Opowieść o małej czarnej

Kawa musi być gorąca jak piekło, czarna jak diabeł, czysta jak anioł, słodka jak miłość
Talleyrand – francuski mąż stanu

Mówiąc najkrócej, kawa jest napojem przygotowywanym z ziaren niektórych gatunków rośliny z rodzaju kawowca (Coffea L.). Są to krzewy i drzewa oryginalnie pochodzące z Afryki, dziś uprawiane w wielu krajach strefy międzyzwrotnikowej. Aby uzyskać krzew lub drzewo kawowca, hodowcy sadzą nasiona w długich rzędach w miejscach ocienionych przez posadzone wcześniej szkółki roślinne. Po trzech, czterech latach, gdy roślina zaczyna owocować, zbierane są dojrzałe czerwone owoce, z których po usunięciu miękiszu i owocni wewnętrznej uzyskuje się ziarna.

Metody uprawy niewiele się zmieniły przez wieki, ale dziś naukowcy coraz dokładniej przyglądają się mikrobiomowi, który towarzyszy tym roślinom. Zadaniem tym zajęli się m.in. amerykańscy fitopatolodzy, którzy postanowili zbadać kawowce z Ameryki Środkowej. W tym celu analizowali tkanki korzeniowe. Ich badania wykazały obecność 26 gatunków bakterii oraz 31 gatunków grzybów, które uznano za tzw. mikrobiom rdzeniowy (ang. core microbiome), czyli obecny na wszystkich roślinach danego gatunku, w przeciwieństwie do mikrobiomu zmiennego (ang. variable microbiome). Jest to dość istotne odkrycie, ponieważ do tej pory uważano raczej, że roślina ta nie charakteryzuje się obecnością konkretnych gatunków mikroorganizmów, a raczej zależą one od gleby i warunków klimatycznych. Zauważono też, że bardziej spójny jest mikrobiom bakteryjny, podczas gdy grzybowy do pewnego stopnia zmienia się wraz z klimatem. Naukowcy zastanawiają się nad tym, czy globalne zmiany klimatu będą też wpływać na mikrobiom korzeni kawowca, ale także wysunęli hipotezę, że obecność konkretnych bakterii i grzybów może mieć wpływ na aromat uzyskiwanego naparu.

Kawa oczami chemika

Ziarna kawy zawierają setki związków chemicznych, ale prawdziwy smak i aromat tworzą się w procesie zwanym paleniem kawy. Polega on na umieszczeniu ziaren w specjalnym piecu i ogrzewaniu ich przez pewien czas. Ale jak zawsze diabeł tkwi w szczegółach. I właśnie o nie dbają specjaliści zajmujący się procesem palenia, zwani roasterami. Ziarna kawy mają barwę zieloną, natomiast w trakcie prażenia zmieniają kolor na odpowiedni odcień brązowego. W piecu, w temperaturze 150–200°C rozpoczyna się tzw. reakcja Maillarda, w której obecne w ziarnach białka reagują z cukrami, tworząc mieszaninę skomplikowanych związków o charakterystycznej barwie i aromacie. Podobne reakcje zachodzą też podczas pieczenia chleba, mięsa czy ciast. W bardzo zbliżonej temperaturze zaczyna zachodzić karmelizacja (też znana z kuchni), czyli częściowy rozkład cukrów. Przy 205°C z wnętrza ziaren zaczyna gwałtownie uwalniać się woda, czemu towarzyszą zwiększenie ich objętości oraz charakterystyczny trzask (first crack), podobny do tego, który znamy z przygotowywania popcornu. Jeśli przerwiemy palenie na tym etapie, uzyskamy kawę jaśniejszą, o mniej intensywnym aromacie. Dalsze ogrzewanie powoduje rozpoczęcie procesu rozkładu termicznego związków organicznych, zwanego pirolizą. Ziarna stają się ciemnobrązowe, przy czym wydziela się dwutlenek węgla. Gdy będziemy nadal zwiększać temperaturę, to powyżej 230°C rozpoczyna się proces zwęglania ścian komórkowych zbudowanych z celulozy. Towarzyszy mu kolejny trzask, zwany second crack. Na tym etapie z wnętrza ziaren uwalniają się substancje oleiste, co powoduje, że ich powierzchnia staje się błyszcząca. Tu kończy się chemia, potem jest już tylko fizyka – mielenie ziaren i ekstrakcja.

