【咖啡烘焙进阶知识】专业咖啡烘豆师的基础理论与培训内容

　　【咖啡烘豆师基础知识与培训】

 

　　1.咖啡含水率与风味法则

　　2.咖啡豆瑕疵类别挑选

　　3.烘豆器具特性分析

　　4.ROR的运用

　　5.烘豆曲线辨识

　　6.温层与时间造成的物理变化及化学反应

　　7.焦糖化与味谱之影响

　　8.一爆开始进入决胜关键

 

 

 

　　1.含水率与风味法则

 

　　国际咖啡组织将咖啡生豆交易市场的含水率规范为8至12.5％(第407，420号决议)。咖啡专家也有过最适宜的含水率的争论，但最后认为生豆含水率应于10~12%±1%，低于9%或高于13%皆未合格。

 

　　#)含水率过与不及

　　干燥不足会带来的霉坏的危险！

　　过度干燥会造成香气不足的风险！

 

　　良好的含水率有助咖啡产生平衡的酸度和极好的香气，这将会提高杯测分数。许多烘焙师喜欢12％这个数值，而国际贸易中心建议咖啡生产者的目标则定为11％。任何低于10%的生豆都可能导致咖啡品质下降，而较高的含水率则可能造成滋生霉菌的风险。

 

　　生豆含水率跟咖啡的品质并没有直接关系，一个含水率10%的生豆不代表一定比12%的更好或更差。然而生豆经过久放就会逐渐失去活性，最终导致生豆产生陈旧的气味，而这结果跟生豆含水率的下降有关。

 

　　烘焙程序的开始包括在烘豆机中累积足够的热量和压力，让烘豆过程一开始就去除豆子中的水气，由于缺乏更好的术语，业者常将此阶段称为「脱水」。这个阶段没有真正重要的化学反应发生；相反的，当水气驱逐时，锅内的压力开始增加，而形成烘焙咖啡所需的条件。」

 

　　如果烘焙含水率较高的咖啡豆时、脱水期则需更多的热能。所以选择性有：

 

　　1)以较高温预热、但不得烧焦咖啡豆的外层

　　2)在脱水阶段使用更高的温度

　　3)让脱水阶段的时间拉长。

 

 

　　2.咖啡豆瑕疵类别挑选

 

　　解析坏咖啡，喝了一杯不好的咖啡会有哪些感觉？

 

　　一、反胃：生豆烘焙时未熟透，同时伴随着焦味，也就是三色豆。(通常是生豆的成熟度和生豆的大小所引起的)

　　二、恶心：豆子里面有所谓的缺陷豆例如：黑豆和酸豆

　　三、臭味：虫蛀豆或是发酵过度的豆子

　　四、缺陷豆影响的健康：贝壳豆和破裂豆会引起炭化至癌，局部黑豆和虫蛀豆和真菌感染豆会引起霉菌的感染。

 

　　难怪美国精品咖啡协会之生豆瑕疵进行分类制定规范标准

 

　　A、第一级瑕疵:包含全黑豆、全酸豆（如为蜜处理豆，外表红褐色果胶如可刮除，里头仍为蓝绿、灰绿或黄绿则不算酸败豆）、干燥浆果(生豆部分或全部被外果皮所包覆)、真菌或霉菌感染、外来异物，及严重虫蛀豆(生豆有三个以上被虫蛀、穿孔的痕迹)。

 

　　B、二级瑕疵(次要瑕疵):包含局部黑豆、局部酸豆、带壳豆(生豆部分或全部被羊皮层包覆)、浮豆、未熟豆、萎凋豆、贝壳豆、破碎豆、果皮或果壳及轻微虫蛀豆(生豆有被虫蛀、穿孔的痕迹，但少于三孔)。

 

 

　　3.烘豆器具特性分析

 

　　影响咖啡烘焙的因素除了咖啡豆基本品质以外烘豆设备与结构也具决定性因素

 

　　A)热源(瓦斯、电力)

　　B)热力效能与热交换方式(直火、热风、电热管)

　　C)锅炉材质(不锈钢、铸铁、陶瓷…)

　　D)排风效能(风门)

　　E)炉锅转速

　　F)测温方式

　　G)除烟系统(静电除尘、水雾、后燃机)

 

　　总结而言各有特色

 

　　陶壶艺或是陶瓮烘焙的咖啡甜度滑顺风格别具

　　热风烘豆（热气直排型）则干净清亮香味层次优雅

　　电力红外线烘豆机的表现则香气良好、圆润温和的口味

 

 

 

　　4.ROR的运用

 

　　RoR的英文全名是Rate of Rise，在中文也就是升温速率。RoR这个名词主要是指每分钟的温度变化多寡，早期的烘焙主要是计算每升一度需要几秒，然后去反推这个阶段中，每分钟的升温。RoR就是纪录这样的过程的专有名词。

