公開日: 2024 年 7 月 23 日 午前 8:13 EDT
多くの人にとって、淹れたてのコーヒーの香りは素晴らしい一日の始まりです。しかし、カフェインは頭痛や神経過敏を引き起こすこともあります。そのため、多くの人がカフェイン抜きのコーヒーを選びます。
私は化学教授で、化学物質が一部の液体には溶けるが、他の液体には溶けない理由について講義してきました。カフェイン抜きのプロセスは、こうした化学概念の優れた実例です。しかし、最高のカフェイン抜き方法でさえ、カフェインをすべて取り除くことはできません。通常、8オンス* のカップには約7ミリグラムのカフェインが残ります。(注１*)
コーヒーからカフェインを抜く生産者は、カフェインを取り除きながら、他の化学的な香りや風味の化合物をすべて、または少なくとも大部分を残したいと考えています。カフェイン抜きには 豊かな歴史があり、現在ではほぼすべてのコーヒー生産者が 3つの一般的な方法のいずれかを使用 しています。
カフェイン抜きのお茶を作るのにも使われる これらの方法はすべて、あらかじめ湿らせた 生豆、つまり焙煎していないコーヒー豆から作られます。焙煎したコーヒー豆を使用すると、カフェイン抜きの工程で焙煎中に生成された風味や匂いの化合物が除去される ため、香りや味がまったく異なるコーヒーになります。
二酸化炭素法
1970 年代初頭に開発された比較的新しい二酸化炭素法 (carbon dioxide method) では、生産者は高圧 CO₂ を使用して湿らせたコーヒー豆からカフェインを抽出します。生産者は、湿らせたコーヒー豆を入れた密閉容器に CO₂ を送り込み、カフェイン分子が CO₂ に溶解します。
カフェインを含んだ CO₂ が豆から分離されたら、生産者は CO₂ 混合物を水の入った容器または 活性炭の上に 通します。活性炭は、高温に加熱され、蒸気と酸素にさらされた炭素で、炭素に細孔を作ります。このステップでは、カフェインと、おそらくコーヒーの風味に影響を与える その他の化合物 を濾過します。
これらの化合物は活性炭の細孔に結合するか、水中に留まります。生産者は、カフェイン抜きの豆を熱で乾燥させます。熱により、残っている CO₂ は蒸発します。生産者はその後、同じ CO₂ を再加圧して再利用できます。
この方法では、カフェインの 96% ～ 98% が除去され、出来上がったコーヒーには最小限の CO₂ 残留物しか残りません。
CO₂ の製造と処理に高価な設備を必要とするこの方法は、業務用、つまりスーパーマーケットのコーヒーのカフェイン抜きに 広く使用されています。
スイス ウォーター プロセス
1980 年代初頭に初めて商業的に 使用されたスイス ウォーター メソッドでは、熱湯を使用してコーヒーのカフェイン抜きを行います。
最初に、生産者は生豆を熱湯に浸し、豆からカフェインとその他の化合物の両方を抽出します。
これは焙煎したコーヒー豆を淹れるときに起こることと似ています。濃い色の豆を澄んだ水に入れると、コーヒーの濃い色の原因となる化学物質が豆から水に染み出します。同様に、熱湯はカフェイン抜きされていない豆からカフェインを引き出します。
浸漬中は、コーヒー豆のカフェイン濃度が水よりも高いため、カフェインは豆から水に移動します。生産者は次に豆を水から取り出し、カフェインを含まない真水に入れます。このプロセスが繰り返され、より多くのカフェインが豆から水に移動します。生産者はこのプロセスを最大 10 回繰り返し、豆に カフェインがほとんど残らなくなるまで 続けます。
カフェインと豆から溶け出した風味成分を含む水は、活性炭フィルターに通されます。これらはカフェインや、糖やポリアミンと呼ばれる有機化合物など、同様の大きさの化合物を閉じ込めますが、他の化合物のほとんどは濾過水に残ります。
生産者は、風味は飽和しているもののカフェインはほとんど含まれていない濾過水を使用して、新しいコーヒー豆を浸します。このステップにより、浸漬プロセス中に失われた風味化合物が豆に再び入ります。
スイス ウォーター プロセス (The Swiss water process) は、化学薬品を使わないアプローチと、コーヒーの自然な風味のほとんどを保存できることで高く評価されています。この方法では、カフェインの 94% ～ 96% が除去されることがわかっています。
