カフェイン除去

カフェイン除去とは、コーヒー豆、ココア、茶葉、その他のカフェイン含有物質からカフェインを除去することです。カフェイン除去製品は一般的にデカフェ（decaf）の略語で呼ばれます。製品の品質を確保するために、製造業者は新たにカフェインを除去したコーヒー豆を検査し、カフェイン濃度が比較的低いことを確認する必要があります。米国FDAの基準では、カフェイン含有量を少なくとも97%削減することが求められています。[ 1 ] 2006年の研究では、カフェイン除去飲料には通常、元のカフェイン含有量の1～2%が含まれていますが、20%に達することもあります。[ 2 ]

カフェイン抜きコーヒー

1820年、ドイツの詩人ゲーテがルンゲのベラドンナ抽出物に関する研究を聞き、コーヒー豆の分析を依頼したことから、フリードリープ・フェルディナント・ルンゲはコーヒー豆から初めてカフェインを単離しました。 [ 3 ]ルンゲは化合物を単離することはできましたが、カフェイン自体の化学についてはあまり学びませんでしたし、そのプロセスをカフェイン抜きコーヒーの商業生産に利用しようともしませんでした

プロセス

コーヒーのカフェイン除去には様々な方法があります。これらの方法は焙煎前に行われ、ジクロロメタンや酢酸エチルなどの有機溶媒、超臨界二酸化炭素、または水を使用して豆からカフェインを抽出しますが、風味の原料は可能な限り元の状態に近いまま残ります。[ 4 ]

有機溶剤

直接法

最初の商業的に成功したカフェイン除去プロセスは、1903年にドイツ人商人ルートヴィヒ・ローゼリウスと同僚によって発明されました。ローゼリウスは、コーヒー豆の積荷を偶然海水に浸したところ、カフェイン含有量の大部分が失われているのに風味はほとんど失われていないことに気付きました。[ 5 ] [ 6 ]このプロセスは1906年に特許を取得し、コーヒー豆を様々な酸や塩基で蒸し、次にベンゼンを溶媒として使ってカフェインを除去しました。[ 7 ] [ 8 ]この方法でカフェインを除去されたコーヒーは、ヨーロッパのほとんどの国でKaffee Handels-Aktien-Gesellschaft (Coffee Trading Company)という社名にちなんでKaffee HAGとして、フランスではCafé Sankaとして、後に米国ではSankaブランドのコーヒーとして販売されました。Café HAGとSankaは現在、クラフトフーズの世界的ブランドです。

1914年のアメリカの新聞に掲載されたカフェインレスコーヒー「Kaffee HAG」の広告

ロゼリウスが最初に開発した方法に類似した方法が引き続き主流であり、直接有機溶媒法と呼ばれることもあります。しかし、ベンゼン（現在では発がん性物質として認識されている）に関する健康への懸念から、 [ 9 ]ジクロロメタンや酢酸エチルなどの他の溶媒が現在使用されています。[ 10 ]焙煎されていない（生の）豆はまず蒸され、次にカフェインを抽出する溶媒で洗浄されますが、他の成分にはほとんど影響はありません。このプロセスは、カフェイン含有量が必要な基準（米国基準に従ってカフェインの97％が除去されるか、EU基準に従って質量比で99.9％のカフェインが除去される）を満たすまで、8回から12回繰り返されます。[ 4 ]

間接的な方法

ロゼリウス法のもう一つのバリエーションは、間接有機溶媒法です。この方法では、豆を直接処理するのではなく、まず数時間熱湯に浸し、その後取り除きます。残った水は溶媒（ジクロロメタンや酢酸エチルなど）で処理し、水からカフェインを抽出します。他の方法と同様に、カフェインは単純な蒸発によって有機溶媒から分離できます。同じ水は、この二段階のプロセスで新しい豆のバッチに再利用されます。数サイクル後に平衡状態に達し、水と豆はカフェインを除いて同様の組成になります。この時点以降、豆から除去される物質はカフェインのみとなり、コーヒーの濃度やその他の風味は失われません。[ 11 ]このプロセスの初期段階で水が使用されるため、間接法によるカフェイン除去は「水処理」と呼ばれることもあります。この方法は1941年に初めて言及され、科学者たちは有機溶剤の使用を回避する方法で水からカフェインを除去する方法を見つけることで、このプロセスをより「自然」で真の水ベースのプロセスにするために多大な努力を払ってきました。[ 12 ]

スイスウォーター

スイスウォータープロセスでカフェインを除去した生豆の袋

コーヒーからカフェインを除去する別の方法がスイスウォータープロセスです。このプロセスでは有機溶剤を使用せず、代わりに水のみを使用して豆からカフェインを除去します。この技術は1933年にスイスで初めて開発され、1980年にCoffex SAによって商品化されました。[ 6 ]その後、スイスウォータープロセスは1988年にブリティッシュコロンビア州バーナビーのスイスウォーター・デカフェイン・コーヒー・カンパニーによって導入されました。[ 13 ]