 

　　RoR在中文也就是升温速率。

 

　　升温速率=在“固定时间”内温度爬升的速率。

 

　　烘豆师所说的RoR大多是设定在30秒。RoR 6就代表着在30秒内温度可以爬升6度。

 

　　温度曲线中常常被忽略的一个问题，就是RoR。单就去思考每分钟的升温这件事，现在普遍采用的是豆温。

 

　　烘焙过程中主要是锅炉式的烘豆机种，终究是接触热(锅炉)与对流热(热风)两种热的交互作用。

 

　　以回温点到150℃为A阶段、150℃到一爆初为B阶段，入豆后生豆与环境剧烈的热交换，通常此时变化风门或是火力，相对的会影响生豆的吸热。等到回温点时，才约略有一个较为稳定升温的初始点。

 

 

　　5.烘豆曲线辨识

 

　　咖啡早期的传统烘焙法全凭烘焙师傅的经验，从烘焙时的咖啡色泽、味道、烟雾及爆裂声来判定烘焙，随时调整火侯与气门或其他经验技术控制烘焙。随后有温度判定烘焙法或是定时烘焙法，后来有［曲线纪录烘焙法］，即纪录烘培时温度与时间比来作为烘焙的依据，一般用于商用半热风烘焙机，烘焙时必须全程看顾，随时调整火侯与气门来修正每ㄧ个时间所必须到达的温度。

 

　　烘焙是让咖啡豆从生豆转化成富含香气与风味的熟豆的过程！其过程只要是由时间与温度产生综合效应

 

　　1.物理变化

　　2.化学反应

 

　　首先、让我们先来看看烘焙时咖啡豆发生了什么物理变化。

 

　　物理结构的重要性

 

　　咖啡豆分层的结构，对于烘焙出我们想要的风味影响很大。若没有特定的物理结构，就不会发生对风味和香气必不可少的化学反应。

 

　　这一物理变化最重要的时期是160度C之前所谓的[脱水期]

 

　　烘焙时戏剧性的变化-颜色变化豆型变大重量变轻

 

　　咖啡生豆是密度高且具有紧凑结构的种子，但是一旦开始烘焙，就会改变其原生状态，让我们来看看烘焙时会发生什么物理变化：

 

　　颜色的改变

 

　　烘焙时改变最明显的也许就是颜色，在烘焙前，新鲜的咖啡生豆会呈现蓝绿色，接着会因为类黑素的产生而转化成棕色，这些是当醣和氨基酸在加热下结合时形成的聚合物。在烘焙过程中，部分的银皮也会脱落，银皮是最接近咖啡豆的外层纸质物质。烘豆师跟消费者会用颜色作为咖啡豆跟烘焙结果的品质界定标准是为Agtron值

 

 

 

　　6.物理变化及化学反应何者重要?

 

　　烘焙主要会分成三个阶段：脱水，梅纳（焦糖化）反应，以及风味的发展，这些术语实际上描述了化学和物理变化的不同阶段。

 

　　A)脱水

 

　　脱水程序会在回温点发生，回温点是当你将生豆放到烘豆机，机器内部的热量会在再度上升之前先下降，而温度开始上升这个点就称为回温点。脱水阶段，生豆的水分会开始蒸发，压力也会开始在豆子内部形成。

 

　　B)梅纳反应

 

　　当咖啡豆开始转变成棕色，就表示梅纳德反应开始了，这会在加热到大约150°C时发生。这个过程会产生许多气体，包含二氧化碳、水蒸气、挥发气体等。当内部压力够大到冲破细胞壁，就会膨胀，称为第一爆。

 

　　风味的发展也会同时在梅纳反应发生，除了豆子颜色改变，还会影响最终的咖啡风味。

 

　　Ｃ）风味发展期

 

　　当烘焙到一爆之后，烘焙从吸热反应变为放热反应。在这个阶段，物理变化仍会持续，豆子表面的孔隙继续增加、油脂继续从豆芯移到表面、颜色继续变深。

 

　　物理性变化是体积和细孔的改变

 

　　咖啡豆的细胞壁强度名列植物界顶端，它们具有韧性很强的外层物质，增加其刚度和强度。当咖啡烘焙时，上升的温度以及水分转化成气的过程，会让咖啡豆内部的压力升高，这些条件会将细胞壁的结构从刚性转变为橡胶状(又称为玻璃化现象)，因为咖啡豆含有多醣体（结合的醣分子）。

 

　　内部物质向细胞壁推出，在中心留下充满气体的空隙。这代表随着质量下降，豆子的体积会膨胀，而大部分气体的积聚是在烘焙后所释放的二氧化碳。

 

　　烘焙还会增加咖啡豆的细孔，使密度降低，溶解性更强。当然，这对于将它们变成美味的饮料也有很大的关系。

 

　　油脂的改变

 

