1. Origine de la caféine.
Le café est originaire d’Éthiopie, découvert au Vème siècle avant J-C, dans la province de Kaffa, les grains de café sont obtenus par la mise en culture d’un arbuste nommé caféier.
Le café est originaire d’Éthiopie, découvert au Vème siècle avant J-C, dans la province de Kaffa, les grains de café sont obtenus par la mise en culture d’un arbuste nommé caféier.
Le mot arabe désignant le café était Cahouah, les Italiens l’appelant caffè ce qui a été traduit en français par café. Le café est apparu en France pour la première fois en Martinique en 1600.
Petit à petit, les grandes puissances vont apporter du café dans leurs colonies pour faire de plus grandes cultures. Le café devient une boisson de dégustation en 1789 avec apparition des cafés (lieu).
La caféine a été découverte par un chimiste allemand en 1819, il l’appela « kaffein », d’où caféine car elle est le principal composé chimique du café. Cette molécule permet au café d’agir comme un stimulant du système nerveux et du système cardio-vasculaire, la somnolence est alors diminuée et l'attention augmentée temporairement. Il faut savoir qu'elle possède également d'autres vertus : « Une boisson aussi noire que l’encre, utile contre de nombreux maux, en particulier les maux d’estomac » disait Leonhard Rauwolf
Cette molécule est également présente dans le thé, appelée alors théine.
2. Composition du café
2.1 Les différentes substances présentes dans le café
Les grains de café renferment à eux seuls plus d'une centaine de constituants tels que des matières azotées ou des tanins. Près de la moitié de la matière sèche du grain de café vert (non torréfié) est constituée de glucides, environ 15% est composée de lipides et 10% de protéines. On trouve également 7% d'acide chlorogénique, aux propriétés antioxydantes.
De plus le café est riche en vitamines et minéraux tels que le potassium, le calcium et le magnésium. En réalité la caféine ne représente que 1.3% de la matière sèche d'un Arabica et 2.4% d'un Robusta ! Néanmoins, malgré cette faible proportion, la caféine demeure la substance la plus remarquable du café si l'on considère ses effets sur l'organisme. C'est pourquoi nous avons décidé d'axer nos recherches sur cette substance aux multiples propriétés.
2.2
La substance psychoactive du café : la caféine
La
caféine
a longtemps été classée dans la famille des alcaloïdes à cause
de ses propriétés très similaires: c'est-à-dire que c'est une
molécule organique ( elle
possède au moins un atome de carbone) hétérocyclique
( un cycle constitué d'atomes d'au moins deux éléments différents)
azotée (contenant
au moins un atome d'azote) basique
(élément chimique capable de capturer un ou plusieurs protons ou
bien de fournir des électrons). Un alcaloïde
peut aussi avoir une activité
pharmacologique.
N.B
: Tous les
alcaloïdes possèdent une terminaison
en « -ine
» d'où le nom caféine.
On
considère maintenant que la caféine n'appartient
plus à cette
catégorie à cause de son Ph,
elle est donc classée dans la
famille des méthylxanthines.
Cette famille est une base
xanthinique (
pigment de couleur orangé, cette substance est issue de la
dégradation des base puriques ( adédine et guanine)). Sur cette
base un ou plusieurs
hydrogène en position 1,3 ou 7
est substitué par un groupe
méthyl.
La
théophylline
(feuille de thé),
la théobromine
(chocolat), la caféine
et la paraxanthine
(stimulant psychotropes) font parties de la famille des
méthylxantines.
La caféine est décrit comme un stimulant psychotrope :
Un stimulant est une substance qui augmente l'activité du système nerveux sympathique. Ce système nerveux sympathique contrôle la plupart des activités inconscientes de l'organisme, le rythme cardiaque par exemple.
