Die Inhaltsstoffe von Kaffee

Kaffee ist vielfältiger als Tee oder Wein. Dieser Artikel beleuchtet die unglaubliche Vielfalt an Komponenten in unserem Lieblingsgetränk.

Kaffee ist nicht allein Koffein, auch wenn das eine gern mit dem anderen gleichgesetzt wird. Phytochemiker (von griechisch φύτον (phyton)für Pflanze) haben sich Kaffee genauer angesehen und es wurden rund 1.000 bioaktive Substanzen festgestellt. Das sind Stoffe, die eine, also irgendeine Wirkung auf den Körper verursachen. Vielleicht verstehen wir die Faszination von Kaffee etwas besser, wenn wir wissen was drin ist? Oder warum Kaffee so wirkt, wie er wirkt? Kann auch gut sein, dass die Informationen absolut nutzlos sind, denn im Endeffekt ist es der leckere Kaffee vor uns, der zählt, nicht das endlose Gebrabbel über chemische Substanzen.

Jeder, der mehr an dem Handwerk des Kaffeemachens hat, kann den folgenden Artikel getrost überspringen. Ich werde auf die Details eingehen, welche Stoffe sich im Kaffee befinden und wie sie darin landen. Für die Nerds ist das sicher wissenswert, für jeden auf der Suche nach mehr Wissen ebenfalls. Diejenigen, die mehr Interesse an der harten Realität haben: Achtung, es wird trocken.

Darauf einen Schluck Kaffee und los geht's!

Die Röstung: Ein chemischer Vorgang

Die Inhaltsstoffe unterscheiden sich, je nachdem, ob wir grüne bzw. geröstete Bohnen vor uns haben oder den fertig gebrühten Kaffee. Für uns tatsächlich interessant sind vor allem die Inhaltsstoffe der gerösteten Bohne, da sie schlussendlich im Getränk Kaffee landen, das uns so begeistert. Dennoch ist es interessant zu wissen, was passiert, bevor die Bohne braun wird. Alles startet mit den grünen Bohnen. Sie sind nach langer Reise, möglicherweise über den gesamten Ozean, beim Röster unseres Vertrauens angekommen.

Die grüne Bohne verfügt von sich aus über knapp 200 Aromastoffe. Es dürfte jedoch denkbar unspektakulär ausfallen, mit der grünen Bohne einen Kaffee aufzubrühen. Er wird nicht so schmecken, wie der Kaffee für uns bekannt ist. Die für den Geschmack des Getränks wesentlichen Aromastoffe sind Produkte des Röstens und nicht allein Aromastoffe, welche bereits im Kaffee vorhanden sind. Durch die Hitze des Röstens wird die Kaffeebohne durch eine sogenannte Maillard-Reaktion chemisch verändert. Das ist ein komplexer Prozess, der in der Tiefe noch nicht vollständig verstanden ist. Die Zucker und Proteine werden dadurch zu über 850 Aromastoffen (von denen wir wissen), welche für die besonderen Geschmacksnuancen von Kaffee charakteristisch sind. Diese sind es, die für uns so spannend sind, denn sie sind ausschlaggebend für das Aroma des Kaffees.

Das Brühen: Ein physikalischer Vorgang

Die chemische Zusammensetzung von Espresso ändert sich mit der Extraktionszeit (aus *Spektrum Kompakt: Kaffee. 18.12.2015*)

Gehen wir einen Schritt weiter. Die Kaffeebohnen werden beim Röster verkostet, verpackt und irgendwann landen sie in unserem digitalen oder physischen Warenkorb. Daheim packen wir die Bohnen aus und begeistert, wie wir sind, bereiten wir gleich einen Kaffee zu. Dazu bedienen wir uns einer der vielen Zubereitungsmethoden. Die Eigenheiten der verschiedenen Methoden lassen sich optisch beobachten und schmecken. Doch welche Prozesse finden während der Zubereitung statt?

Beim Brühen der Kaffeebohnen gehen interessanterweise keine chemischen Umwandlungen vor. Hier handelt es sich um einen reinen Extraktionsprozess, bei welchem durch das Wasser Bestandteile aus der Bohne herausgelöst werden. Die wesentlichen Bestandteile sind hierfür alle bereits in der Bohne enthalten und das Aufbrühen verändert deren Zusammensetzung nicht. Welche Bestandteile in welcher Dosis extrahiert werden, hängt von der Zubereitungsmethode und dessen Variablen ab und von dem Mahlgrad beziehungsweise der Qualität der Mühle.

