تعتبر القهوة واحدة من أكثر المشروبات تعقيدًا كيميائيًا التي يستهلكها البشر. تساهم أكثر من 1000 مركب متطاير في رائحتها وحدها. فهم علم الكافيين، والأحماض، والاستخراج، ومضادات الأكسدة يعطي كل فنجان معنى أكبر.
يحتوي الإسبريسو المزدوج على 60-100 ملغ من الكافيين في 36-40 مل من السائل. على الرغم من الحجم الصغير، إلا أن التركيز مرتفع. غالباً ما يكون إجمالي الكافيين لكل حصة أقل من فنجان كامل من قهوة التنقيط. غالباً ما يحتوي الإسبريسو الإثيوبي من مصدر واحد على كافيين أعلى من الخلطات البرازيلية بسبب حبوبها التي تنمو في ارتفاعات أعلى وببطء أكبر مما يؤدي إلى تراكم أكبر للكافيين.
تحتوي كوب قهوة التنقيط 240 مل على 80-140 ملغ من الكافيين حسب القهوة ومعايير التحضير. الوقت الأطول للتلامس وحجم الماء الأكبر يستخرج المزيد من الكافيين مقارنةً بالإسبريسو على الرغم من الضغط الأقل. يمكن أن يوفر وعاء التنقيط الذي يحتوي على 8 أكواب 600-800 ملغ من الكافيين إجمالاً - معلومات ذات صلة لأي شخص يشارك وعاءً في الصباح.
يمكن أن تحتوي تركيبة القهوة الباردة على 200-300 ملغ من الكافيين لكل 60 مل من الحصة قبل التخفيف. عند تقديمها بتخفيف 1:4 في مشروب 240 مل، يعادل ذلك حوالي 100-150 ملغ. تأتي كمية الكافيين العالية من نسبة القهوة إلى الماء الكبيرة المستخدمة في إنتاج القهوة الباردة (عادةً 1:5 إلى 1:8 مقارنةً بـ 1:15 إلى 1:17 للقهوة الساخنة).
القهوة منزوعة الكافيين ليست خالية من الكافيين. تزيل عملية المياه السويسرية وطريقة CO2 أكثر من 99.9 في المئة من الكافيين، تاركةً حوالي 1-7 ملغ لكل كوب 240 مل. تترك العملية المعتمدة على المذيبات (أسيتات الإيثيل أو كلوريد الميثيلين) كميات مشابهة من الكافيين. تعتبر عمليات المياه السويسرية وCO2 أنظف ويفضلها المحمصون المتخصصون لقدرتها على الحفاظ على المزيد من المركبات النكهة الأصلية.
تعتبر الأسرة الأكثر وفرة من الأحماض في القهوة الخضراء، حيث تشكل 6 إلى 12 في المئة من وزن حبوب البن الخضراء. أثناء التحميص، تتحلل الأحماض الكلوروجينية إلى حمض الكينك وحمض الكافيين. تحتفظ التحميصات الفاتحة بمزيد من الأحماض الكلوروجينية، مما يساهم في النشاط المضاد للأكسدة ومرارة نظيفة وخفيفة. يدمر التحميص الداكن معظم الأحماض الكلوروجينية ويزيد من حمض الكينك، مما يخلق المرارة الحادة والمُجففة المرتبطة بالقهوة المحمصة بشكل مفرط.
مسؤول عن الحموضة الساطعة، المشابهة لليمون أو البرتقال في العديد من القهوة الأفريقية المغسولة. موجود في الثمرة نفسها ويتم الاحتفاظ به في حبة البن الخضراء. يتحلل حمض الستريك مع زيادة درجة حرارة التحميص، وهذا هو السبب في أن التحميصات الفاتحة من إثيوبيا أو كينيا تتذوق حيوية وسرعة بينما التحميصات الداكنة من نفس الحبوب تتذوق بشكل مسطح نسبياً.
الحمض المسؤول عن حموضة التفاح الأخضر، أو الكمثرى، أو الفاكهة الحجرية في العديد من القهوة. حمض الماليك شائع في القهوة من اليمن، وإثيوبيا، وبعض الأصول من أمريكا الوسطى. إنه أكثر استقراراً حرارياً من حمض الستريك ويستمر حتى مستويات التحميص المتوسطة. ينتج حمض الماليك حموضة أكثر نعومة وطولاً مقارنةً بالسطوع الحاد لحمض الستريك.
يُوجد بتركيزات عالية في القهوة الكينية وهو مسؤول عن حموضتها النظيفة والمميزة، التي تشبه الكولا. ينتج حمض الفوسفوريك إحساسًا ساطعًا للغاية ومثيرًا للشهية دون الحافة الحادة لحمض الستريك. يتواجد بكميات صغيرة جداً ولكن له تأثير إدراكي كبير - أحد الأسباب التي تجعل قهوة كينية AA العليا مثيرة للجدل ومطلوبة في نفس الوقت.