Kawa a zdrowie

Wielu miłośników kawy nie wyobraża sobie codziennej filiżanki bez porcji jakichś słodyczy, przy czym za najlepszy dodatek uznawana jest przez wiele osób gorzka czekolada. Zjawisku temu postanowiła się przyjrzeć grupa duńskich naukowców z Aarhus Universitet. Zbadali oni zmysł smaku i węchu u 156 osób przed wypiciem kawy i po nim. Okazało się, że węch pozostał niezmieniony, ale kawa w dość istotny sposób wpłynęła na zmysł smaku. Badani byli bardziej czuli na słodycz, podczas gdy spadła u nich zdolność odczuwania smaku gorzkiego. Co ciekawe, dokładnie takie same wyniki uzyskano przy kawie bezkofeinowej. Jak więc widać, to zupełnie inne związki niż kofeina powodują zmiany w odczuwaniu smaku. Dlatego ciemna czekolada wydaje się słodsza po wypiciu kawy, ponieważ zmniejszone jest odczuwanie smaku gorzkiego. Nie wierzycie – sprawdźcie sami.

Coraz ciekawsze są wyniki badań dotyczących oddziaływania kofeiny na układ pokarmowy. Zazwyczaj mówi się, że kawa może powodować zgagę. Wynika to z faktu, że kawa wzmaga wydzielanie kwasu solnego w żołądku, co skutkuje właśnie zgagą, gdy występuje u nas dysfunkcja dolnego zwieracza przełyku. Trzeba jednak pamiętać, że na zgagę wpływa znacznie więcej czynników.

Ale są też znacznie lepsze wieści. Okazuje się, że regularne picie kawy może nas do pewnego stopnia uchronić przed kamicą żółciową. Mechanizm tego działania nie jest jeszcze znany, wiadomo tylko, że musi pełnić w nim pewną funkcję kofeina, ponieważ u ludzi pijących kawę bezkofeinową nie obserwowano złagodzenia kamicy. W tej serii badań zauważono również, że kawa wpływa pozytywnie na ruchy jelit, a także na wydzielanie żółci, która jest bardzo istotna w procesie trawienia. Naukowcy podkreślają jednak, że tego typu efekty obserwowane są wtedy, gdy konsumpcja nie przekracza 3–5 kaw dziennie (zgodnie z rekomendacjami European Food Safety Authority).

Bardzo interesujące wyniki mamy też w przypadku korelacji pomiędzy piciem kawy a tzw. zespołem metabolicznym. Jest to zbiór licznych zaburzeń metabolicznych, które stopniowo doprowadzają do wyniszczenia organizmu. Występuje on szczególnie często u ludzi chorujących na otyłość brzuszną, cukrzycę typu 2, nadciśnienie i miażdżycę. Metaanaliza przeprowadzona przez uczonych z Włoch i Hiszpanii wykazała, że regularne picie kawy (w rozsądnych ilościach) zmniejsza ryzyko wystąpienia zespołu metabolicznego. Nie wiadomo, które związki obecne w tym napoju na to wpływają, ale podejrzewane są tu polifenole oraz kwasy hydroksycynamonowe.

No dobrze, ale w takim razie kiedy należy pić kawę? Wielu ludzi właśnie od niej, a nie od śniadania zaczyna swój dzień. Okazuje się, że to nie jest dobry pomysł. Fizjolodzy z University of Bath (Wielka Brytania) przeprowadzili szereg eksperymentów na 29 zdrowych osobach obojga płci, aby sprawdzić zależność poziomu glukozy od tego, czy rano pijemy kawę przed śniadaniem, czy po nim. Wyniki badań jednoznacznie wskazują, że wypicie kawy przed śniadaniem sprawia, że znika senność, ale ma negatywny wpływ na metabolizm glukozy, pogarszając go nawet o 50%. Dlatego też znacznie rozsądniejsze jest zjedzenie śniadania przed wypiciem porannej kawy. Dotyczy to też kolejnych posiłków w trakcie dnia.

Musimy jednak pamiętać, że fizjologiczne efekty picia kawy bywają rozmaite u różnych ludzi. Zapewne czytelnicy znają takie osoby, które nie mogą pić kawy po południu, ponieważ potem mają poważne problemy z zaśnięciem, i takie, które wieczorem ją piją, ponieważ pozwala im to szybko usnąć. Część ludzi może pić tylko słabą kawę, ponieważ mocna wywołuje u nich zdecydowanie przyspieszone bicie serca (tachykardię), podczas gdy u innych zupełnie nie ma takiego efektu.

Co z tą kofeiną?