Verfügbarmachung der Bestandteile

Mit den ganzen Kaffeebohnen einen Kaffee zuzubereiten, dürfte auf wenig Freude stoßen. Damit erhält man nur ein sehr klares Getränk, das nur entfernt an Kaffee erinnert. Deshalb nutzen wir eine Mühle, um die Verfügbarkeit der Inhaltsstoffe zu erhöhen. Die Aromastoffe und andere spannende Substanzen werden durch das Wasser, je nach Homogenität des Mahlguts, herausgelöst und sie landen in der braunen Brühe.

Die Mühle erzeugt Partikel unterschiedlicher Größe, die unterschiedlich stark extrahiert werden. Aufgrund dessen ist eine gute Mühle wichtig, damit das Mahlgut homogen wird und es gleichmäßig extrahiert werden kann.

Das fertige Getränk Kaffee

An dieser Stelle haben wir ein leckeres Getränk vor uns, das nur noch auf die Verköstigung wartet. Doch halt! Die Beobachtung geht weiter.

Auch der fertige Kaffee ist hinsichtlich seiner Zusammensetzung keine statische Konstante, sondern dynamisch. Gelöste Gase, insbesondere CO₂, verlassen schnell den Becher und hinterlassen insbesondere bei Espresso einen Schaum (ital. crema). Auch der Geschmack des gebrühten Kaffees verändert sich mit der Zeit. Geruchsstoffe diffundieren aus dem heißen Kaffee langsam in die Luft und erzeugen den Geruch des Kaffees. Diese Stoffe verfliegen somit, bevor sie auf der Zunge landen.

Arabica vs. Robusta

Chemische Komponenten in Arabica-Bohnen
Chemische Komponenten in Robusta-Bohnen

Wie auf den beiden Grafiken ersichtlich ist, unterscheiden sich Arabica- und Robusta-Bohnen enorm.

Koffein ist in beiden Bohnen enthalten. Das intensive Arousal von Robusta-Bohnen liegt in der höheren Menge Koffein begründet, welches sie vermehrt enthalten. Je nach Züchtung enthalten Robusta-Bohnen um die 2 % Koffein, wohingegen die Arabica-Bohnen eher gegen 1 % Koffein enthalten. Damit erklärt sich teilweise der bitterere Geschmack von Robusta-Bohnen, da Koffein selbst einen bitteren Eigengeschmack besitzt.

In den Grafiken ist auch deutlich sichtbar, dass die Röstprodukte in Robusta-Bohnen stärker vertreten sind, wohingegen bei Arabica-Bohnen tendenziell mehr Zucker übrig bleiben. Das ist ein wesentlicher Bestandteil der unterschiedlichen Geschmacksnuancen der beiden Gattungen. Die Arabica-Bohnen, die vor allem in den Kreisen der Spezialitäten-Kaffees beliebt sind, da die Säuren vielfältiger im Geschmack sind und sie den feineren Geschmack haben, wohingegen die Masse des weltweit verbrauchten Kaffees auf Robusta zurückzuführen ist. Die meisten dürften den Koffeinkick über dem Geschmack priorisieren. Vonseiten der Arabica-Bohnen ist allerdings interessant, dass insgesamt weniger Säuren enthalten sind als in Robusta-Bohnen. Möglicherweise überdecken die Röstaromen und Bitterstoffe die Säuren stärker.

Mineralien sind in Robusta-Bohnen etwas mehr enthalten als in den Arabica-Bohnen. Leider ist nicht genau auf der Grafik ersichtlich, in welcher Menge an Trigonellin vorliegt. Da die Dosis mit knapp 1 % relativ gering ist, ist der Balken auf der Grafik etwas zu klein. Dieser Stoff ist in Arabica-Bohnen etwas mehr vorhanden.

Die Inhaltsstoffe

Das waren die Basics, wie welche Stoffe in den Bohnen am Ende landen.

Gehen wir über zu den Eigenschaften und Beschreibungen der einzelnen Inhaltsstoffe über.

