A cafeína, também conhecida como 1,3,7-trimetilxantina, cuja fórmula molecular é C8H10N4O2 e o peso molecular é de 194,19 g/mol, é um alcaloide natural encontrado em quantidades variáveis nos grãos, folhas e frutos de mais de 60 plantas, tendo como principais fontes a cola (Cola acuminate), o grão de cacau (Theobroma cacao), a erva-mate (Ilex paraguariensis) e sementes de guaraná (Paullinia cupana), além dos grãos de café torrados (Coffea Arabica e Coffea robusta) e as folhas de chá (Camelia siniensis), as principais fontes mundiais de cafeína na dieta.

Derivada da palavra alemã kaffee e da palavra francesa caf´e, cada uma significando café, a cafeína já era consumida em 2737 a.C., quando o imperador chinês Shen Nung ferveu água potável e folhas de um arbusto, criando um aroma agradável e o primeiro bule de chá. O café se originou muitos anos depois, no século 9, na Etiópia, quando um pastor começou a consumir frutas silvestres de café após observar que suas cabras tinham mais energia depois de comê-las.

A cafeína foi isolada relativamente pura pela primeira vez em 1819, pelo químico alemão Friedlieb Ferdinand Runge, que a chamou de Kaffebase. Dois anos depois, foi novamente isolada pelo químico francês Pierre Jean Robiquet, a quem a descoberta desta substância é geralmente atribuída, e por outro par de químicos franceses, Pierre-Joseph Pelletier e Joseph Bienaimé Caventou. Em 1895, o químico alemão Hermann Emil Fischer sintetizou a cafeína a partir de seus componentes químicos e, dois anos depois, também derivou a fórmula estrutural do composto.

Os primeiros refrigerantes com cafeína começaram a surgir no mercado no final da década de 1800, com a introdução do Dr. Pepper, marca de refrigerante gaseificado comercializada nos Estados Unidos pela Cadbury Schweppes Americas Beverages, seguida pela Coca-Cola e depois pela Pepsi-Cola.

O processo de descafeinação foi descoberto na Alemanha em 1903, quando alguns pesquisadores visaram obter processos de remoção da cafeína sem que o sabor do café sofresse alterações. Tal processo foi importantíssimo para a produção de cafeína na indústria.

O mercado de refrigerantes com cafeína cresceu enormemente durante a segunda metade do século 20, com o aumento da popularidade ocorrendo entre as bebidas que contêm maiores quantidades desse ingrediente.

Na última década, o mercado de bebidas com cafeína aumentou com a introdução de bebidas funcionais, incluindo a categoria de bebidas energéticas, bem como outras bebidas com cafeína, como as esportivas, sucos e águas. Além dessas bebidas, a cafeína também é encontrada no cacau, chocolate e em suplementos dietéticos.

Hoje, aproximadamente 80% da população mundial consome um produto com cafeína todos os dias e 90% dos adultos consomem cafeína diariamente. É consumida com mais frequência em bebidas como café (71%), refrigerantes (16%) e chá (12%).

A concentração de cafeína varia entre as diferentes bebidas, tendo o café, em geral, o valor mais alto em comparação com o chá, refrigerantes e algumas bebidas energéticas. Uma variação significativa na concentração de cafeína dentro de uma categoria de bebidas também pode existir, como no caso do café e do chá. No chá verde, por exemplo, existe uma grande variabilidade no conteúdo de cafeína de acordo com o tipo de chá verde e com o método de preparo. Dado que a cafeína ocorre naturalmente nessas bebidas, o seu conteúdo varia de acordo com a variedade da planta, as condições ambientais de cultivo e/ou o método de preparação usado.

No café, o conteúdo de cafeína varia amplamente de acordo com a forma de apresentação, quantidade utilizada, espécie/variedade/blend e o tipo de cultivo. Em geral, uma porção de café contém de 80 a 100 miligramas de cafeína, para uma única dose (30 mililitros) de expresso da variedade arábica, a aproximadamente 100 a 125 miligramas para uma xícara (120 mililitros) de café coado. O café da variedade arábica geralmente contém metade da cafeína da variedade robusta e o café torrado escuro apresenta teor um pouco menor de cafeína do que o café torrado mais claro, devido ao processo de torra, que reduz o conteúdo de cafeína do grão em uma pequena quantidade. Geralmente, o café instantâneo ou solúvel contém menos cafeína do que o café torrado e moído, se for ingerido o mesmo volume.

O chá é outra bebida mundialmente popular que contém cafeína. Existem quatro categorias principais de chá: preto, oolong, verde e branco, sendo que cada uma delas apresenta teores diferentes de cafeína.

O chá preto é originário da Índia, mas também é cultivado amplamente em outros países, incluindo a China. Sua cor escura característica é em função do processo de secagem, no qual as folhas perdem a umidade até atingirem 55% a 70% em peso e, em seguida, são oxidadas, liberando as enzimas responsáveis pelas características gerais de cor e sabor do chá. Uma vez atingido o nível desejado de oxidação, as folhas são aquecidas e secas a cerca de 3% de umidade. O calor carameliza os açúcares naturais e contribui para a intensidade do sabor no chá acabado. Quando o chá preto é embebido, o resultado é uma cor marrom-avermelhada profunda com um sabor levemente adstringente. Uma xícara de chá preto contém cerca de 50mg de cafeína por porção de 240ml, aproximadamente metade da quantidade em uma xícara de 240ml de café regular.

