咖啡科學：百變風味從哪裡來？

李洪元

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

特定化合物帶來的特殊風味

這些揮發性化合物包含烴、醇、醛、酮、羧酸、酯、吡嗪、吡咯、吡啶、呋喃、呋喃酮、酚等物質。

雖然看了就頭暈覺得很專業的術語，也許讓人害怕，但是這些物質都可以追溯到特定的咖啡屬性。

現在市面上有訓練嗅覺味覺的香氣瓶36味（現在還有100味）？它含有36種香氣，可以用來訓練你的感官技巧。我最喜歡的是杏桃：清新的水果香氣。通常，花香和水果香氣是酮和醛反應的結果。你在香氣瓶套組的書中，會發現這種香氣與苯醛（一種醛）有關。

呋喃和呋喃酮通常會使我們感覺到焦糖和烘焙咖啡的味道。吡嗪可以與堅果和烘焙咖啡的味道有關。當然，一些其他化合物的數量和相互作用可能會產生負面影響：癒創木酚分子（酚類化合物）是造成藥味和焙烤味的原因。

咖啡杯測

如果讓讀者們頭暈，作者深感抱歉，但這個世界要探索的東西似乎沒有任何界限。這篇文章只是對咖啡化學的介紹，也還有很多東西需要學習。因此，讓我們一起來探討它，無論你是從科學角度出發還是咖啡愛好者的角度出發。

雖然這一切都歸因於深刻而復雜的科學領域，但我們每天在杯中品嚐到的就是這些化合物。

(成真咖啡)