カフェインレス

エナジードリンクには大量のカフェインが含まれています。販売会社の売りは如何にエナジーを効率良く届けるか?という所だと思います。ですので、それに見合ったパワフルなパッケージのものや、飲めばなにかしらの効果を期待させるネーミングで各社競争しているように感じられます。そのパワーの主成分に挙げられるのは「カフェイン」。最近の研究ではカフェインがもたらす効能など、ポジティブなイメージになりつつある成分ですが、エナジードリンクでの事故でヤッパリ悪者になる事があります。ここで改めてカフェインとは何か?そして、カフェインを除去したコーヒー(カフェインレスまたはデカフェ等)などを見直していきたいと思います。

カフェインの結晶は一水和物 (C8H10N4O2・H2O) もしくは無水物(無水カフェイン、C8H10N4O2)として得られます。白色の針状または六角柱状結晶で匂いはなく、味は苦く、昇華性があるようです。トリメチルキサンチンとも呼ばれる場合があります。発見の歴史は1819年(一説には1820年)にドイツのフリードリープ・フェルディナント・ルンゲによってコーヒーから世界で初めて単離されました。この化合物はコーヒーに含まれていることから、カフェインと命名されました。そしてカフェインの作用ですが、主な作用は、中枢神経を興奮させることによる覚醒作用および強心作用、脂肪酸増加作用による呼吸量と熱発生作用による皮下脂肪燃焼効果、脳細動脈収縮作用、利尿作用などがあります。医薬品にも使われ、眠気、倦怠感に効果。副作用として不眠、めまいがあらわれることもあります。冒頭にも書きましたが、エナジードリンクには大量のカフェインが含まれています。もちろん過剰な摂取は健康を害することがありますし、カフェインにも致死量が存在します。カフェインの半数致死量(LD50)は約200mg/kgで、一般的な成人の場合、10gから12g以上が危険と言われています。医療分野において医薬品医療機器等法では1回(1錠・1包等)あたりに500mg以上のカフェインを含むものは劇薬に指定されるほど。

では、コーヒーにカフェインはどのくらい含まれているかと言いますと、ドリップコーヒーで1杯150ml中100mg。つまり100杯のコーヒーが致死量となります。研究では1日に250mg以上のカフェインを摂ると、夜中に目が覚める回数が多くなるそうですが、もちろん体重や体質によって違いがありますので一概には言えません。今日、多くの人がコーヒーや緑茶などからカフェインを日常的に摂取していますが、カフェインは法的に禁止・制限された薬物ではないのですが、脳神経系に作用するものであることは間違いありません。そのため、限度を超えた摂取や投薬中・妊娠中のカフェインの摂取に関しては医者の指示を仰いだ方がよいとされます。医者の指示を仰ぐ理由にもう一つ薬物相互作用があります。カフェインは一部の薬とも相性が悪く、CYP1A2を阻害する薬剤(シメチジン、フルボキサミン、オランザピンなど)との併用では中枢神経作用が強く出現することがあるようです。モノアミン酸化酵素阻害薬(MAOI)との併用では頻脈・血圧上昇が見られやすく、これはカフェインがCYP1A2を阻害するとともに、カフェインの代謝はCYP1A2およびモノアミン酸化酵素により行われることに起因されます。コーヒーや紅茶と一緒に薬を飲んでいけないと言われている理由は主にここにあるようです。一方、ニコチンはCYP1Aを誘導するため、カフェインの代謝が促進。そのため喫煙者はコーヒー等で眠け覚まし目的にカフェインを摂取しても非喫煙者よりその効果は低くなります。また、カフェインは最終的に尿酸となり体内から排泄されるため、代謝が促進されると、それだけ尿酸の生産量も促進されることになります。また、カフェインには利尿作用もあるため、体内水分量が不足(コーヒー等カフェインを多く含む飲料は利尿作用の為、水分補給としての効果が薄い。)、尿酸が析出しやすくなります。尿酸は痛風の原因物質であるのはご存じかと思います。つまり、喫煙者でコーヒー等を日常的に摂取している人は痛風を発症する危険性が通常より極めて高くなります。

