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咖啡科學:百變風味從哪裡來?

有許多因素都會影響咖啡的風味:品種、烘焙程度、沖煮配方、處理法等等,但是當你深入去看時,你會發現風味只取決於一件事的影響:化合物的組成。

咖啡烘焙的方式、咖啡的品種、種植的海拔,這些都會對化合物產生影響。但如果我們想真正了解美味咖啡的由來,我們需要了解它背後的科學。(如果你會自己烘豆更應該要了解,因為你的工作是在烘豆時操控熱量來控制多種化學反應。)

作者在撰寫此文時,正在攻讀食品科學博士學位,專注於如何透過分析其化學成分來預測咖啡的風味、香氣和品質。本文讓我們來看看你應該要知道的重點。

新鮮沖煮倒出的咖啡

風味跟化學息息相關

香氣、風味、餘韻、酸質、醇厚度,這五個咖啡的屬性都是對不同化合物的反應。在杯測桌上,我們用感官評鑑它們,但化學反應仍然起作用。我們評估乾香氣,然後是我們破渣時的香氣,然後是風味。不同的階段,可以感受到不同的分子。

身為一個Q grader,我很喜歡杯測咖啡。但作為一名科學家,我也直接研究化合物以及它們如何相互作用。有許多非揮發性化合物對碳水化合物和咖啡因作用,對最終的風味和品質有影響。這些化合物的含量將根據咖啡生豆的品質而有所不同,但要記得,生豆的化學成分與熟豆的化學成分完全不同。

這讓我想到了揮發性化合物:這些化合物主要是在烘焙過程中通過化學變化轉化產生的。它們對於咖啡的品質影響深遠。

有些你該認識的非揮發性物質

當我們講到非揮發性物質時,重要的是要強調生物鹼(咖啡因和葫蘆巴鹼)、綠原酸、羧酸、碳水化合物和多醣、脂類、蛋白質、蛋白黑素和礦物質。

以咖啡因為例,它會影響咖啡的感知強度、苦味以及醇厚度,它是水溶性的。另一個非揮發性物質是葫蘆巴鹼,有助於咖啡烘焙後與沖煮後的香氣。

綠原酸:

我非常喜歡它,並不是因為它很美味,事實上正好相反,但作者花了很長時間研究這個物質。

關於綠原酸有一件很重要的事,它們是由反式肉桂酸(咖啡酸,阿魏酸和對香豆酸)以及奎寧酸形成的。讓我解釋一下:奎寧酸是造成咖啡苦味和澀味的原因。在烘焙過程中,綠原酸會降解,這代表我們會感覺到奎寧酸的增加。這是非常深焙咖啡豆會喝到許多苦味的原因之一

有機酸:

現在我們談論的是好的酸質。這是咖啡好品質的關鍵屬性,通常與甜度相關。以下有些事情你也必須了解:

  • 阿拉比卡的酸質比羅布斯塔多
  • 烘焙過程會減少酸的含量(生豆約11%、熟豆約6%)
  • 深焙咖啡會減少酸的含量以及酸度

現在讓我們來看酸質的類型:有些酸比較容易被人的感官察覺,像是檸檬酸、蘋果酸和綠原酸,雖然一些酸在烘焙過程中會降解(例如綠原酸),但是其他酸則會增加濃度(如甲酸、乙酸、乳酸等)

碳水化合物和多醣:

你應該知道的是阿拉伯半乳聚醣、甘露聚醣和纖維素。這些化合物在保留咖啡中的揮發性化合物方面發揮著重要作用,也有助於香氣的形成。並且就風味而言,這些分子也會影響咖啡的口感。更重要的是,較小的葡萄糖和果糖,則有助於咖啡的甜味。

脂質

有助於沖煮出咖啡醇厚的口感,它們是從豆子中被萃取出來的,而在濃縮咖啡中,它們就是創造出crema的原因之一。烘焙過程並沒有真正影響脂質的含量,但是在烘豆機中,油脂確實會移動到豆子表面(以利將揮發性化合物維持在豆子裡面)。

類黑素:

這些是梅納德反應的產物:氨基酸與還原糖的羧基之間的反應。它們是大分子,在我們的豆子中產生棕色,並增加咖啡沖煮出來的質地。這代表咖啡的氨基酸含量與其品質密切相關。氨基酸越多,反應越多,類黑素越多。

然而要記得咖啡外表顏色的轉變,不只是因為類黑素的關係,而是焦糖化反應後的結果。

看完非揮發物質後,我們接著來看揮發性物質。

使用Kalita Wave沖煮

什麼是揮發性物質?

接下來我們到了咖啡的重頭戲:揮發性物質。咖啡中有非常多的揮發性物質,如前面所提,它們是構成咖啡品質的必要條件。

揮發性物質主要是在烘焙過程中,透過化學變化而產生的,但並不表示生豆對這部分沒有貢獻,揮發性物質會根據咖啡的品種、農民處理的技術、咖啡種植地理環境等因素受影響。

烘焙後的咖啡具有超過一千種揮發性化合物,然而只有少部分才會產生我們感受到的香氣,許多研究人員指出只有約20-30種化合物會在飲料中讓我們感受到。當我們分析香氣時,它可能只是單一化合物,而這個化合物可能還會再跟其他化合物結合產生綜效,人的鼻子的臨界值能感受到的不會是所有1,000種化合物。(臨界值是指人類鼻子感受到化學物質的最小量)。

產生揮發性化合物的反應

讓我們來看看導致這些揮發性化合物的化學反應。主要的化學反應是梅納德反應(非酵素褐化反應)。雖然我們已經在上面的類黑素區塊看過,但它們還會產生含氮和硫的雜環化合物。

另一個需要注意的重要反應是酚酸降解。這是綠原酸的降解(還記得那些來自非揮發性化合物的部分嗎?),以形成咖啡酸(或另一種反式肉桂酸),內酯和奎寧酸。 這些化合物會讓萃取出來的咖啡有苦味和澀味。

熱解反應:另一個關鍵的反應,它主要發生在咖啡烘焙時的發展階段,並且指的是醛和酮中的氨基酸分解,而這有助於香氣的形成。

而且,說實話,在烘焙過程中至少還有七種反應可以討論,但這又是另一篇文章的主題。在我看來,烘焙階段就像是豆子裡面發生的一個大型化學派對,而且還有很多事情要發生。

烘焙後等待降溫的咖啡豆