咖啡烘焙过程反应分析 烘焙中的梅纳反应与焦糖化反应有什么作用

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• 从事咖啡烘焙工作后，发现实际上很多道理都是相通的，我发现生豆就像是演员，而烘焙师就像是导演，可以指挥著演员在这部戏里的生死和命运。 可以说，撇开生豆品质不谈，烘焙是影响整杯咖啡味道最大的变量。 对我而言，烘焙就是水、火、风这三者结合在一起演变出的味道。 水 很多人也许会有疑问，怎么会有水，难道烘焙咖啡豆的时候会加水进去？其实是咖啡生豆中所含的水份，正常来讲，咖啡豆中的水份大约占整颗咖啡豆的8-13%，因此经常听到有烘焙师在相互讨论脱水时间多长，或者咖啡豆的水份如何……在整段烘焙的过程中，在150℃-160℃时我们会发现咖啡豆变黄，豆表迅速膨胀，很多人把此阶段称为'脱水阶段'，但实际上，咖啡豆从下豆，到进入一爆开始，这期间的水份已去除得差不多，这个阶段才是名副其实的'脱水阶段'，而温度在150℃-160℃这个阶段，水分会大幅度被去除，因此会影响著整段烘焙是否夹生，因此我会把它称为'断生点'。 众所周知，水分从咖啡豆的表面开始流失，咖啡豆表面的温度由于烘焙而升高，水分跟著蒸发，而豆子中央的水份则逐渐向豆表移动，这个原理大家可以自己动手做一个试验，比如拿一杯水，把一张面巾纸放1/3在杯子里，剩下的2/3放在外面，大家过一会儿就可以看到整张纸全部湿透了。这是一样的道理，而豆芯中的水分移动到豆表之后，遇到豆表中的热量才会蒸发，因此烘焙需要一定的时长，而不是把火开到最大，把咖啡豆炒黑就叫烘焙了。 IMG_1021 由于在烘焙时，豆子的豆表和豆芯水分的蒸发情况完全不同，因此有时候烘焙过快的情况下，就很容易让整颗咖啡豆造成水分不均匀，结果表皮已经玻化，只留下豆芯没熟，造成涩味和草味较重的咖啡。 因此在烘焙的前期我们会更注重采用'蒸焙'的方法来进行脱水，也就是在前期5-7分钟左右的时间（以下所说的数据均为1-2公斤的烘焙量），让咖啡生豆的水分更加均匀地分布在每个角落，一般情况下，采用小风门小火力进行脱水，统一生豆在锅炉内的状态，，如果蒸焙时没有处理好咖啡豆的脱水状态，会出现烘焙不均匀，并且产生涩味。 当然，所谓的'脱水'，也并非要把咖啡豆的水分全部去除干净，因为在烘焙的过程中，水分更多作为导热介质，因此如果当我们过早的把水分去除干净，那么咖啡豆缺少了水分把热量传导到豆芯，也很容易出现夹生，并且风味会较为平淡。 火 这里说的火，主要指热源。热的来源有直火，有电热，有红外线等等，理论上热源并不会改变太多的味道，但热源的均匀度会影响咖啡的味道。比如说直火和电热，直火的优势在于加热速率更快，火焰的穿透力高，但锅炉受热的均匀度可能没有电热的来得好，这势必会影响到这两种常见热源对味道的影响。 当咖啡豆进行完大部分脱水后，也就是在150-160℃左右，整颗豆型会迅速膨胀，豆表颜色变黄，这时候用取样棒将咖啡豆取出，咖啡豆已经开始有一些甜甜的香气，这表示咖啡开始进行梅纳反应。很多烘焙师会在这里增加烘焙火力。在这里其实要处理的就是'绿原酸'，其实也就是通过火力来处理绿原酸所产生的变化，这与前面对水的处理也是息息相关。 我会习惯把咖啡中的苦分成好的苦和不好的苦，好的苦带来的感受如巧克力、可可、烤坚果类的苦味，而不好的苦给人的感受如同烧焦木头，烟熏等等。当我们喝到一杯苦味让你觉得会甜，并带著香气犹如巧克力般的感受时，说明咖啡在烘焙时产生'绿源酸内酯'，也就是咖啡酸和奎宁酸产生脱水缩合后产生的物质，这是由于绿原酸中的奎宁酸在脱水时少掉一个水分子，因此与咖啡酸结合，产生绿原酸内酯，一般来讲，这样的苦味只在前段脱水时完成度较高的情况下产生。