การดีคาเฟอีนคือการนำคาเฟอีน ออก จากเมล็ดกาแฟโกโก้ใบชาและวัสดุอื่นๆ ที่มีคาเฟอีน ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการดีคาเฟอีนมักเรียกย่อว่า"ดีแคฟ " เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ผู้ผลิตจะต้องทดสอบเมล็ดกาแฟที่ผ่านการดีคาเฟอีนใหม่เพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มข้นของคาเฟอีนอยู่ในระดับต่ำ การลดปริมาณคาเฟอีนอย่างน้อย 97% เป็นไปตามมาตรฐานขององค์การอาหารและยา แห่งสหรัฐอเมริกา ^{[ 1 ]}การศึกษาในปี 2549 พบว่าเครื่องดื่มที่ผ่านการดีคาเฟอีนโดยทั่วไปจะมีปริมาณคาเฟอีนเหลืออยู่ 1-2% ของปริมาณเดิม แต่บางครั้งอาจมากถึง 20% ^{[ 2 ]}

Friedlieb Ferdinand Rungeได้ทำการแยกคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2363 หลังจากที่กวีชาวเยอรมันGoetheได้ยินเกี่ยวกับงานของเขาเกี่ยวกับ สารสกัด เบลลาดอนนาและขอให้เขาทำการวิเคราะห์เมล็ดกาแฟ^{[ 3 ]}แม้ว่า Runge จะสามารถแยกสารประกอบนี้ได้ แต่เขาก็ไม่ได้เรียนรู้เกี่ยวกับเคมีของคาเฟอีนมากนัก และเขาก็ไม่ได้พยายามใช้กระบวนการนี้ในเชิงพาณิชย์เพื่อผลิตกาแฟที่ปราศจากคาเฟอีน

สามารถใช้วิธีการต่างๆ ในการกำจัดคาเฟอีนออกจากกาแฟได้ วิธีการเหล่านี้เกิดขึ้นก่อนการคั่วและอาจใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ เช่นไดคลอโรมีเทนหรือเอทิลอะซิเตตคาร์บอนไดออกไซด์_{วิกฤต}ยิ่งยวดหรือน้ำ เพื่อสกัดคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟ ในขณะที่ยังคงรักษาสารตั้งต้นของรสชาติให้อยู่ในสภาพเดิมให้มากที่สุด^{[ 4 ]}

กระบวนการสกัดคาเฟอีนที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกถูกคิดค้นโดยพ่อค้าชาวเยอรมันชื่อลุดวิก โรเซลิอุสและเพื่อนร่วมงานในปี 1903 หลังจากที่โรเซลิอุสสังเกตเห็นว่าเมล็ดกาแฟที่แช่น้ำทะเลโดยบังเอิญนั้นสูญเสียคาเฟอีนไปเกือบทั้งหมดในขณะที่รสชาติยังคงอยู่เพียงเล็กน้อย^{[ 5 ] [ 6 ]}กระบวนการนี้ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1906 โดยเกี่ยวข้องกับการนึ่งเมล็ดกาแฟด้วยกรดหรือเบส ต่างๆ จากนั้นใช้เบนซีนเป็นตัวทำละลายเพื่อกำจัดคาเฟอีน^{[ 7 ] [ 8 ]}กาแฟที่สกัดคาเฟอีนด้วยวิธีนี้ถูกขายใน ชื่อ Kaffee HAGตามชื่อบริษัทKaffee Handels-Aktien-Gesellschaft (บริษัทการค้ากาแฟ) ในยุโรปส่วนใหญ่ ในชื่อCafé Sankaในฝรั่งเศสและต่อมาในชื่อกาแฟ แบรนด์ Sankaในสหรัฐอเมริกา ปัจจุบัน Café HAGและ Sanka เป็นแบรนด์ระดับโลกของKraft Foods

