La Química del Café

Cafeína

La cafeína pura es un polvo blanco, amargo e inodoro, una sustancia química orgánica que pertenece a una clase de compuestos llamados alcaloides de purina. Por lo general, ocurre en varias especies de plantas que se utilizan para hacer bebidas (incluido el cacao, el té, la yerba mate y el guaraná). Actúa como pesticida contra algunos insectos, pero agudiza la memoria de otros, lo que ayuda a aumentar la tasa de retorno de los insectos polinizadores.

De hecho, un estudio mostró que las abejas tenían tres veces más probabilidades de recordar un aroma floral después de ingerir cafeína, garantizando de esta manera su regreso y, a su vez, el éxito reproductivo de la planta. (1) En los seres humanos, tiene propiedades diuréticas suaves, además de servir como un estimulante leve en el sistema nervioso, circulatorio y respiratorio.

Una vez consumida, la cafeína se absorbe a través del tracto gastrointestinal y puede permanecer en tu sistema entre cuatro a seis horas. Cuando llega al hígado, se metaboliza en tres compuestos. Primeramente, la mayor parte se convierte en paraxantina, que aumenta la descomposición de los lípidos en el torrente sanguíneo; asimismo, se transforma en teobromina, dilatando los vasos sanguíneos y aumentando la producción de orina; y, por último, una pequeña cantidad pasa a ser teofilina, que relaja el músculo liso (del tipo que se encuentra en el tracto digestivo y el sistema respiratorio). El resultado es que la frecuencia cardíaca se acelera; los músculos reciben más sangre pero la piel y los órganos reciben menos; y el hígado libera glucógeno. Debido a que es soluble tanto en agua como en grasas, la cafeína atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica.

La cafeína estimula la producción de epinefrina (adrenalina) y aumenta los niveles de neurotransmisores, como dopamina, serotonina y acetilcolina, todos los cuales son responsables de los cambios de humor, entre otras cosas. Puesto que trabaja de manera similar a la adrenalina, la cafeína aumenta la respiración y la frecuencia cardíaca, lo que resulta en una breve explosión de energía. Quizás una de las principales razones de la popularidad del café es su capacidad para amplificar el estado de alerta mental prácticamente sin efectos secundarios negativos.

Así mismo, la cafeína ha sido probada por numerosos beneficios para la salud. Se ha relacionado con un mayor metabolismo y fuerza muscular, así como con un menor riesgo de diabetes, cáncer y enfermedades cardíacas, junto con muchos otros efectos positivos. Debido a que es un estimulante ampliamente consumido, es una suerte que los estudios demuestren que no es adictivo por el hecho de que no activa los circuitos de recompensa en el cerebro. (2)

Sin embargo, aunque la cafeína no es adictiva, quienes beben más de cuatro a cinco tazas de café al día pueden desarrollar una dependencia física leve. Esto puede ir acompañado de síntomas de abstinencia cuando la ingesta de café se detiene repentinamente, como dolores de cabeza, fatiga, irritabilidad o ansiedad, pero los síntomas tienden a desaparecer en unos pocos días. Dicho esto, si el consumo de la infusión se reduce gradualmente en lugar de detenerse de forma abrupta, estos efectos negativos se pueden evitar en su mayoría.

Metabolitos de cafeína

Componentes Químicos del Café

Los componentes químicos del café verde y del café tostado difieren sustancialmente, porque ocurren cambios fundamentales dentro del grano durante el procesamiento y tostado. De igual modo, la composición química de las semillas también varía según la especie, la ubicación geográfica, la condición del suelo, el clima y otros factores ambientales.

No obstante, los elementos básicos del grano de café, ya sea tostado o sin tostar, siguen siendo en gran medida los mismos; la principal diferencia radica en las proporciones en las que están presentes. Un grano se compone de agua, aminoácidos, azúcares, carbohidratos, fibra, proteínas, ácidos orgánicos (como los ácidos clorogénicos), minerales, lípidos, cafeína y trigonelina, un alcaloide responsable del amargor de una infusión. En este sentido, se han identificado más de ochocientos productos químicos en las semillas de café, muchos de los cuales proporcionan sabores, aromas y / o beneficios para la salud.

