咖啡科學:深度解析咖啡風味的來源

影響咖啡風味的因素有很多:咖啡豆品種、烘焙情況、衝煮策略、咖啡豆處理方式……然而,當你把這些因素一分再分,最終,所形成的咖啡風味皆係於一類物質——化合物。

烘焙咖啡的方式,咖啡豆的種類,咖啡生長的海拔,所有這些細枝末節都會對這些化合物產生影響。但如果想真正意義上地優化咖啡風味,就需要了解其背後的科學。(對於烘豆師來說尤其如此,烘豆師的工作就是通過改變熱量來控幾個關鍵的化學反應。)

我目前正在攻讀食品科學博士學位,我的專業重點是通過分析咖啡的化學成分來預測其風味、香氣和品質。接下來,我們一起看看哪些是你我都應該掌握的要點。

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風味:與化學脫不開干係

香氣、風味、餘韻、酸度和醇厚度——所有這五種屬性都對應著不同的化合物。在杯測桌上,我們用感官來解讀它們——即便這時,化學反應仍在進行著。我們評估乾香,接著是破渣時的香氣,再之後是味道。不同的階段,不同的化學分子。

作為一名Q-grader,我喜歡杯測咖啡的感性過程。但作為一名科研人員,我同時關注咖啡中的多種化合物以及其間的相互作用。從碳水化合物到咖啡因,有許多非揮發性化合物對風味和品質產生影響。這些化合物的佔比會根據咖啡生豆的品質不同而各不相同——但請記住,咖啡生豆的化學成分與咖啡熟豆的化學成分完全不同。

同時,不得不提及的是那些揮發性化合物——它們大多是烘烤過程中所發生的化學反應的產物,卻對咖啡品質有著至關重要的影響。

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咖啡中的非揮發性物質

當我們談論非揮發性化合物時,我們在談論什麼?

咖啡中的非揮發性物質包括:生物鹼(咖啡因和葫蘆巴鹼)、綠原酸、羧酸、碳水化合物和多醣、脂質、蛋白質、類黑素和礦物質。

咖啡因:它可溶於水,將會影響一杯衝煮咖啡的強度、苦味和醇厚度。另一種逾越不開的生物鹼是葫蘆巴鹼,它有助於提升烘焙咖啡豆和衝煮咖啡的香氣。

綠原酸:我個人沉迷於綠原酸。這倒不是因為它們帶來良好風味,事實恰恰相反,卻對咖啡風味有著不可估量的影響。我花了大量時間來研究綠原酸。

關於綠原酸,需要了解的是,它們是由反式肉桂酸(包括咖啡酸、阿魏酸和對香豆酸)和奎尼酸形成的。這其中:奎尼酸是咖啡苦味和澀味的原因。咖啡豆烘烤過程中,綠原酸發生降解——這意味著奎寧酸的增加。這就是深烘的咖啡豆帶有更強苦味的原因之一。

有機酸:現在我們來談論一下好的酸度。這是構成咖啡品質的一個重要屬性,通常與甜味相關。這些事情你應該有所了解:

  • 阿拉比卡比羅布斯塔有更強的酸度;
  • 咖啡酸度隨著咖啡豆烘烤的進行而遞減(生豆含有11%,熟豆僅有6%);
  • 深烘咖啡在降低了咖啡中的酸性成分的同時,也降低了酸度的可感知度。

讓我們來看看酸度的類型:咖啡中一些比較容易感知到的酸是檸檬酸、蘋果酸和綠原酸。雖然有些酸在烘烤過程中會發生降解(例如,綠原酸),但其他一些酸的濃度會增加,如甲酸、乙酸、乳酸等。

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碳水化合物&多醣:有關多醣,你應該知道是阿拉伯半乳聚醣、甘露聚醣和纖維素。這些可愛的化合物在挽留咖啡中的揮發性化合物方面發揮著重要作用,它們同樣有助於香氣的形成。此外,較小的糖和果糖有助於形成咖啡的甜感。