วิธีการที่คล้ายกับวิธีที่ Roselius พัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกยังคงเป็นที่นิยม และบางครั้งเรียกว่าวิธีการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์โดยตรงอย่างไรก็ตาม เนื่องจากความกังวลด้านสุขภาพเกี่ยวกับเบนซีน (ซึ่งปัจจุบันได้รับการยอมรับว่าเป็นสารก่อมะเร็ง ) ^{[ 9 ]}จึงมีการใช้ตัวทำละลายอื่นๆ เช่นไดคลอโรมีเทนหรือเอทิลอะซิเตต แทน ^{[ 10 ]}เมล็ดกาแฟที่ยังไม่คั่ว (เมล็ดเขียว) จะถูกนึ่งก่อนแล้วจึงล้างด้วยตัวทำละลายซึ่งจะสกัดคาเฟอีนออกมา ในขณะที่ส่วนประกอบอื่นๆ ส่วนใหญ่จะไม่ได้รับผลกระทบ กระบวนการนี้จะทำซ้ำระหว่าง 8 ถึง 12 ครั้ง จนกว่าปริมาณคาเฟอีนจะตรงตามมาตรฐานที่กำหนด (กำจัดคาเฟอีนได้ 97% ตามมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา หรือปราศจากคาเฟอีน 99.9% โดยมวลตามมาตรฐานของสหภาพยุโรป) ^{[ 4 ]}

อีกรูปแบบหนึ่งของวิธีการของ Roselius คือวิธีการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ทางอ้อมในวิธีนี้ แทนที่จะบำบัดเมล็ดกาแฟโดยตรง เมล็ดกาแฟจะถูกแช่ในน้ำร้อนเป็นเวลาหลายชั่วโมงก่อน จากนั้นจึงนำออก น้ำที่เหลือจะถูกบำบัดด้วยตัวทำละลาย (เช่น ไดคลอโรมีเทนหรือเอทิลอะซิเตต) เพื่อสกัดคาเฟอีนออกจากน้ำ เช่นเดียวกับวิธีการอื่นๆ คาเฟอีนสามารถแยกออกจากตัวทำละลายอินทรีย์ได้โดยการระเหยอย่างง่าย น้ำเดียวกันนี้จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการสองขั้นตอนนี้กับเมล็ดกาแฟชุดใหม่ จะถึงจุด สมดุลหลังจากผ่านไปหลายรอบ ซึ่งน้ำและเมล็ดกาแฟจะมีองค์ประกอบที่คล้ายกัน ยกเว้นคาเฟอีน หลังจากจุดนี้ คาเฟอีนจะเป็นสารเพียงอย่างเดียวที่ถูกกำจัดออกจากเมล็ดกาแฟ ดังนั้นความเข้มข้นของกาแฟหรือรสชาติอื่นๆ จึงไม่สูญหายไป^{[ 11 ]}เนื่องจากมีการใช้น้ำในขั้นตอนเริ่มต้นของกระบวนการนี้ การกำจัดคาเฟอีนด้วยวิธีทางอ้อมจึงบางครั้งเรียกว่า "กระบวนการด้วยน้ำ" วิธีนี้ได้รับการกล่าวถึงครั้งแรกในปี พ.ศ. 2484 และนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามอย่างมากที่จะทำให้กระบวนการนี้ "เป็นธรรมชาติ" มากขึ้นและเป็นกระบวนการที่ใช้น้ำอย่างแท้จริงโดยการหาวิธีแปรรูปคาเฟอีนออกจากน้ำด้วยวิธีที่หลีกเลี่ยงการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์^{[ 12 ]}

วิธีการทางเลือกในการกำจัดคาเฟอีนออกจากกาแฟคือกระบวนการ Swiss Water กระบวนการนี้ไม่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ แต่ใช้น้ำเพียงอย่างเดียวในการกำจัดคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟ เป็นเทคนิคที่พัฒนาขึ้นครั้งแรกในสวิตเซอร์แลนด์ในปี 1933 และนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์โดย Coffex SA ในปี 1980 ^{[ 6 ]}จากนั้นกระบวนการ Swiss Water ก็ถูกนำมาใช้โดย The Swiss Water Decaffeinated Coffee Company แห่งBurnabyรัฐบริติชโคลัมเบียในปี 1988 ^{[ 13 ]}

