咖啡烘焙培训入门知识-咖啡烘焙过程的基本化学反应

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• 除了在home-barista.com的论坛之外，鲜少看到MET（最高环境温度）一词。MET不是一个数字，而是整个烘焙过程中每个时间片断的最高环境温度值所连结起的曲线，如下图位置最高的曲线。 因为这篇Quest M3 MET的讨论串（Quest Me driving the roast with MET），让我找到了一篇好文。虽然对我很艰涩，还是尽全力把它摘要出来。 烘焙的过程会发生很多热以及化学反应，例如脱羧、奎宁酸基脱水、分馏、聚合、异构化以及糖的复杂反应。这些反应的主角为单糖、蔗糖、绿原酸、游离氨基酸和葫芦巴碱，反应发生的过程中，碳水化物中的单糖既聚合又降解，并且依不同的烘焙程度，分解了20--30%的多糖。 蔗糖：d-葡萄糖基和d-果糖基构成的双糖 蔗糖是咖啡豆的主要糖分，蔗糖结晶的融点约320--390F（160--199C），但蔗糖可以自194F（90C）就开始降解为糖苷和水，然后在338--392F（170--200C）焦糖化启动，产生水蒸气和二氧化碳，促使豆子发生爆裂（一爆），大约自356F（180C）开始，豆子的化学反应就进入放热状态，重要的是，开始焦糖化反应之初，咖啡的物质并不会放热，有一种解释为，参与放热反应的物质，打断了长链聚合并且交叉链结到其他成份的组成上。蔗糖的真正融点、焦糖化反应以及后续的转换，受到水份、氨以及蛋白质存在状况的影响。烘的较深的咖啡其焦糖化程度也会比较高，用焦糖化程度来区分烘焙度是一种很理想的方法。 纤维素：无水葡萄糖的长线性聚合物 纤维素是细胞壁的主要构成物，部分呈现有序的结晶状态，部分则为无序的非结晶体。非结晶的纤维素比较容易因受热而进行反应，纤维结晶则可能丝毫不受热的影响。经由烘焙，天然的纤维素（纤维素I）会转换为多晶型的纤维素III和纤维IV，纤维素的结构转换，有助于烘焙过程热的均匀传导及豆体的均质化。纤维素中的木质纤维素（一种非结晶的半纤维素与木质素的纤维结构）构成细胞壁的结构，是芳香族的高度聚合，当豆内散布的温度达446F（230C）或豆表温度达536F（280C）时，细胞壁会严重损伤。进入深焙时发生的二爆，是豆体细胞壁结构的断裂，其原因可能和木质素及其他芳香物质所产生的气体的逸散有关。建议把烘焙的环境温度控制在356F（280C）之下，如果要更保险些，把最高环境温度（MET）控制在520F（271C）之下，以确保不会损坏豆体，并且让咖啡风味丰富，提高产率，同时延长架上保存的期限。 葫芦巴碱：咖啡的一种含氮碱 葫芦巴碱可以完全溶于水，因而咖啡中的所有葫芦巴碱最终都会萃取到杯中。葫芦巴碱可能是咖啡苦味过头的最重要成因，在豆子温度达445F（229C）时，85%的葫芦巴碱都会被降解，而到达这温度的豆子已属中深焙度，代表浅焙的咖啡会含有比较多的葫芦巴碱（带苦），焦糖化程度也比较低。蔗糖比焦糖甜，若烘焙掌握得宜，蔗糖的甜和葫芦巴碱的苦会巧妙的相互衬托，形成美好的滋味。葫芦巴碱结晶的融点约424F（218C），但其开始降解的温度只有378F（192C），葫芦巴碱的降解是决定最佳反应率（the best reaction ratio: BRR）的主要指标之一。 奎宁酸：羧基族的一员 奎宁酸结晶融点为325F（163C），远低于一般的烘焙环境温度，奎宁酸可以完全溶于水，并且有一点酸一点锐利口感，增添了咖啡杯测时复杂风味。令人讶异的是，它也会增加杯测时口感的清净度，属烘焙过程中比较稳定的物质。 烟碱酸：羧基族的一员 烟碱酸结晶的融点为457F（236C），通常伴随多糖纤维素存在，经过咖啡烘焙后变成易溶于水的形式。不论咖啡的烘焙度为何，烟碱酸的比例和咖啡的品质成正比。由于它可以完全被萃取到杯中，有助于咖啡表现明亮的酸质。它的生成率，是决定最佳反应反率温度（best reaction ratio temperature）和化学传播速率（chemistry propagation rate）的重要控制旗标。此外，融掉的烟碱酸与其他成分的相互作用，明显拉高了深度风味的强度。 环境温度（Environment Temperature） 烘焙的环境温度决定了特定化学反应的发生，有一特定的环境温度区间（temperature window）对杯测风味相当有利，偏离这个区间则有不好的影响。但即使落在这个区间，不同的温度会决定各种风味的特性，让烘豆人可强化或磨掉某种风味特质创造个人风格。系统能量：在任何环境温度下，能量（BTU）和烘焙系统的转移效率会决定特定化学反应的速率。更高的能量转移，会导致更快的反应。有一个反应率的区间（window of reaction rates），可以最佳化杯测的品质，这个反应率区间称为最佳反应率（BRR: the Best Reaction Ratio）。 最佳反应率（BRR: the Best Reaction Ratio） 当葫芦巴碱的降解与烟碱酸的衍生比例保持线性关系时，会产生最佳的杯测品质，该比例的控制模型是时间、温度与能量之间的关系。环境温度（ET）建立了烘焙者想要的化学反应所需的高温热解空间，而能量值（BTU）和系统转移效率（STE）决定了反应传播率和烟酸衍生物降解为葫芦巴碱的线性关系。由于咖啡豆的密度变化很大，在任意的ET / BTU / STE公式下，反应的分布都会有所不同，因此要让高密度的豆子均匀，需要更长的时间。豆温的量测是监看烘焙反应分布的一个好方法，最佳反应比（BRR）的理想环境温度（ET）为401--424F（205--218C），通常会抓405F（208C）当预定温度值，而所需的BTU取决于系统的热传输效率。 最高环境温度（MET: Maximum Environment Temperature） 为理想的烘焙建立加热环境温度规范是一种平衡的作为。尽管我们希望可以保持BRR温度和能量水位直到目标反应出现，但是BRR温度实际上远高于蔗糖的焦糖化的温度，并且由于许多烘焙系统只使用简单的温度调节装置，必须小心不要让咖啡豆不小心太快进入放热反应。此外，限制MET也很重要，如前所述，保持纤维素的结构完整性非常重要，较低的温度会减少表面蒸发以及降低毛细作用（将豆内成分吸引到表面的作用）。通过限制最高温度，将纤维素的结构损失最小化，保留咖啡的本质，因此，MET不应超过520F（271C）。MET的数字与和豆子的烘焙度与下豆温度相关。
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