Wasser

In grünen Kaffeebohnen beträgt der Wasseranteil zwischen 8 und 12 %. Durch das Rösten verlieren die Bohnen an Wasser, wodurch der Wasseranteil auf 0 bis 5 % Prozent sinkt. Wird der Kaffee wiederum gebrüht, sind im fertigen Kaffee gemäß der SCA idealerweise zwischen 1,15 und 1,35 % gelöste Stoffe. An dieser Stelle muss man allerdings bedenken, dass auch im Wasser bereits gelöste Stoffe vor dem Brühen in diesen Wert mit einfließen. Der gesamte restliche Anteil besteht aus H₂O, also Wasser.

Röstprodukte

Die Röstprodukte sind es, die den Kaffee so interessant machen. Durch die Maillard-Reaktion von Zuckern wie Saccharose, Glucose, Fructose, die in der grünen Bohne bereits enthalten sind mit Aminosäuren, Peptiden und Proteinen entstehen Aromen und Melanoidine.

Die Melanoidine sind verantwortlich für die braune Färbung des Kaffees. Man kennt sie auch von Brot und Bier, denen sie ebenfalls die charakteristische Bräunung geben. Sie sind Nebenprodukte der Maillard-Reaktion und sind neben der Farbe auch verantwortlich für den das Aroma des Kaffees. Außerdem wirken sie potenziell antioxidativ.

Weitere Aromastoffe

Im Kaffee sind um die 850 Aromen vorhanden und bekannt. Aufgrund der riesigen Menge ist es nicht möglich, sie alle aufzuzählen. Das ist ein kleiner Auszug davon:

  • Dimethyldisulfid - schweflig

  • 2,4-Decadienal - fettig, ranziges Aroma

  • 4-Ethylguajacol - rauchig, würzig, nelkig

  • Pyrazine - Nüsse, Röstaroma, schokoladig

  • Kahweofuran - Röstaroma, rauchig

  • trans-2-Nonenal - holzartig

  • 2-Furfurylthiol - Geruch: gerösteter Kaffee, bitter (in geröstetem Kaffee1-2 mg, ca. ein Dritteln in Kaffee als Getränk)

  • Thiazole - Geruch grün, pflanzenähnlich, kakaohaltig, nussig

Der Wälzer Coffee Volume 1: Chemistry weist folgende volatile Stoffe aus, die sich mittels Gaschromatographie in einem kolumbianischen Kaffee nachweisen ließen:

Auflistung volatiler Komponenten in einem Kaffee

Ein paar dieser Stoffe habe ich bereits oben aufgelistet und deren Geschmack oder Geruch beschrieben. Das heißt allerdings nicht, dass dessen Dosis im Getränk schlussendlich hoch genug ist, um sie herauszuriechen oder -schmecken. Schlussendlich gibt es noch viele Aromastoffe mehr, welche mehr oder weniger zum Geschmack und Geruch von Kaffee beitragen. Da sich bislang kein synthetischer Kaffee herstellen ließ, deutet darauf hin, dass wir noch lange nicht die Geschmackschemie von Kaffee verstanden haben.

Säuren

Kaffee enthält bereits Säuren verschiedener Zusammensetzung, welche ein ausschlaggebender Faktor für Kaffee sind. Die jeweiligen Mengen variieren, abhängig von der Sorte, der Röstung und der Zubereitungsweise. Sie sind keine Röstprodukte, sondern bereits von Anfang an enthalten. Diese Säuren sind am meisten vertreten:

  • Apfel- und Zitronensäuren: Relativ intensiver saurer Geschmack, der an Äpfel und Zitronen erinnert.

  • Ameisensäure: Benannt nach der Säure, die Ameisen zur Verteidigung verspritzen. Sie ist in der Natur weit verbreitet und schmeckt leicht brennend

  • Essigsäure: Sie ist der größte Bestandteil von haushaltsüblichem Essig und der Geschmack ist eben typisch... nach Essig.

  • Glykolsäure: Sie ist eine Fruchtsäure, welche auch gern in Peelings für glatte Haut verwendet wird. Der Geruch ist leicht buttrig

  • Milchsäure: Sie wird für die Konservierung von Lebensmittel eingesetzt und ist wichtig für die Fermentierung von Lebensmitteln. Wer Sauermilchprodukte, Sauerkraut oder Kimchi kennt, kann diesen speziellen Säuregeschmack von den anderen Säuren unterscheiden.

