科學(xué)解讀咖啡中香氣的形成

咖啡具有十分復(fù)雜的揮發(fā)性芳香化合物組成，經(jīng)過90多年的科學(xué)研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了1000多種揮發(fā)性化合物。這些揮發(fā)性芳香化合物，主要是由烘焙和萃取過程中發(fā)生的熱反應(yīng)產(chǎn)生的。咖啡生豆的化學(xué)成分，以及采后加工（采摘、去果肉、干燥、存儲(chǔ)）過程中發(fā)生的化學(xué)變化，都會(huì)直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)值。本篇閱讀筆記基于一篇綜述文章：Gilberto V.de Melo Pereira, et al. Exploring the impacts of postharvest processing on the aroma formation of coffee beans – A review, Food Chemistry, 272（2019）441-452.文章詳述了咖啡采后加工過程中與揮發(fā)性物質(zhì)組成及其變化相關(guān)的各種因素。此外，還討論了改善咖啡風(fēng)味的策略，特別是在去除果膠層過程中產(chǎn)生的微生物衍生代謝物。咖啡生產(chǎn)和采后加工咖啡樹的果實(shí)由外果皮（skin）, 果肉（pulp）, 粘液（mucilage）,內(nèi)果皮/羊皮紙（parchment）,銀皮（silver skin）和種子/豆（bean）組成。收獲后的咖啡漿果應(yīng)盡快開始加工，以防止不良發(fā)酵或霉菌形成導(dǎo)致的水果腐敗?？Х裙耐鈱雍苋菀兹コ骋?、羊皮紙和銀皮則牢固地附著在咖啡豆上，通常用三種方法進(jìn)行去除。干式處理過程中，咖啡漿果暴露在陽光或空氣干燥器中，直到水分含量約為10%-12%，干燥后去掉外果皮和果肉。濕式處理涉及一系列相對復(fù)雜的步驟，包括機(jī)械去除咖啡外果皮和果肉、粘液層的微生物降解（發(fā)酵），以及最后通過陽光干燥去除水分。由于少了果皮、果肉及膠質(zhì)，干燥時(shí)間大為縮短。半干式處理介于干式、濕式兩種處理之間，跳過了濕式處理的微生物降解過程，咖啡果實(shí)經(jīng)過機(jī)械脫皮，然后進(jìn)行曬干。生豆組成和香氣前體主要香氣前體是不溶性碳水化合物、可溶性碳水化合物、脂質(zhì)、綠原酸和含氮化合物。低分子量的碳水化合物，有助于在烘焙過程中形成酸和其他揮發(fā)性化合物。此外，多糖是保留揮發(fā)物即香氣和風(fēng)味形成的重要成分。含氮化合物（如生物堿和蛋白質(zhì)）、非揮發(fā)性脂肪酸和揮發(fā)性酸，在烘焙過程中分解并產(chǎn)生重要的吡啶和吡咯等風(fēng)味活性代謝物。其他存在于咖啡生豆中的次要化合物包括酚類、硫醇和礦物質(zhì)。硫醇是重要的化合物，產(chǎn)生獨(dú)特的“咖啡”和“烘焙”氣味。酚類化合物具有抗氧化活性以及人類健康的各種有益特性。礦物組成與土壤結(jié)構(gòu)以及其他環(huán)境因素，如海拔、濕度、溫度和遮蔭有關(guān)。一般來說，鉀的含量很高，其次是磷，鎂和鈣。采后加工香氣形成咖啡果實(shí)可按前述的三種采后加工方法進(jìn)行加工，選擇的方法將直接影響最終咖啡飲品的質(zhì)量。在采摘和去除果肉后，咖啡豆被送至水下罐發(fā)酵（濕式處理）或放在平臺(tái)上（半干式處理）分解和去除粘液。粘液中存在的糖將允許微生物（特別是酵母和乳酸菌）生長。微生物的生長會(huì)產(chǎn)生一系列的最終代謝物，這些代謝物會(huì)擴(kuò)散到種子中，并對最終的咖啡質(zhì)量產(chǎn)生影響。酵母代謝對于香氣的產(chǎn)生起著舉足輕重的作用。 此外，酵母菌株能夠通過產(chǎn)生不同的水解酶促進(jìn)果膠分解，果膠水解釋放單糖作為酵母代謝和香氣形成的額外碳源。乙醇、乙醛和乙酸是酵母代謝的主要產(chǎn)物。此外還產(chǎn)生了許多低分子量風(fēng)味化合物，包括酯、高級醇、醛、酮和萜類化合物。