miniatura|Molècula de cafeïna 1,3,7 -trimetilxantina. El descafeïnament és l'acció d'extreure la cafeïna de les llavors del cafè, del cacau, fulles del te i altres materials que continguin cafeïna. Malgrat que s'hagi tret la majoria de la cafeïna, moltes begudes descafeïnades encara en contenen petites quantitats. Als Estats Units d'Amèrica, els nivells de cafeïna exigits als productes descafeïnats són del 97% del contingut de cafeïna original. A la Unió Europea, el cafè descafeïnat ha de tenir un màxim de cafeïna del 0,1% del pes en matèria seca de la llavor de cafè; o un 0,3% en cafès solubles i instantanis.Real Decreto 1676/2012, de 14 de diciembre, por el que se aprueba la norma de calidad para el café.DIRECTIVA 1999/4/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO, de 22 de febrero de 1999 relativa a los extractos de café y los extractos de achicoria. (DO L 66 de 13.3.1999, p. 26)
El cafè és una de les mercaderies amb més volum de negoci a tot el món, i el consum de cafè descafeïnat representa aproximadament el 10% del consum total de cafè.M. K. Mishra and A. Slater, "Recent Advances in the Genetic Transformation of Coffee," Biotechnology Research International, vol. 2012, Article ID 580857, 17 pages, 2012. doi:10.1155/2012/580857
La cafeïna és una substància fisiològicament activa que es troba present en les llavors de cafè, cacau, cola, guaranà, en les fulles de te i altres. Va ser descoberta el 1820 per Friedlieb Ferdinand Runge.Runge,Friedlieb Ferdinand (1820). Neueste phytochemische Entdeckungen zur Begründung einer wissenschaftlichen Phytochemie Latest phytochemical discoveries for the founding of a scientific phytochemistry. Berlin: G. Reimer. p. 144–159. El nom químic sistemàtic d'aquesta purina, que forma cristalls en forma d'agulla, i té un punt de fusió de 237 °C, és 1.3.7-trimetilxantina.
A causa dels efectes fisiològics de la cafeïna, a vegades no desitjats, s'han desenvolupat mètodes per tal d'eliminar-la del cafè sense perdre els atributs organolèptics desitjats en un cafè. Per minimitzar aquestes possibles pèrdues organolèptiques, el procés de descafeïnament es realitza en els grans de cafè verd, abans del torrat d'aquests.
En el cas del cafè es poden fer servir diversos mètodes, que difereixen en el solvent utilitzat per a fer l'extracció de la cafeïna.
Al llarg dels aproximadament 100 anys d'història del cafè descafeïnat hi ha hagut canvis en el procés. Des de produccions molt econòmiques i amb bona qualitat aromàtica, però amb utilització de solvents químics que poden ser perjudicials per a la salut, fins a produccions més segures, amb qualitats variables i amb processos econòmicament més costosos en alguns casos.
Actualment, els 3 tipus de mètodes d'extracció més utilitzats són: extracció amb solvents orgànics, amb aigua o amb diòxid de carboni supercrític.Clarke, R.J.
Fases del procés Els processos de descafeïnament més comuns tenen un patró comú pel que fa a les etapes del procés a seguir, però amb variacions en algunes de les etapes, principalment a la d'extracció de cafeïna.
Remull dels grans verds de cafè en aigua: La cafeïna es troba formant un complex molecular anomenat clorogenat potassi- cafeïna. Per dissoldre aquest complex i realitzar un procés satisfactori d'extracció, el gra de cafè es remulla en aigua. També es pot aplicar un corrent de vapor per millorar l'eficiència.
Extracció: és l'etapa més variable del procés, depenent del mètode utilitzat. S'utilitza un compost solvent per extreure la cafeïna del gra de cafè. Hi ha diversos tipus de solvents: solvents orgànics, CO₂ en condicions supercrítiques o aigua.
Arrossegament amb vapor: després de l'extracció, s'usa vapor per arrossegar els solvents que quedin presents al gra de cafè. Aquesta etapa pot aplicar-se o no, depenent del tipus de procés utilitzat.
Regeneració dels adsorbents: el material utilitzat per captar la cafeïna del solvent s'ha d'anar regenerant a mesura que aquest se satura de cafeïna. Aquesta etapa pot aplicar-se o no, depenent del tipus de procés utilitzat.
Assecat: assecatge dels grans de cafè verds per aconseguir la humitat inicial.
Mètodes d'extracció més comuns Extracció amb solvents orgànics miniatura|Llauna de Kaffee Hag L'extracció amb solvents orgànics va ser el primer mètode desenvolupat amb èxit per al descafeïnament dels grans de cafè. El primer mètode utilitzat per descafeïnar va ser ideat per Ludwig Roselius, Johann Friedrich Meyer i Karl Wimmer el 1903,U.S. Patent 897.840 Roselius, 1908 utilitzat per primer cop per Kaffee HAG, empresa fundada el 1906 pel mateix Roselius. Aquest mètode utilitza solvents orgànics en contacte amb el gra de cafè, extraient selectivament la cafeïna del gra.
