kahve kavurma kimyası : klorojenik asidler

klorojenik asidler : kimya ve gerçek
by emma sage, coffee science manager, specialty coffee association of americ
kahve kavurucuları ve kendim de dahil olmak üzere kahve odaklı kimya meraklıları, çoğunlukla kahvede klorojenik asitler (kaffeoylkuinik asidler kisaca "cqa" olarak da bilinir) hakkında konuşur.

kahvenin bu önemli içeriği hakkında yüzlerce bilimsel çalışma yayınlanmış olabilir. peki, fincanımızdaki kahve  üzerindeki önemi ve etkileri açısından, onlar hakkında gerçekten ne biliyoruz ?

son zamanlarda kendimin de onlar hakkında pek fazla şey bilmediğini fark ettim ve daha fazla bilgi aramaya başladım. kahve kavurma kimyasını araştırırken, bu bileşiklerin  kimyası ve hakkındaki "vızıltılar" ( benzetme için özür dilerim) ile ilgili  ilginç bazı hususlar ortaya çıktı.

onlar nedir ?

kahveden başka bitkilerin çoğunda da klorojenik asidler vardır. klorojenik gruptaki asidler çok benzer yapılara sahiptir ve çoğunlukla kafeik asid ve kuinik asid bileşenleri içeren bir ester ailesi oluştururlar ( michael n. clifford, 1999 ).

bütün klorojenik asitler, daha büyük kategori olan fenolik asid grubuna girerler ( flament, 2002 ). doğada fenolik asitler genellikle bitkiler tarafından kendi zararlılarına karşı savunma bileşikleri olarak veya bitkiler ile toprak mikropları arasındaki sinyal mekanizması olarak kullanılır ( mandal, chakraborty, & dey, 2010 ).

klorojenik asidler yeşil arabika kahvesinin kuru ağırlıklarının yüzde 4-9'unu oluştururlar ve kahvedeki asidlerin çoğunu bunlar yapar ( belitz, grosch ve schieberle, 2004; feldman, ryder, & kung, 1969; jansen, 2006 ).

çoğu zaman, 3-kafeoilquinik asit yerine 3-cqa gibi kısaltılmış biçimde izomerlerini (bireysel kimyasal yapı) görürsünüz. en yaygın klorojenik asit, ticari olarak da bulunan 5-0-kafeoilqunik asittir (5-cqa) ve genellikle bu kısaltma içinde olduğu daha büyük asit ailesini temsilin kullanılır ( michael n. clifford, 2000 ).

kahve endüstrisindeki bizler için bu moleküllerin özgün kimyası hakkında endişelenmemize gerek yok ama onları daha büyük cqa kategorisinde toplayabiliriz. yeşil arabika kahve tohumlarındaki miktarları genetik, çevre, iklim ve büyüme koşullarından dolayı değişir ( hecimovic, belscak-cvitanovic, horzic & komes, 2011 ).

aslında, bir çalışmada kahve genetiklerinin ( tür ve çeşitleri ) kavrulmuş kahvede bulunan cqa’ların miktarının bir numaralı belirleyicisi olduğunu buldu ( hecimovic, belscak-cvitanovic, horzic & komes, 2011  ).

bazı araştırmalar, yeşil çekirdeklerde bulunan farklı cqa’ların oranını, kirazların hasat edildikleri sıradaki  olgunluğuna bağladı ( m. n. clifford & kazi, 1987; menezes, 1994; ohiopehai, brumen, & clifford, 1982 ). bu çalışma, olgunlaşmamış yeşil çekirdeklerde bulunan cqk'ların farklı bir oranda olduğunu ve kavrulmuş kahvenin kalitesini etkilediğini göstermektedir. bununla birlikte, bunun kahve lezzetiyle ilişkilendirmek için yeterince takip yapılmamış.

kavurma kimyası

klorojenik asitler kavurma sırasında bozulur ( farah, de paulis, trugo ve martin, 2005; leloup, louvrier, & liardon, 1995; moon, yoo, & shibamoto, 2009 ). orta kavurmalarda yaklaşık yüzde 60, koyu kızartmalarda yüzde 100'e kadar parcalanmalar görülmüştür (  michael n. clifford, 1979; trugo & macrae, 1984 ).

