Что такое кофеин: из чего он состоит и что делает с организмом

Кофе, как растение и напиток, известен людям с древнейших времен. Его вкус, а также бодрящее и возбуждающее воздействие способствовало его популяризации и быстрому распространению по территории всех континентов. Однако мало кто знает, что кофеин, в определенном количестве, содержится не только в кофейных зернах. Он является компонентом чая, колы, какао, мате. Растения вырабатывают кофеин для отпугивания вредителей. В готовой продукции его можно встретить в составе энергетических напитков, газированной воде, обезболивающих, спортивном питании…Таким образом около 80% людей так или иначе употребляют кофеин.

Немного истории. Как и кем был открыт кофеин

Фридриб Фердинанд Рунге – немецкий химик и гениальный ученый, который первым идентифицировал кофеин. Свои научные эксперименты он начал еще в юношестве. Но настоящая известность и успех пришли к нему благодаря писателю Иоганну Гете, коту и кофейным зернам.  Именно Гете подарил Рунге пакет редких кофейных зерен. Сделал он это после того, как ученый продемонстрировал ему действие белладонны на зрачки (эксперимент он провел на кошке).  Рунге провел ряд опытов с зернами и в 1819 году определил этот алкалоид.

С тех пор прошло уже 200 лет. Исследования кофеина и его влияния на организм продолжались. Результатом стало изолирование этого компонента из чая в 1827 году М.Одри и получение искусственным путем Г.Э.Фишером в 1895 году. Фишер также стал первым ученым, который вывел структурную формулу кофеина. Она показывает из чего состоит кофеин.

Химическая формула и свойства

Кофеин — это алкалоид, содержащийся в некоторых растениях и влияющий на нервную систему человека и животных.

• Химическое название — 1,3,7-триметилксантин.
• Химическая формула кофеина — С8Н10N4O

  

Как видно из формул, компонентами кофеина являются: углерод, водород, азот и кислород. Эти элементы – основа всех органических соединений.

Физические свойства кофеина:

• Представляет собой белые кристаллы.
• Имеет горький вкус.
• Без запаха.
• Растворимость: хорошо — в горячей воде (1:2), плохо – в холодной (1:60) и этаноле (1:50).
• Температура плавления – 234°С.
• Плотность – 1,23 г/см³.

Сколько кофеина содержится в разных продуктах

Кофейное зерно – основной и наиболее известный источник кофеина. Именно в кофе он впервые был обнаружен. Чай, газированные напитки, спортивное питание, какао, шоколад – это не полный список продуктов в состав которых входит кофеин, в том или ином количестве. Соответственно, его употребляют как взрослые, так и дети.

При разумном потреблении, кофеин не способен навредить даже ребенку и беременной женщине.  Для взрослого человека суточная норма составляет 300 мг, для беременных – 200 мг, а для ребенка 2,5 мг на 1 кг веса.  В расчет берется объем, полученный из всех продуктов, потребляемых за день.

Кофе (в зависимости от сорта и способа приготовления) – 100 мл	80-170 мг
Кофе без кофеина – 100 мл	2-3 мг
Чай черный — 100 мл	20-65 мг
Чай зеленый — 100 мл	15-30 мг
Какао растворимый — 100 мл	2-3 мг
Какао натуральный — 100 мл	5-10 мг
Темный шоколад — 100 гр	70-90 мг
Кока-кола — 100 мл	10,4 мг
Молочный шоколад — 100 гр	10-60 мг
Растворимый кофе – 100 мл	60-100 мг
Энергетические напитки — 100 мл	20-35 мг
Болеутоляющие препараты — 1 табл	15-115 мг

 Время выведения алкалоида из организма составляет около 10 часов. У беременных это время увеличивается втрое. Поэтому выпитое вечером может не успеть вывестись и присоединится к полученному утром кофеину, что приведет к нежелательному накоплению его в организме.

Как действует кофеин

То, что кофеин бодрит – общеизвестный факт. А вот как он это делает, знают далеко не все. Понимая, как работает кофеин, можно использовать его гораздо эффективней. Простым языком объяснить, что делает кофеин можно следующим образом.

