ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК СУБЛИМИРОВАННОГО КОФЕ

Данная статья посвящена изучению содержания кофеина, содержащегося во всеми нами любимом кофе. В работе мы использовали исключительно марки сублимированного кофе и проводили цепочку экспериментов, направленных на достижение поставленной цели.

Кофе – один из самых популярных напитков в мире, оказывающий стимулирующее воздействие на организм человека. Напиток содержит кофеин, ускоряющий сердцебиение и расширение кровеносных сосудов, оказывает комплексное действие на метаболизм. Защищает организм от повреждений, вызванных стрессом, и провоцирует выброс адреналина в кровь.

Цель исследования

Оценить органолептические свойства и содержание кофеина в сублимированном кофе различных торговых марок и ценовых категорий.

Задачи исследования

• Изучить виды растворимого кофе и способы его изготовления.
• Ознакомиться с химическим строением и свойствами кофеина
• Сравнить информационные данные от производителя различных марок сублимированного кофе
• Провести органолептическое исследование различных марок сублимированного кофе
• Провести лабораторное исследование свойств различных марок сублимированного кофе
• Обобщить результаты работы и на основе полученных данных сделать выводы

В «Повести временных лет» упоминается о некоем напитке кава, который пил князь Владимир. Известно, что в переводе с польского и украинского языков «кава» значит «кофе». К сожалению, опровергнуть или подтвердить этот факт очень сложно. Традиционно история кофе в нашей стране ведется с 1665 года, когда напиток был прописан царю Алексею Михайловичу в качестве лекарства английский лекарь Сэмюэль Коллинз.

Однако популяризация напитка началась с Петра I. По приезде из Голландии он издал указ, согласно которому пить кофе должны были все подданные. Еще большей любовью к напитку отличилась Екатерина II: она выпивала по пять чашек каждое утро.

Первый кофейный дом был открыт в России в 1740 году при Анне Иоанновне. Во время революции спрос на продукт был низким ввиду его дороговизны. Прежний интерес вернулся к нему в 20-х годах 19 века, но тогда напиток был доступен лишь буржуазии, а его массовое потребление началось после хрущевской оттепели. Правда, через несколько лет на российском рынке возник дефицит качественного кофе, что привело к появлению заменителей. С 1991 года на рынке увеличился объем растворимого кофе из Бразилии и Колумбии. Сейчас появляется все больше кофеен и поставщиков натурального обжаренного кофе, кофейная культура находится на самом пике.

Существуют 3 основных вида обработки кофе, используемых в наше время.

1. Мытый кофе

Главная особенность мытого метода заключается в том, что кожица, мякоть и клейковина с кофейной ягоды удаляется до этапа сушки кофейных зерен.

Ферментативным способом: зерна отправляются примерно на сутки в специальный резервуар с водой - там происходит ферментация, в результате которой клейковина разъедается и размягчается. После этого кофейные зерна еще раз промываются водой и отправляются на сушку.

Механическим способом: здесь используется аквапульпер, в котором под сильным напором воды и за счет интенсивного трения происходит механическое удаление клейковины с пергамента.

И там, и там на выходе мы получаем кофейные зерна в пергаментной оболочке, которые отправляются на сушку на специальные площадки (глиняные, бетонные патио) или так называемые африканские кровати. На этом этапе происходит удаление влаги из кофейных зерен с 60-65% до примерно 10-12%. Далее зерна отправляют на сушку и фасуют в мешки. Кофе готово к продаже.

2. Кофе, полученный натуральным методом

Хотя он экономически наименее затратный и наиболее экологичный по отношению к окружающей среде, для него требуются определенные климатические условия и много ручного труда. Кофейные ягоды сушатся целиком, т.е. вместе с мякотью, а вода в нем не используется.

