发酵，咖啡的调香师

想想看，你是怎么入的咖啡坑，大概率是因为咖啡的香气吧！现磨咖啡的那一刹那，花香，果香，焦糖，坚果，黑巧… 各种复杂的味道交织在一起，它把你带回到了某一时刻，带你回到你初次尝到某种食物的那个当下，那是令人感动的气味。气味可以这样感动到我们，是因为生理构造的关系。嗅觉是唯一不需要经过丘脑（大脑感觉信息转运站）的感觉，它是非常有力量的感官。科学家估计我们尝到的味道，75%-95%其实是嗅觉。咖啡香气的来源香气是咖啡的灵魂，它取决于一支咖啡从种子到杯子（From seed to cup）的全过程。糖、蛋白质、氨基酸和酚类化合物是咖啡生豆中的重要香气前体，在咖啡香气形成中起着重要作用。香气前体浓度的差异将影响到烘焙咖啡的挥发性物质以及香气。挥发物质就是重点所在。——Harry Klee, 佛罗里达大学教授理想的咖啡香气的形成归因于烘焙过程的美拉德反应，以及其他热催化反应。美拉德反应是咖啡香气形成的主要途径，因为它负责产生各种影响咖啡香气的化合物。后置处理与香气咖啡樱桃采摘后的后置处理是一个值得注意的环节，它对烘焙咖啡的挥发性物质和香气有着显著且多变的影响。咖啡是由位于咖啡樱桃中心的一对种子制成的，要将咖啡生豆取出，需要把咖啡樱桃的果皮、果肉和果胶层一并除去。最困难的是那一层无色粘性的果胶，无论是水洗处理、日晒处理或者其他处理方法，在去除果胶层的时候一旦有疏忽，就会滋生霉菌或者发酵过度，容易养出腐臭豆。图片来自网络在水洗处理法中，将成熟度一致的咖啡樱桃经手工采摘并机械去皮，再经过大约24-48小时的发酵过程去除咖啡种子周围的薄粘性层。最后，加工后的咖啡豆经过机械或太阳晒干，水分含量达到11-12%，以达到微生物稳定性。对于日晒处理，咖啡樱桃要么手工采摘，要么在大多数成熟时进行机械采摘。采摘后，咖啡樱桃在阳光下以大约10厘米高的层数干燥10-25天，在这个过程中自然的微生物发酵和酶的作用导致了咖啡樱桃果肉和粘液的破坏。在干燥过程结束时，去除干燥的外果皮，得到含水量为10-11%的咖啡豆。一般来讲，在适当控制工艺参数的情况下，水洗处理产生的次品较少，并且能够保持咖啡豆的内在品质，因此与日晒处理相比，能产生具有优良香气品质的咖啡。研究表明，后置处理的发酵过程对咖啡香气有显著影响。水洗处理咖啡的优良香气特性可归因于微生物代谢产物的产生，它们是烘焙咖啡的香气前体。发酵不足&发酵过度然而，发酵对咖啡香气的影响往往被忽略，因为发酵在咖啡加工中的主要作用是促进粘液层的去除。大多数研究一致认为，围绕湿法发酵的主要问题是发酵过程缺乏可控性。尽管发酵在水洗处理过程中对提高咖啡香气质量的作用可能存在争议，但毫无疑问，发酵过程控制不当会对咖啡香气产生负面影响。发酵过度是咖啡生产商最常提到的问题之一。通常，发酵过程的终点是根据非常主观的观察来判断的。如果发酵终点判断错误，就会发酵不足或者发酵过度。发酵不足是指粘液层没有完全降解，从而促进不需要的微生物生长的状态。另一方面，过度发酵导致黑豆或“臭味”豆的生产，其视觉和香气特征较差。咖啡发酵工艺鉴于咖啡发酵过程中存在的问题及其对咖啡香气质量的重大影响，各项研究主要从两个方面进行优化，以获得咖啡发酵过程的可控性和一致性，包括：开发一种精确测定发酵终点的方法，以及在发酵过程中使用相关的发酵剂培养物。pH值测量在尼加拉瓜进行的一项实地研究中，确定了pH值测量是衡量发酵过程终点的一个潜在可靠参数。发酵的进展和终点用pH值的下降来表征，约5.5-4，这与许多不同批次的重复试验以及其他研究结果一致。随后，在另一项研究中，通过在不同pH下（4.6、4.3和3.9）停止发酵，进一步评估了pH值终点对咖啡香气质量的影响。根据各批次烘焙后的杯测结果，得出结论：较低的pH值终点对应杯测质量较差，这归因于过度发酵。因此，基于这些研究，pH测量是咖啡生产商获得咖啡发酵过程更大一致性和可控性的可能可靠工具，从而防止发酵不足或发酵过度对咖啡香气质量产生负面影响。当温度、湿度等发酵参数得到适当控制， pH值终点得到准确测定时，湿法发酵工艺可获得理想的咖啡香气品质。酶处理和微生物发酵剂发酵剂培养和果胶分解酶处理也可以用来在发酵过程中获得更大的一致性。