تهدف عملية نزع الكافيين إلى تقليل نسبة الكافيين في القهوة أو الكاكاو أو أوراق الشاي إلى 1 - 2 % من كمية الكافيين الأصلية.
نزع الكافيين من القهوة
كان فريدليب فرديناند رونج أول من استطاع عزل الكافيين النقي من حبوب القهوة عام 1820، لم يحاول رونج تعلم المزيد عن طبيعة الكافيين الكيميائية أو استخدام هذه العملية تجارياً لإنتاج قهوة منزوعة الكافيين.
عملية نزع الكافيين
يوجد طرق مختلفة لنزع الكافيين من القهوة، يُنزع الكافيين قبل التحميص باستخدام المذيبات العضوية مثل ثنائي كلورو ميثان أو أسيتات الإيثيل أو ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج أو الماء ولكن مع الحفاظ على المركبات المسئولة عن النكهة سلائف النكهة أقرب ما يكون لحالتها الأصلية.
المذيبات العضوية
الطريقة المباشرة
كانت أول عملية ناجحة تجارياً لإزالة الكافيين في عام 1903 على يد لودفيج الذي لاحظ أن حبوب البن المشحونة والتي تسرب لها عن طريق الخطأ مياه البحر قد فقدت معظم محتوى الكافيين دون أن تفقد الكثير من نكهتها.
سجلت براءة اختراع هذه العملية في عام 1906، وتضمنت تعريض حبوب القهوة لبخار أحماض أو قواعد مختلفة ثم استخدام البنزين كمذيب لإزالة الكافيين.
تسمى القهوة منزوعة الكافيين بهذه الطريقة باسم Kaffee HAG تيمناً باسم الشركة Kaffee Handels-Aktien-Gesellschaft المتخصصة في تجارة القهوة في أنحاء أوروبا.
تستخدم مذيبات بديلة مثل ثنائي كلورو ميثان أو أسيتات الإيثيل الآن بدلاً من البنزين ويرجع ذلك إلى المخاطر الصحية التي قد يسببها البنزين.
تتعرض حبوب القهوة غير المحمصة إلى البخار أولاً ثم تأتي خطوة شطفها بالمذيب الذي يستخلص الكافيين، تتكرر العملية من 8 إلى 12 مرة حتى يصل محتوى الكافيين إلى الكمية المطلوبة، تنزع العملية 97٪ من الكافيين وفقاً لمعيار الولايات المتحدة، أو 99.9٪ ليصبح خالياً من الكافيين وفقاً لمعايير الاتحاد الأوروبي.
الطريقة غير المباشرة
تختلف العملية هنا إذ تستبدل المذيبات بالنقع في الماء الساخن لعدة ساعات ثم معالجة المياه المتبقية بالمذيبات (مثل ثنائي كلورو ميثان أو أسيتات الإيثيل) لفصل الكافيين من الماء.
يمكن بعد ذلك فصل الكافيين عن المذيب العضوي عن طريق التبخر البسيط، تكرر العملية بإعادة تدوير نفس الماء في الخطوتين ولكن مع إضافة كمية جديدة من حبوب القهوة حتى الوصول إلى نقطة التوازن بعد عدة دورات، حتى يتشابه الماء وحبوب القهوة في التركيب باستثناء مادة الكافيين، يصبح الكافيين هو المركب الوحيد المنزوع من الحبوب ولا تتأثر باقي المكونات بالعملية، لذلك لا تفقد القهوة قوتها أو النكهات الأخرى.
تسمى هذه الطريقة بالطريقة غير المباشرة لإزالة الكافيين باسم معالجة الماء وظهرت عام 1941، ويوجد العديد من الجهود للاستغناء عن المذيبات والاكتفاء بالماء فقط لنزع الكافيين، حتى ظهرت طريقة swiss water.
طريقة swiss water
لا تستخدم هذه العملية أي مذيبات عضوية وتعتمد على الماء فقط لإزالة الكافيين، وهي تقنية ظهرت لأول مرة في سويسرا في عام 1933، وسوقتها شركة كوفكس إس إيه في عام 1980.
تعتمد العملية على مستخلص القهوة الخضراء (GCE) في استخلاص الكافيين، يحتوي مستخلص القهوة الخضراء على مكونات قابلة للذوبان في الماء باستثناء الكافيين.
تبدأ عملية التحضير بنقع حبوب البن الخضراء في الماء الساخن لتحضير المستخلص، ثم ترشيحها من خلال مرشح الفحم المنشط لإزالة جزيئات الكافيين.
تُضاف القهوة الطازجة التي تحتوي على الكافيين والمكونات الأخرى إلى محلول GCE، حيث يتسبب فرق الضغط بين GCE (الذي يحتوي على مادة الكافيين) والقهوة الخضراء (الغنية بالكافيين) على انتقال جزيئات الكافيين من القهوة الخضراء.
لا تخرج المكونات الأخرى من القهوة لأن GCE مشبع بالمكونات الأخرى القابلة للذوبان في الماء من القهوة الخضراء، لذلك فإن الكافيين فقط ينتقل إلى GCE، يُمرر محلول GCE الغني بالكافيين عبر فلاتر الكربون المنشط لإزالة الكافيين مرة أخرى.
