Un bon cafè, amb cafeïna

20 octubre 2023

El cafè és la popular beguda amarga però estimulant obtinguda per infusió dels grans de cafè torrats i molts. Els grans són les dues llavors, les meitats de cada fruit carnós —com una cirera petita— de l’arbust del cafè (Figura 1), o també “cafeto” en castellà, de diverses espècies del gènere Coffea. 

El cafè és la segona mercaderia més comercialitzada al món després del petroli, i és la beguda estimulant més consumida arreu del món, després del te. El cafè fou conreat i consumit originàriament a la península aràbiga i el nord d’Etiòpia el segle 15, i des del món àrab s’estengué després per Europa, Amèrica i la resta del món. Actualment hi ha més de 50 països productors i dona ocupació a uns 25 milions de persones.

Per obtenir el cafè, després de recollir els fruits ben madurs, aquests són sotmesos a un primer procés natural, o bé sec, o semisec o humit, que inclou una fase de fermentació. En la majoria dels casos aquesta és espontània, amb la intervenció de molt diversos microorganismes, sobretot d’alguns enterobacteris, Bacillus, bacteris làctics i llevats. Les activitats pectinolítiques microbianes contribueixen a que en el rentat que es fa a continuació sigui eliminada la pell i el mucílag dels fruits, quedant-se només amb les llavors o grans de cafè. Altres reaccions metabòliques microbianes durant la fermentació contribueixen a les quailitats sensorials del cafè. En el processat final, els grans de cafè són torrats i assecats (Elhalis et al 2023).

Figura 1. Fruits en diversos estadis de maduresa, de l’arbust de cafè (“cafeto”), del gènere Coffea (Foto de Fernando Rebelo, Wikimedia Commons).

La cafeïna és l’alcaloide amargant i estimulant característic del cafè. Recordem que els alcaloides són compostos orgànics naturals de caràcter bàsic o àlcali que contenen un o més àtoms de nitrogen en estructures normalment d’heterocicle. Tanmateix, com que a la biosíntesi de la cafeïna no s’incorpora cap aminoàcid, alguns autors prefereixen anomenar-la com a pseudo-alcaloide (Lim & Farah 2019).

La cafeïna és una de les tres xantines —bases puríniques— metilades (Figura 2), junt amb la teobromina i la teofil·lina. Les tres són presents a diferents espècies de plantes, com veurem tot seguit. Les xantines són bases puríniques, com la guanina i l’adenina dels àcids nucleics.

Figura 2. Les xantines —bases puríniques— metilades: cafeïna (esquerra, 1,3,7-trimetilxantina), teobromina (mig, 3,7-dimetilxantina) i teofil·lina (dreta, 1,3-dimetilxantina).

La cafeïna és força soluble i s’extreu bé durant la preparació del cafè. Un cop consumit aquest, la cafeïna és completament absorbida i és metabolitzada al fetge pels enzims de les cadenes de transport d’electrons del citocrom P450, especialment CYP1A2, que té una distribució polimòrfica als humans. El principal metabòlit al fetge són les altres xantines metilades teobromina i teofil·lina, al plasma és la paraxantina, i les formes d’excreció a l’orina són les xantines metilades i l’àcid metilúric (De Paula & Farah 2019).

La cafeïna és la droga psicoactiva més consumida al món, ja que, a diferència de moltes altres substàncies psicoactives, no està regulada i és legal a pràcticament tot el món. Es coneixen diversos mecanismes d’acció per explicar els efectes de la cafeïna. El més destacat és que evita els efectes de somnolència induïts per l’adenosina, bloquejant reversiblement l’acció d’aquesta sobre els seus receptors, perquè la cafeïna té una estructura tridimensional similar a la de l’adenosina. La cafeïna és, a més, estimulant de certes regions del sistema nerviós autònom (Nehlig et al 1992).

