カフェイン抜き

カフェイン抜きとは、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。カフェイン抜き製品は一般にデカフェという略語で呼ばれます。カフェイン抜き飲料には通常、元のカフェイン含有量の1～2%が含まれていますが、20%にも達することもあります。^[1]

フリードリープ・フェルディナント・ルンゲは、1820年に初めてコーヒー豆からカフェインを単離した。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のがきっかけだった。^[2]ルンゲは化合物を単離できたものの、カフェイン自体の化学についてはあまり学ばず、カフェイン抜きのコーヒーを商業的に生産するプロセスも模索しなかった。^[要出典]

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、超臨界二酸化炭素_、水などの有機溶媒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。^[3]

最初の商業的に成功したカフェイン除去プロセスは、1903年にドイツの商人ルートヴィヒ・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、コーヒー豆の積荷が偶然海水に浸かってしまい、カフェイン含有量のほとんど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。^{[4] [5]}このプロセスは1906年に特許を取得し、コーヒー豆をさまざまな酸や塩基で蒸し、ベンゼンを溶媒として使用してカフェインを除去しました。^{[6] [7]}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（コーヒー貿易会社）の社名にちなんで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なブランドです。^[要出典]

ロゼリウスが最初に開発した方法に似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（今日では発がん性物質として認識されている）に関する健康上の懸念のため、^[8]ジクロロメタンやエチルアセテートなどの他の溶媒が現在使用されています。^[9]焙煎されていない（生の）豆は最初に蒸され、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。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、このプロセスは8〜12回繰り返されます。^[3]

ロゼリウス法の別のバリエーションは、間接有機溶媒法である。この方法では、豆を直接処理する代わりに、まず豆を熱湯に数時間浸し、その後取り除く。残った水を溶媒（ジクロロメタンや酢酸エチルなど）で処理して、水からカフェインを抽出する。他の方法と同様に、カフェインはその後、単純な蒸発によって有機溶媒から分離できる。同じ水が、この2段階のプロセスで新しい豆のバッチで再利用される。数サイクル後に平衡に達し、水と豆はカフェインを除いて同様の組成になる。この時点以降、カフェインは豆から除去される唯一の物質であるため、コーヒーの濃度や他の風味は失われない。^[10]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る。この方法は1941年に初めて言及され、有機溶剤の使用を回避して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人々は多大な努力を払ってきました。^[11]

コーヒーからカフェインを除去する別の方法として、スイスウォーター法があります。この方法では有機溶剤は使用せず、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。^[5]その後、スイスウォーター法は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カフェイン抜きコーヒー会社によって導入されました。 ^[12]

このプロセスでは、カフェイン抽出メカニズムにグリーンコーヒー抽出物（GCE）を使用します。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、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で得られます。 ^[5]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）間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に移動します。^[13] 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に移動し、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ます。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、このプロセスを繰り返します。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。^[14]

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。^{[15] [16]}

この工程では、生豆を熱湯とコーヒー溶液に浸して、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粉から抽出したコーヒーオイルに浸して、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。カフェインは油から除去され、別の豆のカフェイン除去に再利用されます。これは直接接触によるカフェイン除去法です。

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（sCO ₂ ）にも注目している。マックス・プランク研究所の科学者クルト・ツォゼルが開発したこの技術は、臨界点以上に加熱・加圧された二酸化炭素（ CO ₂ ）を使用してカフェインを抽出する。^[5]生豆を蒸し、高圧容器に入れる。水とCO _{2の混合物を300}気圧、65℃（149℉）で容器内を循環させる。この圧力と温度では、CO _{2 は}超臨界流体であり、気体と液体の中間の性質を持つ。カフェインはCO ₂に溶解するが、淹れたコーヒーの風味に寄与する化合物は大部分がCO ₂に溶けず、豆の中に残る。別の容器で、追加の水を使ってカフェインをCO ₂から除去する。その後、CO _{2 は}圧力容器に再循環される。^{[3] [17]}

