Cafeïne in koffieplanten doet meer dan insecten weghouden

Een koffiebloem bevat maar een paar microliter nectar, en een deel daarvan is gedrogeerd. Cafeïne zit erin in concentraties tussen 0,003 en 0,253 mM, ver onder wat een mens kan proeven, en genoeg om sporen na te laten bij het insect dat ervan drinkt. Naast wat er in de bladeren zit, stelt het cafeïnegehalte van een bloem niets voor. Het is ook het enige deel waarvan is aangetoond dat het iets doet.

Bijna alles wat over cafeïne wordt geschreven begint bij het kopje. De plant was er eerder, en haar redenen hebben niets met iemands ochtend te maken.

Wat de nectar van koffiebloemen echt bevat

Een onderzoeksgroep van Newcastle University bemonsterde de nectar van drie Coffea-soorten, C. canephora, C. arabica en C. liberica, naast drie Citrus-soorten, en publiceerde het resultaat in 2013 in Science. Waar cafeïne aanwezig was, liep de concentratie van 0,003 tot 0,253 mM. Het totale suikergehalte in diezelfde nectar lag tussen 0,338 en 0,843 M, en daar is het een bij om te doen.

Cafeïne dook vaker op in de nectar van Coffea canephora dan in die van de andere twee, en die soort had de hoogste gemiddelde concentratie van alle bemonsterde planten. Hetzelfde geslacht, andere chemie, en het verschil loopt dezelfde kant op als dat in de bonen.

Drie keer zoveel bijen herinnerden zich de geur

Die inventarisatie was pas de opzet. Dezelfde groep leerde honingbijen een bloemengeur te koppelen aan een suikerbeloning. Een deel van die beloningen bestond uit pure sucrose, een ander deel bevatte 0,1 mM cafeïne, een dosis die precies binnen het bereik viel dat kort daarvoor in echte bloemen was gemeten. Tijdens het trainen leerden beide groepen ongeveer even snel. Het verschil kwam daarna.

Drie keer zoveel bijen herkenden de aangeleerde geur 24 uur later en reageerden alsof die voedsel voorspelde. Na 72 uur deden er nog altijd twee keer zoveel dat. Het geheugen van bijen geldt niet als iets wat een bloem verbetert, en het effect kwam niet doordat de dieren simpelweg beter roken.

Het mechanisme is hetzelfde als elders. Cafeïne blokkeert adenosinereceptoren, en dat antagonisme versterkt de neuronen in het paddenstoellichaam waarmee een bij geuren leert. Cellen die zwak zouden hebben geantwoord, antwoorden harder, en het spoor dat achterblijft houdt stand.

Een dosis die net onder bitter blijft

Bijen proeven cafeïne. Ze hebben neuronen die de stof detecteren in sensilla op hun monddelen, en ze weigeren suikeroplossingen zodra de cafeïne boven 1 mM uitkomt. Dat plafond raakt de nectar nooit. In alle bemonsterde bloemen bleef de concentratie onder 0,3 mM, oftewel 0,058 mg/ml.

Zet daar de rest van de plant naast, waar in blad- en zaadweefsel waarden tot 24 mg/ml zijn gerapporteerd. De bloem is geen verdunde versie van het blad. Het is een andere dosis met een andere taak, en dezelfde stof leest als afschrikking bij de ene concentratie en als beloning bij de andere. In een kopje werkt dezelfde logica, en daarom krijgt cafeïne de schuld van een bitterheid die ze nauwelijks veroorzaakt.

Waar cafeïne in koffieplanten wordt gemaakt

De aanmaak van cafeïne verloopt via drie methyleringsstappen op een xanthosineskelet, op de posities 7-N, 3-N en 1-N. De tussenproducten zijn de moeite waard om bij naam te kennen: eerst 7-methylxanthosine, dan theobromine, het alkaloïde dat chocolade draagt, en pas daarna cafeïne.

De plek waar dat gebeurt is niet de boon. Onderzoekers volgden beide soorten door de ontwikkeling van blad en vrucht en vonden dat jonge koffiebladeren de hoogste concentraties van de hele plant bevatten, met 3 procent van het drooggewicht bij Robusta tegen 1,6 procent bij Arabica. In volgroeide bladeren zakt dat naar 70 procent van het niveau in jong blad.

Jonge scheuten zijn wat een boom zich niet kan veroorloven te verliezen. Daar zit de chemie.

Wat er in de boon overblijft

Tegen de tijd dat het zaad rijp is, is het gat kleiner maar niet dicht. In de rijpe boon ligt het cafeïnegehalte 50 procent hoger bij Robusta dan bij Arabica, een verschil dat lang voor de oogst vaststaat en waar geen brander later nog iets aan verandert. Welke soort een boerderij plant is net zo goed een beslissing over ziektedruk en hoogte als over smaak, en daarom zijn de variëteiten die de door roest gedode bomen vervingen net zo goed chemie als landbouwkunde.

De regel op een zak die er dus toe doet is de soort, niet de branding. Robustabonen waren nooit een sterkere versie van dezelfde plant. Ze komen van een boom die meer van zijn budget aan één molecuul besteedde, te beginnen in bladeren die nooit in een kopje terechtkwamen.