——————————————–

BIOSÍNTESI DE CAFEÏNA PER LES PLANTES

La biosíntesi de cafeïna per les plantes és un dels casos més importants de convergència evolutiva, on organismes evolutivament diferenciats arriben a sintetitzar una mateixa molècula o a desenvolupar un òrgan. En el cas de la cafeïna, sembla que al llarg de l’evolució ha aparegut 5 cops en diferents fanerògames, en unes 30 espècies (Taula 1) (Ashihara & Suzuki 2004). A més de les plantes del cafè, te, mate, cola, cacau, veiem altres no tan conegudes, i fins i tot els cítrics, que la contenen a les flors (Kretschmar & Baumann, 1999).

Taula 1. Principals espècies de plantes que contenen cafeïna i/o teobromina (modificat de Ashihara & Suzuki 2004)

Espècie	Nom comú	Lloc conreu	Alcaloide principal	Part de planta
Coffea arabica	Cafè aràbic (60% del total)	Origen Aràbia i Etiòpia; actual ídem, Àfrica, sud i centre Amèrica, sud-est Àsia, Índia, Xina	Cafeïna 1.5%	llavors (2) del fruit
Coffea canephora (sin. C. robusta)	Cafè robust (20% del total)	Origen Àfrica subsahariana; actual ídem, Vietnam, Brasil	Cafeïna 2.7%	llavors (2) del fruit
Camellia sinensis	Te	Àsia i Àfrica oriental	Teïna (=cafeïna) 2%, traces de teobromina i teofil·lina	fulles
Cola acuminata,   C. nitida	Cola	Àfrica occidental	Cafeïna 2%	fruit (nous)
Ilex paraguarensis	Herba mate	Conques Paranà i Paraguay	Guaranina (=cafeïna) 1.5%	fulles
Paullinia cupana	Guaranà	Amazones	Guaranina (=cafeïna) 3%	llavors
Theobroma cacao	Cacau	Àfrica occidental, Indonèsia, Sud-Amèrica	Teobromina	fruit (faves)
Ilex vomitoria	Yaupon (espècie de grèvol)	Costa nord del golf Mèxic	Cafeïna i teobromina	fulles i tiges
Ilex guayusa	Guayusa	Amazones	Cafeïna i teobromina	fulles
Citrus sp.	Cítrics diversos	Climes mediterranis	Cafeïna 0.9%	flors

Com veiem, el contingut en cafeïna d’algunes altres plantes com el te és similar al del cafè (un 2% enfront de 1.5-2.7%). L’aparent major efecte estimulant del cafè és degut a què els tanins del te fan que l’absorció de la “teïna” (cafeïna) sigui més lenta a través de l’intestí prim. L’efecte és més lent però també dura més. 

Veiem a la mateixa Taula 1 com a més de la cafeïna, moltes d’aquestes plantes com el te, el cacau i altres, contenen també les altres dues xantines metilades, teobromina i teofil·lina. Les percepcions diferents dels efectes de les diferents begudes són degudes als continguts d’aquestes altres xantines, així com els esmentats tanins i altres polifenols que formen complexos insolubles amb la cafeïna.

RUTA BIOSINTÈTICA DE LA CAFEÏNA

La ruta biosintètica específica de la cafeïna i les altres xantines metilades a les plantes (Figura 3) s’origina al ribonucleòsid xantosina, la qual se sintetitza a partir d’adenosina passant pels nucleòtids monofosfats d’adenosina (AMP), d’inosina (IMP) i de xantosina (XMP), intermediaris en el metabolisme de les purines. Des de la xantosina hi han successius passos de metilació amb la S-adenosil-metionina com a donador de grups metil, a més de la nucleosidasa que elimina la ribosa deixant la base purínica.

Figura 3. Ruta biosintètica específica de la cafeïna a diferents espècies de Coffea i Camellia. AdoMet és el donador de grups metil S-adenosil-metionina i AdoHcy és S-adenosil-homocisteïna. (Imatge de Boghog, Wikipedia).

