Caffè: partendo dalla semplice chimica
Il caffè è una bevanda popolare derivata dai frutti lavorati della specie Coffea. Gli scienziati hanno fatto risalire l’uso del caffè ai monasteri sufi yemeniti del XV secolo e ne sottolineano la rilevanza all’interno del concetto di “omologia cibo-medicina”, in cui gli alimenti possiedono sia funzioni nutrizionali che medicinali. L’industria globale del caffè continua a registrare una crescita robusta, con una produzione annua di chicchi di caffè superiore a 10 milioni di tonnellate. Le cultivar di caffè commerciali sono prevalentemente Coffea arabica (Arabica), Coffea liberica (Liberica) e Coffea canephora (Robusta). L’Arabica rappresenta circa il 70% della quota di mercato globale, grazie alla sua bassa amarezza e al suo profilo aromatico complesso.
Diversi studi hanno descritto il caffè come una bevanda chimicamente complessa e ricca di composti bioattivi. I chicchi di caffè crudi (non tostati) contengono principalmente carboidrati, lipidi e proteine. Include anche una quantità minima di composti azotati, minerali e sostanze acido-estere. Il processo di tostatura dei chicchi di caffè produce anche diversi composti, come le melanoidine, a seguito di reazioni di Maillard e pirolisi. Ad esempio, il contenuto di carboidrati e composti azotati diminuisce, mentre il contenuto di lipidi aumenta dopo la tostatura. In particolare, le melanoidine formate durante la tostatura possono costituire fino a un quarto della massa dei chicchi tostati, a dimostrazione di un’ampia trasformazione chimica.
Chimica funzionale del caffè
Gli scienziati hanno ampiamente classificato i composti bioattivi del caffè in quattro categorie principali: alcaloidi (ad esempio, caffeina, trigonellina), polifenoli (ad esempio, acidi clorogenici), diterpeni (ad esempio, cafestolo) e prodotti della reazione di Maillard (melanoidine). Questi composti interagiscono attraverso meccanismi sinergici e antagonisti, formando reti di regolazione multidimensionali che portano a diversi benefici per la salute. Si sottolinea che la comprensione di queste interazioni a livello di rete è essenziale, poiché concentrarsi su composti isolati non riflette accuratamente il comportamento del caffè in condizioni di consumo reali. I meccanismi associati ai composti bioattivi del caffè e i loro effetti terapeutici sono descritti di seguito.
Alcaloidi
La caffeina del caffè è un alcaloide altamente stabile che viene metabolizzato principalmente nel fegato attraverso il citocromo P450 1A2 (CYP1A2). Questo alcaloide deriva principalmente le sue funzioni fisiologiche dall’antagonismo competitivo dei recettori dell’adenosina A1/A2A e dall’inibizione specifica dell’attività della fosfodiesterasi 4/5 (PDE4/5). Attraverso questi meccanismi, la caffeina agisce come antagonista a bassa affinità del sito benzodiazepinico a livello dei recettori GABA-A, che svolgono un ruolo cruciale nel ridurre la soglia convulsiva. Studi molecolari hanno dimostrato il ruolo neuroprotettivo della caffeina.
Agisce come stimolante del sistema nervoso centrale (SNC), migliorando potenzialmente la funzione cognitiva e riducendo il rischio di malattia di Parkinson (PAD) attraverso l’antagonismo del recettore dell’adenosina A2A. Tuttavia, un aumento dell’assunzione di caffeina può aumentare i disturbi del sonno e l’ansia. Numerosi studi hanno dimostrato gli effetti antinfiammatori, neuroprotettivi, antiobesità e antidiabetici della caffeina. Dati su coorti umane dimostrano che il caffè con caffeina, piuttosto che il caffè decaffeinato, è fortemente associato a un ridotto rischio di malattie neurodegenerative.
