סוד הקסם של הקפה
בדרך מהעץ אל הכוס המהבילה, הקפה שאנו שותים עובר שורה של תהליכים כימיים מורכבים, במיוחד במהלך הקלייה. מאין מגיעים הטעם והריח הייחודיים של הקפה?
איך אתם אוהבים את הקפה שלכם? בין שאתם אניני טעם ובין שאינכם בררנים כלל על הדרך שבה תקבלו את מנת הקפאין שלכם, אין ויכוח שקפה טרי שזה עתה נטחן, נקלה ובושל מעורר את כל החושים - ריח, טעם, ראייה ואפילו מישוש.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע:
איבר הריח הייחודי של העש המפלצתי
הכל על מדע באפליקציה של מכון דוידסון - להורדה באייפון ובאנדרואיד
פולי הקפה מכילים יותר מאלף תרכובות כימיות שונות, אך רק מיעוטן תורם לטעם ולארומה הייחודיים. כדי שנוכל להריח מולקולה מסוימת, עליה לעשות את כל הדרך מכוס הקפה אל חוטמנו. כלומר היא צריכה להיות קטנה ונדיפה - תנאי שרוב התרכובות בקפה לא עומדות בו. הדרך של מולקולות הטעם מהכוס אל הפה אמנם קלה יותר, אבל כשהן מגיעות ליעדן הן נתקלות במחסום: פקעיות הטעם שלנו חשות חמישה טעמים בלבד, כך שמגוון המולקולות שמפעילות את קולטני הטעם בלשון מוגבל. התרכובות ששורדות את שלבי הסינון ומצליחות להגיע ולהפעיל את קולטני הטעם והריח מצומצם, ובהן נתמקד.
מהעץ אל הכוס
פולי הקפה גדלים בזוגות בתוך פרי אדום דמוי-דובדבן על עץ הקפה. בעת הקטיף הם ירוקים וריחם מזכיר יותר שחת ועשב מאשר את הניחוחות העשירים העולים מכוס קפה מהבילה. המאפיינים המוכרים של הקפה מתהווים מאוחר יותר, בתהליכים כימיים ופיזיקליים שמתרחשים במהלך העיבוד של הפולים הגולמיים.
הפולים הירוקים מכילים את כל תרכובות הבסיס שיהפכו את הקפה למה שהוא. רובן יתפרקו או יהפכו לתרכובות חדשות בשלבי העיבוד. הנותרות ישרדו ללא שינוי מן העץ ועד לכוס. קפאין, המולקולה ששמה נגזר משם המשקה, היא אחת מהתרכובות העמידות יותר. זוהי תרכובת אלקלואידית, כלומר מכילה אטומי חנקן. בניגוד להנחה הרווחת, צבעו של הקפאין לבן, לא חום. כמו כן, טעמו מר ואין לו ריח. שמתם לב להבדל בטעם בין קפה רגיל לקפה נטול קפאין?
שלב העיבוד שבו מתרחשים מרבית השינויים הכימיים שמשפיעים על הטעם והריח הוא הקלייה. נהוג לחלק אותה לשני שלבים, שנקראים שבירה ראשונה ושבירה שנייה.
במהלך הקלייה מחממים את הפולים הירוקים, שכעשרה אחוזים מתכולתם היא מים, במכשיר הקלייה. כשהטמפרטורה הפנימית שלהם נוסקת מעל למאה מעלות צלזיוס, אדי המים מצטברים בהם ומפעילים לחץ חזק על הדפנות. כתוצאה מכך הפולים מתנפחים ובסביבות 205 מעלות צלזיוס הם נסדקים - זוהי השבירה הראשונה. במקביל הפולים מתכהים עקב הקלייה וצבעם הופך מירוק לחום בהיר-זהוב. השינוי בשלב הזה נגרם עקב התפרקות של חומרי צבע כמו כלורופיל ואנתוציאנין.
השבירה השנייה מתרחשת בסביבות 230 מעלות, גם הפעם עקב לחץ אדים. עם זאת, הפעם לא מדובר במים אלא בגזים של תוצרי תגובות כימיות שמתרחשות בטמפרטורה גבוהה של 230-150 מעלות צלזיוס. תוצריהן הם אלה שמקנים לקפה את אופיו המוכר.
תגובות ראשונות - מייאר וקרמול
האחראית העיקרית לטעם, הריח והצבע של פולי הקפה הקלויים נקראת תגובת מייאר (Maillard), שמתרחשת גם בצליית בשר ובתהליכי בישול אחרים. היא מתחילה להתרחש כבר בטמפרטורות נמוכות ומזורזת מאוד בטווח של 165-140 מעלות. חומצות אמינו ומולקולות סוכר מגיבות יחד ונוצרת תערובת של חומרים שונים, ובהם אדי מים ופחמן דו-חמצני.