Fenoles y Antioxidantes

Resulta lógico que la cafeína sea la sustancia química más conocida presente en el café; sin embargo, los granos contienen otras igualmente importantes, como los ácidos fenólicos, que tienen una alta actividad antioxidante. Estos se encuentran entre las fuentes más ricas en polifenoles, similares a los que se consiguen en las bayas, además contienen potentes flavonoides y lignanos.

A propósito, los fenoles más prevalentes en el café verde son los ácidos clorogénicos, que explican mayormente su contenido de antioxidantes. Una gran proporción de estos ácidos se destruyen durante el proceso de tostado, y solo queda el 20 por ciento. A pesar de esto, las pruebas han demostrado que los granos de café tostados tienen un componente antioxidante más alto que sus contrapartes sin tostar. Entonces, ¿cómo puede ser este el caso cuando la fuente de antioxidantes más poderosa presente en los granos verdes se pierde en una medida considerable al tostar?

El tueste provoca que la semilla sufra una serie de cambios estructurales, lo que lleva a la síntesis de varios compuestos y melanoidinas, los cuales son potentes antioxidantes. Con respecto a las melanoidinas, estas son de gran interés para los científicos porque, aparte de sus propiedades antioxidantes, también desarrollan características antifúngicas, antimicrobianas, antiinflamatorias y antihipertensivas. Por su parte, la síntesis de sustancias durante el tostado se ha atribuido en parte a la reacción de Maillard, una reacción química entre los azúcares y los aminoácidos, que da como resultado el dorado familiar que se produce en muchos alimentos durante la cocción. Siendo uno de los procesos más importantes en la cocción, dicha reacción crea una variedad de nuevos compuestos de sabor, contribuyendo significativamente al perfil de sabor final.

Las pruebas muestran que el grano verde de Robusta tiene un mayor contenido de antioxidantes que el Arábica. Sin embargo, estas moléculas son altamente susceptibles al daño y destrucción durante el tostado, dejando de nuevo al Arábica en la parte superior con más antioxidantes en el producto final, completamente procesado. Otros factores también afectan el contenido de estos compuestos, con estudios que muestran que el área geográfica, el tipo de grano y el terruño juegan un papel en la determinación de la cantidad presente. Por ejemplo, se ha encontrado que los frutos del café Arábica de plantas cultivadas en México e India comprenden niveles más altos de ácidos clorogénicos en comparación con los cosechados de plantas equivalentes sembradas en China.

Está bien establecido que los polifenoles y fenoles pueden aumentar la capacidad antioxidante del plasma, lo que ayudaría a proteger las células humanas contra el daño oxidativo, reduciendo así el riesgo de diversas enfermedades degenerativas asociadas.

Lípidos

Los lípidos, que son compuestos orgánicos como grasas y aceites, juegan un papel importante en la calidad de tu taza de café. Principalmente formados de triacilgliceroles, esteroles y tocoferoles (vitamina E), estos lípidos aportan cualidades únicas. Los diterpenos son ácidos grasos que pueden constituir hasta el 20 por ciento del contenido de lípidos y son difíciles de clasificar porque los estudios han demostrado efectos tanto positivos como negativos en la salud derivados de su consumo. Al respecto, se ha descubierto que el cafestol y el kahweol, dos diterpenos presentes en grandes cantidades en las infusiones sin filtrar, aumentan el colesterol sérico en humanos. (5) Los filtros de papel atrapan con éxito la mayoría de estos compuestos, por lo que posiblemente aquellos en riesgo de enfermedad cardiovascular deberían beber café sin filtrar con moderación o ceñirse a los métodos filtrados. Dichos esto, algunos estudios muestran que, por el contrario, el cafestol y el kahweol pueden reducir el efecto de ciertos carcinógenos.

