Drogues et Expériences/Café

Tasse de café noir.

Grains de café torréfiés.

Le café (de l'arabe قهوة : qahwah) est une boisson obtenue à partir des graines du caféier, un arbuste du genre Coffea. La culture du café est très développée dans de nombreux pays à climat chaud dans des plantations qui sont cultivées pour les marchés d'exportation. Le café est souvent une contribution majeure aux exportations des régions productrices.

Botanique : caféiers

Structure du fruit et de la graine du caféier
1: sillon central ; 2: grain de café (endosperme) ; 3: peau du grain (tégument ou baugue) ; 4: parchemin (endocarpe) ; 5: couche de pectine ; 6: pulpe (mésocarpe) ; 7: peau du fruit (exocarpe)

Fleurs de caféier (Coffea arabica).

Fruits de caféier (Coffea arabica) en cours de maturation.

Les caféiers sont des arbustes à feuilles persistantes et opposées, qui apprécient généralement un certain ombrage. Coffea arabica, qui produit un café fin et aromatique, nécessite un climat plus frais que Coffea canephora (robusta), qui donne une boisson riche en caféine. La culture de l'arabica plus délicate et moins productive est donc plutôt réservée à des terres de montagne, alors que celle du robusta s'accommode de terrains de plaine et offre des rendements plus élevés.

Histoire

Origine en Éthiopie

Les paysans du sud-ouest de l’Éthiopie, d'où le café est originaire et date peut-être du X^e siècle, plus sûrement du XIII^e siècle, torréfiaient probablement les grains du café dans des braises, les broyaient dans une bouillie dans laquelle le café faisait originellement office d'épice aux vertus médicinales, à l'instar du cacao chez les Aztèques.

Première culture au Yémen (XV^e siècle)

Zone d'origine du café

La diffusion du café se répand d'abord probablement au XII^e siècle ou XIII^e siècle dans le Yémen, où sa popularité a très certainement profité de la prohibition de l'alcool par l'islam. Il est alors appelé K'hawah, qui signifie « revigorant », dans les monastères soufis où l'on dispose au XV^e siècle des premières traces attestées de consommation de café sous forme de boisson et de la connaissance du caféier aujourd’hui suggèrent que le café n’aurait pas été domestiqué avant le XV^e siècle : le processus d'élaboration de la boisson, long et complexe, explique peut-être la découverte tardive des vertus des graines de caféier, au premier abord peu attractives.

Expansion dans le monde

• 
  Mouture du café au pilon en Palestine, 1905.
• 
  Café en Palestine vers 1900.
• 
  Maison de café à Constantinople 1905
• 
  Un marchand de café ambulant au XVIII^e siècle à Paris.
• 
  Le Déjeuner 1739 François Boucher.

Le café arrive en Europe aux alentours de 1600 introduit par les marchands.

Vogue du café en Occident jusqu'à nos jours

Quantité de caféine absorbée par jour et par habitant par boisson de café (en brun) ou de thé (en vert) ainsi que la somme des deux (en blanc) pour l'année 1995, d'après les données de la FAO. L'apport de caféine des boissons gazeuses n'est pas représenté.

Les pays où l'on consomme le plus de café par habitant sont indiqués dans l'histogramme ci-contre. Pour comparaison, les valeurs pour le thé sont indiquées. Une troisième source de caféine non incluse dans ce graphique vient des boissons gazeuses, en constante augmentation. L'évolution de la consommation de ces trois sources de caféine est présentée dans le graphique ci-contre.

Culture et préparation des grains

Plantations

Plantation à São João do Manhuaçu City - Minas Gerais - Brésil.

Répartition géographique des différentes cultures (r : robusta, a : arabica, m : robusta & arabica).

Femme récoltant le café en Éthiopie

Transport du café en Indochine, vers 1900
Publicité de Lavazza.

Un jeune caféier est productif trois à quatre ans après plantation. Ensuite l'arbuste peut vivre pendant de nombreuses décennies. La cime est rabattue pour éviter un trop grand développement en hauteur.

Récolte

Un mode de récolte très particulier permet la production, à faible tonnage, du café crotte, appelé aussi Kopi Luwak, au Vietnam, en Indonésie et aux Philippines, qui est extrait des excréments d'une civette locale. De même, le café éléphant est produit en Thaïlande par extraction des excréments d'éléphant ("black ivory"), son prix atteignant mille euros le kilo.

Séchage ou lavage

Grains à différentes étapes du séchage

Le fruit du café est un type de drupe, c'est-à-dire que les fèves sont recouvertes de la chair d'un fruit. Après la récolte, le café doit être rapidement débarrassé de son enveloppe charnue par séchage ou par lavage.

Séchage traditionnel à la main, Panama.

Le séchage se pratique sur des aires de séchage, où les cerises de café de tout âge sont étalées et régulièrement ratissées. En quelques jours, la partie charnue se déshydrate et se désagrège en partie. Le lavage ne peut concerner que des fruits bien mûrs. Le processus consiste, après avoir rompu la peau de la cerise, à faire tremper les fruits dans l'eau assez longtemps pour qu'une fermentation assure la dégradation de la partie charnue. On obtient des cafés lavés, décrits comme « propres et brillants », généralement moins amers et de meilleure teneur en bouche. La technique, souvent mécanisée, nécessite de disposer de cuves et d'un approvisionnement en eau suffisant.

Triage des grains par séparation dans des vases d'eau

À l'issue du séchage ou du lavage, le grain de café se trouve encore enfermé dans le noyau du fruit. Il faut le trier, afin d'éliminer toute fève pourrie, décolorée ou endommagée. Le café peut être conservé, protégé par sa coque pendant un certain temps. Certaines récoltes sont même ainsi vieillies pour améliorer la saveur du café. La dernière opération de préparation, permettant d'obtenir le café vert, consiste donc à décortiquer les grains. Elle débarrasse également le grain de sa peau fine argentée. Les coques sont généralement récupérées et valorisées comme combustible.

