3.25.3.1 stickstoffhaltige Verbindungen I: Koffein
Koffein, 1,3,7-trimethyl-Xanthin, ein Purinalkaloid, ist ein Sekundärmetabolit der Kaffeepflanze: Die Biosynthese beginnt mit Xanthosinemonophosphat.84 Im Stoffwechselweg treten nachfolgende Methylierungsschritte mit unterschiedlichen N-Methyltransferasen auf, wobei Methionin der Methylspender ist. Der Purinkatabolismus von Koffein umfasst seinen Abbau durch sukzessive Demethylierung bis hin zu Kohlendioxid und Ammoniak.,85
In der Kaffeepflanze ist Koffein in allen Teilen über dem Boden vorhanden. Die ökologischen Auswirkungen von Koffein als intrinsische chemische Abwehr gegen Pflanzenfresser, Weichtiere, Insekten, Pilze oder Bakterien wurden oft diskutiert, aber experimentelle Ergebnisse für eine klare Unterstützung sind schwer zu erhalten.87
Die Koffeinbiosynthese findet in den Blättern und im Perikarp, dem äußeren Teil der Frucht, statt. In gealterten Blättern ist der Koffeingehalt niedriger.,88 In den Perikarpgeweben stimuliert Licht stark den Methylierungsschritt der Koffeinsynthese. Wenn der Samen in der Frucht zu wachsen beginnt, wird Koffein durch die Membranen transloziert und sammelt sich im Endosperm an. Dort wird der Endwert 8 Monate nach der Blüte erreicht.89
Der Koffeingehalt der Kaffeebohnen hängt von Art und Sorte ab, von 0,6% in Laurina bis zu 4% in einigen extremen Robustas; Durchschnittswerte sind in Tabelle 3.90
Tabelle 3 angegeben., Caffeine content in green beans of different species and varieties
| Species | Variety | Leaf | bean |
|---|---|---|---|
| % DW | % DW | ||
| C. arabica | Mundo Novo | 0.98 | 1.11 |
| Typica | 0.88 | 1.05 | |
| Catuai | 0.93 | 1.34 | |
| Laurina | 0.72 | 0.,62 | |
| C. canephora | Robusta | 0.46 | >4 |
| Kouilou/Conillon | 0.95 | 2.36 | |
| Laurentii | 1.17 | 2.45 |
Not included here are coffees from the Mascaracoffea group of Madagascar, which do not belong to the ‘beverage’ coffees.,91 Sie haben einen sehr niedrigen Koffeingehalt an der Grenze des analytischen Nachweises (koffeinfrei)92 und können als genetische Ressourcen für weitere Arbeiten dienen. Diese koffeinarmen Arten zeigen auch wenig Koffein in ihren Blättern.93
Der Koffeingehalt in der Trockensubstanzbasis wird weder durch die Verarbeitung nach der Ernte noch durch die Röstung beeinträchtigt. Obwohl der Röstvorgang weit über der Sublimationstemperatur stattfindet, verschwindet dabei nur ein kleiner Prozentsatz an Koffein, was durch den organischen Gewichtsverlust aus dem Gleichgewicht gebracht wird.,91
Koffein ist eine physiologisch aktive Verbindung, und die Exposition des Menschen nach einer Tasse Kaffee ist von Interesse. Einige allgemeine Berechnungen können durchgeführt werden: Eine wässrige Extraktion bei regelmäßigen Brühbedingungen überträgt das Koffein fast vollständig in das Getränk. Eine Tasse 100 ml mit einem Gebräu von 55 g l-1 von gebratenem und gemahlenem Kaffee, mit dem Welthandelsverhältnis von 60% Arabica und einem durchschnittlichen Koffeingehalt von Tabelle 2, liefert etwa 100 mg Koffein.,
Wenn man über die Mittelwerte hinausschaut, gibt Tabelle 4 grob die Variabilität (Braufestigkeit 40 g/l)94,95 des Wertes an, wobei Extreme und Exoten weggelassen werden – ein Bereich von plus/minus 100%.
Tabelle 4. Geschätzte Bereiche der Koffeingehalt pro Tasse, standard brauen verschiedenen stärken
| Art (Koffein Auswahl) | Arabica (0.9–1.6%) | Mix-60 Ar/40 Rob (1.7 %) | Robusta (1.4–2.,9%) |
|---|---|---|---|
| Brewing strength | Caffeine per cup mg/100 ml | Caffeine per cup mg/100 ml | Caffeine per cup mg/100 ml |
| 40 g l−1a | 36–64 | 67 | 56–116 |
| 55 g l−1b | 50–88 | 92 | 77–160 |
| 70 g l−1c | 63–112 | 118 | 98–203 |
Brewing strength according to
a NEVO, 1991, Dutch nutritional tables94: 40 g l−1., b Bedeuten zwischen a und c: 55 g l-1 (Deutsch common use). c ISO 6668:2008,95: 70 g l−1.