กระบวนการนี้ใช้สารสกัดกาแฟเขียว (GCE) สำหรับกลไกการสกัดคาเฟอีน สารสกัดกาแฟเขียวเป็นสารละลายที่มีส่วนประกอบที่ละลายน้ำได้ของกาแฟเขียว ยกเว้นคาเฟอีน ซึ่งได้จากการแช่เมล็ดกาแฟเขียวในน้ำร้อน จากนั้นกรองผ่านตัวกรองถ่านกัมมันต์เพื่อกำจัดโมเลกุลคาเฟอีน^{[ 6 ]}เมล็ดกาแฟสดที่มีทั้งคาเฟอีนและส่วนประกอบอื่นๆ จะถูกเติมลงในสารละลาย GCE โดยความแตกต่างของความดันระหว่าง GCE (ซึ่งมีคาเฟอีนน้อย) และกาแฟเขียว (ซึ่งมีคาเฟอีนมาก) ทำให้โมเลกุลคาเฟอีนเคลื่อนย้ายจากกาแฟเขียวไปยัง GCE ^{[ 14 ]}เนื่องจาก GCE อิ่มตัวด้วยส่วนประกอบที่ละลายน้ำได้อื่นๆ ของกาแฟเขียว ดังนั้นเฉพาะโมเลกุลคาเฟอีนเท่านั้นที่จะเคลื่อนย้ายไปยัง GCE ส่วนประกอบอื่นๆ ของกาแฟที่ละลายน้ำได้จะยังคงอยู่ในกาแฟเขียว จากนั้นสารละลาย GCE ที่มีคาเฟอีนมากขึ้นจะถูกส่งผ่าน ตัวกรอง ถ่านกัมมันต์อีกครั้งเพื่อกำจัดคาเฟอีน และกระบวนการจะถูกทำซ้ำ กระบวนการแบบชุดต่อเนื่องใช้เวลา 8-10 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ปริมาณคาเฟอีนที่ปราศจากสารตกค้างตามเป้าหมาย^{[ 15 ]}

วิศวกรอาหารTorunn Atteraas Garinยังได้พัฒนาวิธีการกำจัดคาเฟอีนออกจากกาแฟอีกด้วย^{[ 16 ] [ 17 ]}

ในกระบวนการนี้ เมล็ดกาแฟดิบจะถูกแช่ในน้ำร้อนและสารละลายกาแฟเพื่อดึงคาเฟอีนขึ้นมาที่ผิวเมล็ด จากนั้น เมล็ดกาแฟจะถูกย้ายไปยังภาชนะอีกใบและแช่ในน้ำมันกาแฟที่ได้จากกากกาแฟที่ใช้แล้ว และปล่อยทิ้งไว้ให้แช่

หลังจากผ่านกระบวนการให้ความร้อนสูงเป็นเวลาหลายชั่วโมงไตรกลีเซอไรด์ในน้ำมันจะดึงคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟ แต่ไม่ดึงรสชาติอื่นๆ ออกไป เมล็ดกาแฟจะถูกแยกออกจากน้ำมันและนำไปตากแห้ง คาเฟอีนจะถูกแยกออกจากน้ำมัน ซึ่งจะนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อสกัดคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟชุดต่อไป นี่คือวิธีการสกัดคาเฟอีนแบบสัมผัสโดยตรง