Torréfaction

Machine à torréfier vers 1930

Niveaux de torréfaction :
blond, cannelle, médium, robe de moine, brun, brun foncé.

Arrivés à destination, les grains sont torréfiés (fortement chauffés, on parle aussi de brûlage ou de grillage), ce qui développe leur arôme et leur donne leur couleur foncée. Ils sont ensuite moulus. Avec la torréfaction, les grains doublent de grosseur. Au début de l'application de la chaleur, la couleur des grains verts passe au jaune, puis au brun cannelle. C'est à ce moment que le grain perd son humidité. Lorsque la température à l'intérieur atteint environ 200 °C, les huiles sortent des grains. En général, plus il y a d'huile, plus le café a de saveur.

Durant la torréfaction, les grains se fissurent d'une façon semblable à celle du maïs soufflé qui explose sous la chaleur. Il y a deux moments « d'explosion », qui sont utilisés comme indicateurs du niveau de torréfaction atteint. Les grains deviennent plus foncés et libèrent davantage d'huile jusqu'à ce qu'on mette fin à la torréfaction, en les retirant de la source de chaleur.

Mouture

Ancien moulin à café de ménage

Dernière étape de la préparation, les grains de café torréfiés doivent être moulus. La finesse de la mouture est essentielle à la qualité de la boisson et doit être adaptée à sa méthode de confection. Plus l'exposition à l'eau brûlante est courte, plus la mouture doit être fine pour libérer rapidement les arômes alors que si le contact avec l'eau est prolongé, la mouture doit rester plus épaisse pour éviter de produire un café trop imprégné, au goût fort et amer. Cependant, si la mouture est vraiment trop grossière, il ne peut en résulter qu'une boisson insipide et délavée.

Le café moulu s'oxyde et perd assez rapidement ses arômes car la surface de contact avec l'oxygène de l'air est considérablement augmentée. Pour déguster pleinement un bon café, il est donc recommandé de moudre les grains au dernier moment. À défaut, la conservation sous vide du café moulu limite le contact du café à l'oxygène, et ainsi une trop grande perte d'arôme.

Variétés

Selon l'espèce et la variété cultivée, selon la provenance et le mode de préparation des grains, les cafés présentent un grand éventail de saveurs, appréciées pour leur diversité par les amateurs, les variétés les plus cotées et les plus rares atteignant des prix très élevés.

Consommation

Préparation de la boisson

Cafetière à piston permettant l'infusion du café

Il existe de nombreuses manières de préparer la boisson. Le café instantané est l'une d'elle ; les autres méthodes sont plus traditionnelles, recourant aux grains fraîchement moulus, commercialisés moulus sous vide, ou encore au sachet de café, reprenant le principe du sachet de thé, il se compose d'un sachet en gaze contenant un mélange de café instantané et de café torréfié moulu finement qui doit être trempé dans l'eau chaude pendant environ cinq minutes. développé pour offrir la commodité du café instantané et en même temps maintenir la saveur du café filtre. On dénombre six modes de préparation du café, chacun conférant à la boisson obtenue des propriétés organoleptiques et compositions bien distinctes. La boisson finale peut être plus ou moins concentrée, à côté de l'expresso italien très concentré, il existe des dilutions plus ou moins grandes aboutissant au café de type « américain », encore connu sous le nom de café de « bonne sœur », qui ressemble à une tisane.

Instantané

Le café instantané est une préparation de café lyophilisée ou atomisée. La poudre obtenue est à dissoudre simplement dans une tasse d'eau chaude. Le café instantané est plus rapide à préparer, facile à transporter et à conserver.

Décoction

Il s'agit de la méthode la plus ancienne. On utilise cette méthode dans la préparation du café turc. Une mouture extra-fine de café mélangée à de l'eau (environ 3 cuillerées de café pour 300 ml d'eau) est portée à ébullition dans une cafetière arabe ou tout autre pot allant sur le feu. Des épices sont parfois ajoutées dans la mouture, notamment la cardamome.

Infusion

Cette méthode requiert l'usage d'une cafetière à piston. Dans un récipient en verre, un filtre sous la forme d'un piston permet la séparation de la boisson en l'isolant au fond du récipient. C'est ainsi que les professionnels goûtent le café à partir d'une mouture grossière dans une plantation ou une usine de torréfaction.

C'est la méthode que l'on utilise couramment avec les cafetières électriques modernes. Le café filtre est préparé en faisant passer lentement de l'eau bouillante dans un filtre rempli de café moulu, donnant un lixiviat.

Percolation

Principe de la cafetière italienne

C'est le procédé utilisé par les cafetières italiennes. Il s'agit d'une lixiviation à vapeur forcée. Ce type de cafetière est constitué de deux compartiments (1) & (2) séparés par un porte-filtre (5) qui contient une dose de café. En chauffant, une partie de l'eau placée dans la cuve en vase clos s'évapore, ce qui produit de la vapeur qui pressurise la cuve (la vapeur occupant plus de volume que l'eau liquide) : ainsi l'eau encore liquide remonte par le tuyau du filtre, traverse le café et déborde en haut de la cheminée pour retomber finalement dans la verseuse. L'appareil sert à la fois à la préparation et au service.

Ces cafetières fonctionnent idéalement sur des plaques (électriques ou cuisinières à foyer bois/charbon). On affirme souvent que, sur le gaz, il faut baisser le feu lorsque l'eau commence à monter. À cela sont données deux motivations. En premier lieu, si l'eau vient à manquer dans la cuve, il y a risque de brûler le joint et le café. Ce risque se réalise toutefois en cas de présence prolongée de la cafetière sur le feu. En second lieu, il faudrait éteindre le feu avant que les « queues de percolation » ne remontent (fin de l'écoulement du café, qui remonte par brusque jaillissements et avec un glougloutement caractéristique) : en effet à ce stade l'eau est trop chaude et détruit certains arômes du café, et/ou extrait certains arômes qui resteraient sinon dans la mouture. Empiriquement les tests de gustations réalisées ne montrent pas d'efficacité ressentie de cette atténuation du feu en phase finale. Quant aux arômes de brulé, ils ne semblent pas non plus contrecarrés par cette atténuation du feu. En revanche, divers laboratoires travaillent à des géométries différentes du réservoir d'eau qui pourraient contrecarrer ce phénomène.

