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咖啡芳香成分大阅兵
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为何同属“化学仓库”的黄豆与咖啡豆经过烘焙后，香味天差地远？症结就在化学组成不同。咖啡豆得天独厚，植物界中只有它拥有热分解“香变”过程必备的前驱元素，包括碳水化合物（又称糖类）、蛋白质、油脂、有机酸、葫芦巴碱等。这些前驱芳香物，以绝佳的比率储存在咖啡豆里，一旦受热到一定程度，立即启动焦糖化反应（糖的氧化与褐变反应）与梅纳反应（氨基酸与碳水化合物的褐变反应），犹如一场催香连锁反应。咖啡豆富含的有机酸、蔗糖、蛋白质、油质与葫芦巴碱也开始发生复杂的降解与聚合反应，衍生出更庞杂的芳香物。
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学习烘咖啡前，最好先了解咖啡豆的化学组成，以及这些成分在热分解过程的增减状况。有了理论的基础，再真枪实弹地玩烘焙，会有更深刻的领悟，进而从烘焙匠升格到烘焙师境界。
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咖啡生豆在烘焙时，体积会膨胀1～2倍，重量会减轻12%～25%（视烘焙度而定，越深焙失重越多），并释放大量二氧化碳，平均每烘焙1千克生豆，会释放12千克二氧化碳。更重要的是咖啡所含的糖类、油脂类和有机酸，在烘焙前后互有消长。
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请参考以下咖啡豆主要化学成分在烘焙前后占豆子重量的百分比变化表：
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*数据参考（Parliment，T.Chemtech.Aug 1995）
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从上表可看出，碳水化合物（即糖类）高占生豆重量50%左右，含量最高，对咖啡风味影响最大。因此我们先从糖类（即蔗糖的焦糖化）谈起，再逐一解释蛋白质（氨基酸与糖的梅纳反应）、有机酸、葫芦巴碱、磷酸、咖啡因和油质，在烘焙过程中扮演的增香提味角色。
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●糖类与蛋白质芳香成分
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蔗糖：碳水化合物分成单糖、双糖和多糖。单糖为结构最简单的糖类，能溶于水，有甜味，包括葡萄糖、果糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖。双糖是由两个单糖分子脱水而成，而蔗糖（即由葡萄糖和果糖构成，但不属还原糖）、麦芽糖和乳糖均为双糖。多糖由10个以上单糖分子聚合而成，是庞大的糖类物质，不溶于水，无甜味，是咖啡豆木质纤维素的主要成分。阿拉比卡与罗巴斯塔的碳水化合物组成大同小异，唯一例外的是蔗糖。阿拉比卡的蔗糖浓度占豆重的6%～9%，是罗巴斯塔（3%～5%）的两倍，这是两个品种风味不同的重要因素。科学家发现，蔗糖含量多寡与咖啡风味成正相关，即蔗糖含量越高，咖啡越好喝，这可从阿拉比卡风味远优于粗壮豆得到印证。咖啡的糖分主要以蔗糖形式储存，咖啡果子成熟后，蔗糖浓度最高。研究发现，有缺陷的咖啡豆或半生不熟豆，其蔗糖含量也低。
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生豆所含的蔗糖在烘焙过程中扮演增甘苦（焦糖化反应）、添浓香（梅纳反应）的角色，更是合成酸香物的助手，非常重要。
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咖啡烘焙的焦糖化反应：咖啡豆的碳水化合物或糖分，在170℃～205℃进行焦糖化（很巧合正好是烘焙进程的一爆阶段）——蔗糖脱水后，释放水汽与二氧化碳，蔗糖颜色由无色结晶转变为褐色，并产生芳香物质二乙酰（奶油的主要成分之一）——而具有奶油糖的香味。此外，焦糖化还衍生出上百种重要芳香物质，包括呋喃类（具有焦糖香味）的HMF以及HAF和麦芽醇（俗称糖味香料）。呋喃化合物是构成咖啡香味最重要成分，其中的HMF也是蜂蜜、果汁和香烟的芳香成分，而HAF也有迷人的甜香。焦糖约占咖啡熟豆重量的17%，味道苦中带甘，是咖啡重要的滋味。
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咖啡的焦糖化过度或不足都不对。炉温太低或失温，造成焦糖化不完整，使咖啡喝来呆板乏香没深度；焦糖化过度则成碳化，大幅增加燥苦味，得不偿失。