I PERQUÈ SINTETIZEN CAFEÏNA AQUESTES PLANTES ?

La cafeïna és clarament un metabòlit secundari, ja que no té cap funció interna pròpia a l’organisme que el sintetitza, la planta en aquest cas. I en canvi, té funcions d’interrelació de la planta amb altres organismes. En efecte, la cafeïna actua com a pesticida natural: pot paralitzar i matar insectes depredadors alimentats a la planta (Nathanson 1984). Es troben nivells elevats de cafeïna a les plàntules de cafè quan desenvolupen fullatge i no tenen protecció mecànica. O sigui, les concentracions són més altes a les parts de la planta del cafè en desenvolupament, quan són més vulnerables i més tendres per poder ser menjades pels insectes. A més s’ha vist que la cafeïna també és efectiva contra llimacs, cargols, i alguns fongs i bacteris (PBS Eons 2023).

En el cas del te la cafeïna s’emmagatzema a les fulles de te en dos llocs. En primer lloc, als vacúols cel·lulars on s’acomplexa amb polifenols. Aquesta cafeïna probablement s’allibera a les parts de la boca dels insectes, per descoratjar l’herbívor. En segon lloc, s’acumula al voltant dels feixos vasculars, on probablement inhibeix els fongs patògens d’entrar i colonitzar aquests feixos vasculars (Van Breda et al 2013).

PERÒ LA CAFEÏNA AGRADA A ALGUNS INSECTES

Tanmateix, hi ha un insecte que és resistent a la cafeïna: el coleòpter Hypothenemus hampei, l’escarabat barrenador del cafè, que causa estralls a les plantacions i és una plaga estesa a nivell mundial. Aquest insecte és l’únic capaç de completar el seu cicle biològic exclusivament amb els grans de cafè, i aquesta habilitat és deguda a la seva microbiotaintestinal. S’ha comprovat que la cafeïna és degradada per aquesta microbiota, amb bacteris que tenen gens per a la desmetilasa. En destaquen alguns Pseudomonas que fins i tot poden subsistir amb cafeïna com a única font de carboni i nitrogen (Ceja-Navarro et al 2015).

D’altra banda, la poca cafeïna que es troba al nèctar de les flors de la planta del cafè i dels cítrics pot millorar l’èxit reproductiu de la planta, millorant la memòria de recompensa de pol·linitzadors com les abelles de la mel (Wright et al 2013). L’efecte atractiu que perceben les abelles en aquest cas, a diferència de l’efecte tòxic d’altres parts de la planta, s’explica per la baixa concentració de cafeïna al polen (0.02 mM com a molt), molt més baixa que a les llavors o fulles (més de 0.2 mM).

——————————————–

I EL CAFÉ AGRADA ALS HUMANS, PERÒ ÉS DOLENT O ÉS BO ?

Com he comentat abans, el cafè és el producte més comercialitzat al món després del petroli, perquè ens agrada a quasi tots els humans, i molt. El motiu principal és que conté cafeïna, una droga psicoactiva, la més consumida al món —ja que cal afegir-hi la que contenen el te, cacau, cola, etc.— i que és legal a quasi tot els països. 

El cafè ens agrada per diversos motius, però sobretot perquè la cafeïna és un estimulant del sistema nerviós central. És un compost eugeroic, o sigui, que afavoreix l’estat de vigília i alerta, reduint la fatiga i la somnolència. Amb això, augmenta el rendiment en les activitats cognitives com l’estudi o el treball intel·lectual. I a més el seu consum també és un mitjà d’interrelacions socials de lleure. A més, és diürètic, i també contribueix a combatre el restrenyiment i facilitar les digestions.

Tots aquests efectes són atribuïts a la cafeïna però cal tenir en compte que el cafè és una mescla complexa de més de 800 compostos volàtils, i molts d’ells també són constituents bioactius del cafè, com els diterpens, els àcids clorogènics, i altres polifenols —tots ells antioxidants—, els quals tenen efectes potencials additius o sinèrgics amb la cafeïna (Nieber 2017). 