Percolation sous haute pression

La percolation sous haute pression est un procédé qui permet de réaliser un expresso. La différence avec la méthode précédente vient de la pression qui est établie au moyen d'un système de pompage : pompe rotative pour les machines professionnelles ou à vibration pour le grand public, les machines plus anciennes utilisent un piston hydraulique ou actionné manuellement avec un levier. Elle permet une préparation rapide du café.

Service

Café crème avec crème Chantilly.

Expresso.

Café viennois.

Le café peut être servi tel quel, ou mélangé avec du lait ou de la crème et parfois accompagné d'un petit carré de chocolat appelé Napolitain. Il est fréquemment sucré, et on lui ajoute parfois du chocolat ou des épices comme la cannelle, la noix de muscade, ou la cardamome. Il est en général servi chaud, mais des boissons glacées à base de café se sont récemment répandues. Le goût pour le café n'est pas spontané, mais doit se cultiver, puisque sa saveur est forte et amère.

Composition chimique

Environ 50 % de la matière sèche du grain de café vert (non torréfié) est constituée de glucides, essentiellement des polysaccharides. Les protéines représentent de 10 à 12 % et les lipides de 10 à 18 %. Les grains de café sont appréciés pour leurs composés bioactifs : les acides chlorogéniques (de 5 à 9 % de la masse sèche) aux propriétés antioxydantes et la caféine (de 0,5 à 3,5 %) aux propriétés stimulantes.

Lors de la torréfaction, la composition change de manière radicale, une grande partie des acides chlorogéniques disparaissent et des lactones sont formées. La teneur en eau baisse, les polysaccharides sont dégradés, des pigments se forment (furanes polycondensés) et un arôme complexe se développe, formé d'alcools, de phénols, d'aldéhydes, de dérivés furaniques et pyrroliques, carbures, thiophènes etc. De l'acrylamide est formé lors de la torréfaction.

Entre 12 et 24 % des polysaccharides des grains verts d'arabica sont dégradés par une torréfaction légère et entre 35 et 40 % pour une torréfaction poussée. Dans ce dernier cas, les arabinogalactanes sont les plus dégradés (60 %) puis viennent les mannanes (36 %) et enfin la cellulose connait une dégradation négligeable.

Il a été identifié plus de 800 composés aromatiques volatils dans le café torréfié dont 42 sont de nature phénoliques. Ils proviennent principalement de la dégradation thermique des acides chlorogéniques et de la lignine. Dans le café vert, quatre précurseurs d'arôme semblent pouvoir caractériser la qualité des arabica par rapport aux robusta : le saccharose, la trigonelline, les acides chlorogéniques et la caféine. Lors de la torréfaction, le saccharose donne des composés à valeur aromatique, comme les furanes, aldéhydes et acides carboxyliques. La trigonelline, un alcaloïde comme la caféine, contribue à la formation de furanes, pyrazine, alkyl-pyridines et pyrroles ; sa déméthylation donne l'acide nicotinique (vitamine B3). Tous ces arômes sont très appréciés des amateurs de café, à la différence de ceux provenant de la caféine, apportant de l'amertume, ou des acides chlorogéniques qui après dégradation thermique donnent des lactones amères.

La boisson préparée par passage d'eau chaude à travers du café moulu donne un liquide ayant perdu ses glucides, lipides et protéines et donc très peu énergétique mais ayant conservé ses polyphénols et sa caféine. Ce sont les acides chlorogéniques et la caféine qui retiennent l'attention pour leurs propriétés pharmacologiques remarquables.

Une grande tasse de café arabica (200 ml) procure d'après ces données environ 175 mg d'acides chlorogéniques. Un non buveur de café ingère en général, moins de 100 mg d'acides chlorogéniques par jour, alors qu'un petit ou grand buveur de café, en prendra de 100 à 200 mg.

Ainsi la boisson de café a un contenu en polyphénols totaux très élevé : exprimé en équivalent d'acide chlorogénique son extrait sec contient 323 mg/g, ce qui correspond à environ 100 ml de liquide. Il fait partie avec le vin rouge, des boissons ayant la plus grande activité antioxydante.

Comme pour toutes les boissons d'origine végétale, il est difficile d'évaluer la composition d'une tasse de café. Pour la caféine par exemple, elle varie suivant l'espèce (arabica/canephora), le lieu et la méthode de culture et de récolte, le degré de torréfaction et quand le paquet de café arrive entre nos mains, de la méthode de préparation. Préparer une grande quantité de café, fait diffuser plus longtemps l'eau dans le café moulu et extrait plus de caféine (pour un rapport café moulu / eau constant), trouvent en moyenne Modèle:Unité/2 de caféine dans les cafés arabica (dans un intervalle de 190-456). les cafés arabica, de torréfaction moyenne, donnent des boissons contenant entre Modèle:Unité/2 et Modèle:Unité/2. Si on retient la valeur haute correspondant mieux aux habitudes la valeur supérieure 808 est obtenue à partir de 16 g de café moulu pour 355 ml d'eau, ce qui compte tenu des habitudes est une valeur plutôt faible; on trouve 60 mg de caféine pour une petite tasse de café (de 75 ml). donnent la valeur de 80 mg de caféine pour une tasse de café. L'analyse des expresso, aboutit à 106 mg de caféine par expresso, avec une concentration de Modèle:Unité/2.

Propriétés

Propriétés stimulantes

La molécule de caféine.