kavurma sıcaklığına ve süresine bağlı olarak, bu asidlerin parçalanma miktarlarına göre raporlar değişmektedir. orta kavurmalarda ( medium roast ) yaklaşık yüzde 60, koyu  kavurmalarda yüzde 100'e kadar bu moleküller azalmaktadır ( michael n. clifford, 1979; trugo & macrae, 1984 ). diğer çalışmalar, "hafif" kavurmanın ( 230 ve 250°c için 12 dakika ), yetiştiği ülke ve genetik özelliklerine bağlı olarak yüzde 45-54'lük cqa kaybına neden olduğunu bildirmektedir ( moon, yoo, & shibamoto, 2009 ). moon'un ve diğerlerinin 2009 örneği için aşağıdaki şekle bakınız. perrone ve diğerleri, sadece altı dakika kavrulmuş kahvenin, klorojenik asidlerinin ortalama +/- 47'sini koruduğunu ve demlenmiş kahvede çoğunlukla parçalanmadan kalabildiğini ( yüzde 44 ) rapor ettiler ( perrone, farah, & donangelo, 2012 )moon & shibamoto izniyle yayımlandı ( telif hakkı amerikan kimya topluluğu, 2009 ).

genellikle kavurma işlemi sırasında cqa’ler termal bozulmanın bir sonucu olarak, kaffeik ve kuinik asit bileşenlerine bölünür. dolayısıyla, cqa'lerin kahve tadı üzerindeki asıl etkisi aslında onun parçalanma ürünlerinden kaynaklanabilir. quinik ve kaffeik asitler genellikle farklı koi'lerin fenol ve katekollere bir ileri seviyeye parçalanması sırasında yan ürün olarak oluşurlar ( farah, de paulis, trugo ve martin, 2005; moon & shibamoto, 2010 ).

bazıları kaçınılmaz olarak uçucu bileşiklere dönüşecek ve kaybolacaktır. moon ve diğerleri ( 2010 ), izlenen cqa'lerin yaklaşık yüzde onunun uçucu bileşikler olarak kaybolduğunu bildirmiştir. diğer bilim adamları maillard reaksiyon ürünleriyle tepkimeye girdiğini öne sürmektedir ( perrone, farah ve donangelo, 2012 ).

bu ise, bu cqa'lerin parçalanmasının, kahve lezzetini etkileyebilecek veya etkilemeyecek çok sayıda tepkimeye neden olabileceği anlamına gelir. sonuç olarak, kahve kavurmada pek de kullanılmayan çok yüksek sıcaklıklarda ( 252°c'nin üstünde), klorojenik asitlerin pirolizasyonu kömürleşmeye yol açacağını biliyoruz (sharma, fisher, & hajaligol, 2002).

klorijenik asidler neden sorun olur ?

insan sağlığı ve kahve konusu üzerine yapılan bir çok araştırmaya konu olan bu molekül grubunu neden önemsiyoruz ? tıp topluluğuna göre kahve "biyoaktif" bir maddedir. bu onun, insan vücudu üzerinde bir çeşit biyolojik etkiye sahip olduğu anlamına gelir. klorojenik asitlerin tüm polifenoller gibi biyolojik antioksidanlar olduğunu biliyoruz.

kahve'nin antioksidan etkisi halen araştırılmaktadır, ancak klorojenik asitler ve diğer polifenollerin insan vücudunda gelişen aşırı oksidasyonun zararlı etkilerine karşı koyma yeteneğine sahip olduğu iyi bilinmektedir ( hečimović, belščak-cvitanović, horžić, & komes, 2011 ).

araştırmalar, kahve içerisindeki bu asidlerin tüketimini insan bağırsağındaki şeker emilimindeki yavaşlamayla ilişkilendiriyor ki bu da onu potansiyel sağlığa yararlı ilaç konumuna getirmektedir ( johnston, clifford ve morgan, 2003 ).