Però anem al “gra” …. el cafè és dolent o és bo per a la salut ?

Aquests darrers anys s’han anat realitzant nombrosos estudis epidemiològics i de cerca experimental farmacològica, així com revisions dels molts treballs efectuats prèviament, i les conclusions són majoritàriament favorables, que els riscos són menors que els beneficis, i que fins i tot el consum de cafè podria ajudar a prevenir algunes malalties cròniques com la diabetis tipus 2 mellitus i algunes hepatitis. Amb un consum moderat de cafè en adults, unes 3-4 tasses al dia (uns 300-400 mg/d) hi ha poques evidències de riscos per a la salut i en canvi hi ha algunes evidències de beneficis. Cal senyalar que en part s’ha vist que el cafè descafeïnat pot tenir efectes beneficiosos similars, la qual cosa remarca la contribució d’altres components com els suara comentats, a banda de la cafeïna, en aquests efectes beneficiosos (Nieber 2017).

En tots aquests estudis s’ha confirmat que hi ha moltes diferències individuals en la resposta al cafè. Hi ha persones més sensibles que altres a aquests efectes, degut a la tolerància, la base genètica —com el polimorfisme CYP2A1—, l’edat, el sexe, l’alimentació, el tipus de preparació del cafè, el volum, l’estil de vida, l’estat de salut, el consum de tabac i altres drogues, així com si el cafè es pren habitualment o no. En qualsevol cas, el consens científic actual és que el consum moderat habitual de cafè per persones sanes és benigne o no té cap efecte detectat o és lleugerament beneficiós, i aquests beneficis superen clarament els possibles riscos (Pourshahidi et al 2016).

Les conclusions més rellevants de les revisions de tots els centenars d’estudis científics fets sobre els efectes del cafè —no només la cafeïna— sobre la salut en quant als diferents òrgans o sistemes o situacions del cos humà són les següents (Samoggia & Riedel 2019) :

Malalties cardiovasculars: El consum habitual de cafè s’ha correlacionat amb un menor risc de mortalitat per malalties cardiovasculars, un 19% menys en consumidors de 3 tasses/dia que als que no prenen cafè. Aquest efecte s’ha atribuït sobretot als efectes antioxidants de compostos del cafè.

Diabetis tipus 2: La probabilitat de desenvolupar aquesta diabetis és un 25% menor en els consumidors de cafè que en els no consumidors, amb un major efecte a les dones. Aquest efecte s’ha atribuït als polifenols que actuen sobre el metabolisme de la glucosa i la insulina.

Malalties hepàtiques: S’ha observat una correlació inversa entre el consum de cafè i diverses afeccions hepàtiques, i especialment amb el càncer de fetge. Això sembla degut als efectes antioxidants de la cafeïna, els compostos fenòlics, i les melanoidines. 

Desordres neurodegeneratius: El consum moderat, regular i al llarg de la vida del cafè sembla tenir efectes beneficiosos per evitar malalties neurodegeneratives relacionades amb l’edat, com la demència senil o l’Alzheimer. En aquest cas sembla que estaria relacionat amb efectes neuroprotectors de la mateixa cafeïna.

Càncer: Com que anys enrere hi havia hagut alguns estudis que apuntaven a un possible efecte mutagen i per tant carcinogènic de la cafeïna, el 2016 l’Agència Internacional de Recerca en Càncer va avaluar un conjunt de 1000 estudis experimentals sobre aquesta possible relació i van concloure que no hi havia cap evidència d’associació entre càncer i consum de cafè, i per tant que el cafè és un agent no classificable com carcinogen per als humans. Fins i tot hi ha una certa relació entre consum notable de cafè i menor risc de càncer, com el cas comentat del fetge. Diversos compostos com la cafeïna, diterpens, melanoidines i polifenols serien els inhibidors de l’estrès oxidatiu i danys cel·lulars.

