咖啡烘焙过程化学反应与温度 咖啡烘焙过程反应物质变化情况

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• 专业咖啡烘焙 | 咖啡烘焙太复杂？一张图教你看懂烘焙过程
• 最近在看烘焙中化学成分的反应
   
  蔗糖:熔点187.8℃->糖?结合物=>焦糖化作用->水CO2逸出产生一爆First Crack现象...我在烘焙机滚筒豆中量豆温190——196℃
   
  纤维素(木质素):咖啡细胞壁成分,在230℃产生崩解细胞壁损坏->二爆Second Crack现象我在烘焙机滚筒豆中量豆温211——216℃
   
  葫芦巴碱(Trigonelline):纯结晶217.9℃开始退化，当豆温192.2℃开始退化，当豆温229.4℃->85%退化，葫芦巴碱退化程度(率)是确定烘焙最佳反应比率关键指标...
   
  所以烘焙后葫芦巴碱损失率(退化率)50%——80%，分解成多种化合物,包含非挥发烟碱酸及29种挥发物质，其中有9种是蕴含咖啡芳香物质。
   
  烟碱酸:咖啡生豆烟碱酸常存在与纤维素内，在烘焙过程烟碱酸衍生出可溶性物质，烟碱酸衍生物在咖啡中呈现良好风味的酸度与干净的回味(clean finish)，因此烟碱酸衍生率是另一确定烘焙最佳反应比率指标...
   
  环境温度(ET):烘焙咖啡特定化学反应有一段温度区间，产生良好风味的反应..这段温度区间即是环境温度
   
  系统能量(BTU):烘焙过程提供能量BTU大小梯度(时间-升温)，决定化学反应变化速率，这个反应速率与系统能量传输效率(STE)关系，有一最佳反应速率(BRR)，提供较佳咖啡杯中表现。
   
  最佳反应速率(BRR):集中于环境温度(ET)之时间内，葫芦巴碱退化率与烟碱酸衍生率呈线性关系，当ET/BTU/STE下烘焙反应分布会有不同，所以可先决定最佳反应速率(BRR)的环境温度(ET)205——218℃,默认为207℃。
   
  最高环境温度(MET):当蔗糖焦糖化反应开始不能失温，否则会有热滞效应，所以要确保烘焙环境的温度,提供化学反应所需系统能量传输，而太高亦会造成最佳反应速率(BRR)过快，因此MET一般最高271℃。
   
  好了!!温度传感正确了吗!!
   
  1.以前用指针温度计，在烤箱烘焙室曾测得270℃,辐射热最高地方。
   
  2.在烘焙机量测豆温，曾测得227℃二爆点，最内侧靠近铁板处，这点也是机器测豆温点
   
  3.因滚筒且直火式，难有真正豆温点...目前最接近豆温测点,周围各有2——3cm烘焙豆包覆
   
  这点数据应很接近豆温
   
  肯尼亚AA 250g
   
  一爆    15'30"   194℃
   
  一密集  16'30"   197℃
   
  一爆结束17'30"   204℃
   
  二爆    18'30"   211℃
   
  二爆初  18'55"   216℃下豆 Full City
   
  不知这样测温正确与否还有那个BRR的关系式???
   
  以上使用K-Type测温棒...没钱做校正...自己做
   
  1.100℃校正，使用热水煮沸...这点蛮准...其他指针差,水银管差3——5℃
   
  2.室温25℃校正，三台冷气温控25℃，测温点冷气温控点，24℃压缩机启动，26℃压缩机
   
  停止，还好三台冷气机本身测温都蛮精准...
   
  3.低温0℃校正，冰箱(冷冻室压缩机停止-18℃，保鲜室0℃，最下方冷藏保鲜室4℃...
   
  冰块+少量水..稳定后水温1.6——2.5℃,冰块表面0——-1.3℃...
   