Выделяют несколько этапов производства:

На первом этапе собранный урожай перебирается и сортируется, механически и/или вручную. Далее кофейные ягоды отправляются сушиться под открытым солнцем. В некоторых случаях, в зависимости от географических и климатических условий плантации, дополнительно могут использоваться сушильные машины. Сушка на солнце может занимать до 4 недель для достижения необходимой влажности зерен (10-12%). Высушенные ягоды отправляются в специальные машины для отделения высохшей мякоти с кофейного зерна. Полученные кофейные зерна сортируются и упаковываются для экспорта.

3. Обработка Хани (методика)

Хани метод является визитной карточкой кофе из Коста-Рики. В характеристиках кофейных зерен, полученных этим методом принято указывать подкатегории от наименьшего к наибольшему содержанию мякоти: белый, желтый, золотистый, красный и черный хани, - они отражают степень воздействия хани-процесса на вкус и общий профиль в чашке. Количество оставшейся клейковины на зернах влияет на сладость, тело и кислотность кофе. Это количество можно мониторить и контролировать, тем самым добиваясь нужных характеристик. Как правило, чем больше мякоти остается на зернах, тем ближе к натуральной обработке вкусовой профиль. Хани процесс на начальном этапе схож с мытым методом обработки кофе: отобранные зерна проходят через депульпатор для удаления мякоти ягоды. После этого промытые зерна, покрытые клейковиной, отправляются на сушку, во время которой происходит ферментация, как и в натуральном методе обработки кофе. Во время ферментации клейковина размягчается и становится липкой и тягучей как мед, кофейное зерно в этот момент насыщается сахарами, которые переходят в него из ягоды.

Всего различают 3 вида растворимого напитка кофе:

• сублимированный;
• порошковый;
• гранулированный

Сублимированный считается наиболее полезным, однако он же относится к наиболее дорогим, ведь технология его производства требует больше времени и ресурсов.

Порошок считается менее затратным, но и менее полезным, ведь недорогое производство с лихвой компенсируется добавлением ароматизаторов и красителей.

Наконец, гранулированный вид представляет собой тот же самый порошок, прошедший дополнительную стадию обработки. Он считается худшим по запаху и вкусу.

Технология производства сублимированного кофе:

1. Сначала зерна обжаривают и стирают в порошок;

2. На втором этапе зерна помещают в специальные резервуары, где варят до получения густого, как нефть, концентрата. Пить такую жидкость опасно для здоровья – даже самое сильное сердце может не выдержать объемов кофеина, содержащихся в ней;

3. Дальше происходит вакуумная заморозка. Самое главное, чтобы кофейный экстракт заморозился очень быстро. Это важно для сохранения вкуса. Во время такой операции вся жидкость мгновенно испаряется, а кофейная масса становится сухой;

4. Сухую массу измельчают на ровные небольшие гранулы, которые обогащают эфирными маслами;

5. Так как концентрация смеси очень мала, ее повторно ароматизируют;

6. Последний и немаловажный этап – дегустация. В них принимают участие специально обученные люди, у которых хорошо развиты сенсорные способности.

Проводится два вида дегустации: зеленого кофе и готового продукта. Дегустации проходят в полной тишине, при максимальной сосредоточенности. Для дегустации зеленого кофе отбирают образцы зеленых зерен, обжаривают до определенного цвета, перемалывают и заваривают. Готовый кофе просто заваривают кипятком. Сам процесс дегустации очень интересен. Кофе глотать нельзя, его выплевывают. Используют только белые чашки, чтобы видеть цвет, и серебряные ложки. Считается, что они сохраняют вкус кофе.

Кофеин— алкалоид пуринового ряда, бесцветные или белые горькие кристаллы. Является психоактивным веществом, содержится в кофе, чае, мате, шоколаде, входит в состав энергетиков и многих прохладительных напитков. Также входит в состав аптечных препаратов. Химическое название кофеина — 1,3,7-триметил- ксантин. Структурная формула кофеина C₈H₁₀N₄O₂. Структура кофеина, независимо от его источника (кофе, напитки-энергетики, чай (камелия китайская), или таблетки), остается неизменной. При систематическом употреблении кофеина снижается риск развития болезни Альцгеймера, цирроза и рака печени. Основной механизм действия кофеина заключается в его антагонизме по отношению рецепторам аденозина; последний обладает седативным и расслабляющим действием, не последнюю роль в котором играют его рецепторы, расположенные в области головного мозга. В больших количествах кофеин может вызвать возбуждение, тревогу, тремор, учащенное сердцебиение, повышение давления. Существует мнение, что регулярное употребление кофе препятствует усвоению и вымывает из организма кальций, магний, калий. Однако окончательного приговора о негативном влиянии кофе на состояние костей ученые не вынесли.

