Кіріспе
Кофе өсімдігінің тұқымы
кофе бұршағының тұқымы
Кофе бұршағы – Coffea өсімдігінен алынған тұқым және кофе өндірісінің бастауы. Ол қызыл немесе күлгін жемістің ішіндегі піп. Бұл жеміс көбінесе «кофе вишнясы» деп аталады, және вишня сияқты, бұл жемістің де піпі бар. Кофе бұршақтары техникалық тұрғыдан дәндер емес болғанымен, олар нағыз дәндерге ұқсас болғандықтан солай аталады. Жемістерде көбінесе екі тас болады, олардың жалпақ жақтары бірімен-бірі беттеседі. Вишнялардың шағын бөлігі әдеттегі екі тұқымның орнына бір ғана тұқымнан тұрады, мұндай тұқым «пибери» деп аталады. Пибери шамамен 10-15% ғана кездеседі, және олардың әдеттегі кофе бұршақтарынан дәмдірек екендігіне қатысты кең таралған (бірақ ғылыми тұрғыдан дәлелденбеген) сенім бар. Бразилия жаңғағы (тұқым) және ақ күріш сияқты, кофе бұршақтарының көп бөлігі эндоспермнен тұрады. Кофе өсімдіктерінің ең маңызды екі экономикалық сорты – Арабика және Робуста; әлемде өндірілетін кофедің шамамен 60% -ы Арабика және ~40% -ы Робуста. Арабика бұршақтарында 0,8–1,4% кофеин, ал Робуста бұршақтарында 1,7–4,0% кофеин болады. Кофе әлемдегі ең көп тұтынылатын сусындардың бірі болғандықтан, кофе бұршақтары – маңызды ақшалық дақыл және экспорттық тауар, кейбір дамып келе жатқан елдердің валюталық түсімдерінің 50% -дан астамын құрайды. Бұл кофеге бүкіл әлемдегі мәдениет пен тағамда маңызды орын берді. 2017 жылы кофе өндірісінің 70% -ы экспортталды, оның құны 19,9 миллиард АҚШ долларын құрады. Әлемдік кофе индустриясы өте ірі және 2023 жылға қарай 495,50 миллиард долларға бағаланады, кофе мен кофе бұршақтарының ең ірі өндірушісі – Бразилия. Кофе бұршақтарын экспорттаушы басқа да маңызды елдер – Колумбия, Вьетнам және Эфиопия.
the coffee bean seed
A coffee bean is a seed from the Coffea plant and the source for coffee. It is the pip inside the red or purple fruit. This fruit is often referred to as a coffee cherry, and like the cherry, it is a fruit with a pip. Even though the coffee beans are not technically beans, they are referred to as such because of their resemblance to true beans. The fruits most commonly contain two stones with their flat sides together. A small percentage of cherries contain a single seed, instead of the usual two, called a "peaberry". The peaberry occurs only between 10% and 15% of the time, and it is a fairly common (yet scientifically unproven) belief that they have more flavour than normal coffee beans. Like Brazil nuts (a seed) and white rice, coffee beans consist mostly of endosperm. The two most economically important varieties of coffee plants are the Arabica and the Robusta; approximately 60% of the coffee produced worldwide is Arabica and ~40% is Robusta. Arabica beans consist of 0.8–1.4% caffeine and Robusta beans consist of 1.7–4.0% caffeine. As coffee is one of the world's most widely consumed beverages, coffee beans are a major cash crop and an important export product, accounting for over 50% of some developing nations' foreign exchange earnings. This has made coffee very important in culture and food around the world. In 2017, 70% of total coffee production was exported, worth US$19.9 billion. The global coffee industry is massive and valued at $495.50 billion as of 2023, the biggest producer of coffee and coffee beans is Brazil. Other main exporters of coffee beans are Colombia, Vietnam and Ethiopia.