またカフェインはその薬理作用から、主に無水カフェインとして一般消費者向けの総合感冒薬や鎮痛薬に添加されることが多いほか、臨床的に偏頭痛等に用いられる場合があります。鎮痛、頭痛薬に(無水カフェイン)の名称を見る事ができます。カフェインは一時的に頭痛を止める働きがある一方で、常用するとかえって頭痛が起こりやすくなるようです。これは、カフェインの脳血管収縮作用により頭痛が軽減されるためで、時間の経過とともにこの血管収縮作用が消えると、反動による血管拡張により頭痛が生ずるのが原因だそうです。民間療法的に言われている事があるのですが、それは頭痛薬をコーヒーで飲むというやり方。これ、絶対しないで下さい。カフェインによる脳血管収縮作用の働きが強くなるために効果が強く出ている場合が有ります。単純に成分バランスのオーバードーズですね。もう一度書きますが(常用するとかえって頭痛が起こりやすくなる)のです。鎮痛剤を飲んでも効かなくなってくる可能性がありますね。頭痛は大切な痛みの信号です。無理に抑え込むと、分からない間に進行する重大な痛みを感知できなくなる可能性が考えられます。

次にカフェインの依存と耐性ですが、カフェインを繰り返し摂取すると、軽い精神的依存が発生するとされています。またカフェインの作用(特に自律神経への働き)は、使用していくごとに効果が減少し、これは薬物耐性とされ、いくつかの作用(全てではない)への耐性はすぐに形成。特にコーヒーやエナジードリンクの常用者には顕著であるとされています。そして、カフェインの離脱症状には、頭痛、短気、集中欠如、疲労感、過眠、胃・上半身・関節の痛みなどがあります。カフェインの摂取を中断してから12時間から24時間後に発生、ピークはおよそ48時間後で、通常は2日から9日間で収まるとされています。離脱性頭痛は、カフェインを1日平均235mg摂取していた人の場合、中断後の2日目で52%が経験。長期間のカフェイン摂取者の場合、離脱時症状は抑うつ、不安、胃腸不快感、筋肉痛、カフェイン摂取欲求などが報告されています 。

カフェインを口から摂取した場合、最大血中濃度に達するのは30〜45分だそうです。ヒトの成体において、体内でのカフェインの半減期は通常約4.9時間程度。ヒトの体内でカフェインは代謝されて、主に尿酸となって尿と共に排泄されます。ただし、ヒトの場合、カフェインの代謝に関わる肝臓に発現している薬物代謝酵素の一種であるシトクロムP450のCYP1A2は、妊娠するとその量が減ることが知られており、カフェインの代謝は遅くようです。(妊婦のカフェイン取得を医者が控えるように言うのは代謝が遅くなり、長く残留する為に胎児への影響を踏まえていると予想されます。余談ですが、妊娠した場合コーヒーを飲んでいた人が継続してコーヒーを飲みたいと思う、または思わないという比率は半々だそうです。)また、CYP1A2は、ヒトでは1歳になる前までに成体と同じレベルの量に達するものの、それ以前は少なく、特に出生前(胎児)のカフェインの排除能力は成体と比べて著しく低いそうです。その反面、1歳過ぎから思春期の頃までは、カフェインの排除能力が成体よりも高くなるそうです。

カフェインの常用で血圧が4〜13mmHgほど上昇する可能性も報告されています。カフェインはエストロゲンの分泌を亢進させる働きがあるため、乳腺症などのエストロゲンによる症状がある場合、カフェインの摂取を控えることで症状が改善する場合があるそうです。カフェインは薬理的作用が強い物質だなと感じますね。また、総合感冒薬(謂わゆる風邪薬ですね)ではカフェインの作用である鎮痛補助目的が主で、配合されたジフェンヒドラミンやクロルフェニラミンなど催眠性の強い抗ヒスタミン剤の副作用を緩和するのが目的ではないのです(実際のところ、催眠性成分の緩和には至らないそうです)。しかし、逆に風邪を引いているときにぐっすり眠れるようにと、意図的にカフェインを配合していない感冒薬もあるように、消費者の心理的作用を利用したものもあります