konuyla ilgili yapılan bilimsel araştırmaların çoğu, potansiyel sağlık yararlarına olan ilgiden dolayı kavurma sırasında cga'lerin parçalanmasını anlamaya odaklanmıştır. bilim insanları onun potansiyel sağlık yararlarından yararlanmak için etmek için bir gün demlenmiş kahve içerisindeki cqa’lerin miktarını en üst düzeye çıkarmak istiyorlar.

kahve araştırmaları için en fazla finansmanın tıp alanından gelmesi nedeniyle, bu yazı için gözden geçirilen düzinelerce çalışmanın çoğunluğunun odak noktasi sağlık merkezli idi.

klorojenik asitler kahve tadını etkiler mi?

cqa’lerin kahve demleme veya lezzeti üzerindeki belirgin etkisi konusunda literatürde bir görüş birliği bulunmamaktadır. tfouni ve diğerleri tarafından yapılan bir araştırma, demleme yönteminin içecekte var olan cqa’leri etkilemediğini ve kavurma düzeyinin, demlenmiş kahve içerisindeki cga’lerin içeriğiyle çok güçlü ilişkiye sahip olduğunu buldu ( tfouni, carreiro, teles, furlani, cipolli, & camargo, 2014 ).

klorojenik asitlerin kahve tadını nasıl etkilediğine dair çok fazla kanıt bulunmamaktadır. scaa kahve bilimcisi olarak, bu araştırmaların sonucunda  hayal kırıklığına uğradım. cqa’leri yeşil kahvede nasıl bulundukları ve onların kavurma sırasında parçalanmasıyla ilgili tüm bilgilerle birlikte, kahve lezzetini nasıl etkilediğini gösteren kanıtları dürüstçe bekledim. birden fazla araştırmanın belirli bir cqa düzeyinin acı, buruk veya metalik bir tat getirdiğini düşündürdüğü doğrudur.

bununla birlikte, daha önce bir çok kez atıfta bulunulan ohiokpehai'nin tarafından referans edilen makaledeki kanıt kesin bir şey değildir: yalnızca "kahve demlenmesinin kabul edilebilirliğini etkileyebilen, kolayca tespit edilen, tuhaf kalıcı bir metalik tat" olduğunu not etmektedir. bu otörler, yukarıdaki bildiride test edilmemiş gözlemlerini rapor etmişerdir ve bu nedenle bu referans, cqa'lerin kahve lezzetini etkilediği iddiamızı desteklemeye yetmiyor.

peki neden bu klorojenik asitlerle o kadar çok ilgileniyoruz ? klorojenik asitlerin parçalanması belki de kahvedeki lezzet için çok önemlidir, ancak araştırma bu noktaları tam olarak bağlanmamıştır. öte yandan, belki kahvenin potansiyel sağlık yararlarına cqas'ın da katkıda bulunabileceğine dair kanıtlardan memnun olmalıyız. gerçek şu ki, her bir molekülü ve kavurma sürecinde (ve sonra) rol oynayan tüm tepkimeleri izlemek neredeyse imkansızdır. kahve içerisindeki pek çok bileşik grubu gibi, cqa'ler de yaygın ama kısa sürelidir, sayısız kimyasal reaksiyona katılırlar ve favori içeceğimiz olarak bildiğimiz sihirli kimya kombinasyonuna katkıda bulunurlar.

yazan : emma sage, kahve biim idarecisi, scaa

literatür ve referanslar :

belitz, h.-d., grosch, w., & schieberle, p. (2004). food chemistry. ın  3rd revised ed.). germany: springer.

clifford, m. n. (1979). chlorogenic acids:their complex nature and routine determination in coffee beans. food chemistry, 4(1), 63-71.

clifford, m. n. (1999). chlorogenic acids and other cinnamates – nature, occurrence and dietary burden. journal of the science of food and agriculture, 79(3), 362-372.

clifford, m. n. (2000). chlorogenic acids and other cinnamates – nature, occurrence, dietary burden, absorption and metabolism. journal of the science of food and agriculture, 80(7), 1033-1043.

clifford, m. n., & kazi, t. (1987). the influence of coffee bean maturity on the content of chlorogenic acids, caffeine and trigonelline. food chemistry, 26(1), 59-69.