นักวิทยาศาสตร์ด้านอาหารยังหันมาใช้คาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวด (sCO2 ₎เป็นวิธีการสกัดคาเฟอีน วิธีนี้ได้รับการพัฒนาโดย Kurt Zosel นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Max Planck โดยใช้ CO2 ₍คาร์บอนไดออกไซด์) ที่ถูกทำให้ร้อนและอัดความดันสูงกว่าจุดวิกฤตเพื่อสกัดคาเฟอีน^{[ 6 ]}เมล็ดกาแฟดิบจะถูกนึ่งแล้วใส่ลงในภาชนะความดันสูง ส่วนผสมของน้ำและ CO2 _จะถูกหมุนเวียนผ่านภาชนะที่ความดัน 300 atmและอุณหภูมิ 65 °C (149 °F) ที่ความดันและอุณหภูมินี้ CO2 _จะเป็นของเหลววิกฤตยิ่งยวดซึ่งมีคุณสมบัติอยู่ระหว่างก๊าซและของเหลว คาเฟอีนจะละลายใน CO2 _แต่สารประกอบที่ทำให้เกิดรสชาติของกาแฟที่ชงนั้นส่วนใหญ่ไม่ละลายใน CO2 _และยังคงอยู่ในเมล็ดกาแฟ ในภาชนะแยกต่างหาก คาเฟอีนจะถูกขจัดออกจาก CO2 _ด้วยน้ำเพิ่มเติม จากนั้น CO2 _จะถูกหมุนเวียนกลับไปยังภาชนะความดัน^{[ 4 ] [ 18 ]}

จากการวิเคราะห์ในปี พ.ศ. 2522 พบว่ากาแฟมีปริมาณคาเฟอีนดังต่อไปนี้ ขึ้นอยู่กับวิธีการเตรียม: ^{[ 19 ]}

เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ผู้ผลิตจำเป็นต้องทดสอบเมล็ดกาแฟที่สกัดคาเฟอีนออกใหม่เพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มข้นของคาเฟอีนอยู่ในระดับต่ำ การลดปริมาณคาเฟอีนอย่างน้อย 97% เป็นไปตามมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา^{[ 1 ]}ในแคนาดา กาแฟที่สกัดคาเฟอีนออกจะมีคาเฟอีนน้อยกว่า 0.1% และกาแฟสำเร็จรูปที่สกัดคาเฟอีนออกจะมีคาเฟอีนน้อยกว่า 0.3% ^{[ 20 ]}บริษัทกาแฟหลายแห่งใช้โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC) เพื่อวัดปริมาณคาเฟอีนที่เหลืออยู่ในเมล็ดกาแฟ อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก HPLC มีราคาค่อนข้างสูง บริษัทกาแฟบางแห่งจึงเริ่มใช้วิธีอื่น เช่นสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดใกล้ (NIR) ^{[ 21 ]} แม้ว่า HPLC จะมีความแม่นยำสูง แต่สเปกโทรส โกปี NIR นั้นเร็วกว่า ถูกกว่า และโดยรวมแล้วใช้งานง่ายกว่ามาก สุดท้าย วิธีการอื่นที่มักใช้ในการวัดปริมาณคาเฟอีนที่เหลืออยู่ ได้แก่สเปกโทรสโกปีอัลตราไวโอเลต-วิสิเบิลซึ่งมีประโยชน์สำหรับกระบวนการสกัดคาเฟอีนที่รวมถึง CO2 เหนือวิกฤต_{เนื่องจาก} CO2 _ไม่ดูดซับในช่วง UV-Vis ^{[ 22 ]}

การศึกษาวิจัยแบบควบคุมในปี 2549 ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟลอริดาซึ่งประกอบด้วยตัวอย่างกาแฟดีแคฟที่เตรียมไว้ 10 ตัวอย่างจากร้านกาแฟ แสดงให้เห็นว่ายังมีคาเฟอีนหลงเหลืออยู่บ้าง^{[ 2 ]}กาแฟดีแคฟดังกล่าว 14 ถึง 20 ถ้วยจะมีคาเฟอีนมากเท่ากับกาแฟปกติ 1 ถ้วย^{[ 2 ]}ตัวอย่างกาแฟ 473 มล. (16 ออนซ์) มีคาเฟอีนอยู่ในช่วง 8.6 มก. ถึง 13.9 มก. ในการศึกษาวิจัยอีกฉบับหนึ่งเกี่ยวกับกาแฟดีแคฟยี่ห้อดัง ปริมาณคาเฟอีนแตกต่างกันไปตั้งแต่ 3 มก. ถึง 32 มก. ^{[ 23 ]}ในทางตรงกันข้าม กาแฟปกติ 237 มล. (8 ออนซ์) หนึ่งถ้วยมีคาเฟอีน 95–200 มก . ^{[ 24 ]} และ โคคา-โคล่า 355 มล. (12 ออนซ์) หนึ่งเสิร์ฟมีคาเฟอีน 36 มก. ^{[ 25 ]}

