風味|精品咖啡甜理論-咖啡果實糖份積累揭密

20190602_022457630_iOS

黑咖啡為何能有自然甜? 

生活常識告訴我們,水果會甜,蔬菜不甜。會甜的水果中,又分比較甜的和比較不甜的。同種水果中,又分某產區的特甜,某產區的普通甜。

導致植物會甜的因素打哪來?是肥料給予咖啡植物醣份嗎?還是打了糖針所以那樣甜?農藝技術對甜度有影響嗎?微氣候因素會作用於糖份積累嗎?怎樣能把咖啡種得比較甜?

今日我們要從製造糖份的第一因,也就是植物的生長期開始,揭秘咖啡醣份分子的生成原因。

咖啡中的醣分子
20190602_022500846_iOS
圖:咖啡果實橫剖圖

咖啡生豆中的碳水化合物,佔了咖啡總重的50%,包括蔗糖、葡萄糖、果膠糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖、木糖等自然界中的醣類物質。

我們飲用的咖啡豆,是取自咖啡果實的種子。咖啡果實中的蔗糖,主要出現在果皮與種子兩部分,並以果皮的含量最高。

種子(也就是咖啡生豆)雖比不上果皮甜,但果皮中的醣分子,會隨著採咖啡加工法(例如水洗、日曬、密處理),不同程度滲入咖啡種子內,影響最終的甜度。

20190602_022503932_iOS
圖:不同蜜處理法,影響甜度的多寡

到了烘培階段,這些咖啡種子內的醣分子,會參與不同的反應,釋出不同的風味。

例如屬於還原醣類的醣分子(如:葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖等),在烘培初階的”梅納反應(Maillard Reaction)”中,就被轉化為各種芳香物質。

至於蔗糖,則在烘培稍後的”焦糖化反應(caramelization)”中, 與單寧酸發生反應,而產生屬於焦醣的風味。我們常說中烘豆子會比淺烘甜,就是這個道理,因為咖啡的甜味,主要就是由焦糖賦予的。

所以在咖啡的所有醣分子裡,要屬"蔗糖"對甜度最有貢獻力道。

那麼咖啡豆中的蔗糖,是怎麼來的呢?要理解這點,我們得談到咖啡植物的果實生長期,瞧瞧蔗糖積累的變化研究了。

蔗糖含量隨果實成長而增加
20190602_022507111_iOS
圖:咖啡果實不同生長期的顏色變化

咖啡果實的成長可分為五個階段:

-第一階段:幼果期(綠果) small sizes of green fruits

-第二階段:中果期(綠果) medium sizes of green fruits

-第三階段:大果期(綠帶粉果) large sizes of green fruits

-第四階段:成熟中(鮮紅果) ripening fruits 

-第五階段:完全成熟(紫紅果) fully-ripened fruits

下表顯示了不同咖啡品種在果實成長五階段,三種主要醣份物質在果皮與種子內的含量變化。

20190602_022510639_iOS
圖:不同種咖啡生長五時期的醣份積累變化

[表格縱軸] 是三個咖啡品種:阿拉比卡摩卡咖啡Mokka,阿拉比卡卡迪姆咖啡Catimor,羅布斯塔咖啡Canephora。

[表格橫軸] 是三種主要醣分物質: 蔗糖Suc,葡萄糖Glu,果糖Fruct,在果皮Pericarp與種子Seed 內的含量。而我們主要關注的焦點是蔗糖在生長期間變化。

此調查表格,顯示幾個值得注意現象:

不同品種咖啡

蔗糖含量天生有別

在上表中,以果實成長的最後第五階段,比較分析各品種咖啡,蔗糖在果皮和種子內的總含量:

摩卡品種咖啡,蔗糖總甜度為:29.22(19.33+9.89)

卡迪姆種咖啡,蔗糖總甜度為:32.92(24.48+8.44)

羅布斯塔咖啡,蔗糖總甜度為:12.64(8.08+4.46)