Le café contient de la caféine, alcaloïde ayant, entre autres, des propriétés stimulantes. Pour cette raison, il est surtout consommé le matin ou pendant les heures de travail, et, parfois, tard dans la nuit, par ceux qui veulent rester éveillés et concentrés. Le café décaféiné, ou « déca », dont l'essentiel de la caféine a été retiré (il reste 10 mg de caféine par tasse), permet de profiter du goût du café sans la stimulation. Il existe aussi des tisanes dont le goût s'approche du café, mais qui ne contiennent pas de caféine.

La dépendance au café, plus précisément à la caféine, est très répandue et le sevrage donne lieu sur une faible proportion de la population à des symptômes observables (maux de tête, somnolence) pendant quelques jours, tout au plus une semaine. La caféine intensifie la transmission de dopamine dans le noyau accumbens, effet qui se traduit par une sensation de plaisir et de confort. Pour les neuropsychopharmacologues, la caféine et les méthylxanthines « sont des drogues, car elles suscitent un plaisir et des effets qui incitent à des usages réitérés, qui bientôt confinent au besoin ».

Lors de la préparation d'un café, plus la durée de contact avec l'eau est grande et plus le taux d'extraction de la caféine est important. Donc, contrairement à une idée préconçue, entre les deux types d'expresso, un café allongé sera plus excitant qu'un café serré, car la durée de contact eau/café est plus importante. De plus, plus la surface de contact entre le café et l'eau est augmentée, par exemple en moulant le café plus fin, plus le café obtenu aura un taux de caféine élevé. L'arabica, plus onéreux que le robusta, contient plus de saveur et moins de caféine. C'est pour cette raison que l'on trouve souvent des mélanges d'arabica et de robusta.

Propriétés gustatives

Comme pour d’autres produits, tels que le vin, l’arôme joue un rôle prépondérant dans le plaisir qu’on éprouve à boire une tasse de café. Cet arôme est perçu par la muqueuse nasale soit directement, par le nez, soit rétronasalement par le pharynx lorsque les composés volatils remontent vers la muqueuse olfactive. On dénombre au moins 800 composés chimiques dans le café. Leur proportion et leur nature déterminent la spécificité du café en question. La plupart de ces composés se dégradent à l’air et à la lumière, ce qui explique le conseil usuel de conserver le café moulu dans un récipient hermétique sous vide, à l’abri de la chaleur et de la lumière. Conserver le café sous forme de grains et le moudre au dernier moment minimise la surface de contact avec l’air, et donc la probabilité de dégradation des arômes.

Propriétés thérapeutiques

Les effets du café sont multiples et incomplètement étudiés. La caféine augmente la pression artérielle, augmente la résistance vasculaire et provoque une augmentation de l'activité de la rétine. Les mécanismes de ces effets demeurent inconnus. Toutefois, la caféine est un agoniste connu des récepteurs à l'adénosine, récepteurs dont l'activation pourrait expliquer les effets décrits ci-dessus, sans qu'on connaisse le détail des cascades de réactions biochimiques en aval de ce récepteur et aboutissant finalement à l'effet observé.

La caféine du café a des effets sur le système cardiovasculaire : stimulation du cœur et augmentation de la fréquence cardiaque. Le café possède par ailleurs un effet d'hypertension et est déconseillé aux patients atteints de troubles cardiovasculaires graves ou chroniques. Globalement, la consommation modérée de café (trois à cinq tasses par jour) semble diminuer le risque de survenue de maladies cardiovasculaires, la mortalité globale et la mortalité cardiaque, une plus forte consommation annulant ce bénéfice.

Une corrélation entre consommation de café et diminution du risque de goutte chez les hommes a aussi été suggérée. Cette diminution peut atteindre 40 % à partir de quatre tasses par jour. Outre la caféine, d'autres éléments constitutifs du café ont été corrélés à divers processus métaboliques. Par exemple, la présence d'antioxydants comme l'acide chlorogénique dans le café préviendrait les dégâts cellulaires dus aux radicaux libres, cette action « anti-âge » serait due aux polyphénols contenus dans le café mais serait à relativiser car le café a aussi bien des effets bénéfiques que nuisibles. Selon qu'elle vienne du café ou du thé ou du chocolat, la caféine peut avoir des effets différents. On peut noter que la caféine est la seule molécule psychotrope dont l'utilisation soit permise de manière non contrôlée par la FDA aux États-Unis.

Autres usages du café

La caféine, qui peut être extraite du café, entre, pour ses propriétés stimulantes, dans la composition de certains sodas, de certaines boissons énergisantes ou de certains médicaments. Les grains de café, après torréfaction et infusion, sont distillés afin de produire des crèmes ou la liqueur de café.

Production

Volumes mondiaux de café vert produits et exportés de 1975 à 2004 (en milliers de tonnes)
Sources des données : bases publiques de l'OIC et de la FAO (FAOSTAT)

Les données statistiques sur la production agricole mondiale de café diffèrent légèrement selon qu'elles proviennent de la FAO (établies sur un mode évaluatif) ou de l'OIC (établies sur un mode déclaratif). Ces données sont cependant suivies mensuellement par l'OIC et recoupées entre elles, ce qui fait de l'Organisation la réelle source de référence reconnue pour les marchés internationaux.

Café importé par pays en 2005 (USDA). Cette carte détaille les importations brutes, quelle que soit l'utilisation faite du café importé. Certains pays réexportent une grande partie du café importé.

Commerce équitable

Le café est un des produits phares du commerce équitable. Il fut choisi comme un symbole notamment parce qu'il était le produit le plus exporté après le pétrole et que son prix était fixé par les cours de la bourse des marchés internationaux, bien qu'il soit majoritairement produit par de petits paysans et entreprises familiales. Les acheteurs affiliés à ce programme s'engagent à acheter le café à un prix minimum même si les cours mondiaux sont inférieurs à ce seuil. Ce prix minimum, couplé à un préfinancement des récoltes et une garantie d'achat sur plusieurs années a permis à de nombreux petits producteurs d'améliorer leurs conditions de vie et de ne pas plonger dans la misère lors de la crise du café de 1997. Le programme garantit aussi le versement d'une prime de développement destinée à la mise en place de programmes alimentaires, de santé ou d'éducation.