食品としてのカフェインを見ていきますと、コーヒーの原料のコーヒーノキ以外にも、チャノキやカカオやガラナなどにもカフェインは含まれています。これらから作られた飲食物、例えば、各種コーヒー飲料、緑茶、ウーロン茶、紅茶、ココアなどの飲料や、チョコレートなどの加工食品にも当然ながらカフェインは含まれているのです。さらに、コーラや栄養ドリンクなどの飲料や、一部のチューインガムのように、人工的にカフェインを添加した食品もあります。なお、茶に含まれるカフェインはタンニンと結びつくためにその効果が抑制されることから、コーヒーのような興奮作用は弱く緩やかに作用します。では、それぞれの飲料にどのくらいのカフェインが含まれているかと言いますと、コーヒーには60〜100mg程度。(因みにエスプレッソ30ccのカフェイン量も同程度です。)お茶の場合、煎茶では20mg。紅茶では30mg程度含まれています(注:いずれも120cc、一般的なパッケージに記載された抽出方法とします)

さて、やっと本題です。今回のテーマは「カフェインレス」。なぜカフェインを取り除いたものが売られるのか?その為にはカフェインそのものの効能や作用を知っていただく為にカフェインについて長々と説明いたしました。ではカフェインレスについて説明を始めます。

カフェインレスコーヒー(デカフェ)は、脱カフェイン処理したコーヒー(豆、抽出液、インスタントコーヒー)です。欧米では健康上の理由などからカフェインを敬遠したい人々にカフェインレスコーヒーが広く受け入れられており、カフェインレスコーヒーは世界のコーヒー市場の約10%を占めているそうです。しかし現在生産されているカフェインレスコーヒーはその製造過程でカフェイン以外の成分の損失が避けられず、味や香りの面で通常のコーヒーに劣るため、カフェイン摂取を避けたいとき以外に選択されることは少ない…とされています。

ヨーロッパではカフェインレスには一定の規格が設けられており、カフェイン含量がコーヒー豆中の0.2%以下(インスタント・コーヒーでは0.3%以下)であるもの以外はカフェインレス(デカフェ)という名称を使うことはできません。日本国内にも欧米由来のものが輸入されていますがその需要は少なく、またカフェイン含量の規定も存在しないというのが現状です。デカフェが発明されたことは、同時にコーヒーにおけるカフェインの役割を明らかにすることを可能にしました。例えば、コーヒーの苦味成分がカフェインだけでないこと、コーヒーのさまざまな薬理作用についても、中枢神経興奮作用がカフェインに負う部分が大きいことや、それ以外のいくつかの作用(腸管ぜん動促進作用など)がカフェイン以外の成分によることなどが、カフェインレス・コーヒーと通常のコーヒーとを比較した実験から明らかにされました。

カフェインレスは生豆の状態からカフェインを除去したものです。では、どの様に除去するか?製法を大別すると、精製した後のコーヒー生豆からカフェインを除く脱カフェイン法。最初からカフェインを含まないカフェインレス・コーヒーノキを作製する方法の、2つのアプローチからなります。

◯脱カフェイン法・・・精製した生豆からカフェインを除く方法です。原理的には、生豆を有機溶媒・水・超臨界流体化した二酸化炭素などの溶媒に浸してカフェインを選択的に抽出します。基本的にはカフェインが比較的脂溶性が高いという性質を利用して抽出するものであり、水抽出法の場合も一旦、水に抽出された成分の中からカフェインのみを選択的に抽出除去する方法が採られます。抽出されたカフェインは精製して医薬・工業用途に用いられます。脱カフェイン法は最初に開発されたデカフェ製造法。これに変わる方法はまだ実用化されていません。しかし、さまざまな脱カフェイン法が考案されていますが、カフェインの抽出の選択性には限界があり、他の水溶性・脂溶性成分の損失が不可避です。特に香気成分が多く失われることが問題視されています。

では脱カフェイン法について説明します。現在では3種類の方法が使われていますが、1)は消費者心理からほぼ表に出てくることはありません。現在好まれる方法として3)超臨界二酸化炭素抽出(後程説明します)が好まれる傾向だと思います。