  4.另外小瓦斯炉火温度1150——1280℃
   
  基本上k-Type温度计还可以用，只是小量烘焙咖啡豆包覆温度与豆温应还有差距...人家
   
  Probat L12 测出一爆豆温为186℃,二爆豆温可达225℃...我测的与这还有差距...
   
  Sweet maria's added logging temperature probes to the Probat L-12
   
  算了!!温度对咖啡其实也没那么重要，烘咖啡凭感觉...喝咖啡看心情喽!XD
   
  先捕一些咖啡生豆与烘焙后化合物含量
  
  咖啡的化学组织及其变化
   
  咖啡能在百年内流传全世界，成为世界性饮料，自有其吸引人的特质存在。在所有饮料中，咖啡可以说是最具艺术性、技巧性、变化性与争议性的食品，而形成这些特质的主要关键在于化学组成及加工处理时所产生之化学变化，因此咖啡的化学组成及加工过程中所产生之化学变化为研究咖啡、了解咖啡最重要的基本知识。
   
  阿拉比卡种咖啡生豆，犹如一座储满化学物质的仓库，目前科学家鉴定出的已知成分超出二千多种，其中有七百至八百五十种物质属于芳香成分，堪称人类饮食中香味最庞杂者。餐饮界用来调味的香草，芳香物质也不过一百五十种，而葡萄酒 的醇香成分，也远不及咖啡丰富。另外还含有不少优质酸，较重要的有柠檬酸、 苹果酸、醋酸、磷酸和奎宁酸等，还有其他有机酸会随著烘焙过程碳水化合物的瓦解而诞生，目前测得的有机酸就多达三十四种，其中十五种属于挥发性。原则上优质的柠檬酸、苹果酸、磷酸和醋酸在中度烘焙时浓度最高，随著重度烘焙而递减。有机酸影响咖啡风味至钜。
   
  1. 水分：咖啡豆之水分含量随不同加工阶段及产品，而有很大的差异，含膜的潮湿咖啡豆之水分含量约为 50﹪，而 干燥之咖啡生豆约为 10﹪—— 13﹪，烘焙过的咖啡豆水分含量仅约5﹪。水分在咖啡豆之存在，与他种食物及饮料一样，因含有相当量的水化胶体性大分子物质，如蛋白质及多糖类等，使水分以多种不同的物理及化学结合的方式，存在咖啡豆中。
   
  2. 矿物质：矿物质在咖啡豆中的含量虽较少，约占咖啡生豆干物重的 4﹪，但却很重要。它含有多种不同的元素，其中以钾的含量为最多，约占所有矿物质量的 40﹪，其次为钙、镁、磷、钠及硫等。其他尚有许多含量在ppm层次的微量元素，如锌、锰、铜、铷等33种以上。此外，影响咖啡生豆之矿物质含量及种类之最重要因素为土壤及栽培过程中施肥的状况。在咖啡的调制过程中，至少有90﹪的矿物质可从烘焙咖啡豆中被抽出，因此钾或其他矿物质含量和咖啡可溶物产率间的关系，可用来评估咖啡的抽出率。
   
  3. 碳水化合物：咖啡豆中所含的碳水化合物可以分成 多糖类 及 低分子糖类 来加以说明，后者包含单、双及三糖类等碳水化合物。此外，又可以分成 还原糖 及 非还原糖 。也含有一些衍生物，如 果胶 等。碳水化合物对于咖啡的贡献在于味道、香气及颜色。在风味方面，碳水化合物不仅本身经过烘焙之后，会散发咖啡香气，同时也会吸附挥发性香气，使咖啡呈现特殊的风味。咖啡生豆的碳水化合物含量约为40%，其中约 8% —— 10% 属于低分子糖类在烘焙过程的焦糖化反应而转化成焦糖色素等成分，而多糖类及果胶等主要以纤维素或木质素成份存在。
   