溶剤ベースの方法
この伝統的で最も一般的な方法は、1900 年代初頭に初めて実施されましたが、有機溶剤を使用します。有機溶剤は、カフェインなどの有機化合物を溶解する液体です。生コーヒー豆からカフェインを抽出するために使用される一般的な溶剤は、酢酸エチル (ethyl acetate) と塩化メチレン (methylene chloride) の 2 つです。溶剤ベースの方法には主に 2 つあります。
直接法 (the direct method) では、生産者は湿った豆を溶剤に直接浸すか、溶剤を含む水溶液に浸します。
溶剤は、カフェインとカフェインと同様の溶解度を持つ他の化合物のほとんどをコーヒー豆から抽出します。生産者は約 10 時間後に豆を溶剤から取り出し、乾燥させます。
間接法 (the indirect method) では、生産者は豆を熱湯に数時間浸してから取り出します。次に、溶剤で水を処理して水からカフェインを取り除きます。最も一般的な溶剤である塩化メチレンは水に溶けないため、水の上に層を形成します。カフェインは水よりも塩化メチレンによく溶けるため、カフェインのほとんどは塩化メチレン層に残り、生産者は水から分離することができます。
スイスウォーター法と同様に、生産者は「カフェインフリー」の水を再利用することができ、最初のステップで取り除かれた風味成分の一部が戻ってくる可能性があります。
これらの方法では、カフェインの約96％から97％ が除去されます。
カフェイン抜きのコーヒーは飲んでも安全ですか?
一般的な溶剤の 1 つである酢酸エチルは、多くの食品や飲料に自然に含まれています。食品医薬品局 (FDA) では、カフェイン抜きに安全な化学物質とみなされています。
FDA と労働安全衛生局 (the Occupational Safety and Health Administration) は、体重 1 キログラムあたり 10 ミリグラムを超える濃度の塩化メチレンを摂取するのは安全ではないとしています。ただし、焙煎したコーヒー豆に含まれる塩化メチレンの残留量は 非常に少なく、1 キログラムあたり約 2 ～ 3 ミリグラム です。これは FDA の制限値をはるかに下回っています。
OSHA とそのヨーロッパの同等機関は、カフェイン抜きのプロセスに携わる労働者の塩化メチレンへの曝露を最小限に抑えるための 厳格な職場規則 を定めています。
生産者は塩化メチレンを使用してコーヒー豆のカフェイン抜きを行った後、豆を蒸して乾燥させます。その後、コーヒー豆を高温で焙煎します。蒸しと焙煎のプロセス中に、豆は十分に熱くなり、残留塩化メチレンが蒸発します。焙煎の段階では、化学物質が他の化合物に分解されて新しい風味化学物質も生成されます。これがコーヒーに独特の風味を与えます。
さらに、ほとんどの人はコーヒーを 華氏 190 度から華氏 212 度*の間で 淹れますが、これも塩化メチレンが蒸発する別の機会です。(注２*)
香りと風味の保持
豆に含まれる他の化合物を溶解せずにカフェインだけを溶解することは化学的に不可能なので、カフェイン除去によって、コーヒーの香りと風味に寄与する他の化合物が必然的に除去されます。
ただし、スイス ウォーター プロセスや間接溶媒法などの一部の技術では、抽出された化合物の一部が再導入される可能性があります。これらの方法では、余分な化合物をすべて豆に戻すことはできないかもしれませんが、風味化合物の一部が再び追加される可能性があります。
これらのプロセスのおかげで、カフェイン抜きのおいしいコーヒーを飲むことができます。ただし、ウェイターが誤ってポットを入れ替えた場合、話は別です。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4ones(Koichi Ikenoue) の翻訳責任で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
[編集者注] (注１) 8オンス ＝ 約237ml
(注２) 華氏190度 ～ 華氏212度 ＝ 摂氏 約88度 ～ 摂氏 100度