Un autre type de production, considérée comme plus éthique, est l'agriculture biologique, la seule garantie sans utilisation de pesticides. Certains produits combinent les standards équitable et biologique.

Les zones productrices de café au Brésil (orange foncé) sont situées dans le sud du pays.

Caféine

La caféine, est un alcaloïde de la famille des méthylxanthines, présent dans de nombreux aliments, qui agit comme stimulant psychotrope et comme léger diurétique. La caféine, extraite des graines du caféier, est chimiquement identique à :

• la guaranine, extraite de graines de guarana,
• la matéine, contenue dans les infusions de feuilles de yerba maté,
• et la théine, contenue dans les infusions de feuilles et bourgeons de théier.

C'est donc une même molécule, de formule brute C₈H₁₀N₄O₂, avec les mêmes effets - mais elle n'est consommée ni seule, ni de la même manière, ni à la même concentration. Ces noms sont donc synonymes et seule change la provenance.

Chez l'homme, la caféine agit comme stimulant du système nerveux central et du système cardio-vasculaire, diminuant la somnolence et augmentant l'attention temporairement. Des boissons très populaires contiennent de la caféine : café ou thé, certains sodas et boissons énergisantes à base de dérivés de la noix de kola qui en contient de grandes quantités. Le cacao consommé de diverses manières en contient aussi un peu.

De fait, la caféine est la substance psychoactive la plus consommée au monde ; elle est légale dans tous les pays à la différence d'autres substances psychoactives.

Provenance

Les produits naturels contenant de la caféine les plus utilisés sont le café, le thé et dans une moindre mesure le cacao. Le maté et le guarana sont d'autres sources de caféine, moins couramment utilisées, qu'on utilise parfois dans des préparations à base de thé ou des boissons énergisantes. Deux des synonymes de la caféine, la matéine et la guaranine sont d'ailleurs dérivés du nom de ces plantes. Les disparités constatées expérimentalement entre les différentes sources naturelles de caféine pourraient être dues au fait que la caféine extraite de ces plantes contient également des proportions très variables d'autres xanthines alcaloïdes, dont la théophylline et la théobromine, des stimulants cardiaques, et d'autres substances telles que des polyphénols qui forment des complexes insolubles avec la caféine.

La teneur en caféine du café varie fortement et dépend du type de grain de café et de la méthode de préparation ; même les graines issues d'un pied donné peuvent présenter des différences de concentration. La quantité contenue dans une portion de café varie d'environ 40 milligrammes pour un expresso (30 millilitres) de la variété arabica, à environ 100 mg pour une tasse (120 ml) de café filtré. Le café très torréfié présente généralement moins de caféine que celui qui l'est moins car la torréfaction diminue la teneur en caféine de la graine. Le café arabica contient normalement moins de caféine que le robusta. Les différentes espèces de caféier présentent des taux variables de caféine ; le Café de Charrier (Coffea charrieriana) originaire du Cameroun et décrit en 2008 produit ainsi des grains pratiquement sans caféine. Le café contient aussi des traces de théophylline mais pas de théobromine.

Le thé est une autre source de caféine, mais son effet sur l'homme est plus doux et plus progressif que celui du café. Cette différence s'explique essentiellement par le fait que le thé contient une grande quantité de tanins qui ralentissent l'assimilation de la caféine. De plus, bien que le thé contienne plus de caféine que le café à poids égal, une portion habituelle en contient beaucoup moins car le thé est normalement bien plus faiblement infusé. À côté de l'intensité de l'infusion, le type de thé, les conditions de croissance, les procédés de transformation et d'autres variables influent également sur la teneur en caféine. Il n'y a pas de relation entre la couleur d'un thé et sa teneur en caféine. Ainsi des thés tels que le pâle thé vert japonais gyokuro, contiennent bien plus de caféine que d'autres thés plus foncés tels que le lapsang souchong qui en contient très peu.

La caféine est aussi un ingrédient commun à certains sodas tels que le Coca-Cola, où ses propriétés stimulantes remplacent les extraits de feuilles de coca et de [noix de kola utilisées originellement pour sa préparation. Ces sodas contiennent généralement entre 10 et 50 mg de caféine par portion. La caféine contenue dans les boissons énergisantes provient des ingrédients utilisés ou est ajoutée comme additif ; elle est alors obtenue par décaféination d'un produit naturel ou par synthèse chimique. Le guarana, un ingrédient typique des boissons énergisantes, contient une grande quantité de caféine.

Histoire

L'usage de la noix de kola tout comme le grain de café et la feuille de thé, semble avoir des origines anciennes. Elle est mastiquée dans de nombreuses cultures d'Afrique de l'Ouest, individuellement ou lors de rassemblements sociaux, pour redonner de la vitalité et pour soulager la faim. Les premières preuves de l'utilisation de cacao sont des résidus trouvés dans un pot maya daté de 600 Av JC, dans le Nouveau Monde, le chocolat était consommé dans une boisson amère et épicée appelée xocoatl, souvent assaisonnée avec de la vanille, du piment et du roucou. Le xocoatl était reconnu pour combattre la fatigue, une croyance qui est probablement due à sa teneur en théobromine et caféine.

Découverte et synthèse

Caféine anhydre (sèche).

Le caractère aromatique de la caféine est dû au fait que les atomes d'azote y sont essentiellement plans (dans l'orbitale d'hybridation sp²). La caféine n'est généralement pas synthétisée car elle est déjà disponible en grande quantité en tant que sous-produit de la décaféination.

Propriétés physico-chimiques

La caféine est une molécule de la famille des méthylxanthines, qui comprend également la théophylline et la théobromine. Sous sa forme pure, elle consiste en une poudre blanche d'un goût extrêmement amer. La caféine est modérément soluble dans l'eau et les solvants organiques. À haute température, la solubilité de la caféine dans l'eau augmente. La caféine, stable dans les milieux relativement acide et basique, est une base faible et peut réagir avec des acides pour donner des sels. Cependant dans une solution aqueuse normale, elle n'est pas ionisée. Dissoute, elle peut être présente sous forme de dimères ainsi que de polymères. La caféine est une substance absorbant dans l'Ultraviolet avec un maximum à la longueur d'onde de 274 nm.