Тарату
Бразилия әлемдік кофе экспортының шамамен 45%-ын өндіреді. Америка Құрама Штаттары кез келген елден көбірек кофе импорттайды. 2015 жылғы мәліметтер бойынша, американдықтар күніне шамамен 400 миллион кесе кофе ішкен, бұл АҚШ-ты әлемдегі кофе тұтыну бойынша көшбасшы ел етті. Кофе өсімдіктері, Саралық және Оңтүстік Саралық шеңберлер арасындағы белгілі бір аймақта өседі, бұл аймақ "бұршақ белдеуі" немесе "кофе белдеуі" деп аталады.
Этимология
Оксфорд ағылшын сөздігінің мәліметінше, еуропа тілдері шамамен 1600 жылы түрікше "кахвех" деген атауды, мүмкін итальян тіліндегі "кафе" арқылы алған болуы мүмкін. Арабша "qahwah" сөзі түрікше "кахвех" деп айтылады, бұл демдеменің немесе сусынның атауы. Араб тілінің сөздерін зерттеушілер бұл сөздің бастапқыда "шарап" немесе шараптың бір түрін білдіргенін, ал "qahiya" ("аштық сезімі жоқ болу") етістігінен туындағанын айтады. Тағы бір кең таралған теория бойынша, бұл атау Эфиопияның Каффа провинциясынан шыққан, осы аймақта бұл түр пайда болған болуы мүмкін.
Кофе өсімдігі
Кофе ағашының биіктігі орташа есеппен өзгереді. Ағаш өскен сайын, оның жемісі азаяды және зиянкестерге және ауруларға төзімділігі бірте-бірте төмендейді. Кофе бұршақтары Африка ормандарында табиғи түрде өсетін ағаштар мен бұталардың жемістеріндегі тұқымдардан алынады. Адамдар жасыл кофе бұршақтарын қуырып, ұнтақтап, қайнатып кофе жасайды. Кофе өсімдіктері көбінесе фермердің қалауынша тығыздығына байланысты аралас отырғызылады. Кейбір фермерлер олардың маңына көлеңке беретін ағаштар немесе басқа ақшалық дақыл ағаштары, мысалы, апельсин ағаштарын отырғызады, немесе кофеді төбелердің беткейіне отырғызады, себебі оларға гүлдеу үшін ерекше жағдайлар қажет. Идеалды жағдайда, Арабика кофе бұршақтары шамамен 15-24 градус температурада, ал Робуста 24-30 градус температурада өсіріледі және жылына 1500-2500 мм жауын-шашын қажет. Жеміс дами бастаған маусымның басында көбірек жаңбыр керек, ал піскен кезде маусым соңында жаңбыр азайту керек. Тұтынуға арналған екі сирек кездесетін түр – Coffea liberica және Coffea racemosa.
Өңдеу
Жемісі піскен кезде, оны көбінесе қолмен жинап алады, әрі "таңдап жинау" әдісімен – тек піскен жемістерді ғана алып тастау, немесе "біржола жинау" әдісімен – бір бұтақтың барлық жемісін бірден жинау. Таңдап жинау көбінесе жоғары сапалы кофе өндіру үшін қолданылады, себебі дәнді піскен күйінде жинап алады. Біржола жинау – бұл кездейсоқ әдіс, піспеген, піскен және тым піскен жемістерді бірге жинайды. Біржола жинаудан кейін сапаны жақсарту үшін жиналған жемістерді сұрыптау қажет. Кофе дәндерін өңдеу үшін негізінен екі әдіс қолданылады. Біріншісі, "ылғал" немесе "жуылған" әдісі, дәстүрлі түрде Орталық Америка және Африканың кейбір аймақтарында қолданылып келеді. Дәніңің қабығынан жемістің еті бөлінеді, содан кейін дәндер ашытылады – шамамен екі күнге суға малдандырылады. Бұл дәндерге жабысқан, жабысқақ қабықшаны жұмсартады. Содан кейін бұл қабықша сумен жуылып тасталады. "Құрғақ өңдеу" әдісі арзан әрі қарапайым, бұрын Бразилияда және Африканың көп бөлігінде сапасы төмен дәндерді өңдеу үшін қолданылатын, бірақ қазір жақсы орындалған жағдайда жоғары бағаланады. Талдардың бұтақтары және басқа да жат заттар жемістерден бөлінеді, содан кейін жемістерді 2-3 аптаға күнге бетон, кірпіш немесе көтерілген жазықтарға жайып, тегіс кептіру үшін үнемі аударып отырады. Азияда үшінші бір өңдеу түрі бар, онда Азия мысығы (palm civet) кофе жемістерін жеп, дәндерін шығарып тастайды. Мысық ең піскен жемістердің дәмін қалайтындықтан, оларды таңдап жейді. Оның ас қорыту жүйесі дәннің айналасындағы қабықша мен жемісті ыдыратады. Мысықтан шығарылғаннан кейін дәндерді жинап, өңдеп, эксклюзивті өнім ретінде сатуға болады. Өңделгеннен кейін бұл дәндер "копи лувак" деп аталады және көбінесе сирек кездесетін және қымбат кофе ретінде таныстырылады.