阿拉比卡兩品種咖啡,蔗糖甜度高於羅布斯塔種2.3~3倍,阿拉比卡種的卡迪姆蔗糖含量則高於摩卡品種12%。

蔗糖在生長最後期

達到積累最高峰

表格顯示,不論那一品種咖啡,在幼果期(1階)和中果期(2階),不論是果皮還是種子內,幾乎沒有蔗糖。到了大果期(3階),蔗糖才開始明顯積累在種子裡,果皮則少量出現。

到了成熟期(4和5階),三種醣分物質同時快速增加在果皮和種子內,並於第五期蔗糖積累達到最高峰。(參下表)

20190602_022514243_iOS
圖:卡迪姆Catimor 咖啡生長期的醣積累變化

上圖是卡迪姆品種(也是我國雲南咖啡的主力品種),果實生長五階段醣分子的表現。

從圖表趨勢來看,在第四和第五階段甜度走勢圖明顯拔高上揚。到了完全成熟期,果皮的蔗糖含量是種子的2-3倍。

這表說明為何精品咖啡採摘,會追求全熟的紅櫻桃。因為甜度是大家偏好的,為了得到最多的蔗糖,自然要盡量摘取邁入第五階段的咖啡櫻桃較好。

甜是標配,但甜度會浮動
20190602_022519550_iOS
圖:手揀挑出糖分最高的咖啡果實

今日的精品咖啡,甜是標配規格,不過甜"度"卻無法像工業化產品,例如搖搖杯果汁,可以讓你自由挑選微甜,半糖,或全糖。

你可以告訴咖啡師,你喜歡比較甜的咖啡,但你不能跟咖啡師說,你想要跟上次"同樣甜度"的咖啡。

因為甜度對咖啡這種農產品來說,是一個浮動的變化狀態。所有進入完全成熟的咖啡果實,不見得每顆甜度都相等。

換句話說,甜不甜,老天說了算,可惜老天爺每日都在變化它的心情啊!

當咖啡採摘時,即便盡力選擇了最成熟的紅櫻桃(第五階段),咖啡種植者僅能保證,該批次果實的甜度已是極大化,但無法保證所有成熟的咖啡果實擁有一樣的甜度。

同批成熟紅櫻桃,每​​顆甜度不同。同一地塊咖啡園,每株咖啡樹全熟果實的甜度不同。甚至同一棵咖啡樹,每批甜度仍會有不同。

甚麼導致了甜度的浮動性差異變化?  這正是接下來要探討的題目:光合作用與呼吸作用對甜度的影響。

植物用光合作用儲能
20190602_022522693_iOS

圖:陽光、二氧化碳與水是光合作用三元素

植物是生命體,它的成長需要消耗能量,這些能量的來源是葡萄糖。

人體透過攝食取得能量物質葡萄糖,植物則透過"光合作用(PHOTOSYNTHESIS)",生產自己維持生命需要的燃料-葡萄糖。

光合作用

需要生命三元素

我們常說,陽光、空氣、水,是生命的三元素。

在光合作用中,植物利用陽光(Solar Energy)、二氧化碳(Carbon Dioxide)和水(Water),藉由葉綠素,將碳固定並轉換為自身所需的能量燃料"葡萄糖(Glucose)",儲存下來。

光合作用利用暗反應

生成葡萄糖

20190602_022526060_iOS

光合作用主要分為兩種反應,一為光反應,一為暗反應。葡萄糖的形成始於光反應,終於暗反應。

光合作用生產的葡萄糖,為植物的生長與發育提供能量,植物用剩的葡萄糖,會被儲存在葉子,根或果實內,提供植物後期使用。

光反應利用日光產生化學能

20190602_022529435_iOS

光合作用的光反應,需要光的參與,因此發生於白晝。

在光反應中,植物根部吸收水( )送入葉子,陽光則被葉綠素中的光合色素吸收。然後水被分解為氧(O2)和氫(H),光能則轉化成化學能,以 ATP (上圖黃色)和 NADPH (上圖紅色)的形式貯存。