عملية الدهون الثلاثية
تنقع القهوة في الماء الساخن لكي يتجمع الكافيين على سطح الحبوب ثم تنقل إلى حاوية أخرى تحتوي على زيوت القهوة المستخلصة من القهوة المطحونة.
تنزع الدهون الثلاثية الموجودة في زيوت القهوة الكافيين بعد عدة ساعات من النقع، يجفف القهوة وتحمص وينزع الكافين من الزيوت التي يعاد استخدامها مع دفعة جديدة من حبوب القهوة.
ثاني أكسيد الكربون
حاول علماء الأغذية استخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج كوسيلة لإزالة الكافيين، تعتمد الطريقة على تسخين وضغط ثاني أكسيد الكربون فوق نقطته الحرجة لاستخراج الكافيين.
تتعرض حبوب القهوة الخضراء إلى البخار ثم تُضاف إلى وعاء عالي الضغط، يدخل خليط من الماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) عبر الوعاء عند 300 ضغط جوي و 65 درجة مئوية (149 درجة فهرنهايت).
يكون ثاني أكسيد الكربون سائل في هذه النقطة من الحرارة والضغط وله خصائص في منتصف المسافة بين الغاز والسائل.
يذوب الكافيين في ثاني أكسيد الكربون بينما تكون المركبات التي تساهم في نكهة القهوة غير قابلة للذوبان إلى حد كبير في ثاني أكسيد الكربون وتبقى داخل حبوب القهوة، يمكن إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون لانتاج دفعة جديدة.
كمية الكافيين في قهوة ديكاف
تطبق الشركات المصنعة اختبار حبوب البن منزوعة الكافيين للتأكد من أن تركيز الكافيين منخفض لضمان الجودة، إذ لابد ألا تتعدى كمية الكافيين 0.1٪ في القهوة منزوعة الكافيين وأقل من 0.3٪ في القهوة سريعة التحضير.
تختار العديد من شركات القهوة التحليل باستخدام كروماتوجرافي لقياس كمية الكافيين المتبقية في حبوب البن كمياً ونظراً لأن HPLC يمكن أن يكون مكلفاً للغاية، بدأت بعض شركات القهوة في استخدام طرق أخرى مثل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR).
تحتوي أربعة عشر إلى عشرين كوباً من القهوة منزوعة الكافيين على قدر من الكافيين يساوي كوباً واحداً من القهوة العادية، احتوت أكواب عينات القهوة التي تبلغ 473 مل (16 أونصة) على مادة الكافيين في حدود 8.6 مجم إلى 13.9 مجم، وفي دراسة أخرى بلغت كمية الكافيين من 3 مجم إلى 32 مجم في كوب بحجم 237 مل (8 أونصات) مقارنة بالقهوة العادية التي تحتوي على 95-200 ملغ من الكافيين.
ديكافيتو
حدثت الكثير من التجارب لزراعة القهوة بدون كافيين وأُطلق عليها مصطلح “ديكافيتو” وتم تسجيله كعلامة تجارية في البرازيل.
تكمن إمكانية زراعة القهوة من نوع ديكافيتو من خلال اكتشاف نوع Coffea charrieriana الخالي من الكافيين بشكل طبيعي، والذي ظهر في 2004، لا يحتوي على جين caffeine synthase يؤدي إلى تراكم الثيوبرومين بدلاً من تحويله إلى كافيين.
ويمكن تعديل النباتات الأخرى تهجينها مع C. charrieriana أو القضاء على جين caffeine synthase في نباتات البن العادية.
اقرأ أيضاً: صلاحية حبوب القهوة - كيف نحافظ عليها لفترة أطول؟
الشاي بدون كافيين
يمكن نزع الكافيين من الشاي باستخدام عمليات مماثلة للطريقة المباشرة أو عملية ثاني أكسيد الكربون، لا تؤثر عملية أكسدة أوراق الشاي لصنع الشاي الأسود أو أوراق الشاي الصيني الاسود من الأوراق الخضراء على كمية الكافيين في الشاي،على الرغم من اختلاف الأنواع الفرعية لنبات الشاي في محتوى الكافيين الطبيعي.
يمكن أيضًا إزالة الكافيين من الشاي باستخدام معالجة الماء الساخن، ولكن يجب تهيئة الظروف المثلى من خلال التحكم في درجة حرارة الماء، ووقت الاستخراج، ونسبة أوراق الشاي إلى الماء.
يحتوي كل من القهوة والشاي على مادة tannins وهي المسؤولة عن طعمها القابض ولكن الشاي يحتوي على حوالي ثلث محتوى التانين في القهوة وبالتالي يتطلب نزع الكافيين من الشاي مزيداً من العناية للحفاظ على محتوى التانين من أجل الحفاظ على هذه النكهة.
يجب الحفاظ على tannins لأن لها خصائص مضادة للسرطان ومضادة للفطريات ومضادة للأكسدة ومضادة للميكروبات كما تعمل على تسريع تخثر الدم وتقليل ضغط الدم وتقليل مستوى الدهون في الدم وتعديل الاستجابة المناعية.
اقرأ أيضاً: كيفية تخزين حبوب القهوة.
استمتع بقهوتك!