Muchas de estas sustancias de ácidos grasos pueden descomponerse si los granos se almacenan por encima de las temperaturas ideales, prestando sabores desagradables al café, pero los lípidos permanecen prácticamente intactos durante el tostado debido a sus altos puntos de fusión. No obstante, el tipo de método de preparación utilizado puede reducir el contenido de lípidos en un grado variable, y la filtración lo agota en una cantidad significativa. Los estudios han demostrado que las técnicas de preparación con filtro retienen solo 7 miligramos de lípidos, mientras que los procesos de ebullición y espresso mantienen entre 60 y 160 miligramos por taza de 150 ml. (7) Cabe destacar que una gran proporción de sabores se hallan en estos compuestos de ácidos grasos, lo que explica por qué el café filtrado tiene una sensación en la boca diferente en comparación con el café elaborado con métodos no filtrados. Con casi el doble del contenido de lípidos del grano Robusta, no es de extrañar que la variedad Arábica sea conocida por su calidad superior en taza.

Ácidos

Hay más de treinta ácidos orgánicos separados que se encuentran en el grano de café tostado, y cada uno aporta algo distinto al sabor o al contenido de antioxidantes. Entre estos, los ácidos clorogénicos son quizás los más importantes, ya que constituyen la mayor parte de la capacidad de ácido, proporcionando así un gran número de antioxidantes en tu taza. Cuando se tuestan los granos, alrededor de la mitad de los clorogénicos se destruyen en la producción de los ácidos quínico y cafeico. Fundamentalmente, el ácido quínico es elemental para la calidad y el sabor de la taza, forma compuestos coloreados durante la reacción de Maillard y produce melanoidinas, un potente antioxidante. Esta sustancia también contribuye a la percepción de amargor y astringencia, mientras que el ácido cafeico es un antioxidante activo que está presente en el vino. En términos de sabor, la acidez es un factor determinante. El equilibrio de ácidos en tu taza establece cómo sabrá tu café y, si está correctamente equilibrado, evitará que tenga un sabor plano.

Alcaloides

La trigonelina es un alcaloide amargo presente tanto en el grano de café verde como en el tostado, y aunque ciertamente ayuda de manera significativa a los aromas, sabores y perfil de taza, también es la fuente de una serie de beneficios para la salud. Durante el tueste, esta sustancia se deteriora y produce una serie de compuestos, incluido el ácido nicotínico, más conocido como vitamina B3 o niacina. Una sola taza de café, por ejemplo, puede contener entre 1 y 3 miligramos. El Instituto Nacional de Salud de EE.UU. (National Institute of Health, o NIH) recomienda una ingesta diaria total de 12 a 16 miligramos de niacina por día, de acuerdo al sexo y la edad.

Minerales

El café contiene potasio, fósforo, magnesio, manganeso y trazas de unos treinta minerales más. Sin embargo, no debe considerarse una fuente substancial de minerales, porque su presencia varía mucho según el tipo de grano y sus condiciones de cultivo.

Sabor, Gusto y Aroma

Se han identificado alrededor de mil compuestos químicos dentro del humilde grano de café, aunque el número exacto se revisa casi anualmente. En efecto, los granos son sencillos a la vista, pero su composición química es sorprendentemente compleja.

De tal manera, la composición química del producto final del café depende en gran medida del estilo de tostado utilizado. El proceso de tueste convierte tanto los carbohidratos como las grasas en aceites aromáticos y descompone o acumula varios ácidos. Estas y muchas más reacciones químicas determinan el aroma y el sabor finales de su taza. Durante el tostado, tienen lugar dos procesos esenciales, que forman la mayoría de las notas de sabor y aroma que están presentes en el café.

La Reacción Maillard

Como se mencionó anteriormente, la reacción de Maillard tiene lugar durante el horneado, el tostado y otros procesos de cocción, e implica la reorganización o degradación de aminoácidos y azúcares simples en una reacción molecular que mejora, agrega y determina el sabor.

La Degradación de Strecker

Por su parte, la degradación de Strecker es una reacción química que también involucra aminoácidos, pero en este caso combinados con compuestos carbonílicos, dando como resultado los importantes aromatizantes cetonas y aldehídos. Como en la reacción de Maillard, estos se producen principalmente durante el tueste. Aunque muchos de los productos químicos contenidos en el grano de café contribuyen de alguna manera al perfil de sabor, se sabe que ciertos grupos proporcionan la mayoría de las notas y aromas, como se detalla en las páginas siguientes.