Consommation

Quantité de caféine absorbée par jour et par habitant par boisson de café (brun) ou de thé (vert) ainsi que la somme des deux (blanc) pour l'année 1995, d'après les données de la FAO.

Évolution de la consommation des trois principales sources de caféine aux États-Unis.

La caféine, qui est un stimulant du système nerveux central et du métabolisme, est utilisée dans un but à la fois récréatif et médical pour réduire la fatigue physique et restaurer la vigilance quand une faiblesse ou une somnolence inhabituelle se produit. La caféine stimule le système nerveux central au niveau du cerveau, il en résulte une vigilance accrue, un flot de pensées plus claires et rapides, une augmentation de la concentration et une coordination générale du corps améliorée. Une fois dans le corps, elle a une chimie complexe et agit au travers des différents mécanismes décrits ci-dessous.

Pharmacocinétique

Molécule de caféine.

La caféine est très rapidement et intégralement absorbée par le tube digestif, et parvient au cerveau dès la cinquième minute suivant l'ingestion. La caféine diffuse rapidement dans le milieu extra-vasculaire. Elle n'est que faiblement liée aux protéines circulantes du plasma (environ 15 %). Elle passe la barrière hémato-encéphalique grâce à sa ressemblance à l'adénine. Sa concentration dans le liquide céphalo-rachidien est égale à celle du plasma et est presque complètement métabolisée au niveau hépatique par oxydation, déméthylation et acétylation. La caféine ne peut être détectée dans l'organisme plus de 24 h après la dernière prise de caféine, que ce soit par analyse globulaire du sang ou par examen chimique de l'urine.

Métabolisme

La caféine est métabolisée dans le foie en trois métabolites primaires : paraxanthine (84 %), théobromine (12 %) et théophylline (4 %).

La caféine est métabolisée dans le foie par le système enzymatique cytochrome p450 en trois isomères de la diméthylxanthine, chacun de ces métabolites a ses propres effets sur le corps :

• la paraxanthine (84 %) : augmente la lipolyse, entraînant des concentrations élevées de glycérol et d'acides gras dans le plasma sanguin ;
• la théobromine (12 %) : dilate les vaisseaux sanguins et augmente le volume d'urine. La théobromine est aussi le principal alcaloïde du cacao et donc du chocolat ;
• la théophylline (4 %) : relaxe les muscles lisses des bronches et est utilisée pour traiter l'asthme. La dose thérapeutique de la théophylline représente cependant plusieurs fois les concentrations atteintes lors du métabolisme de la caféine.

Chacun de ces métabolites est à son tour métabolisé puis excrété dans les urines.

Mode d'action

La caféine agit principalement comme antagoniste des récepteurs à adénosine dans le cerveau. On voit ici, côte à côte, la caféine et l'adénosine.

Comme l'alcool et la nicotine, la caféine traverse facilement la barrière hémato-encéphalique qui sépare la circulation sanguine du cerveau du reste du corps. En effet la molécule de caféine, qui a une structure similaire à l'adénosine, peut se fixer aux récepteurs à adénosine se trouvant à la surface des cellules sans les activer. La caféine agit donc comme un inhibiteur compétitif. L'adénosine est présente dans l'ensemble du corps, elle y joue en effet un rôle dans le métabolisme énergétique de l'ATP, mais elle a des fonctions spéciales au niveau du cerveau. Ainsi la caféine, en neutralisant l'adénosine, a globalement un effet désinhibiteur sur l'activité cérébrale.

L'antagonisme de l'adénosine par la caféine provoque l'augmentation de l'activité nerveuse avec la libération d'adrénaline et augmentation des niveaux de dopamine. L'adrénaline est une hormone qui cause plusieurs effets tels que l'augmentation du rythme cardiaque, de la contractilité du cœur, de la pression artérielle, de l'apport de sang aux muscles, la diminution de l'apport de sang aux autres organes et la libération de glucose par le foie, par néoglucogenèse par exemple. Quant à la dopamine, c'est un neurotransmetteur. La modulation de sa concentration a des répercussions importantes : par exemple les effets des amphétamines sont dues à l'augmentation de l'activité de la dopamine.

Principaux effets de la caféine

De façon générale, la caféine est un stimulant et un psychostimulant. Sur le système cardiovasculaire, la caféine entraîne une accélération du rythme cardiaque et une vasodilatation. Elle présente également des effets au niveau du système respiratoire, de plus, elle agit aussi au niveau des muscles.

Il y a amélioration des performances physiques et augmentation de la diurèse. La caféine peut provoquer une certaine amélioration de l'humeur, du niveau d'éveil et des performances intellectuelles. En contrepartie, l'arrêt de la consommation habituelle ou un simple oubli de prise cause souvent des symptômes de sevrage : fatigue, maux de tête, voire d'état dépressif. Du fait de ces symptômes de sevrage, il semble que les effets réels de psychostimulation de la caféine aient été parfois surévalués par la recherche. Ceci viendrait du fait que dans certaines études, l'état psychique dégradé lors de l'arrêt de la consommation de caféine (sevrage et manque) a été considéré comme l'état d'une personne ne consommant pas habituellement de café. L'amélioration par la disparition des effets de sevrage consécutive à un apport a alors pu être interprétée comme étant un effet bénéfique de la caféine.

Cas d'une prise modérée

Les principaux effets secondaires de la caféine.

La quantité à partir de laquelle la caféine produit des effets varie selon les individus en fonction de leur corpulence et de leur degré de tolérance à la caféine. Les premiers effets se font sentir moins d'une heure après l'ingestion et les effets d'une faible dose disparaissent au bout de trois ou quatre heures. La consommation de caféine n'élimine pas le besoin de dormir, elle ne fait que diminuer temporairement la sensation d'être fatigué. La caféine a un effet ergogène puissant, augmentant la capacité de travail mental et physique.