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咖啡烘焙的梅纳反应：蛋白质高占生豆重量的11%～13%，组成蛋白质的氨基酸也在咖啡烘焙中发生重要的梅纳反应。梅纳反应并非单一的化学反应，而是氨基酸与葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖等还原糖，在持续加热过程中，相互进行的一连串复杂的降解与聚合作用。生成的芳香物与化合物，又在持续加热与水分变化下，再度降解、聚合，产生更多芳香化合物，并使颜色更深。梅纳反应是调味工业中最常用的“造香与提味”反应，因为各种蛋白质里不同形态的氨基酸与糖分作用，即可创造出不同的滋味。
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与焦糖化不同的是，梅纳反应并无固定的温度，有些成分在室温下即可进行，因此梅纳反应比焦糖化更为复杂，牵涉的成分也不仅是碳水化合物而已，还包括各种氨基酸的复杂反应。虽然早在1912年，法国科学家梅纳（Louis Camille Maillard，1878～1936）已发现氨基酸与碳水化合物的褐变与增香反应，但科学家至今仍无法完全了解梅纳反应的始末，只知道肉类、糕饼、巧克力、咖啡、啤酒和谷物煎烤与烘焙时都会发生，这也是烧烤食物色香味俱全的主因。
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就咖啡而言，科学家已从梅纳反应分离出200多种的化合物，其中最重要芳香物是糖甘胺、糖醛（常用于香水）和黑精素，是在185℃～240℃烘焙过程中，氨基酸与碳水化合物进行庞杂反应生成的。黑精素是梅纳反应的末端产物，也是咖啡熟豆的色素，科学家至今了解有限，只知道它是一种抗氧化物，组成很复杂，碳水化合物占30%，蛋白质9%，多酚33%～43%，溶于水，是咖啡饮料的重要成分。科学家近年发现，咖啡10%的苦味来自梅纳反应。
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在此，我们可以做个小结论：咖啡的色香味，大部分要靠焦糖化和梅纳两大化学反应来完成，少了此二反应，咖啡就不迷人了。
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●有机酸芳香成分
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除了蔗糖与蛋白质外，咖啡豆的有机酸[0]在烘焙时，经历一连串降解与聚合，产生庞杂又迷人的酸香物，为咖啡滋味画龙点睛。科学家目前已从生豆和熟豆中分离出100多种酸性化合物，其中对咖啡风味影响最大的有机酸包括绿原酸、奎宁酸、醋酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸。咖啡豆的有机酸在烘焙前后的增减情况，以下表数据来呈现：
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咖啡酸味有两种：一为明亮活泼、令人愉悦的“香酸”（acidity）；二为尖锐呆板、酸而不香的“死酸”（sourness）。香酸入口会有开花的惊喜，让人想起埃塞俄比亚的耶加雪菲；但死酸入口就像喝醋一般难下咽。咖啡生豆含有香酸与死酸成分，如何将香酸极大化、死酸极小化，成了烘焙师慧眼选豆、妙手催香的绝活。
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绿原酸
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绿原酸（chlorogenic acids）是咖啡豆含量最丰富的有机酸，很遗憾，属于涩嘴苦口的死酸。阿拉比卡的绿原酸含量约占豆重5.5%～8%，罗巴斯塔则高占7%～10%。有机酸是植物光合作用与新陈代谢的重要产物，对植物细胞生长很重要，也储存在咖啡豆里。科学家认为绿原酸不讨好的味道是植物抗虫害的利器。
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罗巴斯塔生长在低海拔，虫害较严重，所以绿原酸含量多于阿拉比卡。这是粗壮豆风味远逊于阿拉比卡的原因之一。另外，植物生长环境恶劣也会增加绿原酸浓度，比方说波旁或铁比卡若种在低海拔或直接曝晒（无遮阴树）的话，绿原酸也会增加，致使咖啡不好喝。所以精品咖啡要挑选栽植环境优良的庄园豆，原因在此。
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