  • Phosphorsäure: Diese Säure kann als Antioxidans wirken und ist unter anderem Cola zugesetzt. Es schmeckt rein sauer.

  • Oxalsäure: Oxalsäuren kommen in vielen verschiedenen Pflanzen vor, darunter diverse Kohlarten, aber auch Nachtschattengewächse und Salate. Der Körper kann mit ihnen bestens umgehen und scheidet sie auch wieder aus, weswegen sie im Urin nachweisbar sind. Ihr Geschmack ist fruchtig-sauer

  • Chlorogensäuren: Antioxidantien, die vor allem aus dem Kaffee bekannt ist, sich auch in anderen Pflanzen wie Johanniskraut finden lassen. Sie können eine leberschützende, blutzuckersenkende und antivirale Funktion haben

Aufputschmittel

Koffein

Der wohl am weitesten bekannte Inhaltsstoff von Kaffee, den fast jeder kennt. Koffein dürfte stark für die Beliebtheit von Kaffee beitragen, weil es die Müdigkeit eine Zeit lang unterdrückt und den Körper aufputscht.

Grüne Arabica-Bohnen enthalten zwischen 0,7 und 1,6 % Koffein, Robusta-Bohnen hingegen zwischen 1,5 und 4,0 %. Koffein hat einen bitteren Eigengeschmack, was die Bitterkeit von Robusta teilweise zu erklären vermag. Nice to know: Die stärksten Kaffees, die man im Handel kaufen kann, haben logischerweise einen besonders hohen Koffeingehalt. Das lässt sich nur mit Robusta-Bohnen erzielen. Der hohe Koffeingehalt sorgt für einen sehr bitteren Geschmack, welchen man mögen muss.

Theophyllin & Theobromin

Ein Alkaloid, das in der Natur immer mit Koffein und Theobromin zusammen vorkommt. Der Gehalt ist sehr gering und kann nur in Spuren nachgewiesen werden.

Theobromin ähnelt der Zusammensetzung dem Theophyllin und gehört wie Koffein zu den stimulierenden Substanzen. Aufgrund dessen ist die stimulierende Wirkung von Kaffee nicht allein auf Koffein zurückzuführen, sondern auch auf Theobromin und Theophyllin. Selbst wenn es somit einen Kaffee vollständig ohne Koffein gäbe (was allerdings bislang nicht erreicht wurde), hätte der Kaffee somit eine stimulierende Wirkung.

Kafestol und Kahweol

Eins der Bestandteile, die auch in Kaffeebohnenöl zu finden ist. Letzteres dient als Sonnenschutz, aber den Kaffee solten wir dazu nicht verwenden. Die beiden Stoffe wirken Entzündungshemmend, antikarzinogen und antigenotoxisch, werden allerdings von Papierfiltern teilweise zurückgehalten.

Kaffeebohnen enthalten zwischen 0,15 und 0,37 % (Robusta) sowie 0,27 und 0,67 % (Arabica) Kafestol.

Kahweol hingegen liegt zwischen 2g (Robusta) und 3g (Arabica) pro Kilogramm in Kaffee vor. Es hat dieselbe Wirkung auf den Körper wie Kafestol. Beide Stoffe können den Cholesterinspiegel erhöhen. Es ist allerdings fraglich, ob eine geringe Zufuhr von Kaffee das auslösen kann.

Beide sind insbesondere in Zubereitungsmethoden mehr vorhanden, bei denen der Kaffee nicht durch einen Papierfilter gefiltert wird. Türkischer Kaffee oder French Presses enthalten die höchsten Werte an Kafestol und Kahweohl, Filterkaffee die geringsten und Espresso mittelmäßig viel.

Vitamine

In Kaffee kommt Vitamin B3 ( chemische Bezeichnung: Nikotinsäure) vor. Es ensteht aus Trigonellin. 100g gemahlener Kaffee enthalten rund 13 mg Vitamin B3, wodurch je nach Zubereitungsmethode und Kaffeedosis in etwa ein bis zwei Milligramm Vitamin B3 in der Tasse Kaffee landen. Gemäß der Deutschen Gesellschaft für Ernährung liegt der Tagesbedarf, um Mangel zu vermeiden, je nach Alter, Geschlecht und Gewicht bei 11 bis 16 mg pro Tag. Theoretisch lässt sich somit der Tagesbedarf an Vitamin B3 mit Kaffee decken, empfehlenswert ist das allerdings nicht.