Augment de la pressió sanguínia: Sovint s’ha associat el consum de cafè amb aquest augment, encara que això s’ha trobat més en no bevedors de cafè que en consumidors habituals. Els compostos antioxidants com els polifenols contrarestarien l’efecte d’augment de pressió provocat per la cafeïna, si bé encara no hi ha prou evidències al respecte.

Embaràs: En diversos estudis s’havia associat el consum de cafè/cafeïna amb perjudicis per a l’embaràs com baix pes del nadó, avortaments o naixements pre-termini, però en revisar bé tots els estudis, la EFSA (Autoritat Europea de Seguretat Alimentària) ha conclòs que un consum moderat de cafeïna de 200 mg/dia (unes 1-2 tasses) no augmenta el risc de complicacions de l’embaràs.

I ja per concloure, i encara que aquestes revisions publicades (Pourshahidi et al 2016; Nieber 2017; Samoggia & Riedel 2019) remarquen que calen més estudis i sobretot en assajos de consum de cafè més perllongat, sembla que prendre cafè globalment no és dolent per a la salut i com sabem el fet de prendre’n té molts altres beneficis. 

Visca una bona tassa, o tasseta, de cafè !!

——————————————–

BIBLIOGRAFIA

Ashihara H, Suzuki T (2004) Distribution and biosynthesis of caffeine in plants Front Biosci (Landmark Ed), 9(2), 1864–1876

Ceja-Navarro J, Vega F, Karaoz U et al (2015) Gut microbiota mediate caffeine detoxification in the primary insect pest of coffee. Nature Commun 6, 7618 

De Paula J, Farah A (2019) Caffeine Consumption through Coffee: Content in the Beverage, Metabolism, Health Benefits and Risks. Beverages 5(2):37

Elhalis H, Cox J, Zhao J (2023) Coffee fermentation: Expedition from traditional to controlled process and perspectives for industrialization. Appl Food Res 3, 100253.

Huang R, O’Donnell AJ, Barboline JJ, Barkman TJ (2016) Convergent evolution of caffeine in plants by co-option of exapted ancestral enzymes}. Proc Nat Acad Sci 113, 10613-10618

Kretschmar JA, Baumann TW (1999) Caffeine in Citrus flowers. Phytochemistry 52, 19-23

Lim JP, Farah A (2019) Caffeine and minor methylxanthines in coffee. InCoffee: Consumption and HealthImplications; Farah, A., Ed.; Royal Society of Chemistry: London, UK. ISBN 978-1782620044

Nathanson JA (1984) Caffeine and Related Methylxanthines: Possible Naturally Occuring Pesticides. Science, 226, 4671, 184-187

Nehlig A, Daval JL, Debry G (1992) Caffeine and the central nervous system: mechanisms of action, biochemical, metabolic and psychostimulant effects. Brain Res Rev 17, 139-170.

Nieber K (2017) The Impact of Coffee on Health. Planta Med 83(16): 1256-1263

PBS Eons (2023) Why does caffeine exist ? YouTube video.

Pourshahidi LK, Navarini L, Petracco M, Strain JJ (2016) A Comprehensive Overview of the Risks and Benefits of Coffee Consumption. Comprehensive Rev Food Sci Food Safety 15: 671-684

Samoggia A, Riedel B (2019) Consumers’ Perceptions of Coffee Health Benefits and Motives for Coffee Consumption and Purchasing. Nutrients 18;11(3):653

Van Breda SV, van der Merwe CF, Robbertse H et al. (2013) Immunohistochemical localization of caffeine in youngCamellia sinensis O. Kuntze (tea) leaves. Planta 237, 849–858 

Wikipedia: Caffeine (2023) The Free Encyclopedia, Wikimedia Foundation

Wright GA, Baker DD, Palmer MJ et al (2013) Caffeine in Floral Nectar Enhances a Pollinator’s Memory of Reward. Science 339,1202-1204