В течение дня, пока человек занят повседневными делами, в его организме вырабатывается аденозин, уровень которого контролируется центральной нервной системой через рецепторы. Аденозин — побочный продукт расщепления молекулы АТФ (аденозитрифосфат). АТФ же в свою очередь является основным источником энергии в организме. В тот момент, когда уровень аденозина возрастает до критичной отметки, возникает усталость, организм подает сигнал, что пора отдыхать. Молекула кофеина и аденозина имеют сходное строение, поэтому кофеин способен попадать в рецепторы аденозина и блокировать их, стимулируя нейроны. Вследствие этого человек ощущает прилив сил и бодрости.

Важно понимать, что кофеин не обладает собственной энергией. Блокируя рецепторы, он провоцирует организм использовать дополнительный запасы АТФ. Это чревато тем, что для восстановления сил потребуется больше времени, иначе возможно нервное истощение и хроническая усталость.

Какие вещества входят в его состав

Кофе является любимым напитком миллионов людей. Среди самых знаменитых его поклонников: Наполеон, Вольтер (он выпивал по 50 чашек в день и дожил до 84 лет), Оноре де Бальзак (если он не мог сварить кофе, то просто жевал зерна), Бетховен (считал, что хороший кофе варится только из 60 зерен), Виктор Гюго (не только пил кофе, но и рисовал с его помощью картины). В России моду на кофе распространил Петр I.

Химическая формула кофе очень сложная, так как в его состав входит большое количество разнообразных веществ:

• белки;
• жиры;
• углеводы;
• кофеин;
• танин;
• витамины (В1, В2, Е);
• микроэлементы (кальций, калий, медь, железо, натрий);
• органические кислоты.

В зависимости от сорта и условий произрастания, концентрация тех или иных веществ в зернах будет различной. Также отличаться будет структура сырых и жареных кофейных зерен. Наглядно это можно увидеть в таблице.

Компоненты	% содержания в кофе
	Сырые зерна	Жареные зерна
Вода	10,73	2,38
Кофеин	1,07	1,16
Азотистые вещества	12,64	14,13
Жир	11,8	13,85
Сахар	7,62	1,31
Клетчатка	24,01	18,07
Декстрин	0,86	1,31
Дубильные вещества	9,02	4,63
Минеральные вещества	3,02	4,65
Остальные безазотные вещества	20,3	39,88

Из всех перечисленных веществ, наибольшее влияние на организм человека имеет именно кофеин. При обжаривании зерен содержание данного алкалоида увеличивается.

Декофеинизация или как получают кофе без кофеина

Кофе бодрит и, в разумных дозах, положительно влияет на организм здорового человека. А вот людям с сердечно-сосудистыми заболеваниями, беременным и детям от употребления этого напитка лучше воздержаться. Что же делать тем, кто любит горячий ароматный кофе, но по тем или иным причинам имеет противопоказания.

Сейчас многие знают о существовании кофе без кофеина. А вот как происходит этот процесс известно далеко не всем.  По легенде, изобретение технологии декофеинизации стало возможно благодаря случаю. В 1903 году корабль, на котором находился кофе, попал в шторм и груз намок. Людвиг Роземус изучил зерна и обнаружил, что они лишились кофеина, но их можно использовать. Было это так, или ученый намеренно искал способы декофеинизации — доподлинно не известно. Однако уже с 1930 года кофе без кофеина стало популярным на всей территории США.

Читайте также: Легендарный кофе: где появился, как растет и собирается, выращивание кофейного дерева дома

Основная задача декофеинизации — не только сделать кофе безопасным для организма, но и сохранить его вкус и аромат. Сейчас технология стала настолько совершенной, что очень сложно различить кофе с кофеином и без. Существуют несколько сотен способов декофеинизации. В любом из них проводится обработка зеленого зерна. Особо стоит отметить три основных метода.

Способ 1. Традиционный

Этот метод самый простой и наименее затратный. Весь процесс выглядит следующим образом:

1. Зеленые кофейные зерна заливаются горячей водой (но не кипятком) или обрабатываются паром в течение 30 минут.
2. Затем они погружаются в растворители (чаще всего применяется метиленхлорид или этиленацитат), которые выводят алкалоид. Этот этап длится в среднем 10 часов.
3. После этого зерна снова промываются в горячей воде для удаления излишка растворителя.
4. Завершающий этап — сушка.