脂質:有助於豐富衝煮咖啡的質感。它們是從咖啡豆中萃取出來的,在Espresso中的表現就是crema。烘焙過程並不會真正影響它們的含量,但在烘焙過程中,分佈在咖啡豆內部的油脂確實會遷移到咖啡豆表面。

類黑素:它們是美拉德反應——氨基酸和還原糖之間的反應——的產物。它們是大分子化合物,使咖啡豆變成棕色,並增加了衝煮咖啡的口感。這意味著咖啡豆中的氨基酸含量與其品質密切相關。氨基酸越多,美拉德反應越多,產生越多的類黑素。

但請記住,咖啡熟豆的棕色不僅來源於美拉德反應所產生的類黑素,同時也來源於焦糖化反應。而這,將給我們帶來美好的揮發性化合物。

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咖啡中的揮發性物質

咖啡中含有非常非常之多的揮發性物質,它們真正意義上決定著咖啡的品質。

揮發性化合物主要是由烘焙過程中的化學反應產生的——但這並不意味著咖啡生豆與此無關。揮發性化合物是咖啡品種、農場處理技術以及咖啡風貌特徵的綜合表現。

經過烘烤的咖啡熟豆中包含超過1000種揮發性化合物。然而,這其中只有少量是能夠被我們感知到的香氣。一些研究人員認為,我們的咖啡中有大約20-30種揮發性物質發揮著實質作用。

在分析香氣時,我們應該記住,與其針對1000種化合物鉚勁兒,不如針對其中一種或幾種化合物,以及它與其他化合物之間的協同作用下功夫。因為,我們對它們的“閾值”(是指人類鼻子對化學物質敏感的最小量)更敏感。

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揮發性物質來自化學反應

接下來,讓我們來看看產生這些揮發性化合物的化學反應。其中,最主要的化學反應是美拉德反應(非酶促褐變)。我們已經從產生類黑素的角度討論過,然而,美拉德反應同時也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——綠原酸降解成咖啡酸、內酯和奎寧酸的過程。這些化合物導致衝煮咖啡的苦味和澀味。

斯特克爾降解也是一個關鍵的反應。它主要發生在咖啡烘焙的發展階段,是指醛和酮中氨基酸的分解,有利於香氣的形成。

另有數種化學反應發生在咖啡豆烘烤過程中,在此就不一一討論了。對我來說,咖啡烘焙就像是在咖啡豆內部轟轟烈烈進行著的一場化學反應大趴體。

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特別的物質,特別的風味

這些特別的揮發性化合物,包括烴類、醇類、醛類、酮類、羧酸類、酯類、吡嗪類、吡咯類、吡啶類、呋喃類、呋喃酮類、酚類等等。雖然這些名字聽起來饒舌,但它們都可以追溯到某一特定的咖啡屬性。

《咖啡鼻子》36味聞香瓶中,我最喜歡的是杏(16號-Apricot)——一種新鮮甜美的水果香味。通常來說,花香和果香是酮和醛的結果。如果你在《咖啡鼻子》附的小冊子中查找16號的特徵,將會發現這種香氣與苯甲醛有關。漂~亮!

呋喃和呋喃酮通常會讓我們感覺到焦糖及烘焙咖啡的味道。吡嗪可能與堅果的味道有關。當然,一些其他化合物的數量和彼此間的相互作用則會產生負面的味道——癒創木酚分子(酚類化合物)帶來藥物和膠皮的味道。

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如果說“咖啡是個坑”,我們現在所探索的這個咖啡風味世界更是個深坑。這篇文章只是關於咖啡化學所顯“神蹟”的粗淺介紹,還有很多東西有待深入。讓我們一起探討起來,無論是通過一本艱澀的化學書,還是一杯簡單的咖啡。

因為,即便這些風味化合物都將歸結於深奧複雜的科學領域,我們卻總能在杯中品嚐到它們的好與壞。

吃喝情報局

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