Un psychotrope est une substance agissant sur le système nerveux central ( il comprend l’encéphale : cerveau, le tronc cérébral, le cervelet ainsi que la moelle épinière et les nerfs crâniens) qui modifie certains processus biochimiques et physiologiques cérébraux. Il peut aussi avoir certains effets toxiques et provoquer une certaine dépendance. Psychotrope signifiant littéralement : « qui agit, qui donne une direction »(trope) « à l'esprit ou au comportement »(psycho)
La caféine est présente dans différentes plantes, dans différentes graines, dans des fruits ou encore dans des feuilles afin d'agir comme un insecticide naturel. Cette caféine une fois extraite des graines du caféier est strictement identique à la théine contenue dans les feuilles de thé, dans la guaranine extraite des graines de guarana et dans la matéine contenue dans les infusions de feuilles de yerba maté. C8H10N4O2, ou 1,3,7-triméthylxanthine ou encore 1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione correspond donc à la formule brute d'une substance que l'on peut appeler caféine, ou encore théine ou bien matéine.
Ces trois noms sont donc des synonymes, ces substances ont les mêmes effets et la même formule brute. Seul le mode de consommation ainsi que la provenance et la concentration de cette substance varient d'un nom à l'autre.La caféine à l'état pure est présentée sous la forme d'un poudre blanche avec un goût extrêmement amer.
|
Voici
un graphique permettant de comparer la teneur en caféine des
boissons les plus courantes
*
à noter que pour les boissons telles que le thé et le café, les
teneurs en caféine peuvent plus ou moins varier en fonction de la
concentration de la boisson qui dépend de son mode de préparation,
de l'origine des grains de café ou des feuilles de thé, etc. Par
exemple, les Robusta ont une teneur en caféine deux fois supérieure
à celle des Arabicas.
Quelques
caractéristiques de la caféine :
Sa
masse molaire :
Données
:
C
: 12g/mol , H
: 1g/mol , N
:
14g/mol et O
: 16g/mol
M(caféine)=M(Carbone)+M(Hydrogène)+M(Azote)+M(Oxygène)
M(caféine)
= (8 * 12) + (10 * 1) + (4 * 14) + (16 * 2)
M(caféine)
= 96 + 10 + 56 + 32
M(caféine)
= 194 g/mol
La
masse molaire de la caféine est donc de 194 g/mol.
Calculons
les pourcentages des éléments présents dans une mole de caféine :
194
à100%
96g
(C) à%C = 96 * 100 / 194 = 49,48%
10g
(H) à%H = 10 * 100 / 194 = 5,15%
56g
(N) à%N = 56 * 100 / 194 = 28,87%
32g
(O) à%O = 32 * 100 / 194 = 16,50%
La
caféine est donc composée à 49,48%
de Carbonne,
5,15%
d’Hydrogène,
28,87%
d'Azote
et de 16,50%
d'Oxygène.
La
température
de fusion
de la caféine anhydre est de 227°-228°C.
Sa
température
d'ébullition
est de 178°C.
La caféine est modérément soluble dans l'eau, le solvant dans
lequel cette solubilité est la plus grande est le dichlorométhane.
La masse volumique de cette substance est de 1,23 g·cm-3
à 18 °C.
3.
Consommation
La
caféine est souvent victime
de préjugés
car de nombreuses personnes pensent qu'elle ne se trouve que dans des
boissons
(café, thé, boissons énergisantes), c'est faux car la caféine est
aussi présente sous forme d'aliments
consommés quotidiennement
( chocolats), la caféine est très présente dans notre consommation
quotidienne(
cf graphique en-dessous). Plus de 94%
des français en consomment chaque jour.
-
Une
consommation
de
caféine est considérée comme faible
lorsque l'on consomme moins de 200
mg
de caféine par jour.
- Une
consommation
de caféine est considérée comme modérée
lorsque l'on consomme entre 200
et 400 mg
de caféine par jour.
- Une
consommation
de
caféine est considérée comme élevée
lorsque l'on consomme plus de 400
mg
de caféine par jour.
Le
graphique ci-dessous montre la consommation
en caféine
en mg par jour et par habitant
au sein de différents pays, la
barre verte
symbolise la consommation de caféine sous forme de thé,
la barre
marron
la consommation sous forme de café
et la barre
blanche
symbolise la consommation additionnée sous les deux
formes.
Une
constatation peut être faite :
-
La
consommation de thé
est la plus importante
au
Royaume-Uni et en Irlande,
pays ou le thé est de tradition notamment au petit-déjeuner.
