咖啡因的研究
作者：巧御咖啡 ( 簡子綋、陳秉超、李旻芳、黃信祥、陳惠雯)
咖啡因是什麼？
咖啡因是一種生物鹼，是植物本身用來對抗昆蟲的物質，故被稱為天然殺蟲劑，對人體來說只是一種中樞神經興奮劑，能暫時地驅走睡意並恢復精力，目前已知超過60種植物的果實、葉片和種子中發現了咖啡因，它能讓誤食這些植物的昆蟲麻痹來達到殺蟲的效果。
人類飲用咖啡的紀錄可追朔至西元六世紀的衣索比亞，最早也曾被當作藥用與提神的飲品，其中提神的關鍵物質就在於咖啡因。咖啡因在被人體攝取後約45分鐘內會被胃和小腸完全吸收。一個健康成人的咖啡因生物半衰期大約是3-4個小時，完全代謝掉大約需要6-8小時，因此對咖啡因較為敏感的人如果是習慣晚間11點就寢，往前推7小時也就是下午4點後就盡量避免飲用含咖啡因的飲品，也因為咖啡因的代謝管道是透過尿液，所以如果對咖啡因敏感的人喝完咖啡後也可以透過多喝水來加速咖啡因的代謝，進而縮短對身體的影響。
依據歐盟及 WHO 世界衛生組織訂定的標準與建議，每人每日咖啡因攝取建議
WHO及歐盟的研究中顯示，咖啡因可以透過胎盤自由吸收，但不能被胎盤或胎兒分解。因此，胎兒接觸到的咖啡因量與母親攝取的量非常接近，懷孕期間攝取大量咖啡因（每天超過 400 毫克）已被證明會增加流產和嬰兒猝死症候群的風險。此外WHO的一項研究對 2,500 名孕婦的咖啡因攝取量進行了調查，結果顯示，每天攝取 200 毫克咖啡因就會對胎兒生長產生負面影響。隨著咖啡因攝取量的增加，這種對出生體重的負面影響也會增加，甚至在不吸菸的女性中也會出現這種情況。眾所周知，懷孕期間吸菸會對胎兒的生長產生不利影響。WHO的研究也說明咖啡因不會自由進入母乳，母乳中的濃度低於母親血液中的濃度。然而早產兒和新生兒的咖啡因消除速度比成人慢得多，而且有些咖啡因可能會轉移到母乳中，導致嬰兒煩躁和睡眠品質不佳。儘管如此，適量攝取咖啡因對於哺乳中的女性是可行的，每天攝取2-3杯含咖啡因的飲料（相當於200-300毫克咖啡因）被認為沒有不良影響。雖然WHO對於孕期中的女性只有做出降低攝取的建議，但部份醫師還是建議在懷孕初期和末期1-2個月應避咖啡因的攝取。
咖啡因哪裡有？
一般市售飲品中不只咖啡含有咖啡因，像是茶類、可樂、提神飲品中多少都含有咖啡因的成份，很多人說他喝咖啡會睡不著，但是喝可樂喝紅牛就不會，此時就要特別去觀察到底是對咖啡因比較敏感還是其實是咖啡中的【咖啡瑕疵】所造成的狀況，更有些人喝咖啡會心悸、盜汗、胸悶、甚至手抖等中毒症狀，這多是咖啡中含有的瑕疵豆所造成的若將成因全歸咎於咖啡因未免有失公允，至少幾乎沒聽過喝可樂、紅牛會心悸盜汗的吧!!
筆者研究咖啡多年，一天喝超過1000ml咖啡也算是常態，並不會有心悸胸悶症狀，但是有幾次經驗喝到品質較差的咖啡只要2口，心悸的感覺就來了，此時只能透過大量飲水來舒緩中毒現象。
下表是參考「愛爾蘭食品安全局」資料平均後換算每100ml咖啡因含量參考
一天可以喝幾杯咖啡呢？
台灣衛福部食藥署宣布2023年元旦起，現場調製的飲料只要含咖啡因，都須標示咖啡因含量，標示紅、黃、綠3色。以健康成人為例，標示紅色的飲品每日上限為1杯、黃色不超過2杯、綠色上限為3杯，這邊要特別留意換算單位是每「杯」通常
小杯 8oz (約莫240ml)
中杯12oz(約莫360ml)
若以一杯大杯美式手沖咖啡在上表的每100ml 含有75.5mg來說就要乘上3.6倍，也就是說一杯大杯360ml的手沖咖啡他的咖啡因含量約約在272ml 就已經是紅色標示，甚至逼近每日建議最大攝取量的300mg了。
我們再參照7-11和星巴克官網的數據，其中公告數據大杯咖啡每杯約480ml來計算會發現，以食藥署建議每天攝取的咖啡因量，1杯就是上限了。
大家可以注意上表中星巴克的「每日精選咖啡」和「濃縮-美式咖啡」都是大杯的份量咖啡因含量卻差了152mg之多，原因就出在沖煮的方式不同，一般製作美式咖啡有三種方式，主要因為萃取時間不同導致咖啡因被溶出的量有所不同，而星巴克的「每日精選咖啡」使用的正是「美式咖啡機萃取法」因此咖啡因含量相較高出許多。
深焙火咖啡的咖啡因高還是淺焙火因高呢?