Acidez

Si bien la acidez en los alimentos a menudo está relacionada con los sabores ácidos, en el caso del café se refiere a los muchos niveles de notas matizadas que dan la dimensión de la taza. Los diversos niveles de ácidos dan diferentes sabores individuales y, si están bien equilibrados, proporcionan sabores complejos y ágiles que le dan al café su chispa especial. Como se ha mencionado, la mayoría del contenido ácido del café está formada por ácidos clorogénicos; a continuación, los segundos en la fila son los ácidos cítricos, que agregan brillo a una taza en cantidades pequeñas a moderadas, pero notas ácidas menos deseables en cantidades más altas. También son importantes los ácidos málico, acético y fosfórico. Los ácidos málicos le dan notas afrutadas a manzana, mientras que el ácido acético le da a la infusión un sabor claramente a vino y el fosfórico no agrega sabor, pero sí una acidez penetrante y chispeante.

Cetonas y Aldehídos

Formadas durante el proceso de tostado por la interacción de oxígeno y carbohidratos, las cetonas son responsables del 21,5 por ciento del aroma del café y los aldehídos del 50,7 por ciento, según un análisis espectral de masas de café molido. (8)

En este sentido, existen docenas de diferentes tipos de cetonas y aldehídos presentes tanto en el café verde como en el tostado, cada uno con sabores y aromas únicos que varían considerablemente; algunos son florales, dulces, afrutados o parecidos a la miel, pero otros pueden ser amargos, de nuez o quemado. De manera similar, muchas cetonas se describen como cualquier cosa, desde mantecosas, picantes y herbáceas hasta afrutadas o mentoladas. Los aromas de cetonas y aldehídos son los más delicados pero también algunos de los más volátiles.

Trigonelina

El alcaloide trigonelina en los granos de café se descompone durante el tostado para producir vitaminas que son esenciales para la salud humana, pero también compuestos aromáticos volátiles, como piroles, piridinas y pirazinas. Como resultado, estas sustancias proporcionan una cantidad fundamental del aroma del café y, como tal, la trigonelina contribuye directamente al perfil del café. La trigonelina se trata de un compuesto amargo, sin embargo, esta característica se reduce significativamente cuanto más se tuestan los granos de café. Asimismo, los piroles a menudo imparten sabores indeseables, como aromas terrosos, mohosos, de hongos o de caramelo; las piridinas tienden a ser ásperas, aportando notas a nueces, quemadas o astringentes, pero a veces notas florales; y las pirazinas, como la segunda clase más común de compuestos aromáticos en el café, brindan sabores a tostadas, nueces o cereales.

Sacarosa

La sacarosa es el azúcar más común en los granos, pero se destruye en gran medida durante el tueste. Notablemente, los carbohidratos como la sacarosa son imprescindibles para la reacción de Maillard y forman la base de la caramelización, el proceso de dorar los azúcares, que es una de las principales fuentes de sabor y aroma del café. Por otro lado, los furanos son el resultado de la pirólisis (la descomposición de materias orgánicas cuando se someten a calor extremo) de azúcares, como la sacarosa y los polisacáridos; además, son evidentemente dulces, con notas a nueces, caramelo o tostados. La caramelización retiene el dulzor pero agrega sabor y aroma, así como un ligero amargor a través de la pérdida de agua de la molécula de azúcar.

El Método de Evaluación de Catación

Habiendo identificado los elementos clave que componen el perfil de sabor y aroma del café (aunque existen cientos de compuestos diferentes demasiado numerosos para detallarlos aquí), ¿cómo puede analizar con precisión estas cualidades en la práctica?

Desde luego, la cata es el método diseñado para evaluar con precisión el sabor y el aroma de varios granos de café para que los tostadores y los profesionales de la industria puedan juzgar sus méritos relativos y tomar decisiones de compra. Es la mejor manera de medir el perfil completo de una semilla en particular, sin la diferenciación en sabor, aroma y sensación en boca que trae el proceso de elaboración. Generalmente, los contrastes entre los cafés suelen ser menores, por lo que es importante poder probarlos uno al lado del otro en condiciones consistentes para asegurarse de que cualquier diferencia en la taza se derive solo del grano.