Содержание кофеина при таком способе составляет от 1% до 3%. Среди недостатков стоит отметить потерю вкусовых качеств и некоторых полезных веществ вследствие использования химических растворителей.

Способ 2. Швейцарский

Этот способ более новый и дорогой. Он был введен в употребление швейцарской фирмой «Коффэкс». Преимущество швейцарской технологии состоит в том, что в процессе не используются химические средства.  Этапы декофеинизации:

1. Зеленые кофейные зерна замачиваются горячей водой.

2. Далее воду сливают и с помощью фильтра удаляют из нее кофеин.
3. После этого новую партию зерен заливают водой с растворенными в ней вкусовыми компонентами. В результате получается напиток, не уступающим натуральному кофе.

Такой продукт не опасен для здоровья и это делает оправданным затраты на его производство.

Способ 3. С использованием углекислого газа.

Использовать двуокись углерода для декофеинизации зерен впервые предложили в Германии. Этот метод был запатентован в 1970 году. Процесс состоит из следующих этапов:

1. Сперва кофейные зерна вымачиваются в горячей воде.
2. Далее их помещают на 10 часов в сжатый углекислый газ с небольшим количеством воды (примерно 3%). Температура должна составлять 70 °С. Диоксид углерода превратится в жидкость и будет играть роль растворителя.
3. По истечении необходимого времени, зерна высушиваются и обжариваются.

Данная технология позволяет сохранить весь вкус и аромат кофейного зерна. А углекислый газ не оставляет после себя следов. Соответственно на выходе получается безвредный для здоровья ароматный напиток.

Некоторые ценители кофе, перед тем как отправить зерна в кофемолку, добавляют к декофеинизированным зернам парочку обычных. Эта манипуляция лишь незначительно увеличивает содержание алкалоида в напитке, а вот вкус станет более ярким и выраженным.

Кофеин: польза или вред для здоровья

По результатам многочисленных исследований умеренное и разумное потребление кофеина положительно влияет на организм человека, благодаря его свойствам:

• Он повышает уровень гормона счастья (дофамина) в головном мозге.
• Оказывает позитивно влияние на состояние ЦНС.
• Усиливает умственную и физическую активность.
• Имеет обезболивающий эффект.
• Расширяет сосуды, что помогает снять головную боль, вызванную спазмом.
• Повышает концентрацию и выносливость.
• Используется для профилактики диабета.

Порой кофеин сравнивают с наркотиком. Однако это не вполне справедливо. Да, он вызывает некоторое привыкание, но от не выпитой чашки кофе у человека не возникает наркоманской ломки, максимум — ощущение дискомфорта. От употребления кофеина стоит воздержаться людям с артериальной гипертензией, так как он повышает давление, болезнями сердца, расстройством сна.

При потреблении кофеина в больших дозах, даже у здорового человека могут возникнуть следующие проблемы:

• Обезвоживание. Имеет легкий мочегонный эффект, выводя жидкость из организма. Поэтому выпивая чашку кофе нужно компенсировать ее стаканом воды.
• Истощение нервной системы. Блокируя аденозин и подавляя сонливость слишком долго, можно навредить нервной системе. Появится повышенная раздражительность, нервозность, хроническая усталость. Чтобы не навредить организму, нужно помнить про ежедневный здоровый сон не менее 8 часов.
• Препятствует усвоению кальция. Более того, может вымывать его из организма вместе с другими минеральными веществами.
• Негативно действует на пустой желудок. Это происходит вследствие того, что выпитая чашка чая или кофе стимулирует образование кислоты, которая нужна для переваривания пищи.

Особое внимание стоит уделить сочетанию с алкоголем. Эти вещества имеют кардинально противоположное воздействие на организм: кофеин — бодрит, алкоголь — расслабляет. Такое сочетание — большой стресс для организма.  Именно поэтому с 2010 года в США был введен запрет на продажу алкогольных энергетиков. В некоторых странах Европы действуют запреты и ограничения даже на безалкогольные энергетические напитки.

Утро большинства людей на планете начинается с чашечки кофе или чая. Благодаря своим свойствам, кофеин дает заряд бодрости по утрам и помогает настроиться на многочисленные предстоящие дела. Опасность он представляет только при наличии противопоказаний и чрезмерном употреблении. Для тех же, кто выпивает, не более двух-трех чашки кофе в день, кофеин приносит исключительно пользу.