首先我們要了解咖啡烘焙的過程與咖啡因耐熱性的研究。咖啡生豆在烘焙過程中「豆溫」會從室溫被加熱到約210℃(溫度會依咖啡豆的烘焙程度有所不同)，而咖啡因的昇華點178℃會開始微量汽化，直到237℃之後才達到熔點並開始大量被釋出，一般的咖啡烘焙不太會達到這個溫度，也因此以同樣的豆量來說以200g的咖啡生豆進行烘焙，深焙火咖啡豆與淺焙火咖啡豆其所含的咖啡因含量【僅有些微差距】，但實際上沖煮的時候數據就會有落差我們來看，巧御咖啡曾經做過一個簡單的實驗：
以尼加拉瓜SHG的咖啡，富士烘焙機Discovery 每鍋200g，並使用LighttellsCM-100咖啡焦糖化測定儀來測量
透過以上簡單的實驗我們得知一個細節，以手沖咖啡最常用的30克粉，淺焙火的咖啡豆數量為204顆，而深焙火的咖啡豆數量則有225顆，相較之下相同重量深焙火的咖啡豆總數量會比淺焙火多10%左右，上面我們提到咖啡因因為烘焙所揮發的量極少或可不計，因此多10%的豆量意味著同樣的克重卻有不同數量，當然沖煮時咖啡因濃度會以咖啡豆數量多的深焙火咖啡因含量高。
沖煮法對於咖啡因溶出的關聯
以同樣的咖啡焙火、萃取方式、和重量來說的話
研磨程度：研磨越細咖啡與液體接觸面積較大咖啡因溶出較多
浸泡時間：沖煮越長咖啡因溶出較多
沖煮水溫：溫度越高咖啡因溶出較多
關於實際上在咖啡廳不同沖煮法的實驗，澳大利亞紐卡素大學(University of Newcastle, Australia)化學毒物研究所的醫學及分析化學專業人員利用高效液相色譜法（HPLC）進行的一項新研究其中分析了澳洲常見沖煮法中的咖啡因含量分析
實驗中咖啡豆是使用哥倫比亞Excelso水洗豆並全部使用DK-40磨豆機，實驗中為了排除人為及咖啡不一致狀況，每一個樣品沖泡五次後在混合以確保變量情況降到最低，其研究結論：
濃縮咖啡使用了相似的研磨量，但萃取出了最多的咖啡因，並且沖泡時間最短
冷萃的咖啡因含量第二高，但需要 8-12小時來沖泡
法式濾壓壺和手沖法萃取的咖啡因量最少，每種方法產生的咖啡因含量都不到濃縮咖啡的四分之一
單純以沖煮法來看：
濃縮咖啡 > 冷萃咖啡 > 手沖(法壓)咖啡
特別注意：一般人喝濃縮咖啡一杯通常1shot(約45 cc)而通常喝一杯手沖咖啡8oz (240cc)，所以直接用相同cc數去比較是不公平的!! 因該沒有人有可能一次喝240cc的濃縮吧!!
