烘豆決定咖啡品質 認識梅納反應與焦糖化

我認識的烘豆師們都很喜歡討論梅納反應(Maillard reactions)、焦糖化(caramelization)、「脫水期」(drying phase),以及一點點的烘焙化學。然而,關於如何將這些烘焙化學知識轉化成咖啡風味的提升,反而很少聽到烘豆師積極討論實際且準確的做法。

事實上,烘豆師對於烘焙化學的了解大約僅1%,而這些我們已知的知識通常也很難(或根本不可能)實際應用在業界操作上。在本章,我會簡單討論烘焙化學的基本要素,但目的比較像是經驗分享,而不是實際建議。關於烘焙化學的細節,很容易就能在各類書籍與研究文獻中找到,如果這是各位有興趣的主題,那就放心大膽地投入吧,但請別期待擁有這些知識之後,就能變成更棒的咖啡烘焙師。

咖啡在烘焙過程的物理變化

咖啡豆因烘焙而產生的最明顯物理變化,包括褐變、膨脹與脫水。在烘豆過程中,生豆會失去水分、內部亦會累積壓力,體積也會增加近兩倍,重量則同時下降。由於體積膨脹與重量下降同時發生,咖啡豆的密度會在烘豆過程中減少大約一半。

烘豆時會產生水分,也會脫去生豆中絕大部分的水分。在這之後,熟豆的含水率通常會落在1∼2%,這些水分全部(或幾乎全部)都與纖維構造連結。烘焙過程淨失重(net weight loss)的多寡,則與該鍋次起始含水率與烘焙程度有關。淺焙的第三波烘焙(third-wave roast)熟豆的失重比約落在13∼15%,或在二爆(second crack)初期起鍋時達失重比20%以上,而類似典型星巴克(Starbucks)等無與倫比的深焙熟豆,失重比幾乎可達25%。

儘管如此,熟豆依舊包含許多生豆原有的化學物質,並添加了許多烘焙過程產生的新化合物。烘焙過程的重點化學變化如下:
●綠原酸(chlorogenic acid)分解。
●生豆內幾乎所有的蔗糖都會破壞。
●形成長鏈醣分子或多醣(polysaccharide)。
●將多醣裂解成較簡單的醣類。
●糖與胺基酸的化學反應產生咖啡的「烘焙」香氣。
●醣類因焦糖化而轉為褐色。
●深度烘焙中,有機物質碳化(carbonization)。

圖/方言文化提供
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與一般認知相反,烘焙過程即使有微量的咖啡因減少,但若以重量來看,反而會因為烘焙過程失重較多,導致咖啡因所占的比例上升。因此,若以相同的沖煮水粉比例(brewing ratio)與相同的沖煮強度(brew strength),分別沖煮淺焙與深焙的豆子,深焙的那杯咖啡會含有較高咖啡因。

此外,烘焙過程亦會產生氣體,並在豆內形成壓力。雖然豆內究竟必須累積多少壓力才能產生一爆(first crack),研究者們迄今一直沒有共識,但取其平均值大約是10大氣壓。在烘焙過程中,咖啡豆的纖維結構會被弱化,豆內中心的壓力會開始堆疊,當正在弱化的纖維結構再也支撐不住壓力時,就會接著產生一爆;這是當豆內結構碎裂並釋放氣體(主要為水蒸氣)時,一種從咖啡豆內部傳來的聲音。

一爆會慢慢出現,接著加速,然後再度減緩,過程大約僅1∼3分鐘。一爆結束不久之後,就會進入二爆。二爆是咖啡豆再一次地釋放氣體,這次主要為二氧化碳,並因為纖維結構進一步弱化與破裂而啟動。大約在二爆開始之際,某些咖啡豆表面即會滲出油脂,這也是另一個豆內壓力超過了弱化結構的徵兆。

圖/方言文化提供
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「脫水期」

許多烘豆師會將生豆下鍋後的前幾分鐘稱為「脫水期」,但這個術語其實有點誤導。在(一般的)烘焙過程中,咖啡豆在前60∼90秒內幾乎不會釋放水分,因為所有生豆的溫度在此都尚未到達蒸發(沸騰)階段。直到接下來的幾分鐘,當鍋內越來越多的生豆陸續抵達蒸發溫度、並開始釋放蒸氣時,豆子才會穩定且快速地釋放水分。

褐變反應

結束「脫水期」之後,烘焙過程就會進入兩個連續的非酵素褐變反應(nonenzymatic browning reactions):意即梅納反應與接續的焦糖化。一旦豆內的含水率夠低,梅納反應就會啟動。

烘焙過程中,梅納反應會在各種逐漸減少的醣類與胺基酸之間產生。絕大部分咖啡的特色都在梅納反應期間完成,因梅納反應會創造大量的咖啡風味與複雜性。其中最為人熟知的香氣包括了烤麵包與烤肉的風味。

梅納反應雖然對於咖啡風味相當關鍵,但許多烘豆師對於維持梅納反應的時間與風味之間的關聯,有點期望過高。更多關於此主題的細節討論,請見第十三章。

當梅納反應逐漸停歇,便會接著進入焦糖化。焦糖化會進一步使咖啡豆轉褐、產生新的風味、分解豆內僅存的一些醣分,並提升咖啡的苦甜特色。

發展期

隨著焦糖化持續,以及一爆開始,整個烘焙過程便進入了被稱為「發展期」的階段。

就和其他有獨立名稱的烘焙階段一樣,「發展期」也是一個容易產生誤導的說法。嚴格來說,發展期應該是從一爆開始,一直到烘焙過程完全結束。在此我也要提醒各位,發展期越長並不代表烘焙發展(roast development)越高,發展期與烘焙發展之間的關係並非如此簡單。

碳化

我們該不該讓烘焙過程延長至二爆中期過後,且咖啡豆已受到碳化而變黑呢?雖然我不願批評享受如此深焙咖啡之人的喜好,但我非常感謝在過去數十年之間,焦黑的碳化咖啡已漸漸不受歡迎。(儘管連鎖咖啡店畢特〔Peet’s〕、星巴克與一間間模仿兩者的店家依然故我。)實際上,這樣的焙度不僅破壞了各式各樣的熟豆特性和細微差別,同時也會將咖啡油脂推向熟豆表面,而這些油脂很快就會腐臭酸敗,對於消費者而言,酸敗既不美味也不健康,因此應盡力避免。

圖/方言文化提供
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咖啡教父史考特烘豆實作聖經:超過300種烘焙機實戰經驗;掌握燃氣與溫升率、降低不良比,熟豆更臻完美

(本文摘自史考特.拉奧著《咖啡教父史考特烘豆實作聖經:超過300種烘焙機實戰經驗;掌握燃氣與溫升率、降低不良比,熟豆更臻完美》, 方言文化提供)


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