeazǎ probele timp de 2 ore (Nebesny și Budryn, 2003). În paralel se realizeazǎ și curba de etalonare utilizând soluția stoc de acid galic. Se realizeazǎ concentrații între 0 și 200 mg/l prin diluarea soluției stoc și se procedeazǎ în același mod ca și la probele necunoscute.

Spectrofotometrarea -Se citește absorbanța probelor ce formeazǎ curba de etalonare precum și cea a probelor necunoscute la lungimea de undǎ λ de 750 nm. Se întocmește curba de etalonare, concentrație în funcție de absorbanțǎ.

Tabel. 4.2. Valori ale absorbanțelor pentru soluțiile etalon de acid galic

Fig.4.3. Curbӑ de etalonare compuși polifenolici totali cu acid galic

Calcul

Se calculeazǎ concentrația probei necunoscute în funcție de factorul de pantǎ mediu sau prin intermediul ecuației de regresie aferentǎ curbei de etalonare. Conținutul de fenoli al probei necunoscute se exprimǎ în echivalenți acid galic/100g material analizat (mg GAE/100g).

Fig. 4.4 Pregătirea și probelor șî citirea absorbanțelor

Fig. 4.5. Reacția Folin-Ciocâlteu Aspectul extractelor după 2 ore de repaos la întuneric

4.2.3. Determinarea conținutului de flavonoide totale

Conținutul în flavonoide totale s-a determinat folosind metoda spectrofotometrică cu AlCl3. Absorbanțele au fost măsurate la lungimea de undă de 510nm. Standardul utilizat a fost catechina (Atanassova et al, 2011).

Standardul de prepara astfel: soluție de catechinӑ 20,40,60,80 si 100mg/l.

Mod de lucru

1 ml standard /extract intr-un balon de 10 ml in care s-a pus 4 ml AD. Se adaugӑ 0.3ml NaNO2 , dupӑ 5 minute 0.3 ml AlCl3. În al 6-lea minut se adaugӑ 2 ml NaOH 1M.Se agitӑ amestecul, și după 30 de minute se citește absorbanta la 510nm fațӑ de martor preparat identic doar cu apa în loc de standard.

Tabel. 4.3. Valori ale absorbanțelor pentru soluțiile etalon de quercitină

Fig. 4.6. Curba de etaloare flavonoide si ecuatia de regresie

5.Rezultate și discuții

5.1. Determinarea conținutului de cafeină

Rezultatele acestor analize sunt prezentate în tabelul 5.1.

Determinările spectrofotometrice au fost efectuate cu un spectrofotometru UV-VIS Mini 1240 Shimadzu. Reprezentarea grafică a curbei de etalonare este dată în figura 4.1. din care au fost calculate valorile concentrațiilor de cafeină în produsele analizate, cu ajutorul curbei de regresie.

Tabel.5.1. – Rezultatele determinării spectrofotometrice a cafeinei din probele analizate

În urma analizelor efectuate conținutul cel mai mare de cafeină s-a înregistrat în cafeaua instant (125,35mg/50 ml) urmată de cafeaua esspreso (o valoare medie de 90,97 mg cafeinӑ /50 ml cafea preparatӑ), iar conținutul cel mai mic, dar apropiat de cafeaua esspreso s-a întregistrat la ceafeaua esspreso Green Active.

5.2. Determinarea conținutului de polifenoli totali

Conținutul de fenoli în probele testate (cafea espresso respectiv instant), exprimat în echivalenți acid galic este prezentat în tabelul 5.2., calculele fiind făcute prin intermediul ecuației de regresie.

Cafeaua cu cel mai mare conținut de polifenoli, dintre cele analizate, a avut cafeaua Doncafe Green active 1055mg/100 ml cafea preparată, urmatӑ de cafeaua Doncafe Instant si cea mai mică cantitate in cafeaua esspreso preparată, 868,23 mg/100ml.

Tabel.5.2. – Rezultatele determinării spectrofotometrice a compușilor polifenolici totali din probele analizate

5.2. Determinarea conținutului de flavonoide

Conținutul de flavonoide totale în probele testate (cafea espresso respectiv instant), exprimat în echivalenți quercitină este prezentat în tabelul 5.3., calculele fiind făcute prin intermediul ecuației de regresie.

Conținutul de flavonoide prezintă același trend descendent de la Green active preparată esspreso, cafea instant si cel mai puțin în esspreso preparat din cafea Doncafe. Valorile au fost între 277,05-109,13 mg/100 ml cafea preparată.

Tabel.5.3. – Rezultatele determinării spectrofotometrice a compușilor polifenolici totali din probele analizate

Fig.5.1. Reprezentarea graficӑ a conținutului de produși secundari de metabolism din probele de cafea preparatӑ sub formӑ de bӑuturӑ

6.Concluzii

Analiza rezultatelor obținute în prezenta lucrare de disertație a condus la următoarele concluzii:

concentrația de cafeinӑ cea mai mare s-a înregistrat în probele de cafea preparată din cafeaua Doncafe instant iar cea mai mică cantitate a fost în cafeaua esspreso preparată din Doncafe Green active. Diferenta a fost cu 27,4% mai mult in ness decât în esspreso si cu 39% mai mult decât în esspreso Green active.decât

conținutul în compuși polifenolici totali a fost mai mare în cazul cafelei Green active, și anume cu 17,7 % mai mult decât la esspreso și cu 9,01% mai mult decât în ness.

Flavonoidele totale în cantitatea cea mai mare au fost înregistrate tot în cafeaua esspreso preparată din Green active, cu 60,6% mai mult decât în esspreso și cu 4,79% mai mult decât în cafeaua instant

metodele spectrofotometrice sunt potrivite și rapide pentru aceste tipuri de determinări.

Efectele cafelei asupra consumatorilor nu se datorează exclusiv cafeinei, ci și altor compuși cu rol antioxidant, cum ar fi compușii polifenolici si flavonoidic

Tipurile noi de cafele îmbogătite cu extract de cafea verde au un conținut superior în compuși antioxidanți, si nu modifică gustul cafelei esspreso.

Bibliografie