有研究表明，纤维素酶和黑曲霉的组合显著缩短了粘液降解所需的时间（30分钟）。此外，发酵后还原糖的浓度较高，可能是由于粘液层的降解，这对咖啡香气有积极影响，因为糖是烘焙过程中焦糖化和美拉德反应的重要香气前体。发酵后还原糖含量较高的咖啡生豆表现出更大程度的焦糖性、丰富性和甜味。在另一项研究中，使用果胶分解酶处理咖啡，可以产生轻微的甜味和酸味，并具有较好的醇厚度，而不是日晒发酵检测到的轻微的苦味、药用和木质味，以及通过机械方法去除粘液层获得轻微的苦涩味。猫屎咖啡&象屎咖啡消化生物加工是一种正在流行的加工方法，负责生产世界上最昂贵的咖啡之一——猫屎咖啡。猫屎咖啡源于印尼爪哇岛、苏门答腊岛和苏拉威西岛，由于其独特的生产方式和有限的供应量，每磅的价格高达500美元。咖啡豆在横穿麝香猫的胃肠道时，经过了酸性、酶和发酵处理。有研究发现了蛋白质水解的证据，这是由于消化酶和胃液在咖啡樱桃和豆子的内果皮横穿动物的胃肠道时通过它们的表面渗透所致。氨基酸成分的变化反过来会对咖啡的香气产生重大影响，因为氨基酸是烘焙过程中重要的香气前体。消化生物处理的另一个产品是象屎咖啡。它是世界上最昂贵的咖啡（每磅800美元），由大象粪便经过胃肠道后收集的咖啡豆制成，咖啡豆的加工过程与猫屎咖啡有点相似。然而，由于胃肠道和微生物区系的结构性质不同，酸性、酶和发酵处理的程度可能不同于猫屎咖啡。利用发酵调节咖啡的香气在一些专利申请中，咖啡提取物被用作发酵基质来调节香气。采用酵母和细菌发酵法对含糖的咖啡提取物进行风味培养。然而，这种发酵过程会产生少量酒精，导致香气化合物的损失。在另一项专利中，通过在低于22°C的温度下进行发酵，以及选择在这些优化条件下不产生酒精的合适酵母菌株，来发酵含糖的咖啡提取物以抑制酒精的产生。从咖啡提取物的酵母/乳酸细菌发酵中获得果味和花香特性，这归因于发酵过程中2-和3-甲基丁醛转化为相应的醇和硫醇化合物，转化为硫代乙酸盐和二酮。发酵已经显示出能够生产出令人期待属性的咖啡。从采摘到出品过程, 发酵会导致或可能导致咖啡香气的变化，英文原图出处[Liang Wei Lee，2015]将受控发酵工艺应用于咖啡生豆以调节咖啡香气是很有趣的（如图中虚线所示）。这是一种新的加工方法，其中对咖啡生豆中的香气前驱体的成分进行定向和修改，以实现对咖啡香气的调制。在Small和Asquith公司的专利申请中，采用多糖降解酶、蛋白酶、脂肪酶和苯酚氧化酶在1.7MPa以上的压力条件下对咖啡生豆和部分烘焙的咖啡豆进行处理。然后将处理过的咖啡豆烘干并烘焙。据报道，用这种方法加工的咖啡具有良好的风味特性，苦味程度较低。而在Li等人提交的专利中，采用牛樟芝（Antrodia Camphorate，一种大型真菌），在15-30°C的无菌条件下，对咖啡豆进行固态发酵，在15-60天的时间内对咖啡香气进行调节。据报道，这一过程产生了萜烯和倍半萜烯等香气化合物，改变了烘焙咖啡的香气特性。总之，咖啡发酵过程中的众多变量对烘焙过程中香气形成的影响，突出了咖啡发酵与香气风味之间错综复杂的微妙关系。咖啡加工过程中，发酵产生的咖啡香气改善，最有可能归因于发酵后咖啡生豆香气前体成分的改变。然而，由于发酵依赖于咖啡樱桃中的天然微生物群，因此存在着不一致性和不可控性问题。鉴于此，对咖啡发酵过程的优化还有很长的路要走。主要参考文献：[1] Liang Wei Lee, et al. Coffee fermentation and flavor – An intricate and delicate relationship. Food Chemistry 185 (2015) 182-191.[2] 崔洛堰著，谢雅玉译. 咖啡香味的科学.台北市：方言文化.2017.03[3] Barb Styckey著，莊靖译.味觉猎人.台北市：漫游者文化出版：大雁出版基地发行，2014.10版权信息：以上文章内容转载自【coffee疯人院】，转载请联系原作者。作者：疯人院中中侵权请联系：weixin@coffeesalon.com投稿合作：tips@coffeesalon.com