Accoutumance, dépendance et sevrage

Comme la caféine est principalement un antagoniste des récepteurs du neurotransmetteur adénosine dans le système nerveux central, l'organisme des personnes qui consomment régulièrement de la caféine s'adapte à la présence continuelle de cette substance en augmentant substantiellement le nombre de récepteurs de l'adénosine du système nerveux central. Cette augmentation du nombre de récepteurs à adénosine rend l'organisme bien plus sensible à l'adénosine, avec deux conséquences principales. Tout d'abord, pour une même dose, les effets stimulants de la caféine sont significativement réduits, c'est le phénomène d'accoutumance. Ensuite, comme ces réponses adaptatives à la caféine rendent les individus bien plus sensibles à l'adénosine, une réduction de la prise de caféine va augmenter les effets physiologiques de l'adénosine, entraînant des symptômes de sevrages importuns.

L'accoutumance à la caféine se développe très rapidement, spécialement parmi les consommateurs de cafés serrés et de boissons énergisantes. L'accoutumance complète aux effets de la caféine apparaît après la consommation de 400 mg de caféine trois fois par jour pendant sept jours. L'accoutumance complète aux effets subjectifs de la caféine se produit après la consommation de 300 mg de caféine trois fois par jour pendant 18 jours et probablement plus tôt. La consommation continue de caféine finit par faire apparaître une dépendance liée à l'excès de récepteurs à l'adénosine et au manque de récepteurs à la dopamine.

Comme l'adénosine sert en partie à réguler la pression sanguine en provoquant la vasodilatation, les effets accrus de l'adénosine dus au sevrage à la caféine entraîne la dilatation des vaisseaux sanguins de la tête, y occasionnant un excès de sang et pouvant générer des maux de tête et des nausées. La diminution de la pression artérielle peut générer d'autres symptômes comme la bradycardie. Une activité catécholaminergique réduite peut causer des sensations de fatigue et de somnolence. Une diminution de la concentration en sérotonine quand la consommation de caféine s'arrête peut engendrer anxiété, irritabilité, incapacité à se concentrer et diminution de la motivation pour commencer ou terminer des tâches quotidiennes ; dans les cas extrêmes, elle peut entraîner une légère dépression. Le manque de récepteurs à la dopamine peut générer une sorte d'état dépressif et une nette diminution des performances cérébrales ; c'est pourquoi on recommande toujours un sevrage progressif étalé sur plusieurs semaines, voire plusieurs mois. Cependant, contrairement à d'autres stimulants du système nerveux central, la caféine n'agit pas directement sur le noyau accumbens, responsable de la dépendance psychologique.

Surconsommation

Principaux symptômes de l'intoxication à la caféine.

La consommation de caféine en grande quantité pendant une durée prolongée peut conduire à une intoxication connue sous le nom de caféisme. Le caféisme combine généralement une dépendance à la caféine avec un grand nombre d'états physiques et mentaux désagréables dont l'anxiété, l'irritabilité, les tremblements, la fasciculation (hyperréflexie), l'insomnie, les céphalées, l'alcalose respiratoire et les palpitations cardiaques. La caféine est classée dans la catégorie des substances moyennement toxiques, parmi les « substances alimentaires à buts multiples qui sont généralement reconnues comme sans danger, sauf qu'il y a des risques sur les boissons énergisantes après que le nombre de visites aux services d'urgence avait augmentés.

L'intoxication aiguë à la caféine intervient habituellement aux environs 300 milligrammes, selon le poids corporel et le niveau de tolérance à la caféine. Elle peut entraîner un état de surstimulation du système nerveux central, avec des symptômes différents de ceux observés lors d'overdoses d'autres stimulants. Ils peuvent inclure anxiété, excitation, insomnie, contraction involontaire, flot de pensées et de paroles incohérentes, irritabilité, arythmie cardiaque, tachycardie et agitation psychomotrice. Dans le cas d'overdoses plus importantes, manie, dépression, erreurs de jugement, désorientation, désinhibition, délire, hallucination, psychose peuvent se produire. Il est recommandé de ne pas dépasser une consommation quotidienne de caféine de 600 mg/jour, l'overdose peut conduire à la mort. Atteindre une telle dose létale avec un café ordinaire est extrêmement difficile, cependant des cas de mort par surdose de caféine en comprimé ont été rapportés, ainsi que des symptômes graves d'overdoses nécessitant une hospitalisation se produisant dès deux grammes de caféine. Une intoxication sévère à la caféine ne nécessite généralement qu'un traitement de soutien, mais si le patient a des concentrations sériques de caféine très élevées, alors une dialyse péritonéale, une hémodialyse ou une hémofiltration peut être nécessaire.

Troubles de l'anxiété et du sommeil

Le trouble du sommeil induit par la caféine se produit chez une personne qui ingère régulièrement de grandes quantités de caféine, suffisamment importantes pour induire de sévères perturbations de son sommeil et justifier des soins cliniques. Chez certains individus, une grande quantité de caféine peut induire une anxiété sévère nécessitant des soins cliniques. Ce trouble de l'anxiété induit par la caféine peut prendre des formes variées telles que de l'anxiété généralisée, des crises de panique, des troubles obsessionnels compulsifs ou même des phobies. Comme ces états peuvent être similaires à des troubles mentaux organiques tels que le trouble bipolaire ou même la schizophrénie, un grand nombre de professionnels de la médecine pensent que des personnes intoxiquées à la caféine sont couramment mal diagnostiquées et traitées avec des médicaments, alors qu'il suffit pour les psychoses induites par la caféine d'arrêter de consommer de la caféine.