farah, a., de paulis, t., trugo, l. c., & martin, p. r. (2005). effect of roasting on the formation of chlorogenic acid lactones in coffee. journal of agricultural and food chemistry, 53(5), 1505-1513.

farah, a., monteiro, m. c., calado, v., franca, a. s., & trugo, l. c. (2006). correlation between cup quality and chemical attributes of brazilian coffee. food chemistry, 98(2), 373-380.

feldman, r. s., ryder, w. s., & kung, j. t. (1969). ımportance of nonvolatile compounds to the flavor of coffee. journal of agricultural and food chemistry, 17(4), 733-739.

flament, ı. (2002). coffee flavor chemistry. west sussex, england: john wiley & sons, ltd.

hecimovic, ı., belscak-cvitanovic, a., horzic, d., & komes, d. (2011). comparative study of polyphenols and caffeine in different coffee varieties affected by the degree of roasting. food chemistry, 129(3), 991-1000.

hečimović, ı., belščak-cvitanović, a., horžić, d., & komes, d. (2011). comparative study of polyphenols and caffeine in different coffee varieties affected by the degree of roasting. food chemistry, 129(3), 991-1000.

jansen, g. a. (2006). coffee roasting, magic – art – science: physical changes and chemical reactions. munich: gmbh, sueddeutscher verlag.

johnston, k. l., clifford, m. n., & morgan, l. m. (2003). coffee acutely modifies gastrointestinal hormone secretion and glucose tolerance in humans: glycemic effects of chlorogenic acid and caffeine. the american journal of clinical nutrition, 78(4), 728-733.

leloup, v., louvrier, a., & liardon, r. (1995). degrading mechanisms of chlorogenic acids during roasting. ın  proc. 16th asıc). kyoto.

mandal, s. m., chakraborty, d., & dey, s. (2010). phenolic acids act as signaling molecules in plant-microbe symbioses. plant signaling & behavior, 5(4), 359-368.

menezes, h. c., de. (1994). the relationship between the state of maturity of raw coffee beans and the isomers of caffeoylquinic acid. food chemistry, 50(3), 293-296.

moon, j.-k., & shibamoto, t. (2009). role of roasting conditions in the profile of volatile flavor chemicals formed from coffee beans. journal of agricultural and food chemistry, 57(13), 5823-5831.

moon, j.-k., & shibamoto, t. (2010). formation of volatile chemicals from thermal degradation of less volatile coffee components: quinic acid, caffeic acid, and chlorogenic acid. journal of agricultural and food chemistry, 58(9), 5465-5470.

moon, j.-k., yoo, h. s., & shibamoto, t. (2009). role of roasting conditions in the level of chlorogenic acid content in coffee beans: correlation with coffee acidity. journal of agricultural and food chemistry, 57(12), 5365-5369.

ohiopehai, o., brumen, g., & clifford, m. n. (1982). the chlorogenic acids content of some peculiar green coffee beans and the ımplications for beverage quality. ın  proc. 10th asıc.,  (pp. 177-185). salvador.

perrone, d., farah, a., & donangelo, c. m. (2012). ınfluence of coffee roasting on the ıncorporation of phenolic compounds into melanoidins and their relationship with antioxidant activity of the brew. journal of agricultural and food chemistry, 60(17), 4265-4275.

sharma, r. k., fisher, t. s., & hajaligol, m. r. (2002). effect of reaction conditions on pyrolysis of chlorogenic acid. journal of analytical and applied pyrolysis, 62(2), 281-296.

tfouni, s. a. v., carreiro, l. b., teles, c. r. a., furlani, r. p. z., cipolli, k. m. v. a. b., & camargo, m. c. r. (2014). caffeine and chlorogenic acids intake from coffee brew: influence of roasting degree and brewing procedure. ınternational journal of food science & technology, 49(3), 747-752.

trugo, l. c., & macrae, r. (1984). a study of the effect of roasting on the chlorogenic acid composition of coffee using hplc. food chemistry, 15(3), 219-227.

variyar, p. s., ahmad, r., bhat, r., niyas, z., & sharma, a. (2003). flavoring components of raw monsooned arabica coffee and their changes during radiation processing. journal of agricultural and food chemistry, 51(27), 7945-7950.