Рисунок 1. Структурная формула кофеина

Эксперимент состоял из трех этапов:

1. Первый этап: анализ информационных данных от производителя различных марок сублимированного кофе
2. Второй этап: соответствие внешнего вида и органолептических характеристик, заявленных производителем на упаковке кофе;
3. Третий этап: химические эксперименты в лаборатории школы, на наличие и сравнение содержания кофеина в образцах, растворимость кофе в холодной воде, наличие крахмала в образцах сублимированного кофе для удешевления конечного продукта.

Первый этап: анализ информационных данных от производителя различных марок  сублимированного кофе

Рисунок 2. Кухонные весы

Для оценки образцов было взято от каждого сорта по чайной ложке (приблизительно 6 грамм) гранул. Все данные по эксперименту сведены в таблицу№1, представленную ниже:

Таблица 1.

Основные характеристики образцов кофе

Второй этап: соответствие внешнего вида и органолептических характеристик, заявленных производителем на упаковке кофе

При анализе вкусовых характеристик кофе наиболее приятный, не резкий кофейный аромат имел кофе «JACOBS DAY&NIGHT», менее приятный (резкий вкус жжёного продукта) имел кофе марки «JOCKEY №2».

Третий этап: химические эксперименты в лаборатории школы, на наличие и сравнение содержания кофеина в образцах, растворимость кофе в холодной воде, наличие крахмала в образцах сублимированного кофе для удешевления конечного продукта.

1. Если при растворении натурального растворимого кофе в холодной воде на дне образуются осадки, это свидетельствует о нарушении технологии производства кофе или добавлении молотых добавок, таких, например, как цикорий, обжаренные зерновые культуры, а, значит, и о низком качестве кофе (см. Таблицу№ 2).
2. Качественный растворимый кофе должен полностью растворяться как в горячей, так и холодной воде. Все марки исследуемого сублимированного кофе хорошо растворялись в воде без остатка (см. Таблицу №1).

Йодная проба на крахмал

Оборудование и вещества: 6 прозрачных стаканчиков, исследуемые образцы сублимированного кофе, весы кухонные, раствор йода 5%

Ход работы: взвесили на кухонных весах примерно 6 г. и засыпали образцы кофе в прозрачные стаканчики с горячей водой. Полученные растворы размешали чайной ложкой. Далее добавили каплю йода и перемешали чайной ложкой.

Результат: в результате опыта должно произойти фиолетовое окрашивание раствора, что покажет, в веществе есть крахмал. Данный опыт показал, что в исследуемых образцах сублимированного кофе нет крахмала, что говорит о натуральности напитка.

Рисунок 3. Образцы кофе, растворённые в воде

Определение кофеина методом возгонки

Оборудование и вещества: весы лабораторные, чашки Петри, фарфоровые чашки, MgO (оксид магния), спиртовка, держатель.

Исследуемые вещества: кофе сублимированный JARDIN KENYA KILIMANJARO, кофе сублимированный LEBO CLASSIC, кофе сублимированный JOCKEY №2, кофе сублимированный JACOBS DAY&NIGHT с низким содержанием кофеина.