Құрамы
"Жасыл кофе бұршағы" термині пісіп жетілмеген немесе пісіп жеткен, бірақ қауыздалмаған кофе бұршақтарын білдіреді. Олар сыртқы қабығы мен шырышты қабатын жою үшін ылғалды немесе құрғақ әдістермен өңделген, ал сыртқы бетінде балауыз қабаты сақталған. Жасы жетпеген бұршақтар жасыл түсті болады. Пісіп жеткендері қоңыр, сары немесе қызыл түске ие болады және әдетте бір құрғатылған кофе бұршағының салмағы 300-330 мг құрайды. Кофеин сияқты ұшпайтын және ұшқыш қосылыстар көптеген жәндіктер мен жануарларды оларды жеуден қорғайды. Бұған қоса, ұшпайтын және ұшқыш қосылыстар кофе бұршағы қауыздалғанда оның дәміне үлес қосады. Ұшпайтын азотты қосылыстар (алкалоидтар, тригонеллин, ақуыздар және бос аминқышқылы) мен көмірсулар қауыздалған кофедің толық хош иісін қалыптастыруда және оның биологиялық әсері үшін маңызды рөл атқарады. 2000-жылдардың ортасынан бері жасыл кофе экстракты қоректік қоспа ретінде сатылуда және хлороген қышқылының құрамы, сондай-ақ липолиздік және салмақ жоғалту қасиеттері зерттелген.
Ұшпаған алкалоидтар
Кофеин (1,3,7 триметилксантин) – жасыл және қуырылған кофе дәндерінде ең көп кездесетін алкалоид. Кофеиннің мөлшері құрғақ жасыл кофе дәндерінің салмағынан 1,0–2,5% аралығында құрайды. Кофеиннің мөлшері жасыл кофе дәні пісіп жетілген кезде өзгермейді, бірақ биіктеп орналасқан жерлерде өсетін өсімдіктерде кофеиннің мөлшері жоғары болады. Теофиллин, теобромин, параксантин, либерин және метиллибериннің төмен концентрациялары табылған. Жасыл шайда болатын алкалоид – теофиллиннің концентрациясы қуыру процесінде төмендейді, әдетте 230 °C (446 °F) температурада 15 минутқа дейін, ал басқа алкалоидтардың концентрациясы өзгеріссіз қалады. Кофеиннің суда ерігіштігі температураның жоғарылауымен, сондай-ақ хлорогендік, лимон қышқылы немесе вин қышқылы қосылғанда артады, олардың барлығы жасыл кофе дәндерінде кездеседі. Мысалы, кофеиннің белгілі бір мөлшері бөлме температурасында судың белгілі бір мөлшерінде ериді, ал 80 °C (176 °F) температурада оның ерігіштігі артады. Ксантин алкалоидтарының иісі жоқ, бірақ суда ащы таңдалады, оны жасыл кофедегі органикалық қышқылдар жасырады. Тригонелин (N метил никотинат) – В3 витаминінің туындысы, ол кофеиндей ащы емес. Жасыл кофе дәндерінде оның мөлшері 0,6–1,0% аралығында болады. 230 °C (446 °F) температурада қуыру кезінде тригонеллиннің 85% никотин қышқылына ыдырайды, қуырылған дәндерде молекуланың шағын мөлшері өзгермей қалады.