Jak wiadomo, podstawowym związkiem psychoaktywnym zawartym w kawie jest kofeina. Ciekawostką jest fakt, że absorpcja i biodostępność tego alkaloidu jest bardzo zbliżona u wszystkich ssaków – od człowieka przez psy, króliki, szczury aż do myszy. 99% kofeiny wchłania się w układzie pokarmowym w ciągu 45 min od spożycia. 20% ulega absorpcji już w żołądku, a pozostała część w jelicie cienkim. Maksymalne stężenie we krwi osiągane jest po jakichś 30 min. Od tego momentu stężenie spada, zaczyna natomiast wzrastać stężenie paraksantyny, która jest głównym metabolitem kofeiny. Co ważne – stężenie tego związku rośnie znacznie dłużej, nawet przez 8–10 godz. Wchłanianie kofeiny z pożywienia i napojów nie zależy w zbyt dużym stopniu od wieku ani płci. Jeśli chodzi o wydalanie, zarówno u ludzi, jak też u zwierząt niższych tylko ok. 0,5–2% niezmetabolizowanej kofeiny wydalane jest z moczem. Wynika to z tego, że 98% tego związku ulega reabsorpcji w kanalikach nerkowych.

Dość silnie na metabolizm kofeiny wpływa ciąża. Ustalono, że w trzecim trymestrze jej rozkład jest znacznie spowolniony (nawet trzykrotnie), a wszystko wraca do normy kilka tygodni po porodzie. Powoduje to gromadzenie się tego związku w płodzie i łożysku, ponieważ nie mają one zdolności jego metabolizowania. Dlatego też kobiety ciężarne powinny bardzo uważać na wszelkie napoje zawierające kofeinę (kawa, herbata, napoje energetyczne). Tu warto dodać, że przyjmowanie tabletek antykoncepcyjnych także zdecydowanie wydłuża czas półtrwania kofeiny w organizmie.

Ciekawe są dane dotyczące palaczy – okazuje się, że w ich przypadku metabolizm kofeiny może być nawet dwukrotnie szybszy. Jest to m.in. wynikiem większej aktywności enzymów wątrobowych, stymulowanych obecnością wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w dymie tytoniowym. Warto wiedzieć, że kofeina wchodzi w interakcje z różnymi lekami. Zaskakujące może być np. to, że związek ten nawet o 40% potrafi zwiększyć działanie typowych leków przeciwbólowych, takich jak ibuprofen, paracetamol czy aspiryna.

Na koniec jeszcze jedna ciekawostka – wszystkich miłośników kawy przebija żyjąca w glebie prosta bakteria, pałeczka Pseudomonas putida. Jest to na razie jedyny znany organizm, który może żywić się wyłącznie kofeiną, będącą źródłem węgla i azotu.

Rozpuszczalna, bezkofeinowa, zbożowa

Wielu ludzi ceni sobie łatwość przygotowania szybkiej kawy. Tak narodziła się kawa rozpuszczalna, znana też jako instant. Otrzymuje się ją w dość prosty sposób: zmielone ziarna kawy podlegają ekstrakcji ciśnieniowej (podobnie jak w ekspresie), po czym uzyskany półprodukt poddaje się zagęszczeniu przez odparowanie wody, a następnie liofilizacji, czyli usunięciu resztek wody. Dzięki temu, że proces prowadzi się w niskiej temperaturze, kawa zachowuje aromat. Częściej jednak spotykamy tańsze kawy, które uzyskuje się metodą suszenia rozpryskowego. Strumień ekstraktu rozpyla się, a woda usuwana jest gorącym powietrzem. W tym procesie uzyskuje się znacznie drobniejszy i mniej aromatyczny granulat.

Wiele osób ma ochotę pić kawę, ale mają przeciwwskazania związane ze spożywaniem kofeiny. Dla nich stworzono kawę bezkofeinową. Uzyskuje się ją jeszcze na wczesnym etapie – z ziaren kawowca. Pierwotnie proces usuwania kofeiny polegał na potraktowaniu ziaren parą zawierającą kwasy i zasady, a następnie ekstrakcji kofeiny benzenem. Gdy benzen zaczął być podejrzewany o rakotwórczość, zamieniono go na dwuchlorometan albo octan etylu. Proces traktowania kolejno parą i rozpuszczalnikiem organicznym powtarza się kilka, kilkanaście razy, co pozwala na usunięcie 97–99,8% kofeiny. Najnowsza, najzdrowsza, a do tego ekologiczna metoda polega na bezpośredniej ekstrakcji kofeiny nadkrytycznym CO₂ (pod odpowiednim ciśnieniem gaz ten staje się cieczą). Dwutlenek węgla rozpuszcza selektywnie kofeinę, jednocześnie nie ekstrahując aromatów. Co ważne – jest on używany w obiegu zamkniętym, a pozyskana w ten sposób kofeina może np. służyć do produkcji napojów energetycznych.