而不好的苦味则来源于咖啡酸所产生的乙烯儿茶酚聚合物，一般会在去除水分失败的咖啡豆中发现这样的苦味，在水分去除失败的情况下，水分子含量较多，因此会产生加水分解的反应，也就是把绿原酸分解成咖啡酸与奎宁酸，咖啡酸本身就会使咖啡变涩，再加上高温加热中会产生乙烯儿茶酚聚合物，会使整杯咖啡变得又苦又涩。 IMG_1020 而在脱水刚结束的阶段，烘焙师就面临著这样的选择，这时候生豆中会留存著少许的水分，使绿原酸面临著加水分解反应，因此很多烘焙师会在150-160℃时使用较大的火力让咖啡豆快速通过加水分解区，从而达到脱水缩合的效果。 火力在整段的烘焙过程中调整次数一般不会太多，但每次调整都是烘焙师在咖啡豆内部进行反应时去预判调整，从而让整杯咖啡拥有更好质感的风味层次。 风 这里所说的风指的是烘焙机锅炉内的实际排烟情况，也就是制气阀的风压状况。 烘焙师对于烘焙机的操作，无非就是火力和排气量的调节，一般来讲，我们并不会对火力做太多的调整，反倒是排气量会有更多的调整。在半直火机中，制气阀的调整不仅仅用来排烟，还有通过更改制气阀来控制热源。 不同的烘焙师会有不同的烘焙手法，有习惯在咖啡豆进入一爆前调小火力的，也有习惯在咖啡豆进入一爆后加大火力的，但不管火力如何调整，制气阀也会相应进行调整。应该说，制气阀的调整重要性不亚于火力的调整，但调整的目的更多的是为了保证锅炉内的正负压力平衡，其次是控制热源的进气状况，最后才是达到有效排烟或排出多余的水分子。 由于脱水会决定了咖啡豆在锅炉内的命运，脱完的水分往往会根著制气阀从排烟管道排出，因此当我们在咖啡豆烘焙至160℃左右时，用手去感受一下此时排出的气体，会感觉气体是有点湿润的，这说明水分正在被排出，我曾经制作一个耐高温的湿度计放在排烟管道进行测验，只可惜由于烘焙机的关系，这样的测验并未能产生参考价值。 以我个人的烘焙习惯，我会更喜欢使用较大的风量，以追求热风的稳定度，并且能够快速脱水。当然，使用较大风量要配合实际火力的情况，这就需要大家根据自己的机器和烘焙习惯去调整制气阀。 接下来要讲一讲咖啡烘焙中最重要的两个反应，焦糖化反应和梅纳反应。在很久之前那时候还是猫墅咖啡的公众号中（现在猫墅咖啡馆公众号更名为CHAICAFE），我有简单介绍了什么是梅纳反应，大约在……三年前介绍的吧，那时候其实对梅纳反应并没有太详细的了解，以为只有咖啡中才会产生梅纳反应。后来发现梅纳反应发生在有关饮食的各个方面，因此为了研究梅纳反应，这三年来我吃了多少肉，才胖成现在这个样子。当年还是瘦瘦的我那可是玉树临风英俊潇洒…… 焦糖化反应 咖啡豆中的糖份大约在170--200℃进行焦糖化反应，正好是蔗糖熔点（185℃）、咖啡豆烘培时一爆阶段的温度。焦糖化反应的产物分为两部份： 1、糖的脱水产物，就是焦糖或酱色 2、裂解产物，主要是一些挥发性的醛与酮。 总的来说，在焦糖化反应中产生了火烤的香味、焦糖与颜色，也产生了其他芳香性的物质如麦芽醇、Cyclotene、呋喃类化合物等等，这些化合物也可以在红酒、果汁、奶油等食物中发现。 不过如果在烘培的过程中焦糖化过头并不是件好事，反而会造成碳化，使咖啡燥苦绞喉。如果焦糖化不足则会使得香气单调乏味缺少层次。 IMG_1019 梅纳反应 烘培咖啡豆特有的香味，其中带有植物纤维燃烧的青蓝色烟焦味、奶油乳黄色的甜香、烤面包棕褐色的面包香等等各种味道集结在一起。这些丰富的味道大部来自于烘培时的梅纳反应。 