Белоктар мен амин қышқылдары
Құрғатылған көгілдір кофе дәндерінде ақуыз 8-12 пайызды құрайды. Ақуыздардың көпшілігі 11S сақтау түріне жатады (альфа-компоненті 32 кДа, бета-компоненті 22 кДа), олардың көп бөлігі жасыл кофе дәндері пісіп жетілгенде бос аминқышқылдарына ыдырайды. Бұдан әрі, 11S сақтау ақуыздары қуыру температурасында жеке аминқышқылдарына ыдырайды, демек, Майяр реакциясының өнімдері пайда болғаннан туындаған ащы компоненттердің қосымша көзі болып табылады. Жоғары температура, оттегі концентрациясы және төмен pH жасыл кофе дәндерінің 11S сақтау ақуыздарын төмен молекулалық салмақты пептидтер мен аминқышқылдарына дейін ыдыратады. Хлороген қышқылдары және олардың туындылары сияқты органикалық қышқылдардың болуы ыдырауды жылдамдатады. Басқа ақуыздарға каталаза және полифенол оксидаза сияқты ферменттер жатады, олар жасыл кофе дәндерінің пісіп жетілуі үшін маңызды. Піскен кофеде бос аминқышқылдары бар (4,0 мг аминқышқыл/г робуста кофе және 4,5 мг аминқышқыл/г арабика кофе). Coffea arabica-да аланин ең жоғары концентрациялы аминқышқылы болып табылады, яғни 1,2 мг/г, одан кейін 0,66 мг/г аспарагин, ал C. robusta-да аланин 0,8 мг/г және аспарагин 0,36 мг/г концентрациясында кездеседі. Жасыл кофе дәндеріндегі гидрофобты аминқышқылдар жағымсыз дәмге әкеледі, сондықтан олардан қанағаттанарлық сусын дайындау мүмкін емес. Перудан алынған жас жасыл кофеде бұл концентрациялар былай анықталды: изолейцин 81 мг/кг, лейцин 100 мг/кг, валин 93 мг/кг, тирозин 81 мг/кг, фенилаланин 133 мг/кг. Гамма-аминомаслян қышқылының (нейротрансмиттер) концентрациясы Танзаниядан алынған жасыл кофе дәндерінде 143 мг/кг мен 703 мг/кг аралығында анықталды. Қуырылған кофе дәндерінде бос аминқышқылдары жоқ; жасыл кофе дәндеріндегі аминқышқылдары қуыру температурасында Майяр өнімдеріне (қанттың альдегид тобы мен аминқышқылдарының альфа-амин тобы арасындағы реакция өнімдері) ыдырайды. Бұдан әрі, дикетопиперазиндер, мысалы, цикло(пролин-пролин), цикло(пролин-лейцин) және цикло(пролин-изолейцин) тиісті аминқышқылдарынан түзіледі және қуырылған кофедің ащы дәмінің басты көзі болып табылады. Дикетопиперазиндердің ащы дәмі судың шамамен 20 мг/литрінде байқалады. Эспрессодағы дикетопиперазиннің мөлшері шамамен 20-30 мг құрайды, бұл оның ащылығына жауапты.