Mémoire et apprentissage

La consommation à long terme de caféine pourrait inhiber l'apprentissage dépendant de l'hippocampe et la mémoire partielle par l'inhibition de la neurogenèse hippocampale. la caféine pourrait donc aider la mémoire à court terme quand l'information à se rappeler est liée au train de pensées, mais également à formuler l'hypothèse que la caféine gênerait la mémoire à court terme quand le train de pensées est sans lien de parenté. En résumé, la consommation de caféine augmenterait les performances mentales d'une pensée focalisée, tandis qu'elle pourrait diminuer les capacités de réflexion d'un vaste champ de pensées.

Décaféination

Un café dit « décaféiné » ne l'est en fait pas totalement et cette quantité est suffisante pour provoquer une dépendance physique au café chez certains consommateurs. L'extraction de caféine est un procédé industriel courant. Les grains de café sont mis à tremper dans l'eau. Cette eau, qui ne contient pas seulement de la caféine mais également beaucoup d'autres composés qui participent au goût du café, est ensuite passée à travers du charbon activé, qui retient la caféine. L'eau peut ensuite être remise avec les grains puis évaporée, ce qui laisse un café décaféiné doté d'un bon arôme. La caféine retirée est commercialisée comme ingrédient de sodas ou comme base de comprimés de caféine vendus sans ordonnance.

Torréfaction

Ateliers de torréfaction de la chocolaterie Menier, construits en 1866

Torréfacteur

La torréfaction est l'action d'exposer un aliment à un feu direct. Elle donne un arôme qui rappelle l'odeur des aliments un peu grillés, calcinés. La torréfaction est utilisée aussi bien dans la fabrication de la bière que du café ou du cacao. On peut aussi torréfier des amandes, des noisettes, etc. Sous l'effet d'une température relativement élevée, les sucres et l'eau donnent des caramels. Quand il n'y a plus d'eau, les sucres et les acides développent les arômes.

Deux réactions chimiques interviennent :

• la réaction de Maillard ou caramélisation qui est déterminante dans la constitution des arômes.
• la réaction de Strecker intervenant dans le changement de pigmentation.

Torréfaction du café

Du grain vert aux teintes blondes, brunes ou noires

Le grain vert n'ayant aucun arôme ni saveur, ce sont les Arabes qui ont découvert fortuitement le processus au XIVe siècle. La torréfaction du café doit être réalisée le plus près possible du moment où il sera bu.

La cuisson

La torréfaction traditionnelle

La torréfaction traditionnelle au feu de bois.

L'opération se déroule dans un grilloir circulaire ou cylindrique, le torréfacteur : un appareil muni d'un tambour et chauffant au gaz, à l’électricité ou au bois, en rotation permanente pour que les grains, toujours en mouvement, soient torréfiés de façon uniforme et sans brûler.

Ce n'est pas la flamme qui va torréfier le café mais la chaleur diffusée au travers d'un four constitué de briques et dalles réfractaires : le café vert, après un dernier époussiérage, arrive par une trémie située en haut de l'appareil. Il est alors introduit dans un cylindre horizontal, muni de pales métalliques qui vont l'agiter pendant toute la durée de la torréfaction. Lorsque le café est introduit dans le cylindre, la température est comprise entre 180°C et 220 °C. L'arrivée d'une masse de matière froide la fait chuter à 120 °C. Elle va remonter à 200 °C en 15 minutes. En Espagne on rajoute un peu de sucre pour obtenir des grains légèrement caramélisés, en Italie un peu de beurre.

La source de chaleur doit être régulée car les réactions du café évoluent au cours de la torréfaction : en début le café est endotherme (il absorbe la chaleur), en fin de torréfaction il est exotherme (c'est lui qui libère de la chaleur). Le contrôle de la torréfaction est automatique pendant les 17 premières minutes. Mais, à partir de ce moment, seul l'homme peut juger de la parfaite torréfaction du café (œil-nez-oreille). Pour ce faire, il dispose d'un hublot en mica qui lui permet de voir le café à l'intérieur, mais surtout d'une sonde avec laquelle il retire quelques grains de café, ce qui lui permet d'évaluer correctement. Quand le café est torréfié à point, le conducteur ouvre la porte métallique du cylindre et le café tombe dans un bac de refroidissement équipé de pales, de brosses et d'un puissant ventilateur. Après la torréfaction, le grain de café a changé de couleur, pris du volume et perdu de son poids : sur 150 kg avant de la torréfaction, il en reste 120 à cause de la perte en eau du grain.

La torréfaction flash

Cette méthode, souvent utilisée par les industriels pour les cafés d'entrée de gamme, consiste à pulser de l'air chaud à 700°C. Elle permet de ramener le temps de torréfaction à 4 minutes environ.

Le refroidissement

Le café doit être refroidi rapidement. En effet, il continuerait sa cuisson, si on le laissait en l'état et l'on obtiendrait une torréfaction plus poussée que celle désirée. Il y a deux méthodes de refroidissement : celle que nous venons de décrire, simplement à l'air, et une seconde méthode, à l'eau. Cette méthode n'a rien de frauduleux, car la loi autorise une humidité de 5 % pour le café torréfié mais elle présente trois inconvénients majeurs : l'eau oxyde le café, bloque ses arômes et, il faut bien l'avouer, quand le consommateur achète 100 kg de café refroidi de cette manière, il a en réalité 95 kg de café + 5 kg d'eau qu'il paie au même prix. Il existe plusieurs méthodes pour injecter de l'eau en fin de torréfaction. Si l'on souhaite conserver le café dans le meilleur état possible, il faut s'assurer que l'eau soit vaporisée avant d'entrer en contact avec les grains. Ceci permet de refroidir rapidement la grillée tout en évitant la prise d'eau et l'oxydation.

Les nuances

La torréfaction est riche d'une infinité de nuances :

• légère : blonde ou New England
• moyenne : ambrée ou American
• moyennement poussée : robe de moine ou Light French (la plus habituelle en France)
• poussée : brune ou French
• très poussée : très brune ou Dark French ou Italian

Voir aussi

• Recettes avec du café

Notes et références

• {{w:en}} Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en intitulé « Caffeine » (voir la liste des auteurs)