تحتوي القهوة المطحونة على حوالي 28 إلى 30 في المئة من المركبات القابلة للذوبان. العائد المثالي للاستخراج وفقاً لـ SCA هو 18 إلى 22 في المئة من المواد القابلة للذوبان المتاحة. يؤدي الاستخراج الناقص (أقل من 18 في المئة) إلى أكواب حامضة أو مالحة أو ضعيفة. يؤدي الاستخراج الزائد (أكثر من 22 في المئة) إلى أكواب مرة أو قاسية أو مُجففة. يتم التحكم في الاستخراج بواسطة حجم الطحن، ودرجة حرارة الماء، والوقت، والتحريك.
يمثل الرقم الهيدروجيني للقهوة المخمرة (4.85-5.10) التأثير المشترك لجميع الأحماض المذابة. الحموضة المدركة في الفم ليست متطابقة مع الرقم الهيدروجيني المقاس - فأنواع الأحماض الموجودة تهم بقدر الكمية. تُعتبر الأحماض الفوسفورية والستريك ساطعة ونظيفة عند نفس الرقم الهيدروجيني الذي يُعتبر فيه حمض الكينك قاسياً ومرًا.
نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS%) تقيس تركيز المواد القابلة للذوبان في السائل المخمر. العائد المثالي لـ SCA للقهوة المصفاة هو 1.15 إلى 1.35 في المئة TDS. عادةً ما يكون الإسبريسو عند 8 إلى 12 في المئة TDS. يقيس جهاز قياس الانكسار TDS% بصريًا ويسمح بضبط دقيق وقابل للتكرار للاستخراج دون الاعتماد على الذوق فقط.
يؤدي تفاعل ميلارد أثناء التحميص إلى إنتاج الميلانويدينات - جزيئات كبيرة بنية وبوليمرية تساهم في المرارة، والحلاوة، وجزء كبير من نشاط القهوة المضاد للأكسدة. كما أنها مسؤولة عن اللون الداكن المميز للقهوة وجزء من قوامها. تستخرج الميلانويدينات ببطء، وهذا هو السبب في أن أوقات الاستخراج القصيرة جداً تميل إلى إنتاج أكواب أكثر سطوعاً وأقل تعقيداً.
تعتبر القهوة أكبر مصدر لمضادات الأكسدة في النظام الغذائي الغربي العادي - ليس لأنها غنية بشكل فريد لكل غرام ولكن بسبب حجم الاستهلاك. المضادات الرئيسية هي الأحماض الكلوروجينية ومنتجات تحللها. تقوم هذه المركبات بالتقاط الجذور الحرة، وتقليل علامات الالتهاب، وترتبط بتقليل خطر الإصابة بداء السكري من النوع 2 والأمراض العصبية التنكسية في الدراسات الرصدية.
الأحماض الكلوروجينية هي بوليفينولات - مركبات مشتقة من النباتات ولها نشاط حيوي مثبت. تشمل البوليفينولات الأخرى في القهوة حمض الكافيين، وحمض الفيروليك، وحمض p-coumaric. تبقى هذه المركبات جزئياً خلال التحميص وقد أظهرت خصائص مضادة للالتهابات، وحماية الكبد، وحماية الأعصاب في الأبحاث المخبرية، على الرغم من أن الترجمة السريرية لا تزال مجال دراسة نشط.
الكافستول والكاهويل هما كحولان ديتريني موجودان في زيوت القهوة ولها تأثيرات صحية معقدة. ترفع مستوى الكوليسترول LDL لدى بعض الأفراد، وهذا هو السبب في اعتبار القهوة المصفاة محايدة من الناحية القلبية الوعائية بينما يمكن أن ترفع القهوة غير المصفاة (مثل الفرنش برس، أو موكا بوت، أو التركية) مستوى LDL مع الاستهلاك المتكرر. تزيل المرشحات الورقية تقريباً جميع الديترينات من الكوب النهائي.
قلويد موجود في القهوة الخضراء بتركيز يتراوح بين 0.3 إلى 1.3 في المئة ويتحلل إلى حمض النيكوتينيك (نياسين، فيتامين B3) أثناء التحميص. تساهم التريغونيلين نفسها في المرارة ومركبات الرائحة. إنها مسؤولة عن بعض الروائح المميزة للقهوة المحمصة التي تنتج في الدقائق الأولى من التحميص وقد يكون لها تأثيرات مضادة للسكري خفيفة وفقاً للأبحاث الأولية.