光反應公式為:12水H O +陽光→ 12氫H + 6氧O 2

暗反應利用二氧化碳產生糖

20190602_022532553_iOS

植物光反應所製造的ATP與NADPH,提供了植物暗反應中"卡爾文循環(Calvin-Benson Cycle)"運作所需要的電子。

卡爾文循環使用光反應的化學能,將二氧化碳轉換為醣類儲存利用,卡爾文使植物能進行生生不息的醣類製造。卡爾文透過三個反應完成自主循環:

1. 碳固定

當植物葉子吸入二氧化碳(CO 2 )時,葉綠素中一種蛋白質酶,會將二氧化碳與植物體內的RuBP鍵結,產生二個PGA。碳固定反應式為1CO2+RuBP=2PGA。

於是大氣中二氧化碳,被轉為植物內的碳分子,因此被稱為碳固定或碳同化作用。

2. 糖生成

在碳固定作用中產生的PGA,會消耗光反應產生的ATP來提升能階,同時利用NADPH供給電子,還原出PGAL(三碳糖)。

每三個二氧化碳,可以產生六個PGAL。其中有一個PGAL會脫離卡爾文循環,被植物細胞利用,去形成葡萄糖。至於剩餘五個PGAL,就參與下一階段RuBP的再生。

3. RuBP再生

前面提到,卡爾文循環的啟動要需要靠RuBP,前述剩餘的五個PGAL,這時會再使用光反應製造的ATP(需要三個),將PGAL變成RuBP。一但RuBP生成,植物就可以再次啟動新的卡爾文循環來繼續固碳

所以本階段的公式為:5PGAL+3ATP=3RuBP

卡爾文循環開始於葉綠體基質, 結束於細胞質基質。本身是一個物質轉換與不滅的生生不息循環。植物透過卡爾文循環產生了糖。

卡爾文循環啟動,需要光反應製造ATP與NADPH,當日落時,因為光反應製造的能量會逐漸耗盡,於是卡爾文循環停止。至於脫離卡爾文循環的三碳糖,就被轉換為葡萄糖,等待植物夜間呼吸作用的使用。

淨光合作用決定糖含量

20190602_022536002_iOS

植物透過光合作用所生產的葡萄糖,全部都轉為蔗糖或澱粉儲存嗎?並沒有。

光合作用雖生產了糖份,但是這不是結束,因為植物除了儲能的光合作用(PHOYOSYNTHESIS),還有一種耗能的呼吸作用(RESPIRATION)。

光合作用生產的葡萄糖,會被呼吸作用消耗,好供應植物在細胞分裂、植株生長、及礦物質等養分吸收時,需要使用的能量。

呼吸作用對維持植物生命是必須的,因此計算植物最終的蔗糖含量,必須看淨光合作用。 淨光合作用越高,植物才可能積累更多的糖。

20190602_022539351_iOS
圖:淨光合作用=光合作用-呼吸作用

怎樣提高淨光合作用?

從公式可以看出,咖啡必須減少運動(呼吸作用),提高進食量(光合作用),才會導致果實的增重(醣份積累)。

在咖啡的世界裡,要提高甜度,就要給咖啡執行"增重"計劃,吃多用少,甜度才會高。

在咖啡質量與微氣候的交互作用中,有幾個環境因素特別影響淨光合作用的結果,這些因素包含海拔、溫度、濕度、日照、降雨、土壤礦物質。

發表迴響

在下方填入你的資料或按右方圖示以社群網站登入:

WordPress.com 標誌

您的留言將使用 WordPress.com 帳號。 登出 /  變更 )

Google photo

您的留言將使用 Google 帳號。 登出 /  變更 )

Twitter picture

您的留言將使用 Twitter 帳號。 登出 /  變更 )

Facebook照片

您的留言將使用 Facebook 帳號。 登出 /  變更 )

連結到 %s