Көмірсулар
Көмірсулар жасыл кофе бұршағының құрғақ салмағының шамамен 50% құрайды. Жасыл кофедегі көмірсулар фракциясында арабиногалактан, галактоманнан және целлюлоза сияқты полисахаридтер басым, олар жасыл кофедің дәмсіздігіне себеп болады. Арабиногалактан жасыл кофе бұршағының құрғақ салмағының 17% дейін құрады, оның молекулалық салмағы 90-200 кДа. Ол бета-1,3 байланысқан галактан негізгі тізбектерінен тұрады, олардың бүйірлік тізбектерінде арабиноза (пентоза) және галактоза (гексоза) қалдықтары жиі кездеседі, бұл жасушалық қорғаныс жүйесін (Th 1 жауабын) стимуляциялап, иммуномодуляциялық қасиеттерге ие. Пісіп жетілген қоңырдан сарыға дейінгі кофе дәндерінде полисахаридтердің бүйірлік тізбегінде галактоза мен арабиноза қалдықтары азырақ болады, бұл жасыл кофе бұршағын физикалық бұзылуға төзімдірек етеді және суда нашар ериді. Кофедегі арабиногалактанның молекулалық салмағы көптеген басқа өсімдіктерге қарағанда жоғары, бұл ас қорыту жолының жасушалық қорғаныс жүйесін, төмен молекулалық салмағы бар арабиногалактанмен салыстырғанда жақсартады. Пісіп жетілген қоңырдан сарыға дейінгі жасыл кофе бұршақтарында еркін моносахаридтер кездеседі. Моносахаридтердің еркін бөлігінде арабика жасыл кофе бұршағында 9000 мг/100 г дейін сахароза (глюкофруктоза) болады, ал робустада бұл көрсеткіш 4500 мг/100 г құрайды. Арабика жасыл кофе бұршағында еркін глюкозаның мөлшері 30-38 мг/100 г, еркін фруктоза 23-30 мг/100 г; еркін галактоза 35 мг/100 г және манитол 50 мг/100 г құрғақ кофе бұршағында кездеседі. Маннит – биологиялық мембраналардағы липидтердің пероксидтелуі кезінде түзілетін гидроксил радикалдарын тиімді жояды.
Липидтер
Жасыл кофеде кездесетін липидтерге мыналар жатады: линоль қышқылы, пальмитті қышқыл, олей қышқылы, стеар қышқылы, арахид қышқылы, дитерпендер, триглицеридтер, қанықпаған ұзақ тізбекті май қышқылдары, эфирлер және амидтер. Құрғатылған жасыл кофедегі липидтердің жалпы мөлшері 11,7–14 г/100 г. Липидтер жасыл кофе дәндерінің бетінде және ішкі матрицасында кездеседі. Бетінде карбоксил қышқылының 5-гидрокситриптамидтері, май қышқылдарымен (қанықпаған С6–С24) амид байланысы бар туындылары бар, бұл жалпы липидтер құрамының 3%-ға дейін немесе 1200–1400 микрограмм/г құрғатылған жасыл кофе дәніне дейін құрайды. Мұндай қосылыстар кофе дәнінің бетінде (құрғатылған жасыл кофе дәнінің 100 г-на 200–300 мг липид) майға ұқсас қаптаманы құрайды, ол ішкі матрицаны тотығудан және жәндіктерден қорғайды. Бұған қоса, мұндай молекулалар химиялық құрылысының есебінен антиоксиданттық белсенділікке ие. Ішкі тіндердің липидтері – триглицеридтер, линоль қышқылы (жалпы еркін липидтердің 46%), пальмитті қышқыл (жалпы еркін липидтердің 30–35%) және эфирлер. Арабика бұршақтарында липидтердің мөлшері робустаға қарағанда жоғары (13,5–17,4 г липидтер/100 г құрғатылған жасыл кофе бұршақтары) (9,8–10,7 г липидтер/100 г құрғатылған жасыл кофе бұршақтары). Дитерпендер липидтік фракцияның шамамен 20%-ын құрайды. Жасыл кофеде кездесетін дитерпендерге кафестол, кахеол және 16-O-метилкафестол жатады. Бұл дитерпендердің кейбіреулері in vitro эксперименттерінде бауыр тінін химиялық тотығудан қорғайтыны көрсетілген. Жасыл кофе дәндерінен алынған кофе майында дитерпендер қаныққан ұзақ тізбекті май қышқылдарымен эфирленген.