  a. 低分子糖类：蔗糖是咖啡生豆中最主要的游离态糖类，其含量依品种、来源及成熟度而异。咖啡生豆抽出液中亦可测得他种简单的糖类，包括还原糖。咖啡生豆中也含有葡萄糖及果糖。咖啡豆在烘焙以后，低分子糖类的变化依烘焙程度之不同而有所差异，以蔗糖的损失最为快速，其轻度烘焙之损失率为97%，中度为99%，重度烘焙为100﹪。其他如葡萄糖、果糖及阿拉伯糖等，也都有相当程度的损失。
   
  b. 多糖类：多糖类是咖啡生豆中很重要的组成分，约占干物量的 40% —— 50﹪。依种类来分，则有聚合半乳糖、聚合廿露糖、聚合阿拉伯糖及纤维素，这些都是构成咖啡豆质体的物质，且与咖啡豆的硬度有关。多糖类在经过烘焙以后，仍会有相当量的保存，根据一项研究所得之数据发现，不同烘焙程度间之差异并不很大，其保留率在70﹪—— 75﹪之间，其中又以纤维素的保留率最高，聚合阿拉伯糖最低。
   
  c. 果胶及木质素：果胶是由多种多糖类所结合而成的物质，其主要组成分为半乳糖酸之聚合物、俊糖酸及鼠李糖等，其含量达 3﹪以上。木质素是植物体利用硫酸及苛性碱处理后所剩余的不溶性残渣，亦即所谓的咖啡纤维，其含量约为 2.4﹪。
   
  4. 含氮化合物：咖啡生豆中所含之含氮化合物可区分成植物碱、葫芦巴碱（Trigonelline)、烟碱酸、蛋白质及游离氨基酸等，分述如下：
   
  a. 植物碱：主要为咖啡因(Caffeine)，在咖啡生豆中之含量，因品种上之不同，有很大的差异。以arabica咖啡生豆而言，平均约 1.2% —— 1.5% 左右。近年在爪哇及科特迪瓦已栽培出低咖啡因品种的咖啡豆，其咖啡因的含量仅为0.2﹪。咖啡因可以利用多种加工方法去除，加工之低咖啡因咖啡生豆之咖啡因含量为0.3﹪以下。而咖啡因可以说是咖啡的精神所在，也是最受争议的事项。咖啡因虽然没有异臭味，但具有显著的苦味。但无法利用咖啡苦味程度来判断咖啡因含量之多寡，因为咖啡因的苦味仅占咖啡苦味的一小部分，所以对于低咖啡因咖啡的苦味并未有太多的影向。咖啡因在被人体消化以后，可快速的被吸收及代谢，并借由尿液中排出。咖啡因对人体生理效应最显著的作用是对于中枢神经的刺激作用，至于对脑部活性产生变化所需剂量极高，比一般正常摄取量高出许多，其他较受人瞩目的生理效应为对于血压、心脏血管的影向等问题。
   
  b. 葫芦巴碱(Trigonelline)：葫芦巴碱是具有吸湿性的无色结晶，在水中的溶解性极佳，它也具有低程度的生理作用，主要为中枢神经系统、胆汁之分泌及肠道之蠕动。葫芦巴碱直接对咖啡品质所造成的影响是很微小的，其苦味仅为咖啡因的四分之一，由于它的存在量很少，因此对于口味上的影向并不很大。葫芦巴碱在烘焙过程中会快速分解，其损失率约在50﹪—— 80﹪之间，依烘焙温度及时间之不同而异。另葫芦巴碱会分解产生多种化合物，包括非挥发性之烟碱酸…等，及29种挥发性物质，这些挥发性物质中已被鉴定出有9种为孕含咖啡香气物质。
   
  b1. 烟碱酸：烟碱酸在咖啡生豆中的含量很少，但是在经过烘焙以后，则有增加的现象，主要的原因是它来自葫芦巴碱分解作用的结果。但是研究结果发现，在烘焙的高温下，烟碱酸会继续分解成具有挥发性的化学物质，因此真正的增加量并不多。
   