Diversi studi in vitro, modelli animali e analisi di docking molecolare hanno dimostrato il potenziale della trigonellina per i disturbi neurodegenerativi, tra cui Alzheimer, Parkinson e depressione, attraverso meccanismi che includono la mitigazione dello stress ossidativo, l’inibizione della degradazione dell’acetilcolina e della neuroinfiammazione.
Polifenoli
Gli acidi clorogenici (CGA) sono i polifenoli più abbondanti nel caffè. Questi polifenoli contribuiscono in modo determinante alle proprietà antiossidanti e regolatrici metaboliche del caffè. Meccanicisticamente, l’acido 5-O-caffeoilchinico (5-CQA), un CGA abbondante, attiva il fattore di trascrizione Nrf2 per sopprimere lo stress ossidativo e inibisce l’α-glucosidasi per modulare la glicemia postprandiale. Una tipica porzione di caffè contiene da 27 a 120 mg di CGA. Questi composti bioattivi antinfiammatori sono associati alla regolazione glicemica e alla neuroprotezione. La tostatura degrada significativamente i CGA, con una tostatura leggera che ne trattiene molti di più rispetto alla tostatura scura.
Diterpeni
Cafestolo e kahweolo sono diterpeni furanici abbondanti negli oli del caffè. I loro effetti fisiologici dipendono in gran parte dai metodi di preparazione. Ad esempio, le tecniche di filtrazione su carta rimuovono una quantità significativa di diterpenoidi, mentre le tecniche di preparazione non filtrate, come la French press, ne mantengono l’intero contenuto.
I diterpeni mostrano attività biologiche paradossali. Inducono un aumento dei livelli di colesterolo LDL (lipoproteine a bassa densità), aumentando potenzialmente il rischio di malattie cardiovascolari, e inducono la glutatione S-transferasi (GST) per l’attività antitumorale. I diterpeni mostrano anche proprietà epatoprotettive e antinfiammatorie.
Prodotti della reazione di Maillard
Durante la tostatura del caffè, la reazione di Maillard produce una complessa gamma di composti, tra cui le melanoidine. Questi composti presentano strutture molecolari arricchite con anelli di furano e pirrolo, responsabili della loro capacità di chelazione degli ioni metallici e dell’attività inibitoria della perossidazione lipidica. Tuttavia, la reazione di Maillard porta anche alla produzione di composti nocivi, come l’acrilammide, un noto cancerogeno. Una concentrazione più elevata di acrilammide è stata riscontrata nel caffè tostato scuro, che presenta anche effetti neurotossici. Sebbene i livelli di acrilammide possano essere misurabili, l’esposizione alimentare tipica al caffè rimane al di sotto della maggior parte delle soglie di preoccupazione normative.
La complessità del caffè
Il caffè contiene una varietà di composti chimici che agiscono insieme, si oppongono o agiscono in sequenza per influenzare molteplici bersagli molecolari. Attraverso queste interazioni, il caffè aiuta a regolare lo stress ossidativo, l’infiammazione, il metabolismo e la neuroprotezione. Ampie evidenze epidemiologiche collegano un consumo moderato di caffè a minori rischi di diabete di tipo 2, morbo di Alzheimer, morbo di Parkinson e disturbi cardiovascolari. L’attuale ricerca farmacologica sul caffè è spesso frammentata, concentrandosi su componenti isolati e trascurando le interazioni tra più composti.
Ciò si traduce in tre principali limiti della ricerca: un’eccessiva enfasi sui composti isolati piuttosto che sulla sinergia multicomponente, una limitata indagine sui costituenti bioattivi minori e un eccessivo affidamento su modelli in vitro o su roditori privi di validazione traslazionale umana. Mappando le reti bersaglio di CGA, caffeina e composti correlati, i ricercatori saranno in grado di chiarire le basi biologiche della regolazione multi-bersaglio del caffè. Questo approccio integrato supporterebbe una visione più olistica del caffè come alimento funzionale e fornirebbe una base teorica per i suoi benefici per la salute.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
Peng R et al. Front Nutrition. 2025; 12:1690881.