ณ ปี 2552 ความคืบหน้าในการปลูกเมล็ดกาแฟที่ไม่มีคาเฟอีนยังคงดำเนินต่อไป คำว่า "Decaffito" ได้ถูกบัญญัติขึ้นเพื่ออธิบายกาแฟประเภทนี้ และจดทะเบียนเครื่องหมายการค้าในบราซิล^{[ 26 ]}

โอกาสสำหรับกาแฟประเภทดีคาฟิโตได้รับการแสดงให้เห็นจากการค้นพบกาแฟพันธุ์Coffea charrieriana ที่ปราศจากคาเฟอีนตามธรรมชาติ ซึ่งมีรายงานในปี 2547 กาแฟพันธุ์นี้มียีน สังเคราะห์คาเฟอีน ที่บกพร่อง ทำให้สะสม ธีโอโบรมีน แทนที่จะเปลี่ยนเป็นคาเฟอีน^{[ 27 ]}ลักษณะนี้สามารถนำไปผสมพันธุ์กับต้นกาแฟอื่นๆ ได้โดยการผสมข้ามพันธุ์กับC. charrierianaหรืออาจได้ผลลัพธ์ที่เทียบเท่ากันโดยการกำจัดยีนสังเคราะห์คาเฟอีนในต้นกาแฟปกติ^{[ 28 ]}

ชาอาจถูกกำจัดคาเฟอีนออกได้ โดยปกติจะใช้กระบวนการที่คล้ายคลึงกับวิธีโดยตรงหรือกระบวนการ CO2 _ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น การออกซิไดซ์ใบชาเพื่อสร้างชาดำหรือ ชา อู่หลงจากใบชาเขียวไม่ได้ส่งผลกระทบต่อปริมาณคาเฟอีนในชา แม้ว่าสายพันธุ์ย่อยของต้นชา (เช่นCamellia sinensis sinensisเทียบกับCamellia sinensis assamica ) อาจมีปริมาณคาเฟอีนตามธรรมชาติแตกต่างกัน ใบอ่อนและยอดอ่อนมีคาเฟอีนมากกว่าใบแก่และลำต้น แม้ว่ากระบวนการ CO2 _จะเป็นที่นิยมเพราะสะดวก ไม่ระเบิด และไม่เป็นพิษ^{[ 29 ]}การเปรียบเทียบระหว่างชาเขียวปกติและชาเขียวที่กำจัดคาเฟอีนออกโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดแสดงให้เห็นว่าสารประกอบ ระเหยที่ไม่เป็นขั้วส่วนใหญ่ (เช่นลินาลูลและฟีนิลอะเซทัลดีไฮ ด์ ) สารประกอบกลิ่นเขียวและกลิ่นดอกไม้ (เช่นเฮกซานอลและ ( E )-2- เฮกเซนอล ) และสารประกอบที่ไม่ทราบชนิดบางชนิดหายไปหรือลดลงหลังจากกำจัดคาเฟอีนออก^{[ 30 ] [ 31 ]}