O chá oolong é comumente produzido no Sul da China e em Taiwan. Semelhante ao chá preto, as folhas de chá oolong são secas após a colheita, depois enroladas e oxidadas, processo que utiliza apenas cerca da metade do tempo do chá preto. As folhas semi-oxidadas são secas e o chá resultante se assemelha em corpo ao chá preto, mas com uma cor pálida ou amarela que corresponde ao brilho de um chá verde. Uma xícara de chá oolong contém níveis ligeiramente mais baixos de cafeína do que os do chá preto, com cerca de 38mg por porção de 240ml.

O chá verde recebe esse nome porque as folhas não são oxidadas e mantêm sua cor verde original. Depois de retiradas, são cozidas no vapor, enroladas e secas para interromper o processo de oxidação. Quando estão com cerca de 3% a 4% de umidade, são esmagadas em pedaços pequenos ou moídas em pó. Como a oxidação não ocorre, o chá verde tem um sabor mais sutil do que o chá preto ou o oolong, com cerca da metade da quantidade de cafeína, aproximadamente 25mg por xícara de 240ml.

O menos processado dos quatro principais chás é o chá branco. Ao contrário de outros chás, as folhas do chá branco são colhidas durante o processo de brotamento, quando as folhas são imaturas, sendo secas para atingir um teor de umidade de cerca de 5%. Para os chás brancos, o processo de laminação e oxidação é dispensado. O chá acabado não é realmente branco, mas de cor amarelo pálido. O sabor produzido é mais leve do que os chás preto e verde e o teor de cafeína é o mais baixo dos quatro chás, cerca de 15mg por xícara de 240ml.

A erva-mate também é um ingrediente de destaque entre as bebidas à base de chá que contém cafeína, apresentando, inclusive, um teor consideravelmente mais alto de cafeína, com uma média de 78mg. Os dois compostos mais abundantes na erva-mate são os polifenóis (ácido clorogênico) e as xantinas (cafeína e teobromina), seguidos por alcaloides purínicos, aminoácidos, flavonoides, minerais e vitaminas. A concentração de cafeína de uma variedade de chás de erva-mate de diferentes origens no mundo varia de 8,6% ± 0,004% a 15,5% ± 0,01% (p / p).

Existem muitos chás de ervas que não contêm cafeína, como hortelã ou rooibos. Esses tipos são originários de plantas, mas não da variedade Camellia sinensis. É fácil confundi-los com os chás que contém cafeína, uma vez que todos os tipos são chamados simplesmente de chá, mas apenas o chá preto, oolong, verde e branco fornecem a sensação proporcionada pela cafeína.

Assim como ocorre com o café, o teor de cafeína nos chás também está relacionado às condições de cultivo, técnicas de processamento e outras variáveis.

O gosto amargo da cafeína é parte integrante do sabor complexo e do perfil geral de alguns refrigerantes. Por mais de 100 anos, em alguns casos, as fórmulas dessas bebidas têm sido uma mistura cuidadosamente equilibrada de ingredientes, incluindo adoçantes, carbonatação, cafeína e outros aromatizantes, para produzir o sabor refrescante que os consumidores apreciam.

A quantidade de cafeína na maioria dos refrigerantes que a contêm é relativamente pequena, cerca de 30mg de cafeína por porção de 240ml, ou menos de um terço da quantidade presente em uma xícara de 240ml de café comum.

Em contraste aos refrigerantes, as bebidas energéticas possuem, no mínimo, 80 miligramas de cafeína por porção. A cafeína nessas bebidas é proveniente dos ingredientes usados ou de algum aditivo derivado do produto da descafeinação ou da síntese química. O guaraná, principal ingrediente das bebidas energéticas, contém grandes quantidades de cafeína com pequenas quantidades de teobromina e teofilina em um excipiente de liberação lenta que ocorre naturalmente. Além de água, a maioria dos produtos comercializados como bebidas energéticas contém carboidratos e cafeína como seus principais ingredientes; o carboidrato tem a função de prover o nutriente energético e a cafeína de estimular o sistema nervoso central.

Outra fonte de cafeína é o chocolate quente, que contém cerca de 5mg de cafeína por xícara de chá. De forma geral, as bebidas achocolatadas, sejam quentes ou frias, contêm teores de cafeína semelhantes, uma vez que o chocolate é uma fonte natural de cafeína.

Além da forma líquida, barras de chocolate, sobremesas, barras de cereais e outros petiscos que contenham chocolate também são fontes adicionais de cafeína. No chocolate ao leite, o teor de cafeína é de 5mg por 30g e no chocolate amargo é de cerca de 15mg por 30g; algumas barras de chocolate possuem cafeína adicionada além da concentração presente naturalmente.

Além do chocolate, gomas de mascar e doces também possuem concentrações de cafeína.

De forma geral, é difícil quantificar o consumo normal de cafeína recomendado, ou uma dose padrão, uma vez que a cafeína está presente em vários bens de consumo em níveis amplamente diferentes.