咖啡科学:百变风味从哪里来?

有许多因素都会影响咖啡的风味:品种、烘焙程度、冲煮配方、处理法等等,但是当你深入去看时,你会发现风味只取决于一件事的影响:化合物的组成。

咖啡烘焙的方式、咖啡的品种、种植的海拔,这些都会对化合物产生影响。但如果我们想真正了解美味咖啡的由来,我们需要了解它背后的科学。(如果你会自己烘豆更应该要了解,因为你的工作是在烘豆时操控热量来控制多种化学反应。)

作者在撰写此文时,正在攻读食品科学博士学位,专注于如何透过分析其化学成分来预测咖啡的风味、香气和品质。本文让我们来看看你应该要知道的重点。


新鲜冲煮倒出的咖啡

风味跟化学息息相关

香气、风味、余韵、酸质、醇厚度,这五个咖啡的属性都是对不同化合物的反应。在杯测桌上,我们用感官评鉴它们,但化学反应仍然起作用。我们评估干香气,然后是我们破渣时的香气,然后是风味。不同的阶段,可以感受到不同的分子。

身为一个Q grader,我很喜欢杯测咖啡。但作为一名科学家,我也直接研究化合物以及它们如何相互作用。有许多非挥发性化合物对碳水化合物和咖啡因作用,对最终的风味和品质有影响。这些化合物的含量将根据咖啡生豆的品质而有所不同,但要记得,生豆的化学成分与熟豆的化学成分完全不同。

这让我想到了挥发性化合物:这些化合物主要是在烘焙过程中通过化学变化转化产生的。它们对于咖啡的品质影响深远。

有些你该认识的非挥发性物质

当我们讲到非挥发性物质时,重要的是要强调生物碱(咖啡因和葫芦巴碱)、绿原酸、羧酸、碳水化合物和多糖、脂类、蛋白质、蛋白黑素和矿物质。

以咖啡因为例,它会影响咖啡的感知强度、苦味以及醇厚度,它是水溶性的。另一个非挥发性物质是葫芦巴碱,有助于咖啡烘焙后与冲煮后的香气。

绿原酸:

我非常喜欢它,并不是因为它很美味,事实上正好相反,但作者花了很长时间研究这个物质。

关于绿原酸有一件很重要的事,它们是由反式肉桂酸(咖啡酸,阿魏酸和对香豆酸)以及奎宁酸形成的。让我解释一下:奎宁酸是造成咖啡苦味和涩味的原因。在烘焙过程中,绿原酸会降解,这代表我们会感觉到奎宁酸的增加。这是非常深焙咖啡豆会喝到许多苦味的原因之一

有机酸:

现在我们谈论的是好的酸质。这是咖啡好品质的关键属性,通常与甜度相关。以下有些事情你也必须了解:

阿拉比卡的酸质比罗布斯塔多

烘焙过程会减少酸的含量(生豆约11%、熟豆约6%)

深焙咖啡会减少酸的含量以及酸度

现在让我们来看酸质的类型:有些酸比较容易被人的感官察觉,像是柠檬酸、苹果酸和绿原酸,虽然一些酸在烘焙过程中会降解(例如绿原酸),但是其他酸则会增加浓度(如甲酸、乙酸、乳酸等)

碳水化合物和多糖:

你应该知道的是阿拉伯半乳聚糖、甘露聚糖和纤维素。这些化合物在保留咖啡中的挥发性化合物方面发挥着重要作用,也有助于香气的形成。并且就风味而言,这些分子也会影响咖啡的口感。更重要的是,较小的葡萄糖和果糖,则有助于咖啡的甜味。

脂质

有助于冲煮出咖啡醇厚的口感,它们是从豆子中被萃取出来的,而在浓缩咖啡中,它们就是创造出crema的原因之一。烘焙过程并没有真正影响脂质的含量,但是在烘豆机中,油脂确实会移动到豆子表面(以利将挥发性化合物维持在豆子里面)。

类黑素:

这些是梅纳德反应的产物:氨基酸与还原糖的羧基之间的反应。它们是大分子,在我们的豆子中产生棕色,并增加咖啡冲煮出来的质地。这代表咖啡的氨基酸含量与其品质密切相关。氨基酸越多,反应越多,类黑素越多。

然而要记得咖啡外表颜色的转变,不只是因为类黑素的关系,而是焦糖化反应后的结果。

看完非挥发物质后,我们接着来看挥发性物质。

什么是挥发性物质?

接下来我们到了咖啡的重头戏:挥发性物质。咖啡中有非常多的挥发性物质,如前面所提,它们是构成咖啡品质的必要条件。

挥发性物质主要是在烘焙过程中,透过化学变化而产生的,但并不表示生豆对这部分没有贡献,挥发性物质会根据咖啡的品种、农民处理的技术、咖啡种植地理环境等因素受影响。

烘焙后的咖啡具有超过一千种挥发性化合物,然而只有少部分才会产生我们感受到的香气,许多研究人员指出只有约20-30种化合物会在饮料中让我们感受到。当我们分析香气时,它可能只是单一化合物,而这个化合物可能还会再跟其他化合物结合产生综效,人的鼻子的临界值能感受到的不会是所有1,000种化合物。(临界值是指人类鼻子感受到化学物质的最小量)。

产生挥发性化合物的反应

让我们来看看导致这些挥发性化合物的化学反应。主要的化学反应是梅纳德反应(非酵素褐化反应)。虽然我们已经在上面的类黑素区块看过,但它们还会产生含氮和硫的杂环化合物。

另一个需要注意的重要反应是酚酸降解。这是绿原酸的降解(还记得那些来自非挥发性化合物的部分吗?),以形成咖啡酸(或另一种反式肉桂酸),内酯和奎宁酸。这些化合物会让萃取出来的咖啡有苦味和涩味。

热解反应

而且,说实话,在烘焙过程中至少还有七种反应可以讨论,但这又是另一篇文章的主题。在我看来,烘焙阶段就像是豆子里面发生的一个大型化学派对,而且还有很多事情要发生。

特定化合物带来的特殊风味

这些挥发性化合物包含烃、醇、醛、酮、羧酸、酯、吡嗪、吡咯、吡啶、呋喃、呋喃酮、酚等物质。

虽然看了就头晕觉得很专业的术语,也许让人害怕,但是这些物质都可以追溯到特定的咖啡属性。

现在市面上有训练嗅觉味觉的香气瓶36味(现在还有100味)?它含有36种香气,可以用来训练你的感官技巧。我最喜欢的是杏桃:清新的水果香气。通常,花香和水果香气是酮和醛反应的结果。你在香气瓶套组的书中,会发现这种香气与苯醛(一种醛)有关。

呋喃和呋喃酮通常会使我们感觉到焦糖和烘焙咖啡的味道。吡嗪可以与坚果和烘焙咖啡的味道有关。当然,一些其他化合物的数量和相互作用可能会产生负面影响:愈创木酚分子(酚类化合物)是造成药味和焙烤味的原因。

如果让读者们头晕,作者深感抱歉,但这个世界要探索的东西似乎没有任何界限。这篇文章只是对咖啡化学的介绍,也还有很多东西需要学习。因此,让我们一起来探讨它,无论你是从科学角度出发还是咖啡爱好者的角度出发。

虽然这一切都归因于深刻而复杂的科学领域,但我们每天在杯中品尝到的就是这些化合物。

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