梅纳反应可以分成三个阶段 一、初期： 羰胺缩合Amadori分子重排 二、中期： Amadori分子重排产物果糖胺脱水成HMF（hydroxymethylfurfural） 果糖胺脱去氨基成还原酮 氨基酸与二羰基化合物的作用 三、末期： 醇醛缩合 生成黑色素的聚合反应 IMG_1018 (以上是Hodge提出的反应历程，也是目前使用最广的版本） 以上资料在网络上找的，所以先直接先说结论吧！两者都属褐变反应，差异在于： 焦糖化："糖"受热后分子瓦解的过程 梅纳反应："糖或淀粉"与含有"蛋白质或氨基酸"等成份食材一起烹煮才会产生，如炒洋葱、烤面包与煎牛排呈现的色泽与香气。 焦糖化vs. 梅纳反应到底怎么发生？ 常有人说焦化洋葱是"焦糖化"（caramelization），但其实只有单纯含糖的食材才会发生焦糖化，蔗糖加热到约华氏365 度（摄氏185 度）会溶解成透明液体，若继续加热颜色就会变黄，变浅褐色直到深褐色，最后甚至变成黑碳，那是糖脱水的过程。而且糖平常闻起来是没有味道的，直到加热，分子就开始瓦解散发出美妙而风味复杂的挥发性分子，并产生酸味、苦味，颜色越深，味道越苦。 IMG_1017IMG_1016 如果当糖与蛋白质或氨基酸等一起烹煮，就会发生梅纳反应（maillard reaction），或称美拉德反应。含糖食材除了焦糖化，部份糖份会和后者交互发生一系列化学反应，产生更多样化的化合物，简而言之就是风味比焦糖化更丰富，不仅仅咖啡豆，巧克力、枫糖浆、酿造啤酒等都是梅纳反应的成品。 焦糖化与梅纳反应各会产生以下香气： -焦糖化：甜、酸味、苦、果香、雪利酒般的气味、奶油糖、焦糖、坚果 -梅纳反应：香咸、花香、洋葱味与肉香、绿色蔬菜、巧克力、马铃薯与泥土味、上述焦糖化的香味 也就是说，两者是会同时发生的。然而焦糖化与梅纳反应复杂的化学作用尚未被科学家彻底破解，许多风味十足的化合物还无法完全辨识。 梅纳反应怎么被发现？ 法国化学家louis-camillemaillard 在1912 年时发现梅纳反应，原先他只是要研究氨基酸怎么和蛋白质连结，却发现当他同时加热糖和氨基酸时，混合物渐渐变成褐色。但事实上，1940 年代前，科学家并不知道梅纳反应会产生各种风味。二战时，许多士兵抱怨蛋的替代品--蛋粉煮熟后变为棕色并散发不悦气味，经过无数研究，科学家找出那倒胃口的味道来自于褐化反应，蛋粉虽已脱水且储存于室温，但氨基酸与糖的浓度仍足以引发变化。 后来食品加工业兴起，欲避免加工食物过度反应产生不佳风味，多数研究结果便在该背景下约1940、1950 年代时完成，科学家也才确认梅纳反应会产生特殊"味道"与"气味" ，其中最完整的研究报告为John E.Hodge 所做，这里有片段资讯可以参考，然而，至今尚有一连串谜题未解。 产生梅纳反应的条件 你已知道梅纳反应是因为加热后糖与氨基酸、蛋白质产生变化，也是诱人美味的来源，成功创造梅纳反应的基本条件有： -蛋白质 -还原糖：葡萄糖、果糖、麦芽糖、乳糖等 -高温 -保持干燥无水份 -碱性物质能加快反应（非必要） 举个实例吧，一般焦糖酱与牛奶焦糖酱(dulce de leche) 恰好能清楚分出焦糖化与梅纳反应的不同，前者将糖熬煮至焦化熄火后，最后倒入鲜奶油或奶油等乳制品；后者则以小火慢煮炼乳数小时，因一开始加热就已含有蛋白质，且烹调温度也低于焦糖，尝来各有风味。 由于蔗糖并非还原糖，虽不会直接造成梅纳反应，但在烹煮过程中它会分解为葡萄糖与果糖，所以不用担心非得加上还原糖。 梅纳褐变发生的温度是多少？约摄氏118 度。也就是说，在咖啡豆开始烘焙时，就开始发生梅纳反应，也就是由于梅纳反应，在咖啡烘焙的过程中才能产生如此丰富的风味，应该说，整个咖啡的烘焙都围绕著如何使梅纳反应产生更好的风味。
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