Ұшпаған хлороген қышқылдары
Хлорген қышқылдары фенол қышқылдары тобына жататын қосылыстар, олар антиоксиданттар болып табылады. Арабиканың құрғатылған жасыл кофе дәндеріндегі хлороген қышқылдарының мөлшері 65 мг/г, ал робустада 140 мг/г құрайды, бұл жинау кезіміне байланысты. Қуыру температурасында хлороген қышқылдарының 70%-дан астамы жойылады, нәтижесінде қуырған кофе дәнінде 30 мг/г-дан кем қалдық көрінеді. Жасыл кофеге қарағанда, жасыл шайда орташа есеппен 85 мг/г полифенолдар болады. Бұл хлороген қышқылдары антиоксиданттардың қолжетімді, арзан көзі болуы мүмкін. Хлорген қышқылдары – кофеин қышқылы, феруль қышқылы және 3,4-диметоксицин қышқылы сияқты гомологтық қосылыстар, олар квин қышқылының гидроксил топтарымен эфирлік байланыс арқылы байланысқан. Хлорген қышқылының антиоксиданттық белсенділігі аскорбин қышқылынан (С витамині) немесе селективті гидрокси радикалдарды жойғыш манитолдан жоғары. Хлорген қышқылдары 50 мг/л су сияқты төмен концентрацияда ащы дәм береді. 1 г/л судың жоғары концентрациясында олар қышқыл дәмге ие. Хлорген қышқылдары кофеиннің ерігіштігін арттырады және дәмді реттеуде маңызды рөл атқарады.
Ұшпалы қосылыстар
Жасыл кофе дәндерінің ұшпалы қосылыстарына қысқа тізбекті май қышқылдары, альдегидтер және азотты қосылыстар, мысалы, пиразиндердің туындылары (жасыл шөптесін, топырақты иіс) жатады. Қысқаша айтқанда, осы ұшпалы қосылыстар жасыл кофеге қарағанда қуырылған кофеге қарағанда жағымсыз иіс пен дәм беруге жауапты. Starbucks компаниясы жасыл бұршақтан кофеинді бөліп алып, бұршақтан алынған сұйықтықты пайдаланбайтын арнайы технология арқылы Green Bean Refreshers жасап, коммерциялық сәттілікке жетті. Көптеген тұтынушылар жасыл кофе дәндерін ыстық суға салып, жасыл бұршақтан "экстракт" жасауға тырысады. Көбінесе, ұсынылатын уақыт (20 минуттан 1 сағатқа дейін) дәмді бұзбайтын кофеиннің тым көп мөлшерін шығарады. 12 минуттан кем уақытқа салынғанда, кофеин экстрактына қарағанда көбірек қоректік заттар мен азырақ кофеин бар, ішуге қолайлы сұйықтық алынады. Нәтижесінде алынған сілтілік негізді қышқыл немесе жемісті экстракттармен, тәттілендірілген немесе тәттілендірілмеген күйде араластырып, экстракттың көкөніс сияқты дәмін жасыруға болады. Жасыл кофе дәндерін қуыру кезінде, жаңа жасыл кофеде жоқ, әдеттегі жағымды кофе хош иісін беретін басқа молекулалар пайда болады. Қуыру кезінде жағымсыз дәмді ұшпалы қосылыстардың көп бөлігі бейтараптандырылады. Алайда, жасыл кофедегі антиоксиданттар мен витаминдер сияқты маңызды молекулалар жойылады. Адамдарға құлайтын иісі бар ұшпалы қосылыстар анықталды, оларға сірке қышқылы (жеткілікті, жағымсыз иіс), пропион қышқылы (қышқыл сүт немесе май иісі), бутан қышқылы (бұзылған май иісі, жасыл кофеде 2 мг/100 г), пентан қышқылы (жағымсыз жеміс дәмі, жасыл кофеде 40 мг/100 г), гексан қышқылы (майлы, бұзылған иіс), гептан қышқылы (майлы иіс), октан қышқылы (жағымсыз майлы иіс); нонан қышқылы (жұмсақ жаңғақ майлы иісі); декано қышқылы (қышқыл, жағымсыз иіс) және осы майлы қышқылдардың туындылары – 3-метилвалериян қышқылы (қышқыл, жасыл шөптесін, жағымсыз иіс), ацетальдегид (жеткілікті, құлайтын иіс, тіпті азайтылғанда да, кептірілген жасыл кофе дәндерінде шамамен 5 мг/кг концентрацияда кездеседі), пропаналь (тыныс алу жүйесіне әсер ететін, құлайтын иіс), бутаналь (құлайтын әсер, кептірілген жасыл кофе дәндерінде 2–7 мг/кг), немесе пентаналь (өте жағымсыз құлайтын әсер).