在這些化合物中，酯類（醋酸酯和乙酯）是數(shù)量上最豐富的揮發(fā)物。酯類物質(zhì)對酒精飲品中花香和果香的貢獻(xiàn)是眾所周知的。然而，探索酵母衍生酯以提高咖啡質(zhì)量是一種相對較新的方法，目前的研究致力于選擇產(chǎn)酯咖啡酵母，它們有可能增加咖啡豆中這些化合物的含量。此外，乳酸菌的代謝也被用于酯的形成（如乙酸乙酯、異丁酸乙酯和乙酸己酯）和風(fēng)味咖啡豆的生產(chǎn)?？Х让撃z過程中產(chǎn)生的醛是高級醇和酯等芳香化合物形成的重要前體。不同微生物菌株會(huì)產(chǎn)生不同種類的揮發(fā)性化合物，因此發(fā)酵微生物的選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以目標(biāo)風(fēng)味為導(dǎo)向，以相關(guān)代謝活性為重點(diǎn)。應(yīng)優(yōu)先選擇能夠?yàn)樽罱K產(chǎn)品提供整體愉悅香氣的菌株，不含異味或不需要的酸（如乙酸、琥珀酸或丁酸）?？梢钥紤]具有不同產(chǎn)香特性的發(fā)酵劑培養(yǎng)基組合用于風(fēng)味增強(qiáng)。此外，采用高溫或低溫，可以用來調(diào)節(jié)單個(gè)或成組化合物的濃度以改善風(fēng)味。干燥和存儲(chǔ)干燥過程中，咖啡豆仍然具有強(qiáng)烈的代謝活性。儲(chǔ)存必須保持在理想的濕度條件下（例如，11%的濕度）、低溫和惰性大氣中，以保持豆子的質(zhì)量。一般來說，杯品質(zhì)量下降與豆子活力的喪失有關(guān)，這主要與衰老過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)，如綠原酸氧化。相關(guān)研究工作主要報(bào)告了存貯過程中主要的非揮發(fā)性成分的變化，如碳水化合物、脂類和蛋白質(zhì)，這些都是烘焙過程中產(chǎn)生香氣的重要前體。烘焙過程咖啡的顏色、味道和香氣與烘焙過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)?？Х仁於怪泻卸喾N揮發(fā)性化合物，然而只有一些化合物對人類的感知有重大影響。這些化合物可能會(huì)發(fā)生巨大的變化，取決于在烘焙過程中的溫度控制。烘焙過程中發(fā)生了許多化學(xué)反應(yīng)，主要的化學(xué)過程是美拉德反應(yīng)、斯特勒克降解和熱解反應(yīng)。美拉德反應(yīng)是還原糖和氨基酸之間的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致一系列重要的揮發(fā)性化合物的形成。斯特勒克降解過程中，α-氨基酸轉(zhuǎn)化為醛和硫化合物，促成咖啡的復(fù)雜香氣成分。熱解反應(yīng)中，結(jié)構(gòu)性碳水化合物被降解，增加了內(nèi)部孔隙率和二氧化碳的產(chǎn)生。其他的小反應(yīng)，包括特定氨基酸、脂肪酸和脂質(zhì)的降解，對烘焙過程中揮發(fā)物的形成有重要影響。總結(jié)咖啡飲品中的主要香氣活性物質(zhì)，如呋喃、吡嗪和吡咯，在咖啡生豆中并沒有發(fā)現(xiàn)。因此，咖啡生豆的質(zhì)量是主要非揮發(fā)性成分決定的，如糖、氨基酸和脂類。由于種子萌發(fā)和脂質(zhì)氧化，這些香氣前體在采后加工過程中會(huì)產(chǎn)生變化。微生物脫粘對揮發(fā)性成分有著重要的影響。各種研究表明，微生物衍生的代謝物可以擴(kuò)散到咖啡豆中，并在烘焙過程中殘留下來，包括酯類、高級醇、醛類、酮類和萜類。其中，風(fēng)味活性酯對最終咖啡飲品的質(zhì)量有很大影響。- 歡迎關(guān)注作者公眾號 -▼版權(quán)信息：以上文章內(nèi)容轉(zhuǎn)載自【coffee瘋?cè)嗽骸?，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者。作者：瘋?cè)嗽褐兄星謾?quán)請聯(lián)系：weixin@coffeesalon.com投稿合作：tips@coffeesalon.com