- Les
pays
que l’on peut appeler « Baltes »
(Suède,Norvège,Danemark) sont les plus gros
pays consommateurs
de café et de caféine.
Les Suédois pouvant consommer jusqu’à 390 mg de caféine chaque
jour.
Le
graphique présenté ci-dessous contient trois
courbes
qui représentent l'évolution de la consommation
de caféine aux USA sous trois formes
( une courbe par forme) de 1970
à 2000
D’après
le graphique,
-
La
consommation de thé
reste stationnaire
( environ 30litres/an/habitant)
- La
consommation de caféine sous forme de café
a fortement diminué
( de 150 Litres à 100 Litres)
- La
consommation sous forme de boissons
gazeuses
a doublé (100 litres à 200litres)
4. Expérience
Objectif : Extraction de la caféine du coca cola et identification de la caféine.
La caféine est un alcaloïde présent dans le café, le thé, le coca-cola et d'autres boissons analogues. Elle peut être isolée par extraction à l'aide d'un solvant organique.
Etape 1 : Extraction de la caféine du Coca-Cola.
Objectif : Extraction de la caféine du coca cola et identification de la caféine.
La caféine est un alcaloïde présent dans le café, le thé, le coca-cola et d'autres boissons analogues. Elle peut être isolée par extraction à l'aide d'un solvant organique.
Etape 1 : Extraction de la caféine du Coca-Cola.
- I. Matériels :
- Bécher ( 1L )
- Ampoule à décanter
- Erlen
- Entonnoir en verre
- Plaque d'agitation
II. Réactifs :
III. Mode opératoire :
- Placer dans un grand bécher le contenu d'une canette de Coca-Cola.
- Ajouter, tout en agitant vigoureusement
et par petites portions, du carbonate de sodium solide, jusqu'à ce que le
pH devienne franchement basique.
Attention : aux mousses importantes qui sont susceptibles de se former. - Transvaser le contenu du bécher dans une ampoule à décanter
- Puis, Extraire par deux fois, 40 mL de dichlorométhane.
Etape 2 : Identification de la caféine par chromatographie.
I. Objectifs:
- Réaliser une CCM.
- Déterminer un rapport frontal.
- Identifier une espèce chimique.
- Préciser si une espèce est
pure ou composée.
- Plaque à chromatographie (gel de silice sur support d'aluminium) et cuve à élution.
- Pipette capillaire
- Sèche cheveux.
- Extrait de caféine ( issue de l'expérience précédente )
- Cuve à révélation contenant une solution de permanganate de potassium ou cuve à révélation contenant quelques cristaux de diiode.
III. Manipulation
- Découper la plaque aux dimensions 5cmx10cm en faisant attention de ne pas mettre les doigts sur le gel de silice (la saisir par la tranche).
- Tracer un léger trait de crayon à 2cm du bord inférieur.
- A l'aide d'une pipette capillaire (ou d'un pique-olive coupé), placer une tache de chaque colorant sur le trait (on utilisera une pipette ou un pique-olive différent pour chaque colorant).
- Placer la plaque dans la cuve à élution le plus verticalement possible et laisser l'élution se produire sans bouger la cuve.
- Lorsque le front du solvant est à 1 cm du bord supérieur de la plaque, retirer celle-ci de la cuve et marquer la position du front du solvant à l'aide d'un léger trait de crayon.
- Sécher la plaque.
Nous avons déposés 3 substances successives : du Coca-cola, du café et enfin de la caféine pure.
L'expérience est concluante. En effet, après avoir laissé sécher le chromatogramme obtenu et l'avoir éclairé à la lampe UV, on observe trois taches bien distinctes à la même hauteur: il s'agit donc de la même espèce chimique. Or la tache de droite provient de la caféine pure. On peut donc en déduire que le Coca-Cola et le café sont également composés de caféine.
L'expérience est concluante. En effet, après avoir laissé sécher le chromatogramme obtenu et l'avoir éclairé à la lampe UV, on observe trois taches bien distinctes à la même hauteur: il s'agit donc de la même espèce chimique. Or la tache de droite provient de la caféine pure. On peut donc en déduire que le Coca-Cola et le café sont également composés de caféine.