咖啡烘焙的機制與環境

最近在烘豆機上面加裝一個監控設備-風溫

有了這個設備可以觀察更多的咖啡烘焙的反應機制與控制環境了...

先把咖啡烘焙的幾階段做個說明

預熱階段：烘焙前需將烘豆機熱機到一定程度，這個會因烘豆機構造而有不同，需充分讓鍋體加熱到一定溫度始能下豆，這個溫度沒有一定準則，端看烘豆者跟烘豆機培養感情的程度而定喔~~

蒸焙階段：當入豆後咖啡烘焙即開始進行，因咖啡豆內約含有11~12%含水量，在這階段我們透過火力加熱及風門控制讓豆溫持續上升，一般而言監控的豆溫到達140~150℃時，豆體的水氣已蓄勢待發準備排出，故這階段我們稱為保持豆體含水量之水氣的加溫蒸焙階段。

脫水階段：這階段豆體顏色已逐漸變黃，且豆表面銀皮已逐漸脫落，此階段可以藉由風門控制，將適量水蒸汽及脫落銀皮排出烘焙環境，讓豆體在一定溫度與含水量進入初階烘焙化學反應。

焙烤階段：當溫度來到160℃左右，咖啡豆已開始進入熟成及烤焙的作用，此階段有烘焙麵包的穀物香氣及豆體更深黃褐色的烤焙階段，此階段主要續勢累積足夠能量進入咖啡烘焙的爆裂階段，所以焙烤階段要讓持續穩定火力及升溫並排出煙霧的控制階段。

一爆階段：所有的咖啡烘焙最重要也反應變化最迅速的就是咖啡開始爆裂的一爆階段，由於一爆階段是放熱階段，所以一爆開始需關小火力，讓烘焙室維持足夠的升溫能量即可，而且爆裂產生的煙霧也需強制透過風門排出烘焙室。

其實當一爆密集過後烘焙所需能量已逐漸降低，所以要適時再次增加火力，然後此時開始也是咖啡豆準備完成烘焙的下豆階段，而下豆前我們又不希望咖啡豆反應過於劇烈常常會有所謂升溫滑行階段，因此這部分可靠風溫與豆溫差的外在能量補充梯度，去調整火力、升溫及預訂烘焙時間等控制機制。

以上為烘焙的幾個階段，把之前記載烘焙反應機制與控制環境的一段文獻擷取出來

環境溫度(ET):烘焙咖啡特定化學反應有一段溫度區間，產生良好風味的反應..這段溫度區間即是環境溫度。

 系統能量(BTU):烘焙過程提供能量BTU大小梯度(時間-升溫)，決定化學反應變化速率，這個反應速率與系統能量傳輸效率(STE)關係，有一最佳反應速率(BRR)，提供較佳咖啡杯中表現。

 最佳反應速率(BRR):集中於環境溫度(ET)之時間內，葫蘆巴鹼退化率與菸鹼酸衍生率呈線性關係，當ET/BTU/STE下烘焙反應分布會有不同，所以可先決定最佳反應速率(BRR)的環境溫度(ET)205~218℃,預設為207℃。

最高環境溫度(MET):當蔗糖焦糖化反應開始不能失溫，否則會有熱滯效應，所以要確保烘焙環境的溫度,提供化學反應所需系統能量傳輸，而太高亦會造成最佳反應速率(BRR)過快，因此MET一般最高271℃。

再配合風溫、豆溫應該可以了解這樣的控制環境。最後把兩個咖啡烘焙的二個反應作用羅列如下：

焦糖化反應

咖啡豆中的糖份約在170～200℃進行焦糖化反應，其中蔗糖熔點(186℃)這也是咖啡豆烘焙一爆開始的溫度。焦糖化反應的產物分為兩部份：
1.糖的脫水焦糖及上色，所以有部分咖啡色澤即是焦糖上色來的。
2.裂解作用，主要是一些揮發性的醛與酮。至於這是甚麼味道，口中含一塊黑糖及砂糖即可感受到。

一般在焦糖化反應中產生了烤焙的香味、焦糖顏色，也產生了其他芳香性的物質如麥芽醇、Cyclotene、呋喃類化合物等等，這些化合物也可以在紅酒、果汁、奶油等食物中發現。

不過如果在烘培的過程中焦糖化過度反而會造成碳化，使咖啡焦苦。如果焦糖化不足則會使得香氣單調乏味缺少層次。

梅納反應

咖啡烘焙最重要的就是梅納反應，梅納反應(Millard reaction)又稱為胺羰反應(amino-carbonyl reaction)。是還原糖(如:葡萄糖、果糖)與胺基酸作用所發生的反應，一般咖啡烘焙約在140℃開始就會有此重要食品化學反應機制，溫度每上升10℃，反應速率增加3～5倍，且伴隨褐變的色澤變化。

除了醣類，蛋白質在生豆重量中也占有大約11％，這些蛋白質中所含的胺基酸正好是梅納反應中所需的原料。梅納反應指的是食物中的胺基酸與還原糖（葡萄糖、果糖、乳糖等等…）在加熱過程中一系列的反應。梅納反應產生了非常多種的芳香物質與色素例如Pyridines, Pyrazines ,Oxazoles, Thiazoles, Pyrroles。

咖啡得天獨厚擁有種類龐大又複雜的化學物質，除了以上提到的化合物還有其他有機酸、無機酸、植物鹼等等成份。不只是香甜美好的成份，些微苦澀的化合物讓咖啡風味有更寬廣的層次與變化，共同創造出咖啡獨有的豐富滋味。


至於咖啡烘焙的化合物與反應，有興趣可以參閱這本咖啡書

書中第五章有節錄之前文章咖啡烘焙過程化學反應與溫度