1)有機溶媒抽出・・・有機溶媒抽出、あるいはケミカル・メソッド(chemical method, chemical process)と呼ばれます。(1906年にドイツで開発された、世界最初の脱カフェイン法も有機溶媒抽出)蒸気で膨潤させたコーヒー生豆を抽出槽に充填し、そこに有機溶媒を通してカフェインを抽出します。十分な水分の存在下では、水と有機溶媒との間で成分の分配が起こなわれますが、カフェインが比較的疎水性が高いため有機溶媒側に多く分配されることを利用して、選択的に抽出除去を行う、、というものです。用いる溶媒には、(①カフェインを十分に抽出可能であること)(②カフェイン以外の水溶性成分の損失が少ない)(③抽出後に溶媒除去が容易)(④抽出中にカフェインやその他の分子と化学反応を起こさない)ことが要求されます。①と②の条件を満たすために非極性溶媒であること、③の条件のために低沸点であることが必要とされます。この条件を満たすものとして、以前はベンゼン(沸点 80.1℃)、クロロホルム(61-62℃)、トリクロロエチレン(86.7℃)などが用いられていましたが、これらの有機溶媒の残留する可能性が問題視されたことから、現在はより沸点の低い非極性溶媒としてジクロロメタン(39.75℃)が用いられることが多いそうです。これらの方法は安価であるものの、カフェイン以外の成分の損失が大きいため風味で劣る。有機溶媒を直接生豆に接触させるため消費者が安全面での不安を抱きやすい。という短所があります。

1)の方法は説明した通り、安全面での不安を抱きやすい。という短所の為、現在では殆どこの方法でのカフェイン除去は行っていないようです。いま主流になっているのはこれから説明するウォーター・メソッド(スイスウォーターとも言われる)と超臨界二酸化炭素抽出(CO2除去)です。では一つずつ説明していきます。

2)水抽出・・・水抽出、ウォーター・メソッド(water method, water process)、あるいはより具体的な方法の呼称からスイス式水抽出法(Swiss water method)と呼ばれます。1941年に開発され、翌々年の1943年にはアメリカで特許取得されています。方法ですが、コーヒー生豆を充填した槽に水を通してカフェインを水溶性成分ごと抽出し、続いてこの抽出した水相から有機溶媒でカフェインを抽出除去します。カフェインを除いた後の水相は、残留する有機溶媒を除いた後で再び生豆の槽に循環され、有機溶媒で抽出されなかったカフェイン以外の水溶性成分が再び生豆に戻される仕組みです。この方法は3つ利点があります。①有機溶媒が直接、生豆に接触しないために安全性が向上する。
②水抽出された成分のみから有機溶媒で抽出されるため、二段階の選択となり、カフェイン以外の成分の損失が抑えられる。③用いた有機溶媒の再回収が容易であるため経済的である。

3)超臨界二酸化炭素抽出・・・超臨界二酸化炭素抽出は、超臨界流体の状態にした二酸化炭素でカフェインを抽出するというもの。デカフェに応用することは1974年に開発されており、比較的新しい方法です。物質は通常、気体、液体、固体の三態をとることが多いのですが、一定以上の圧力と温度を加えることで、気体と液体の両方の性質を兼ね備えた、超臨界流体と呼ばれる状態になります。この超臨界流体は気体の持つ拡散性と液体の持つ溶解性を併せ持つため、コーヒー豆内部への浸透性と成分の抽出効率の両方に優れています。また温度と圧力の条件を変えることで、親水性〜疎水性のさまざまな成分の抽出に適した条件を選択することが可能なのです。二酸化炭素は31.1℃以上かつ73.8気圧以上の状態で超臨界二酸化炭素になります。この条件は他の物質の場合より常温常圧に近く(例えば水では374℃以上かつ220気圧以上)その生成が比較的容易であることと、超臨界状態でも他の物質との化学反応を起こしにくい(超臨界水は極めて反応性が高い)という特性を持ちます。また抽出後、常温常圧に戻せば二酸化炭素の除去は極めて容易であり、万一残留してもその毒性を考慮する必要がない点、廃液処理の必要がない点、有機溶媒のような燃焼性がなく火災の心配がいらない点など、さまざまな点において有機溶媒抽出法の欠点を補った、極めて優れた脱カフェイン法だとされています。カフェインの効率的な抽出除去のため、圧力、温度と豆の湿潤処理方法がさまざまに工夫されています。選択的な抽出としては、前処理として生豆を蒸気で膨潤させて水分量を調整することと、150〜180℃、120〜180気圧という条件などの至適条件が検討されているそうです。