Existe una serie de protocolos estrictos para garantizar la coherencia durante la evaluación de la cata. Para empezar, se utiliza una taza de 175-250 ml, con un aproximado de 8-12 gramos de café en 150 ml de agua. Varias muestras de granos se tuestan ligeramente y luego se muelen de forma gruesa, similar al nivel de molido utilizado en una prensa francesa. A propósito, el café debería haberse tostado dentro de las veinticuatro horas anteriores, pero necesita al menos ocho horas de descanso después del tueste. Una vez que los granos alcancen la temperatura ambiente, deben almacenarse en recipientes herméticos para minimizar la exposición al aire. Es esencial que el café se muela inmediatamente antes de comenzar la cata y dejarlo reposar por no más de quince minutos.

El agua utilizada debe estar limpia y fresca, además de calentarse entre 90-95°C; luego, el café se remoja en ella durante tres a cinco minutos. A causa de esto, la molienda subirá a la superficie de la taza, formando una costra, que mantiene algunos de los aromas de café en la infusión. Una vez que se completa el remojo, se debe usar una cuchara limpia para romper la corteza. Entonces, con la nariz cerca de la taza, inhale inmediatamente los aromáticos, evaluando y analizando sus diversas cualidades.

Para la degustación, que es la siguiente etapa de la cata, el molido debe retirarse de la parte superior. Aunque los métodos son diferentes, el análisis en la catación de café es tan profundo como en la cata de vinos. Ahora bien, se toma una cucharada de café y se sorbe mientras se inhala para que se experimente el efecto completo tanto del sabor como de los aromas. La cuchara se enjuaga en un vaso de agua limpia y la siguiente muestra se prueba de la misma manera. Dentro de este marco, al catar es importante comparar el aroma, el cuerpo, la dulzura, el regusto, el equilibrio, la acidez y cualquier otra característica de un grano en particular. Después de la degustación, es común ver la semilla tostada en su estado completo para poder evaluar su apariencia; el grano normalmente se oculta hasta que se completa la cata para que los juicios visuales no sesguen la degustación.

El Papel de la Leche

¿Cómo se convierte la leche líquida fría en ese producto cremoso y espumoso de la varilla de vapor? Básicamente, la desnaturalización de las proteínas y lípidos contenidos en el lácteo que ocurre durante el proceso de calentamiento les permite unirse. Esto crea una red que atrapa las burbujas de aire introducidas por la varita de vapor, dando como resultado la leche espumosa que se disfruta en los cafés espresso de todo el mundo.

Agregar leche al café cambia su contenido de nutrientes de manera significativa y también puede contrarrestar algunos de los efectos negativos que el café puede tener en la salud humana, como el posible aumento del riesgo de osteoporosis causado por el consumo de bebidas con cafeína. De este modo, los estudios realizados en mujeres posmenopáusicas mostraron que la disminución de la densidad mineral ósea se compensaba consumiendo el equivalente a dos tazas de café con leche al día, (9); aunque, paralelamente, otro estudio demostró que el lácteo puede afectar la absorción de los polifenoles y antioxidantes en el café, afectando la biodisponibilidad de los ácidos clorogénicos y sus metabolitos.(10) Sin embargo, la leche sola proporciona muchos beneficios para la salud, porque es una proteína completa y una buena fuente dietética de otros nutrientes, como el calcio y las vitaminas B.

Hay tres componentes principales de la leche que es importante comprender con respecto a su sabor y capacidad para espumar, además de cómo interactúa con el café.

Grasas

Las grasas son una parte esencial del contenido de la leche, lo que le da una sensación en boca redondeada. De hecho, las leches con una mayor presencia de grasas generalmente dan como resultado un sabor más completo y una bebida más rica y sedosa. Así mismo, la leche se puede comprar con diferentes niveles de grasa láctea: de leche descremada, con menos del 0,2 por ciento, a la baja o reducida en grasa, con un aproximado del 1 por ciento y 2 por ciento, respectivamente; la leche entera, además, cuenta con un porcentaje de 3,25 a 3,5 de grasas lácteas. Las leches bajas en grasa frecuentemente crean más espuma, porque hay menos grasa para competir con las proteínas. No obstante, una vez que el contenido de grasa se eleva por encima del nivel de la leche entera, por ejemplo en la crema, que contiene entre un 10 y un 36 por ciento, la capacidad de formación de espuma aumenta en proporción. Esto explica por qué cuanto mayor es el contenido de grasa en la nata, más fácil es batir.