Primerament el gra és exposat a un corrent de vapor que conté diversos àcids i bases durant diverses hores, amb l'objectiu de fer disponible la cafeïna per tal que el solvent actuï. A continuació, s'injecta el solvent orgànic volàtil escalfat, de manera que sigui el més selectiu possible i només realitzi l'extracció de cafeïna. Aquesta etapa pot durar 3 hores o més, i un cop finalitzada es pot tornar a realitzar un cicle en funció dels nivells de descafeïnament desitjats, l'eficiència del mètode o el nivell inicial de cafeïna dels grans.
En acabar el procés d'extracció, la mescla de grans i solvent se sotmet a un tractament amb vapor a pressions elevades per tal d'eliminar les restes de solvent.
Al llarg dels anys s'han realitzat millores en aquest mètode, tals com l'aplicació de sistemes semicontinus o continus, l'escurçament del temps d'operació i el desenvolupament d'un mètode indirecte, en el que els grans de cafè no s'exposen directament al solvent.
Mètode indirecte miniatura|esquerra|Diagrama de flux descafeïnament amb Solvents orgànics, mètode indirecte Posa en contacte únicament aigua calenta amb la cafeïna dissolta. Després, el solvent entra en contacte amb l'aigua i els extractes presents. En acabar l'extracció de la cafeïna, l'aigua es torna a fer circular amb els grans de cafè perquè aquests recuperin les aromes dissoltes en aigua. L'aigua es fa recircular contínuament per descafeïnar successius lots de producte. La utilització d'aigua calenta provoca la pèrdua de múltiples aromes i sabors propis del cafè a mesura que es repeteixen els cicles d'extracció.U.S. Patent 2.309.092 Berry et. al.,1943
L'extracció amb solvents orgànics, en les seves dues formes, s'utilitza àmpliament a tot el món, tot i el desenvolupament de nous mètodes i millores en el descafeïnament. Això és degut, principalment, als seus relatius baixos costos d'inversió i operació, i al seu alt nivell de qualitat final. Alguns solvents orgànics tenen una alta afinitat per la cafeïna, el que comporta que la pèrdua de substàncies aromàtiques del cafè també sigui mínima. Malgrat això, la selectivitat dels solvents per determinades substàncies deixa restes difícils d'eliminar en el solvent, tals com ceres, pigments i olis.
Solvents Al llarg de la història del descafeïnament s'han usat diverses substàncies en el procés.
Els primers solvents utilitzats van ser el benzè, el cloroform i alcohol. A mesura que es coneixien els seus efectes adversos en la salut es van anar substituint, i es van arribar a identificar un gran nombre de substàncies químiques com a bones extractores de cafeïna. Finalment es van assentar el diclorometà, i més endavant l'acetat d'etil, un compost no clorat i amb baixa toxicitat.
Diclorometà És el menys tòxic de la família dels cloro-hidrocarbonats simples, però no està completament exempt de riscs, ja que la seva alta volatilitat fa que el perill per inhalació sigui elevat.CDC (2012). "Fatal Exposure to Methylene Chloride Among Bathtub Refinishers — United States, 2000–2011". MMWR 61 (07): 119-122.Rioux JP, Myers RA (1988). "Methylene chloride poisoning: a paradigmatic review". J Emerg Med 6 (3): 227–238. doi:10.1016/0736-4679(88)90330-7.
Malgrat això, en les quantitats residuals en el cafè descafeïnat és considerat segur. Com que el seu punt d'ebullició és de 40 °C, durant el torrat del cafè, que es realitza a més de 200 °C, s'eliminen les possibles restes per sobre dels límits residuals.
Acetat d'etil Classificat com a solvent de baixa toxicitatWilhelm Riemenschneider, Hermann M. Bolt "Esters, Organic" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005. doi:10.1002/14356007.a09_565.pub2. Article Online Data: Abril 30, 2005 i amb un punt d'ebullició de 77 °C. Considerat més segur que el diclorometà, per la seva baixa toxicitat, perquè es presenta de manera natural a les plantes i perquè també es volatilitza durant el torrat.
Límits legals Unió Europea Segons la legislació europea i espanyola,Directiva 2009/32/CErelativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre los disolventes de extracción utilizados en la fabricación de productos alimenticios y de sus ingredientes.Real Decreto 1101/2011 de 22 de julio, por el que se aprueba la lista positiva de los disolventes de extracción que se pueden utilizar en la fabricación deproductos alimenticios y de sus ingredientes. es permeten com a solvents orgànics per al descafeïnament del cafè i el té els següents solvents:
Solvent Quantitat màxima Acetat de metil 20 mg/Kg en cafè i te Metiletilcetona 20 mg/Kg en cafè i te Diclorometà 2 mg/Kg en cafè i 5 mg/Kg en te Acetat d'etil* -
(*) L'acetat d'etil no té establerta una quantitat màxima considerant i la seva baixa toxicitat. Cal usar-lo seguint unes bones pràctiques de fabricació
Estats Units d'Amèrica L'acetat d'etil ha estat reconegut com a producte GRAS (generally recognized as safe) en aliments| Inert Reassessment-Ethyl Acetate United States Environmental Agency,Office of prevention, pesticides and toxic substances. 31 Juliol 2006 i no hi ha límits màxims fixats en el cafè. La quantitat màxima d'altres solvents sí que està regulada:Federal Drug Administration, Food, drugs and cosmetics Act, title 21: Food and drugs
Solvent Quantitat màxima Diclorometà 10ppm Tricloroetà Cafè descafeïnat Extracte soluble de cafè 25 ppm 10 ppm
Extracció amb aigua