このプロセスでは、カフェイン抽出機構にグリーンコーヒー抽出物（GCE）を使用する。グリーンコーヒー抽出物は、カフェイン以外のグリーンコーヒーの水溶性成分を含む溶液であり、グリーンコーヒー豆を熱湯に浸し、活性炭フィルターで濾過してカフェイン分子を除去することによって得られる。 [ 6 ]カフェインと他の成分の両方を含む新鮮な豆をGCE溶液に加えると、GCE（カフェインが少ない）とグリーンコーヒー（カフェインが豊富）の勾配圧力差により、カフェイン分子がグリーンコーヒーからGCEに移行する。[ 14 ] GCEはグリーンコーヒーの他の水溶性成分で飽和しているため、カフェイン分子のみがGCEに移行し、その他の水溶性コーヒー成分はグリーンコーヒーに保持される。次に、新たにカフェインが豊富になったGCE溶液を活性炭フィルターに通して再びカフェインを除去し、このプロセスが繰り返される。連続バッチプロセスでは、最終的な残留カフェイン除去目標を達成するのに8～10時間かかります。[ 15 ]

食品技術者のトルン・アテラス・ガリンもコーヒーからカフェインを除去するプロセスを開発しました。[ 16 ] [ 17 ]

トリグリセリド

この工程では、生豆を熱湯とコーヒー溶液に浸し、カフェインを豆の表面に引き寄せます。次に、豆を別の容器に移し、使用済みのコーヒーかすから抽出したコーヒーオイルに浸し、そのまま放置します

数時間高温にさらすと、油に含まれるトリグリセリドが豆からカフェインを除去しますが、風味成分は除去されません。豆は油から分離され、乾燥されます。カフェインが除去された油は、別の豆のカフェイン除去に再利用されます。これは直接接触型のカフェイン除去方法です。

超臨界CO2

食品科学者たちは、カフェイン除去の手段として超臨界二酸化炭素（sCO2 ）にも注目している。マックス・プランク研究所の科学者であるクルト・ツォゼルが開発したこの方法では、臨界点以上に加熱・加圧されたCO2（二酸化炭素）を使用してカフェインを抽出します。[ 6 ]生のコーヒー豆を蒸してから高圧容器に加えます。水とCO2の混合物を300気圧、65℃（149°F）で容器内を循環させます。この圧力と温度では、 CO2は超臨界流体となり、気体と液体の中間の性質を持ちます。カフェインはCO2に溶解しますが、淹れたコーヒーの風味に貢献する化合物の大部分はCO2に溶けないため、豆の中に残ります。別の容器で、追加の水を使ってカフェインをCO2からこすり落とします。その後、CO2を圧力容器に再循環させます。[ 4 ] [ 18 ]

コーヒーのカフェイン含有量

1979年の分析によると、コーヒーには、その作り方に応じて、次のようなカフェイン含有量があります。[ 19 ]

1食分カフェイン含有量
抽出200mL (7米液量オンス)80～135mg
ドリップ200mL (7米液量オンス)115～175mg
エスプレッソ45～60mL（1＋1 / 2～2米液量オンス100mg

カフェイン抜きコーヒーのカフェイン含有量

製品の品質を保証するために、製造業者はカフェインを抜いたばかりのコーヒー豆を検査し、カフェイン濃度が比較的低いことを確認する必要があります。米国の基準では、カフェイン含有量を少なくとも97%削減する必要があります。[ 20 ]カフェイン抜きコーヒーに含まれるカフェイン量は0.1%未満で、カナダのカフェイン抜きインスタントコーヒーには0.3%未満しか含まれていません。[ 21 ]多くのコーヒー会社は、コーヒー豆に残っているカフェインの量を測定するために、高性能液体クロマトグラフィー(HPLC) を使用しています。しかし、HPLC は非常に高価になることがあるため、一部のコーヒー会社は、近赤外 (NIR) 分光法などの他の方法を使い始めています。[ 22 ] HPLC は非常に正確ですが、NIR 分光法ははるかに高速で、安価で、全体的に使いやすいです。最後に、残留カフェインを測定するために一般的に使用される別の方法には、紫外可視分光法があります。これは、 CO2がUV-Vis範囲で吸収しないため、超臨界CO2を含むカフェイン除去プロセスに有用です。 [ 23 ]