代表的な方法はご紹介した3つですが、その他に「カフェインレスのコーヒーノキ」と言うものがあります。脱カフェイン法では風味の損失が問題視されていることから、これに替わる方法として最初からカフェインを含まないコーヒーノキを育種する試みがなされています。従来通りの交配による品種改良でカフェインレス・コーヒーノキを作ろうという試みも古くから続けられていたのですが成功例はほとんどありませんでした。しかし、2004年にブラジルのファズオリらの研究グループが1987年から継続していた品種改良によって、0.076%(生豆乾重量中)という極めてカフェイン含量の少ない品種の作製に成功しました。「カフェインレスのコーヒーノキ」の成功は同年の遺伝子組み換えの手法を用いたものの2例のみで、作製に成功しています。

カフェイン含量の少ない品種は、アラビカ種の一品種であり商品価値の高いムンドノーボ(C. arabica ‘Mundo Novo’)を起源としており、欧米のデカフェ規準も満たすことから注目されていますが、実際にはカフェインの量こそ少ないものの、その直前の生合成中間体であるテオブロミンが通常のものより多く蓄積しています。テオブロミンはココアやチョコレートに最も多く含まれるアルカロイドで、チョコレートやココアの苦み成分でもあります。テオブロミンはキサンチンの一種、メチル化合物で、テオフィリンやカフェインと似た構造を持ちます。

遺伝子組み換えによるカフェインレス・コーヒーノキは、2003年に奈良先端大の佐野浩教授らのグループによって初めて作製されました。遺伝子工学の手法を用いて、カフェインの生合成に必須なテオブロミン合成酵素の発現を抑制するようにデザインしたsiRNAを、アグロバクテリウムを使ってコーヒーノキに遺伝子導入することで、カフェインとその前駆体になるメチルキサンチン類の合成を抑えるというものです。この業績を可能とした理由の一つに、カフェイン合成酵素の遺伝子の同定がようやく成功したということが挙げられます。カフェイン合成酵素はそれまでに酵素活性の存在は知られていたものの、単離の難しさ故にクローニングが難航していたものの一つで、このカフェイン合成酵素をお茶水大の芦原らのグループが2001年に世界で初めて茶から単離。それに続いて佐野らがコーヒーノキから単離に成功しました。このとき得られた遺伝子配列があって、初めてこの研究は可能になったのです。しかしながら、このとき用いられたコーヒーノキは商品価値で劣るロブスタ種 (Coffea canephora)でした。また報告されたもののカフェインの含量は、通常のものよりも減少してはいたものの、全量が3分の1程度に低下したのみであり欧米のデカフェの規準値には至らなかったそうです。

前半はカフェインレスの効用、効能などを説明、後半では現在、市場に出回ってるカフェインレスコーヒーの種類について書きました。現在、カフェインレスのドリンクに注目が集まっています。コーヒーも今後は産地や農園、カフェイン除去のプロセスがより細かく選択できる時代になっていくと思います。今選択できる範囲で感じていることは、カフェインを除去出来る方法では「超臨界二酸化炭素抽出(液体CO2処理)」が安全面からもコーヒーの味わいからも信用がもてます。カフェインレスのコーヒーは処理の段階で付いてしまう臭いがあります(プロセス臭)。これを排除し、産地の傾向を持ったコーヒーに仕上げようと思うと、どうしてもある程度まで焙煎しなくてはなりません。プロセス臭が消え、かつコーヒーの味わいを上手く引き出せる(引き出す邪魔が少ない)コーヒーは此方での処理が適切だと考えております。現在当店では液体CO2処理されたコロンビアとブラジルをブレンドして提供しております。