製品の品質を保証するために、製造業者はカフェイン抜きし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。^[18]カナダでは、カフェイン抜きコーヒーには0.1%未満のカフェインが含まれており、カフェイン抜きのインスタントコーヒーには0.3%未満が含まれています。^[19]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。ただし、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、近赤外線（NIR）分光法などの他の方法を使用し始めています。^[20] 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としては、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役立ちます。 ^[21]

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サンプルの対照研究では、カフェインがいくらか残っていることが示されました。^[1]カフェイン抜きコーヒー14～20杯には、通常のコーヒー1杯と同じ量のカフェインが含まれています。^[1] 473ml（16オンス）のコーヒーサンプルには、8.6～13.9mg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に関する別の研究では、カフェイン含有量は3～32mgでした。 [ ^22]一方、237ml（8オンス）の通常のコーヒーには95～200mgのカフェインが含まれており、^[23]コカコーラ355ml（12オンス）には36mgが含まれています。^[24]

2009年時点では、カフェインを含まないコーヒー豆の栽培に向けた進歩がまだ続いていた。このタイプのコーヒーを表すために「デカフェト」という造語が作られ、ブラジルで商標登録された。^[25]

デカフィッ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コーヒーノキの品種の発見によって示されました。この品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ます。 ^{[26]この特性は、}コーヒーノキ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。または、通常のコーヒーノキでカフェイン合成酵素の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。 ^[27]

お茶は、通常、上記の直接法または CO _{2法に類似したプロセスを使用してカフェインを抜くこともできます。緑葉から茶葉を酸化させて}紅茶(中国の茶文化では「赤」 ) やウーロン茶の葉を作ることは、お茶に含まれるカフェインの量に影響しませんが、茶樹の亜種 (例: Camellia sinensis sinensisとCamellia sinensis assamica ) は天然のカフェイン含有量が異なる場合があります。若い葉や芽には、古い葉や茎よりも重量当たりのカフェインが多く含まれています。^[要出典] CO2プロセスは便利で、爆発性がなく、毒性もないため好ましいが、^{[28]超臨界二酸化炭素を使用した通常の緑茶とカフェイン抜き}_の緑茶の比較では、ほとんどの揮発性非極性化合物（リナロールやフェニルアセトアルデヒドなど）、緑や花の香りの化合物（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抜き後に消失または減少することが示された。^[29]

_CO2抽出法に加えて、熱湯処理法で茶葉のカフェインを除去することもできる。水温、抽出時間、茶葉と水の比率を制御することで、最適な条件が満たされる。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 ^{[明確化が必要]}で、カフェイン含有量の83%が除去され、総カテキンの95%が保存された。^[30]フラバノールの一種であるカテキンは、茶葉の風味に貢献し、がんを引き起こす可能性のある変異原の抑制を高めることがわかっている。^[31]

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。^[32]そのため、紅茶のカフェイン抜きでは、この風味を保つために、コーヒーのカフェイン抜きよりもタンニン含有量を保つように注意する必要があります。タンニンの保存が望ましいのは、風味のためだけでなく、抗発癌性、抗変異原性、抗酸化性、抗菌性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、血清脂質レベルを下げ、免疫反応を調整します。^[33]

通常の製造工程で特定の工程を踏むことで、カフェイン含有量を直接減らしたり、抽出ごとにカフェインが放出される速度を単純に下げたりできる可能性がある。中国では、このことは多くの加熱したプーアル茶や、より強火で焙煎した武夷山烏龍茶（一般に「中火」（中火）または「強火」（強火）と呼ばれる）で明らかである。^{[引用が必要]}

一般的に受け入れられている統計によれば、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杯のおよそ半分の量です。^[34]

^{一般的な手法である短い（30～ 60}秒）抽出を省略すると、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が大幅に減少すると考えられていますが、研究によると、5分間の抽出では最大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（葉に含まれる総カフェインの約23％）が得られることが示唆されています。^{[説明が必要] [36]}

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