קיימים כ-20 חומצות אמינו, לצד כמה סוגי סוכרים, שיוצרים מגוון רחב של צירופים אפשריים, שהם המקור למורכבות ולעושר הטעמים והריחות האופייניים לקפה. רוב התוצרים הם מולקולות אורגניות קטנות, בעלות טעמים וריחות אגוזיים, מרירים, קרמליים ועוד. מולקולת תוצר שנקראת מלנואידין (Melanoidin) אחראית לשינוי צבע הפולים לחום עמוק.
קרמול היא תגובה כימית שמתרחשת בטמפרטורות גבוהות יותר, של 200-170 מעלות צלזיוס. בשלב הזה, הסוכרים העודפים שלא הגיבו בתגובת מייאר מתפרקים לחד-סוכרים, פחמן דו-חמצני וחומצות אורגניות. ככל שהקלייה מתארכת, חלק ניכר יותר מהסוכר מתפרק וטעם הקפה משתנה ממתוק לחמוץ-מריר. בקלייה ארוכה, כמעט כל הסוכר מתפרק ולא נותרת מתיקות.
הסוכר העיקרי שמתפרק בקפה הוא הדו-סוכר סוכרוז, שמורכב משני חד-סוכרים: גלוקוז ופרוקטוז. החד-סוכרים ממשיכים להתפרק למולקולות קטנות יותר שמגיבות ויוצרות מגוון תרכובות בעלות צבע חום וטעמים חמוצים-מרירים. יש להדגיש שלא מדובר בקרמל כמו זה שאנו מכירים בממתקים רבים, אלא פשוט בסוכר חרוך, כמו בשכבה העליונה של קרם ברולה. ריבוי התרכובות החומציות שנוצרות מגדיל מאוד את מנעד הטעמים של הקפה.
ה"שריפה" המכרעת
כשממשיכים לעלות בטמפרטורות, עד לכ-230-220 מעלות, מתרחשת תגובה נוספת הנקראת פירוליזה (מילולית: "שרוף"). זוהי ריאקציית פירוק של תרכובות פולימריות ארוכות ליחידות המרכיבות אותן. חלק ממולקולות השומן, שהן שרשראות של אטומי פחמן, מתפרקות לתרכובות שומן ארומטיות קצרות יותר ולתוצרים גזיים. תרכובות השומן הקצרות, כמו הקפאול (Caffeol), בעלת הריח העז, מכסות את פני השטח של הפולים בשכבת שמן דקה.
מולקולה נוספת שמתפרקת בשלב הזה היא חומצה כלורוגנית – שם כולל למשפחת חומצות אורגניות בעלות מבנה והרכב כימי דומה. חלקן מתפרקות לשתי תרכובות, שנקראות חומצה קפאית (Caffeic acid) וחומצה כינית (Quinic acid). לשתיהן יש השפעה על חוש המישוש... של הלשון. הן מעוררות תחושת עפיצות בפה, בדומה לזו שמתקבלת כששותים יין אדום.
הרוק בפה הוא צמיגי, כדי להקטין את החיכוך של הלשון עם החך ולאפשר לה תנועה חלקה. החומצות שנוצרות בתגובת הפירוק מגיבות עם הרוק ומקטינות את הצמיגות שלו. התוצאה היא חיכוך מוגבר של הלשון ותחושת יובש מדומה.
מבחינת הטעם, לחומצה הכלורוגנית טעם מתכתי-מריר ואילו תוצרי הפירוק שלה חמוצים. כשהקלייה מתמשכת והפול מתייבש, החומצה הכינית מתפרקת לתרכובות אורגניות קטנות יותר ומרירות. אולם בסביבה לחה החומצה הכינית נוצרת מחדש. לכן קפה לא טרי מחמיץ.
הטעם והריח של הקפה, שנגזרים ישירות מההרכב הכימי של הפולים בתום הקלייה, מושפעים מההרכב ההתחלתי טרם הקלייה וממשך הקלייה. ככל שהקלייה ארוכה יותר, הטמפרטורה הפנימית של הפולים עולה וריאקציות נוספות נכנסות לפעולה. למשל אם נעצור את הקלייה במאתיים מעלות, עדיין יתרחשו תגובות מייאר וקרמול, אבל לא פירוק השומנים והחומצה הכלורוגנית. התוצאה תהיה קפה רענן שמשמר חלק מהטעמים הירוקים והעשבוניים של הצמח, אך דל יחסית בטעמים עמוקים וקלויים.
גם גורמים נוספים משפיעים כמובן על טעמה של הכוס המתקבלת בסוף התהליך – עובי הטחינה, טכניקת הבישול, תוספת ממתיקים וחלב, סוג המשקה (אספרסו, אמריקנו, קפוצ'ינו), ואפילו טמפרטורת הכוס וצבעה. ריבוי המשתנים מקשה לאפיין את סוגי הקפה השונים הדרוש לפיתוח איכות המשקה ושיפורה.
לרוויה!
הכותבת היא דוקטורנטית במכון ויצמן וכתב באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי
הכתבה פורסמה באתר מכון דוידוסון, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
לפנייה לכתב/ת 