Mineralstoffe

Eine Tasse mit 100 ml (eher klein gewählt, wenn man den täglichen Konsum von Kaffee ansieht, aber ein guter Startpunkt) enthält:

Pflanzenstoffe

Isoflavene sind Pflanzenfarbstoffe, die außerdem bioaktiv sind. Im Kaffee sind am meisten Daidzein und Genistein vertreten, welche man sonst vor allem aus Sojaprodukten kennt. Außerdem enthält Kaffee Formononetin was auch in Rotklee vorkommt und ein Phytoöstrogen ist. Phytoöstrogene sind Pflanzenstoffe, welche eine ähnliche Wirkung wie das weibliche Sexualhormon Östrogen zeigen.

Lignane

Lignane sind Pflanzenstoffe, die eine Pflanze zur Abwehr vor Schädigungen durch Erkrankungen oder Infekte nutzt. Secoisolariciresinol, Matairesinol, Pinoresinol oder Lariciresinol sind Vertreter der Lignane, welche in Kaffee vorkommen. Sie sind auch Phytoöstrogeneund zeigen somit östrogenartige Wirkung.

Interessanter Fakt nebenbei: Der Anteil an Phytoöstrogenen ist vor allem in Instantkaffee bis zu 1.000-fach so hoch als bei aufgebrühtem Kaffee. Somit wirken die Lignane und Isoflavone aus Instantkaffee anders als bei Espresso oder Filterkaffee.

Tannine

Tannine sind pflanzliche Gerbstoffe und damit Färbstoffe. Sie dienen Pflanzen als Abwehrstoffe und sind für den Menschen Antinährstoffe. Sie sind in recht großer Menge in Wein vorhanden und auch in Kakis, wo sie für den pelzigen Geschmack verantwortlich sind.

Im Kaffeebohnen ist der Tanningehalt von nach einer Röstung ist höher als der von grünen Bohnen. Sie sind es auch, welche die Zähne einfärben.

Trigonellin

Trigonellin ist in den Samen von verschiedensten Pflanzen enthalten. Unter anderem auch in den Kaffeebohnen. In grünen Bohnen kommt es zwischen 0,3 und 1,3 % vor. Durch das Rösten wird die Zusammensetzung allerdings verändert und aus dem Trigonellin entsteht Nikotinsäure,was besser bekannt ist als Vitamin B3, und Pyridin.

Fazit

Wow, die Chemie hinter einer einfachen Tasse ist weitaus komplexer, als ich sie für möglich gehalten habe. Bei mir hat die Recherche der Inhaltsstoffe vorerst mehr Fragen hinterlassen als beantwortet. Nicht nur sind viele verschiedene Inhaltsstoffe vorhanden, aber bei fast keinem Stoff ist deren einschlägige Wirkung so bekannt und erprobt wie beim Koffein. Auch die Vielfalt der Aromastoffe wirkt logisch, wenn man verschiedene Kaffees probiert und deren Geschmacksnuancen feststellt. Aber warum hat Kaffee selbst so viele Aroma- und bioaktive Stoffe, während dagegen beispielsweise Grüntees vergleichsweise langweilig sind? Was können die einzelnen Stoffe? Nur aufputschen? Haben sie ein gesundheitliches Potenzial? Fragen über Fragen, wenige Antworten bisher.

In einem späteren Artikel werde ich nochmal auf die Inhaltsstoffe generell und auf insbesondere auf die Wirkung von Koffein eingehen inkl. einem aktuellen Studiencheck. Auch die anderen Stoffe will ich mir noch ansehen. Denn ich halte es für hilfreich zu wissen, was wir da genau zu uns nehmen und wie es auf uns wirkt.

Falls ich etwas falsch habe oder du Fragen und Korrekturen hast, bitte um eine kurze Rückmeldung und ich sehe es mir an. Sonst noch Fragen? Ab in die Kommentare damit.

Weiterführende Literatur

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