นอกจากการสกัดด้วยกระบวนการ CO2 แล้ว_ชายังสามารถกำจัดคาเฟอีนได้โดยใช้การบำบัดด้วยน้ำร้อน สภาวะที่เหมาะสมจะเกิดขึ้นได้จากการควบคุมอุณหภูมิน้ำ เวลาในการสกัด และอัตราส่วนของใบชาต่อน้ำ อุณหภูมิ 100 °C ขึ้นไป เวลาในการสกัดปานกลาง 3 นาที และอัตราส่วนน้ำหนักใบชาต่อปริมาตรน้ำ 1:20 สามารถกำจัดคาเฟอีนได้ 83% และคงไว้ซึ่งคาเทชินทั้งหมด 95% [ 32 ^{]คาเท} ชิน ซึ่ง เป็นฟลาโวนอลชนิดหนึ่งมีส่วนช่วยให้ชามีรสชาติ และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถเพิ่มการยับยั้งการกลายพันธุ์ที่อาจนำไปสู่มะเร็งได้^{[ 33 ]}

ทั้งกาแฟและชามีแทนนินซึ่งเป็นสาเหตุของ รส ฝาดแต่ชามีปริมาณแทนนินประมาณหนึ่งในสามของกาแฟ^{[ 34 ]}ดังนั้น การกำจัดคาเฟอีนออกจากชาจึงต้องใช้ความระมัดระวังมากกว่าการกำจัดคาเฟอีนออกจากกาแฟเพื่อรักษาปริมาณแทนนินไว้ เพื่อรักษารสชาตินี้ การรักษาแทนนินเป็นสิ่งที่พึงปรารถนาไม่เพียงเพราะรสชาติของมันเท่านั้น แต่ยังเพราะพบว่ามีคุณสมบัติในการต่อต้านมะเร็ง ต่อต้านการกลายพันธุ์ ต้านอนุมูลอิสระ และต่อต้านจุลินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แทนนินช่วยเร่งการแข็งตัวของเลือด ลดความดันโลหิต ลดระดับไขมันในซีรั่ม และปรับการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน^{[ 35 ]}

กระบวนการบางอย่างในระหว่างการผลิตตามปกติอาจช่วยลดปริมาณคาเฟอีนโดยตรง หรือลดอัตราการปล่อยคาเฟอีนในแต่ละครั้งที่ชง ในประเทศจีน สิ่งนี้เห็นได้ชัดในชาผู่เอ๋อร์ ที่ผ่านการปรุงสุกหลายชนิด รวมถึง ชาอู่หลง จากภูเขาหวู่หยีที่ ผ่านการคั่วอย่างหนัก ซึ่งมักเรียกกันว่า 'จงฮั่ว' (คั่วระดับกลาง) หรือ 'จูฮั่ว' (คั่วระดับสูง)

สถิติที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปคือ ชาดำ (หรือชาแดง) ปกติหนึ่งถ้วยมีคาเฟอีน 40–50 มิลลิกรัม ซึ่งคิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของปริมาณคาเฟอีนในกาแฟหนึ่งถ้วย^{[ 36 ]}

แม้ว่าเทคนิคทั่วไปในการทิ้งการแช่สั้นๆ (30 ถึง 60 วินาที) ^{[ 37 ]}เชื่อกันว่าจะช่วยลดปริมาณคาเฟอีนในการชงครั้งต่อไปได้มาก แต่อาจทำให้รสชาติลดลงบ้าง งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าการแช่ ห้านาที จะให้คาเฟอีนมากถึง 70% และการแช่ครั้งที่สองจะมีคาเฟอีนหนึ่งในสามของการแช่ครั้งแรก (ประมาณ 23% ของคาเฟอีนทั้งหมดในใบชา) ^{[ 38 ]}

• โคคา-โคล่าแบบไม่มีคาเฟอีน
• เป๊ปซี่ไร้คาเฟอีน
• กาแฟทดแทน
• ผลกระทบต่อสุขภาพของคาเฟอีน
• ผลกระทบต่อสุขภาพของกาแฟ
• ผลดีต่อสุขภาพของการดื่มชา
• กาแฟคาเฟอีนต่ำ