Ход работы: Для исследования взяли по 2 грамма разных сортов кофе. Поместили в фарфоровые чашки. К каждому образцу добавили по 2 грамма порошка MgO и все перемешали. Закрепила каждую фарфоровую чашку на держателе. Зажгли спиртовку и прогрели чашку над огнем спиртовки. Данное действие выполнили для того, чтобы фарфоровая чашка не лопнула от огня. Далее нагревали (приблизительно 15 мин.) дно чашки на слабом огне спиртовки. Фарфоровая чашка была накрыта перевёрнутой чашкой Петри. На крышке произошло выделение пара из смеси каждого образца кофе и оксида магния. Налет на чашке Петри жёлтого цвета, это доказывает наличие кофеина в каждом образце кофе. Количественные результаты показали самое большое содержание кофеина в марке «JOCKEY №2»

Рисунок 3. Метод возгонки

Рисунок 4. Кристаллы кофеина на чашке Петри

Результат: опыт был проведён в лабораторных условиях и с соблюдением техники безопасности. В результате данного опыта было выяснено, что в каждом образце кофе содержится кофеин.

Также в результате опыта было выяснено, что марки кофе, у которых ярче выражен кофейный аромат, содержат больший процент кофеина. Таким образом, в кофе JOCKEY №2 самое большое количество жёлтого конденсата, следовательно, кофеина там больше, чем в остальных образцах кофе. Цена на все марки кофе пересчитана на 100 г продукта в пластиковой упаковке.

Таблица 2.

Подведение итогов работы

Заключение

В результате работы достигнута цель, поставленная в начале работы. На основе проведённого эксперимента можно сказать, что количество кофеина влияет на вкусовые характеристики напитка. Было установлено, что самое большое количество кофеина содержится в кофе JOCKEY №2.

В ходе работы были выполнены задачи:

1. Изучены различные способы обработки кофейных зёрен при изготовлении растворимых кофейных напитков.
2. Изучены химическое строение и свойства кофеина;

Было доказано, что кофеин - алкалоид пуринового ряда, бесцветные или белые горькие кристаллы. Является психоактивным веществом, содержится в кофе, чае, мате, шоколаде, входит в состав энергетиков и многих прохладительных напитков. Кофеин является мощным стимулятором, который выдержал проверку временем и приобрёл огромную популярность у людей по всему миру. Метаболическое (стимулирующее обмен веществ) действие кофеина варьируется, в зависимости от степени «привыкания» к нему и частоты употребления.

3. Проведён сравнительный анализ органолептических характеристик различных марок кофе;

На основе данных производителя и экспериментальных данных проведено сравнение образцов на вкус, цвет, запах, растворимость в горячей и холодной воде.

4. Проведён эксперимент по определению кофеина в разных марках кофе;

Была проведена реакция, в результате которой выделился жёлтый налёт. Данная реакция показала, что во всех 4 образцах кофе есть кофеин. Но концентрация кофеина в них разная.  Этот вывод сделан на основании сравнения количества образовавшегося налёта.

5. Проведён эксперимент по определению крахмала
6. Обобщены результаты работы и на основе полученных данных сделаны выводы;

Список литературы:

1. Lyubovvasileva, статья «Порошковый, гранулированный или сублимированный кофе, что лучше?», 2016 г., (Электронный ресурс) – Режим доступа https://veralline.com/
2. Росстандарт, статья «Каталог национальных стандартов», 2012 г., (Электронный ресурс) – Режим доступа https://www.rst.gov.ru/portal/gost/
3. coffeemania.su, статья «Состав кофе», 2018 г., (Электронный ресурс) – Режим доступа https://coffeemania.su/
4. okoffe.ru, статья «Как производят основные виды растворимого кофе», 2020 г., (Электронный ресурс) – Режим доступа https://okoffe.ru/
5. JOINUS, статья «Растворимый кофе: история создания и технология производства напитка», 2015 г., (Электронный ресурс) – Режим доступа https://www.joinus.pro/
6. Life Bio, статья «Кофеин», 2021 г., (Электронный ресурс) – Режим доступа https://lifebio.wiki/;
7. Biogenom, статья «Психические и поведенческие расстройства, вызванные употреблением других стимуляторов (включая кофеин). Пагубное употребление (взрослые, стационар), 2021 г., (Электронный ресурс) – Режим доступа https://biogenom.ru/