Proteínas

Las proteínas de la leche son las principales responsables de la formación de espuma; a medida que el lácteo se calienta a más de 60°C, estas proteínas se desnaturalizan, recubren y estabilizan las burbujas de aire que están siendo introducidas por la lanza de vapor.

Lactosa

En términos sencillos, la lactosa, también conocida como azúcar de la leche, es lo que le da dulzura a la leche. Debido a que se trata de un compuesto menos soluble que la sacarosa, parece menos dulce, pero calentar la leche incrementa su solubilidad, descompone los azúcares y, por lo tanto, aumenta el dulzor de la bebida.

A menudo, las leches no lácteas pueden reaccionar de manera impredecible en el café. Los métodos de extracción usados ​​en la producción de leches de soja y nueces pueden resultar en un bajo contenido de lípidos, y estos son necesarios para retener las burbujas de aire en el líquido. Así mismo, existe el riesgo de que los ácidos coagulen las proteínas de la leche no láctea si se agrega fría al café caliente. Si bien muchos productos no lácteos ahora contienen estabilizadores para reducir este riesgo, es aconsejable calentar leches no lácteas caseras o naturales compradas en la tienda antes de agregarlas al café o bien, dejar que la infusión se enfríe un poco antes de combinarlas. Además, varios métodos pueden evitar que estas leches se cuajen, como asegurarse de no sobrecalentarlas o agregar el café a la leche mientras revuelve en lugar de al revés.

Bibliografía

1. Wright, G., Baker, D., Palmer, M., Stabler, D., Mustard, J., Power, E., et al. 2013. “Caffeine in Floral Nectar Enhances a Pollinator’s Memory of Reward.” Science 339 (6124): 1202–1204

2. Boyet, S., and Nehlig, A. 2000. “Dose-response study of caffeine effects on cerebral functional activity with a specific focus on dependence.” Brain Research 858 (1): 71–77

3. Šlebodova, A., Brezova, V., and Staško, A. 2009. “Coffee as a source of antioxidants: An EPR study.” Food Chemistry, 114, 859–868

4. Richelle, M., Tavazzi, I., and Offord, E. 2001. “Comparison of the Antioxidant Activity of Commonly Consumed Polyphenolic Beverages (Coffee, Cocoa, and Tea) Prepared per Cup Serving.” Journal of Agricultural and Food Chemistry 49 (7): 3438–3442

5. Urgert, R., Essed, N., van der Weg, G., Kosmeijer-Schuil, T., and Katan, M. 1997. “Separate effects of the coffee diterpenes cafestol and kahweol on serum lipids and liver aminotransferases.” The American Journal of Clinical Nutrition 65 (2): 519–524

6. Calvin, C., Holzhaeuser, D., Scharf, G., Constable, A., Huber, W., and Schilter, B. 2002. “Cafestol and kahweol, two coffee-specific diterpenes with anticarcinogenic activity.” Food and Chemical Toxicology 40 (8): 1155–1163

7. Ratnayake, W., Hollywood, R., O’Grady, E., and Stavric, B. (1993). “Lipid content and composition of coffee brews prepared by different methods.” Food and Chemical Toxicology 13 (4): 263–269

8. Merritt, C., Bazinet, M., Sullivan, J., and Robertson, D. 1963. “Mass Spectrometric Determination of the Volatile Components from Ground Coffee.” Journal of Agricultural and Food Chemistry 11: 152– 155

9. Barrett-Connor, E., Chun Chang, J., and Edelstein, S. 1994. “Coffee-Associated Osteoporosis Offset by Daily Milk Consumption: The Rancho Bernardo Study.” The Journal of the American Medical Association 271 (4): 280–283

10. Duarte, G. and Farah, A. 2011. “Effect of simultaneous consumption of milk and coffee on chlorogenic acids’ bioavailability in humans.” Journal of Agricultural and  Food Chemistry 59 (14): 7925–7931

 11. Kingston, Lani. How to Make Coffee: The Science Behind the Bean. East Sussex: Ivy Press. 2015