การสกัดคาเฟอีน (Decaffeination)

ปัจจุบันกาแฟถือเป็นเครื่องดื่มที่ได้รับความนิยมอย่างมากในหมู่ผู้บริโภคชาวไทย สังเกตได้จาการที่ผู้คนมักมีแก้วกาแฟถืออยู่ในมือ ไม่ว่าจะเป็นช่วงเวลาใดก็ตาม สะท้อนให้เห็นถึงพฤติกรรมการดื่มกาแฟของผู้บริโภคสมัยใหม่ที่มีหลากหลายมากยิ่งขึ้น  ไม่ได้จำกัดเพียงแค่การเป็นเครื่องดื่มเพื่อคลายความง่วงเหมือนในอดีตเท่านั้น อีกทั้งยุคสมัยนี้ผู้บริโภคมีความรู้ในเรื่องกาแฟเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการเลือกกาแฟ และการเลือกแหล่งเพาะปลูกที่หลากหลาย เพราะต้องการกาแฟที่มีรสชาติใหม่ๆที่ดี  แต่กาแฟที่นิยมปลูกเพื่อการค้าในปัจจุบันจะมี 2 สายพันธุ์ คือ สายพันธุ์อราบีก้า (Coffea Arabica) และสายพันธุ์โรบัสต้า (Coffea Canephora)

เครื่องดื่มประเภทกาแฟที่มีการใช้เมล็ดกาแฟสายพันธุ์อราบีก้า จะมีปริมาณคาเฟอีนต่างกับการใช้เมล็ดกาแฟสายพันธุ์โรบัสต้า (ปริมาณคาเฟอีนในเมล็ดจะอยู่ที่ร้อยละ 1 และร้อยละ 2 ตามลำดับ) ในเครื่องดื่มกาแฟสดหนึ่งแก้ว จะมีปริมาณคาเฟอีนประมาณ 50-150 มิลลิกรัม ส่วนกาแฟสำเร็จรูปหนึ่งแก้ว จะมีปริมาณอยู่ที่ 40-110 มิลลิกรัม ซึ่งจะขึ้นอยู่กับวิธีการเตรียมกาแฟ, อัตราส่วนผสม และขนาดของแก้วกาแฟ (ขนาดแก้วกาแฟโดยทั่วไปมีปริมาตร 150-180 มิลลิกรัม)

คาเฟอีนคืออะไร??

คาเฟอีน (Caffein) เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่จัดอยู่ในประเภทอัลคาลอยด์ (Alkaloids) จำพวก แซนทีน (Xanthine) ที่มีอยู่ตามธรรมชาติในกาแฟ คาเฟอีน ไม่มีกลิ่น มีรสขม สารละลายมีฤทธิ์เป็นกลาง  สามารถรวมกับเกลือด่างของกรดอ่อนเป็นเกลือที่ถาวร  และมีประโยชน์มากทางยา ในสภาพที่เป็นคาเฟอีนบริสุทธิ์ มีลักษณะเป็นผลึกรูปเข็มยาว เป็นมัน รวมกันเป็นปุยนุ่น เบาคล้ายปุยขนสัตว์ หรือเป็นผงสีขาว สามารถระเหิดได้ง่าย ละลายได้ในสารอินทรีย์ทั่วไป ยกเว้นไม่ละลายในปิโตรเลียมอีเทอร์ (Petroleum Ether) ในน้ำเย็นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส คาเฟอีนสามารถละลายได้ร้อยละ 2  และในน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส จะสามารถละลายได้ร้อยละ 18 อีกทั้งยังสามารถละลายได้ดีมากในคลอโรฟอร์ม (Chloroform)

ผลจากการบริโภคเครื่องดื่มที่มีคาเฟอีนเป็นส่วนผสม

เมื่อกล่าวถึงเครื่องดื่มที่มีคาเฟอีน คนส่วนใหญ่มักนึกถึง กาแฟก่อนเครื่องดื่มอื่นๆ  ความจริงแล้วเครื่องดื่มประเภทชา โกโก้ โคล่า หรือเครื่องดื่มชูกำลัง ก็ล้วนมีคาเฟอีนผสมอยู่ การบริโภคเครื่องดื่มจำพวกนี้จะทำให้ผู้ดื่มรู้สึกหายอ่อนเพลีย สดชื่น และกระปี้กระเปร่า แต่ถ้าหากดื่มในปริมาณที่มากก็จะเป็นอันตรายต่อร่างกาย