Istnieją też substytuty kawy niezawierające kofeiny. Otrzymuje się je głównie z prażonego żyta, pszenicy czy jęczmienia z dodatkiem cykorii i często buraka cukrowego. W Polsce taki napój najpierw zaczęto pić w Wielkopolsce i na Śląsku. W czasie II wojny światowej w domach przygotowywano też swoistą kawę z prażonych żołędzi. Dziś kawa zbożowa jest popularna na całym świecie, także wśród wyznawców Kościoła Jezusa Chrystusa Świętych w Dniach Ostatnich oraz Adwentystów Dnia Siódmego, którym zasady religijne zakazują picia naturalnej kawy.

dr n. chem. Mirosław Dworniczak

Dziennikarz naukowy – freelancer, współpracujący z „Wiedzą i Życiem” oraz „Tygodnikiem Powszechnym”, dawniej także z „Magazynem Internet” i „PC World”. Z wykształcenia chemik, uzyskał doktorat z fizykochemii organicznej.

***

Kofeina i inne związki

Podstawowym związkiem chemicznym odpowiadającym za pobudzające właściwości kawy jest kofeina. Inną grupą związków w ziarnach kawy są taniny – złożone związki organiczne odpowiedzialne za cierpki smak. Ziarna kawy zawierają też szeroki zestaw polifenoli, silnych przeciwutleniaczy, w tym kwas kawowy oraz kwas chlorogenowy (uwaga: wbrew nazwie nie zawiera on chloru) i jego pochodne. Obecne są tam też witaminy z grupy B, a także takie pierwiastki śladowe jak mangan.

Warto jednak wiedzieć, że nie wszystko w kawie jest zdrowe. Znajdują się tam też związki o jednoznacznie negatywnym działaniu, jak choćby rakotwórczy benzo[a]piren, formaldehyd, furfural czy styren. Na szczęście jest ich naprawdę niewiele.

***

Espresso? Cappuccino? Irish coffee?

Mistrzami w tworzeniu rozmaitych rodzajów kawy są Włosi. Przygotowanie kawy podnieśli do rangi sztuki. I tam właśnie powstało espresso (nie ekspreso!), czyli mała (25– 30 ml) porcja mocnej aromatycznej kawy. Nazwa nie pochodzi od szybkości przygotowania, ale od wyciskania/ wytłaczania. Jeśli doda się do niej porcję spienionego mleka, otrzymamy cappuccino (nazwa pochodzi od koloru habitu kapucynów). To właśnie na powierzchni cappuccino bariści wykonują fantazyjne wzorki. Do śniadania Włosi lubią caffe latte, czyli espresso z mlekiem i pianką mleczną. Z kolei espresso z niewielką ilością spienionego mleka to latte macchiato (to ostatnie słowo oznacza dosłownie „splamione”, bo to kawa tylko lekko splamiona mlekiem). Irlandczycy mają swoją kawę po irlandzku, czyli mocną czarną z podgrzaną whisky, brązowym cukrem i dekoracją z bitej śmietany. Wariacją na temat jest kawa po francusku (z koniakiem lub brandy oczywiście), po hiszpańsku (z sherry) oraz po rosyjsku (z wódką rzecz jasna).

***

Kawowe ciekawostki

• na świecie rocznie wypijanych jest 400 mld filiżanek kawy

• zwolennicy medycyny niekonwencjonalnej polecają lewatywę z kawy m.in. jako alternatywną metodę leczenia raka. Brak jakichkolwiek dowodów na takie działanie

• najwięcej kawy na świecie piją Finowie (12 kg rocznie na głowę)

• jeśli dodamy do kawy śmietankę, pozostaje ona ciepła o 20% czasu dłużej

• przeciętny Amerykanin wydaje na kawę średnio tysiąc dolarów rocznie

• za smak i aromat kawy odpowiada około 600 związków chemicznych

• legenda głosi, że w Turcji kobieta miała prawo rozwieść się z mężem, jeśli nie zapewniał jej wystarczającej ilości codziennej kawy

• Beethoven życzył sobie, aby zaparzano mu kawę ze zmielonych 60 ziaren – ani jednego mniej czy więcej

• pracownicy Uniwersytetu Cambridge zainstalowali pierwszą kamerę sieciową, dzięki której mogli monitorować poziom kawy w pokoju socjalnym (nie szukajcie, wyłączyli ją w 2001 r.)

• w czasach wczesnego PRL dobra kawa była trudno dostępna. Dlatego też była często wręczana w ramach podziękowania za rozmaite grzeczności