Aber auch der Begriff „Tasse“ oder „Portion“ ist in Bewegung: Der Becher ist mit einem Volumen von etwa 250 ml weit verbreitet und „Jumbos“ sind mit etwa 500 ml auf dem Markt.
Eine Tasse Tee zum Vergleich, hat einen etwas niedrigeren Koffeingehalt: Hergestellt aus einem 1,75 g Teebeutel mit einem durchschnittlichen Koffeingehalt für Tee von 3%, enthält eine Tasse 100 ml 50 mg, mit einer natürlichen Variabilität ähnlich dem Fall von Kaffee.,
Der Grenzwert für die obligatorische Koffeinkennzeichnung in Nicht-Kaffee-und Nicht-Tee-Getränken wird auf 150 mg l-1 festgelegt(setzt die Verpflichtung für die Koffeinkennzeichnung auf Mengen von mehr als 150 mg/l und einen als Warnung vorgesehenen Satz „enthält hohe Mengen an Koffein“, es sei denn (Art. 2 2) Das Getränk basiert auf Kaffee oder Tee);96 Diese Kennzeichnung sollte den Verbrauchern helfen, unerwartete Koffeinzufuhr zu vermeiden.
Die hier angegebenen Daten spiegeln eine Standardgetränkzubereitung wider – andere existieren. In einer Espresso-Perkolation, für eine Tasse 30 ml, 6.,5 g Braten und gemahlen werden genommen; Mit dem gleichen Kaffee sind etwa 87 mg Koffein zu erwarten. Die sehr kurze Zeit, die zur Extraktion von Koffein aus der Zellstruktur zur Verfügung steht, führt nur zu 75-85% Extraktionsausbeute.97
Während er seinen Kaffee genießt, kann der Verbraucher von der stimulierenden Wirkung von Koffein profitieren.
Die alarmierenden Effekte sind bekannt und die Mechanismen untersucht.98,99
Nach dem Verzehr wird Koffein leicht und vollständig aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert. Innerhalb von 1 h ist es gleichmäßig im Körper verteilt und passiert leicht die Blut–Hirn-Schranke., Spitzenplasmaspiegel treten 30-60 min nach der Einnahme auf.
Provoziert durch eine Tasse regelmäßigen Kaffees der zuvor berechneten Konzentration wird ein Koffeingehalt von 2 mg l-1 Körperflüssigkeit erreicht (Gesamtkörperflüssigkeit als 60% eines 70−kg-Mannes), nur im Bereich des stimulierenden Spiegels von etwa 1-4 mg l−1 Körperflüssigkeit.100 Bei solchen Blutkonzentrationen ist der Hauptwirkungsmechanismus im Zentralnervensystem der Antagonismus von Adenosinrezeptoren, der die Aktivität des Zentralnervensystems erhöht, mit Auswirkungen auf Wachsamkeit und kognitive Kontrolle.,
Während der Zirkulation wird Koffein in der Leber durch sukzessive Demethylierung und oxidativen Abbau zu Harnsäure metabolisiert. Die Abbauprodukte werden über die Nieren ausgeschieden. Etwa 5% des Koffeins werden unverändert ausgeschieden. Die Halbwertszeit reicht von 2,5 bis 4,5 h bei gesunden männlichen Erwachsenen. Für Kinder, Frauen, Schwangere und Menschen unter Stress wurden längere Zeiten gemeldet.
Der Koffeingehalt von Kaffee kann durch Entkoffeinierung reduziert werden. Der Prozess beginnt mit einer Dampfbehandlung des Rohkaffees, um das Gewebe zu erweichen, gefolgt von einer Lösungsmittelextraktion., Das erste Patent stammt aus dem Jahr 1905.101 Heute laufen Prozesse mit Dichlormethan, Ethylacetat, überkritischem oder flüssigem Kohlendioxid oder Wasser – jedes Verfahren mit einer eigenen speziellen Technologie.102 In den Vereinigten Staaten wird nicht koffeinhaltiger Kaffee als „normaler“ Kaffee bezeichnet.
Die gesetzlichen Anforderungen an den Koffeingehalt gelten für entkoffeinierten Kaffee für das Endprodukt zum Verzehr, dh gerösteten und löslichen Kaffee. In den Vereinigten Staaten wird die Entkoffeinierung durch den Grad der Entkoffeinierung gemessen; üblich sind 97%.,103 Die europäische Gesetzgebung legt einen maximalen Koffeingehalt von 0,3% für löslichen Kaffee fest; 104 Röstkaffee ist durch nationale Rechtsvorschriften abgedeckt, im Allgemeinen 0,1% für Trockenmasse.
Die Standardanalysemethoden zur Koffeinbestimmung setzen chromatographische Trennung und spektrometrische Detektion ein.105
Obwohl Koffein als reine Chemikalie einen deutlich bitteren Geschmack hat (es kann in grundlegenden sensorischen Tests als „bitterer“ Standard verwendet werden), spielt es nur eine untergeordnete Rolle, wenn es dem Kaffeegetränk einen bitteren Farbton verleiht.