  5. 蛋白质及氨基酸：以粗蛋白计，咖啡生豆含量约 13﹪—— 16﹪，若扣除咖啡因及葫芦巴碱等含氮化合物，真正蛋白质的含量约为 8.8﹪—— 9.7﹪。咖啡生豆中也含有多种酵素，如脂肪分解酵素、蛋白质分解酵素、糖类分解酵素、半乳糖水解酵素及过氧化酵素等 。咖啡生豆约含有0.15﹪—— 0.25﹪的游离氨基酸，这些游离氨基酸对于咖啡风味的影飨程度较高，对于口味的影响较少。经过烘焙后蛋白质的含量约为 3.1﹪—— 4.0﹪。
   
  6. 绿原酸(chlorogenic Acidss)：此物在经过烘焙以后，会经由不同的作用而消失，生成极复杂的产物，与咖啡的品质有密切的关系。咖啡生豆内绿原酸含量约为 8% —— 10% ，即奎宁酸（普遍植物成分）的羟基肉桂酯同分异构物，大多数植物和水果都有这成分。绿原酸是造成咖啡尖酸涩苦的原凶，所幸绿原酸会在烘焙过程中被破坏，形成内酯结合在非酸性奎宁内酯 (奎宁化合物)。咖啡生豆内绿原酸在烘焙过程中，约有半数绿原酸会消失，绿原酸经烘焙后含量约降为 4% —— 5% 。
   
  7. 脂质：咖啡生豆的脂质由存在于胚乳中之咖啡油(Coffee Oil)及存在于咖啡豆外层的蜡质所组成的，咖啡油不仅含有三甘油脂，也含有相当量的其它脂质成分，它形成咖啡的特质，对于咖啡是很重要的。咖啡生豆所含之咖啡油含量及组成分，因品种等之差异而有所不同咖啡生豆的平均含量约为 12% —— 15﹪。烘焙后约有 97% 成分仍以脂类等形态保存。
   
  8. 挥发性物质：挥发性物质是咖啡风味的主要来源，对咖啡品质尤其重要。咖啡挥发性物质的种类繁多，其存在状况会影响咖啡香气品质。其主要来源为来自生豆中非挥发性物质在烘焙过程中，被切断或经反应后所衍生而来。热分解、其他反应或组成分间之作用，如糖类、氨基酸、有机酸及酚类化合物等之作用结果，形成咖啡特有的香气与风味。而影响咖啡挥发性物质组成分的因素包括:咖啡豆的品种、栽培气候、土壤条件、生豆之储存、烘焙温度及时间、烘焙设备等因素。
   
  咖啡生豆并不含咖啡的特殊香气，因此并不直接食用，必须经过烘焙后才会产生大量挥发性香气物质。咖啡生豆在经过烘焙以后，主要的挥发性香气成分经分析确认之种类至少有660种以上，是所有食品及饮料中挥发性香气成分种类最多的食品，于烘焙过程中所产生的香气如榛果味、奶油味及焦糖味或具有青草味、熏烟味、烧焦味、香辛味及苦味，多来至于可挥发性物质，另烘焙程度的差异亦会影响咖啡的风味特质。
   
  焦糖化是影响咖啡风味最钜的一个环节，生豆经过六至七分钟烘焙，吸收大量热能，启动了热解反应，出现第一次爆烈声，有些糖分转化为二氧化碳，水分继续蒸发，新的芳香成分逐渐发展出来，形成所谓的咖啡油脂，并和尼古丁酸、柠檬酸、奎宁酸、苹果酸、醋酸、咖啡因等数百种芳香物质结合。热解反应可持继到第二爆，虽然焦糖化是唤醒芳香精灵的重要过程，但是随著烘焙时间拉长，有些成分也会被碳化掉，形成不好的涩苦物质，如何获得最高的焦糖化，同时也把碳化减到最低，看似矛盾却是烘焙师最大挑战。
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