如果以一般最常見的美式咖啡製程，濃縮加水為例，一杯義式濃縮咖啡使用18g咖啡粉，做出1shot(45cc)的咖啡液體，再經由 By Pass到濃度1.2%大約是來到了240cc也就是一杯8oz的量，以上述研究的咖啡因換算45ml濃縮咖啡因含量大約落在60mg，可以說240ml美式咖啡咖啡因含量大約在60mg，而一杯240ml的手沖咖啡其咖啡因含量大約落在100-150ml之間，冰滴咖啡則會更高，所以以實際出杯的情況來看，正確咖啡因含量應該是：
冷萃咖啡 > 手沖(法壓)咖啡 > 濃縮咖啡
低咖啡因咖啡
目前市面上的低咖啡因咖啡來源有四種分別是使用溶劑萃取法、二氧化碳高壓萃取法、瑞士水處理法和天然低因品種
溶劑萃取法：
市面上最普遍的去咖啡因處理法，先將咖啡生豆泡在水中軟化，在使用使用二氯甲烷或乙酸乙酯，將咖啡豆裡面的咖啡因溶解出來。
二氧化碳高壓萃取法：
將咖啡生豆和液態二氧化碳裝進鋼瓶中，再將鋼瓶加壓到1000 lb/in2的壓力中，利用高壓將二氧化碳和咖啡因分子結合，再將吸滿咖啡因的液態二氧化碳抽取出來，咖啡因就被帶走了，這種處理成本是最貴的。
瑞士水處理法：
利用去除咖啡因的萃取液浸泡咖啡豆，使其生豆中的咖啡因溶解出來，再透過活性碳設備將含有咖啡因液體中的咖啡因吸附，再把液體送回去吸取咖啡因。
天然低咖啡因品種：
目前天然低因的品種【尖身波旁】
在學術上會稱作「Coffea Laurina」即勞倫娜咖啡，但一般俗稱是尖身波旁「Bourbon Pointu」，這是因爲其豆型較爲狹長且兩端稍尖，因而得名。連法國國王路易十五，著名小說家巴爾扎克都是它的「粉絲」！在18世紀到19世紀這期間，尖身波旁曾在波旁島大面積種植，在18世紀尖身波旁曾達到年產4千公噸的高峰！
尖身波旁銷身匿跡數十年後，一位日本的咖啡專家－川島良彰，多次在薩爾瓦多聽到咖啡農提及「低因咖啡樹可能還存活在波旁島」，讓他有了尋找尖身波旁的念頭。
於是他在1999年在前往非洲考察時，順道拜訪波旁島，尋找傳說中的低因咖啡樹。不過事情並沒有想像中的順利，島上的年輕人都沒聽說波旁島曾經有咖啡作物，只好在離去前留下聯絡地址給當地的農民和官員。終於在兩年後，也就是2001年，川島接到了來自波旁島農民的電話，述說在野外發現了三十多株不知名咖啡樹！後來經過專家鑑定，確認是當時的波旁尖身咖啡樹，所以就法國的科學家與日本上島咖啡合作，展開了天然低因咖啡樹的復育計劃，終於在2006年有了第一批少量的波旁尖身咖啡豆，經篩選後於2007年販售，但僅供日本市場爲主，價格高昂據說比頂級藍山還要貴上四倍！
參考歐洲自然科學與醫學雜誌的咖啡生豆研究
不同品系每100ml咖啡所含有之咖啡因平均含量
理論上來講植物生長海拔越高病蟲害會越少，而咖啡因正式植物作為抗蟲害的天然殺蟲劑之一，高海拔的作物的溫度較低、病蟲害少，咖啡樹不需要分泌太多咖啡因來抵禦蟲害，因此咖啡因含量會越低。因此相較於習慣低海拔的羅布品系來說，阿拉比卡的咖啡因就少多了!!
參考資料：
(Understanding Caffeine Content ofPopular Brewing Methodswithin theAustralian Coffee Consumer Market) https://drive.google.com/file/d/1BYMEB229W-hVCYx-Q-FW38zQu_MCBHjW/view
(Information about caffeine and pregnancy)
https://www.pregnancybirthbaby.org.au/caffeine-during-pregnancy
(Effects of restricted caffeine intake by mother on fetal,neonatal and pregnancy outcomes)
https://www.who.int/tools/elena/review-summaries/caffeine-pregnancy--effects-of-restricted-caffeine-intake-by-mother-on-fetal-neonatal-and-pregnancy-outcomes)
(Determination of Caffeine Content in Arabica and RobustaGreen Coffee of Indian Origin)
https://revistia.org/files/articles/ejnm_v4_i1_21/Caracostea.pdf
(台灣衛生福利部公告咖啡因)
https://www.fda.gov.tw/tc/PublishOtherEpaperContent.aspx?id=1386&tid=3749&r=73257731
(CityCafe 咖啡因含量表)
https://www.citycafe.com.tw/file/ingredient.pdf
(Starbucks 營養表示表)
https://www.starbucks.com.tw/products/calories/calories_drinks.jspx