โดยทั่วไปหลังการบริโภค คาเฟอีนจะถูกดูดซึมเข้าสู่กระแสโลหิตได้ง่าย มีผลทำให้ประสาทตื่นตัวอยู่ประมาณ 1 ชั่วโมง แต่บางคนอาจมีผลคงตัวอยู่นานถึง 3-7 ชั่วโมง คาเฟอีนสามารถกระตุ้นการทำงานของไต โดยคาเฟอีนจะมีผลในการเพิ่มอัตราการกรองของเสีย ทำให้การขับถ่ายปัสสาวะรวดเร็วและมีปริมาณมากขึ้น ในขณะที่คาเฟอีนอยู่ในร่างก่าย จะไปกระตุ้นระบบประสาทส่วนกลางโดยเฉพาะสมอง ทำให้เกิดความตื่นตัวของประสาท ลดอาการง่วงนอน และความอ่อนเพลีย มีความคิดอ่านฉับไว และปลอดโปร่ง คาเฟอีนมีผลในการกระตุ้นระบบหัวใจ และหลอดเลือด ทำให้หัวใจเต้นเร็ว และสูบฉีดโลหิตได้ดีขึ้น นอกจากนี้ยังไปกระตุ้นกล้ามเนื้อลาย ทำให้ทำงานที่ต้องใช้แรงได้มากขึ้น และมีผลทำให้กระเพาะอาหารหลั่งกรดและน้ำย่อยมากขึ้นด้วย

ผู้ดื่มที่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับสุขภาพ เช่น คนที่เป็นโรคหัวใจ โรคแผลในกระเพาะอาหาร คาเฟอีนจะไปทำให้เกิดการนอนไม่หลับ กระสับกระส่าย หัวใจเต้นเร็ว และกระเพาะอาหารหลั่งกรดและน้ำย่อยมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีผู้ที่ชื่นชอบกลิ่น รสของกาแฟ แต่ไม่สามารถดื่มกาแฟที่มีคาเฟอีนตามปกติได้ บุคคลเหล่านี้ยังคงมีความต้องการที่จะบริโภคกาแฟอยู่ ผลิตภัณฑ์กาแฟสกัดคาเฟอีน (Decaffeinated coffee)  จึงเป็นทางเลือกในการบริโภคที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ

กระบวนการสกัดคาเฟอีน (Decaffeination)

ในกระบวนการสกัดคาเฟอีนนั้นมีด้วยกัน 3 วิธี ขึ้นอยู่กับสารที่ใช้ในการทำละลายสารอัลคาลอยด์

1.กระบวนการสกัดคาเฟอีนด้วยน้ำแบบสวิส (Swiss Water Decaffeination)

การสกัดคาเฟอีนโดยวิธีนี้ จะไม่มีการสูญเสียองค์ประกอบพื้นฐานของกลิ่นรสจากเมล็ดกาแฟดิบ คาเฟอีนที่ละลายออกมาในน้ำที่แช่ในเมล็ดกาแฟ จะถูกนำไปผ่านตัวกรองคาร์บอน(Carbon filter)เพื่อแยกคาเฟอีนออกไป น้ำที่ปราศจากคาเฟอีนแล้วนั้น จะหมุนเวียนไปใช้ในกระบวนการสกัดอีก การสกัดคาเฟอีนโดยวิธีนี้จะไม่ทำให้สารประกอบต่างๆในเมล็ดสูญเสีย และเป็นวิธีที่ปราศจากสารเคมี แต่ใช้น้ำที่กรองด้วยคาร์บอน(Carbon filtered water)สกัดคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟดิบ เมล็ดจะถูกแช่ในน้ำหลายครั้ง เพื่อดึงเอาคาเฟอีนออก เมล็ดที่ผ่านกระบวนการแล้วจะมีสีดำ เนื่องจากคาร์บอนที่อยู่ในตัวกรองผลิตภัณฑ์

2.กระบวนการสกัดคาเฟอีนด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂ Decaffeination)

กระบวนการในการกำจัดคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาจากยุโรป ตั้งแต่ปี ค.ศ.1970 วิธีนี้มีต้นทุนค่อนข้างสูง จึงต้องใช้กับการผลิตครั้งละปริมาณมากๆ และเป็นผลิตภัณฑ์กาแฟชนิดที่มีราคาสูง

กระบวนการสกัดคาเฟอีนด้วยวิธีนี้ เริ่มจากนำเมล็ดกาแฟไปแช่ใน่น้ำให้มีความชื้นของเมล็ดประมาณ 50% เมื่อเมล็ดพองตัวขึ้น ช่องต่างๆ(Pores)เปิดออก คาเฟอีนจะเปลี่ยนมาอยู่ในสภาพเคลื่อนที่ได้ และสามารถแพร่ออกจากเมล็ดได้ บรรจุเมล็ดที่มีความชื้นเหล่านั้นลงในถังสแตนเลสที่มีความหนา ปิดให้สนิท และนำคาร์บอนไดออกไซด์เหลวเข้าไปในตัวถังสกัดและละลายคาเฟอีน(Extractor) ต่อมาจึงใช้น้ำเข้าไปดึง(Scrubber)คาเฟอีนออกจากคาร์บอนไดออกไซด์ เมล็ดกาแฟที่ผ่านกระบวนการสกัดคาเฟอีนแล้วจะมีคาเฟอีนเหลืออยู่ในเมล็ดเพียงร้อยละ 0.08 เท่านั้น เมื่อสิ้นสุดกระบวนการ  คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปั๊มออกมาเก็บไว้ในถัง และจะนำกลับไปใช้สำหรับการสกัดคาเฟอีนในชุดต่อๆไปได้ ส่วนเมล็ดกาแฟก็จะถูกทำให้แห้งและระเหยคาร์บอนไดออกไซด์ที่เหลืออยู่ออกไป