2006年にフロリダ州立大学で行われた、コーヒーショップで作られたカフェイン抜きコーヒー10サンプルを対象とした対照研究では、カフェインがいくらか残留していることが示されました。 [ 2 ]このようなカフェイン抜きコーヒー14～20杯には、通常のコーヒー1杯分のカフェインが含まれています。[ 2 ] 473 ml（16オンス）のコーヒーサンプルには、8.6 mg～13.9 mgのカフェインが含まれていました。カフェイン抜きコーヒーの人気ブランドを対象とした別の研究では、カフェイン含有量は3 mg～32 mgと幅がありました。[ 24 ]一方、237 ml（8オンス）の通常のコーヒーには95～200 mgのカフェインが含まれ、[ 25 ]また、355 ml（12オンス）のコカコーラには36 mgが含まれています。[ 26 ]

デカフェート

2009年時点でも、カフェインを含まないコーヒー豆の栽培に向けた進歩は続いていました。「デカフェート」という用語は、この種のコーヒーを表すために造られ、ブラジルで商標登録されています。[ 27 ]

デカフェトタイプのコーヒーへの展望は、2004年に報告された、天然にカフェインを含まないCoffea charrieriana種の発見によって示されました。この種はカフェイン合成酵素遺伝子が欠損しており、テオブロミンをカフェインに変換する代わりに蓄積してしまいます。 [ 28 ]この特性は、 C. charrierianaと交配することで他のコーヒーノキに組み込むことができます。あるいは、通常のコーヒーノキでカフェイン合成酵素遺伝子をノックアウトすることで同等の効果を得ることができます。 [ 29 ]

カフェイン抜きのお茶

茶は、通常、上記の直接法または CO2 プロセスに類似したプロセスを使用して、カフェインを除去することもできます。緑葉から紅茶やウーロン茶を作るために茶葉を酸化しても、茶に含まれるカフェインの量には影響しませんが、茶の木の亜種（例： Camellia sinensis sinensisとCamellia sinensis assamica）によって天然カフェイン含有量が異なる場合があります。若い葉と芽には、古い葉と茎よりも重量で多くのカフェインが含まれています。CO2プロセスは、便利で、爆発性がなく、毒性がないため好ましいですが、[ 30 ]超臨界二酸化炭素を使用した通常の緑茶とカフェイン除去緑茶の比較では、ほとんどの揮発性で非極性化合物（リナロールやフェニルアセトアルデヒドなど）、緑と花の風味化合物（ヘキサナールや（E）-2-ヘキセナールなど）、およびいくつかの未知の化合物がカフェイン除去後に消失または減少しました。[ 31 ] [ 32 ]

CO2抽出に加えて、温水処理によって茶葉からカフェインを除去することもできます。最適な条件は、水温、抽出時間、茶葉と水の比率を制御することで実現されます。100℃以上の温度、3分間の中程度の抽出時間、茶葉と水の重量比1:20の条件で、カフェイン含有量の83%が除去され、総カテキンの95%が保持されました。[ 33 ]フラバノールの一種であるカテキンは、茶葉の風味に貢献するだけでなく、がんを引き起こす可能性のある変異原の抑制効果も示しています。[ 34 ]

コーヒーと紅茶はどちらも渋みの原因となるタンニンを含んでいますが、紅茶のタンニン含有量はコーヒーの約3分の1です。[ 35 ]そのため、紅茶のカフェイン除去では、コーヒーのカフェイン除去よりもタンニン含有量を維持し、この風味を保つために、より注意が必要です。タンニンの保存が望ましいのは、その風味だけでなく、抗発癌性、抗変異原性、抗酸化作用、抗菌作用があることが示されているためです。具体的には、タンニンは血液凝固を促進し、血圧を下げ、血清脂質レベルを低下させ、免疫反応を調節します。[ 36 ]

通常の製造工程における特定の工程は、カフェイン含有量を直接的に減少させる、あるいは単に一回の抽出におけるカフェインの放出速度を低下させるのに役立つ可能性があります。中国では、多くの蒸らし煎りのプーアル茶や、より強火で焙煎された武夷山烏龍茶（一般的に「中火」（中火）または「強火」（強火）と呼ばれます）にこの効果が顕著に表れています。

一般的に受け入れられている統計によると、通常の紅茶（または赤茶）1杯には40～50mgのカフェインが含まれており、これはコーヒー1杯のおよそ半分の含有量です。[ 37 ]

30秒から60秒の短い抽出を省略する一般的な手法[ 38 ]は、風味が多少失われる代わりに、その後の抽出でカフェイン含有量を大幅に減らすと考えられていますが、研究によると、5分間の抽出で最大70％のカフェインが得られ、2回目の抽出では最初の3分の1のカフェイン（葉に含まれるカフェインの総量の約23％）が得られることが示唆されています。[ 39 ]

こちらもご覧ください

参考文献

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「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=カフェイン除去&oldid = 1329189088#コーヒーのカフェイン除去」より引用