3.กระบวนการสกัดคาเฟอีนโดยใช้สารเคมี (Chemical Decaffeination)

วิธีตรง (Direct method) เริ่มจากการแช่เมล็ดดิบในน้ำแล้วใส่ตัวทำละลายลงไปสัมผัสกับเมล็ดกาแฟโดยตรง ตัวทำละลายนี้จะละลายแต่คาเฟอีน โดยไม่ละลายสารที่ให้กลิ่นรสอื่นๆในเมล็ดกาแฟ

วิธีอ้อม (Indirect method) เริ่มจากการแช่เมล็ดดิบในน้ำร้อน หรือใช้น้ำรินผ่านเมล็ดกาแฟ  แล้วแยกน้ำที่มีคาเฟอีนละลายอยู่ออกจากเมล็ด นำน้ำนั้นมาผสมกับตัวทำละลายที่มีความสามารถที่จะจับได้เฉพาะคาเฟอีนแยกออกไป น้ำที่ปราศจากคาเฟอีนจะถูกนำไปใช้อีกหลายครั้ง ทำให้สารต่างๆที่มีผลต่อรสชาติกาแฟที่ละลายในน้ำมีความเข้มข้นมากขึ้น และนำไปฉีดพ่นกลับบนเมล็ดกาแฟที่ถูกสกัดคาเฟอีนแล้ว เพื่อให้คงกลิ่นรสเดิมไว้

ขั้นตอนของกระบวนการสกัดคาเฟอีน

1. การแช่เมล็ดกาแฟดิบในน้ำ (Soaking) หรือการอบด้วยไอน้ำ (Steaming) ทำให้เมล็ดกาแฟพองตัว (Swelling) ขยายขนาดขึ้น โครงสร้างของเซลล์ภายในเมล็ดจะยืดขยายออก ช่องต่างๆเปิดออก คาเฟอีนสามารถเคลื่อนที่ออกมาอยู่ในน้ำ จากนั้นจึงใช้วิธีการแยกคาเฟอีนออกด้วยวิธีที่ต่างกันไป
2. การสกัดเอาคาเฟอีนออกจากเมล็ดที่เปียก (Extraction) กาแฟที่แช่น้ำแล้วจะผ่านสู่ปฏิกิริยากับตัวทำละลายเฉพาะอย่าง ซึ่งเป็นสารที่อนุญาตให้ใช้แช่เมล็ดได้ ขั้นตอนนี้จะมีความแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับตัวทำละลายที่ใช้
3. การดึงตัวทำละลายกลับมาใช้ใหม่ (Solvent recovery) สารตัวทำละลายเกือบทั้งหมดจะถูกดึงกลับมา และสามารถนำมาใช้ได้อีก เนื่องจากตัวทำละลายที่ใช้มีราคาค่อนข้างสูง จึงต้องพยายามให้สูญเสียให้น้อยที่สุด และด้วยเหตุผลทางกฎหมาย ที่ได้มีการกำหนดระดับสูงสุดของการตกค้างของสารตัวทำละลายในกาแฟ อีกทั้งเหตุผลเรื่องสิ่งแวดล้อม อันเนื่องจากกิจกรรมต่างๆของโรงงานนั่นเอง
4. การนำคาเฟอีนออกจากตัวทำละลาย เป็นการทำให้คาเฟอีนบริสุทธิ์จากไขมัน และสิ่งเจือปนอื่นๆ กระทำได้โดยการตกผลึก โดยการกลั่น หรือโดยการใช้ Activated carbon
5. การลดความชื้นเมล็ดผ่านการสกัดคาเฟอีน (Moisture removal) เมล็ดกาแฟจะถูกทำให้ปริมาณความชื้นเท่าเดิม โดยใช้อากาศหรือลมร้อนหรือเครื่องทำแห้งสุญญากาศ
6. การบรรจุ (Packing) บรรจุกาแฟลงถุง
7. การตรวจสอบ (Testing) เมล็ดกาแฟที่ผ่านกระบวนการสกัดคาเฟอีนแล้วจะถูกตรวจสอบหาปริมาณคาเฟอีนที่คงเหลือ ตัวทำละลายที่ตกค้างและปริมาณความชื้นในเมล็ด ตามหลักเกณฑ์ที่กำหนดไว้

อย่างไรก็ตามกาแฟที่ผ่านกระบวนการสกัดคาเฟอีนแล้ว มิใช่ว่าจะปราศจากคาเฟอีนโดยสิ้นเชิง  แต่ยังคงเหลือคาเฟอีนอยู่ในเมล็ดประมาณร้อยละ 0.1-0.3 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับมาตรฐานของผลิตภัณฑ์กาแฟ สกัดคาเฟอีนที่แต่ละประเทศได้กำหนดไว้