　　咖啡豆含有油脂，在烘焙过程中，内部的高压会使这些化合物从细胞的中心往表面移动。

 

　　油脂有助于将挥发性化合物保留在细胞内，挥发性化合物是在室温下具有高挥发特性的化学物质，这些物质对于产生咖啡的香味和香气是不可或缺的，如果没有油脂，这些分子可能会快速消散。

 

　　烘焙时间越长，结构的转变会越明显，咖啡豆的密度不断降低，也会产生更多的气体。而烘焙时间越长，咖啡豆的表面油脂也会越多。

 

　　这些发展在某种程度上解释了为什么深焙咖啡的味道跟浅焙咖啡的味道不同，但也存在影响烘焙结果的重要化学变化。

 

　　不同烘焙方式会影响最后咖啡的风味、香气、口感，因为烘焙时会在不同时间与温层发生

 

　　化学反应

 

 

 

　　7.焦糖化与味谱之影响

 

　　时间温层决定味谱走向

 

　　A.浅焙凸显酵素作用（Enzymatic）

 

　　．花味珍稀，橘味精彩

　　．葱蒜吓人，蔗香迷人

 

　　B.中焙凸显焦糖化与梅纳反应（Maillard Reaction）

 

　　．「打造焦糖甜香

　　．「梅纳反应」胜过「焦糖化」

 

　　C.深焙凸显干馏作用（Dry Distillation）

 

　　．纤维素是万香之源

　　．「硫醇」乃深焙浓香功臣

 

　　烘焙中化学成分的反应

 

　　蔗糖:熔点187.8℃→糖类结合物→;焦糖化作用→水CO2逸出产生一爆First Crack现象...烘焙机滚筒豆中量豆温190~196℃

 

　　纤维素(木质素):咖啡细胞壁成分，在230℃产生崩解细胞壁损坏→;二爆Second Crack现象…在烘焙机滚筒豆中量豆温211~216℃

 

　　葫芦巴碱(Trigonelline):纯结晶217.9℃开始退化，当豆温192.2℃开始退化，当豆温229.4℃→85%退化，葫芦巴碱退化程度(率)是确定烘焙最佳反应比率关键指标

 

　　所以烘焙后葫芦巴碱损失率(退化率)50%~80%，分解成多种化合物，包含非挥发烟碱酸及29种挥发物质，其中有9种是蕴含咖啡芳香物质。

 

　　烟碱酸:咖啡生豆烟碱酸常存在与纤维素内，在烘焙过程烟碱酸衍生出可溶性物质，烟碱酸衍生物在咖啡中呈现良好风味的酸度与干净的回味(clean finish)，因此烟碱酸衍生率是另一确定烘焙最佳反应比率指标...

 

　　环境温度(ET):烘焙咖啡特定化学反应有一段温度区间，产生良好风味的反应..这段温度区间即是环境温度

 

　　所以浅烘焙的［酵催作用］所产生低分子量，挥发性高的花果酸香。

 

　　花味是精品咖啡最珍稀的风味，以咖啡花和茉莉花香为主，因咖啡品种或水土关系，酵素在新陈代谢过程，产生高浓度的花香醛（Floral aldehyde）化合物，而出现迷人花香味

 

　　咖啡的水果味谱也是，主要以柑橘和莓果类为主，埃塞俄比亚耶加雪菲与巴拿马的瑰夏，是柑橘味的典型，尤其是巴拿马翡翠庄园的瑰夏，更是橘香之王，此乃咖啡所含香酯与香醛的贡献。

 

　　浅焙咖啡也常出现肉桂、豆蔻等香料气味，这归因于醛类、酯类、酮类、醇类和类的挥发性化合物，浅中焙咖啡所含的果香成分呋喃酮（Furaneol），亦存在草莓与凤梨等水果中。洋葱、蒜头或青葱在完整为切割的状态下，细胞壁未破损，不会有呛鼻气味，一旦切开后，细胞组织破裂，酵素立刻与原本无味的前驱芳香物结合。

 

　　葱蒜味，风味轮中将其纳进草本韵的附属味谱，在烘焙催化过程，偶尔衍生出葱蒜味的成分。检测干香与湿香过程中，常说闻到披萨味、海鲜酱味、葱蒜味、牛肉汤味……几乎每人的体验都不同。

 

　　榴莲稀释后的水果发酵味或豆腐乳味，似甜香又有点辛呛，是咖啡古国独有的“地域之味”。另外，色泽蓝绿的精品水洗豆，常散发牧草与甘蔗的综合清甜香，均属迷人的草本香。

 

　　浅焙最易凸显咖啡豆发育阶段所储存酯醛类和有机酸的挥发性水果酸香味。

 

　　时序进入中烘焙时间催促梅纳反应（Maillard reaction），焦化碳水化合物，含氮成分与脂质的降解等，糖、胺基酸及Trigonellines等进行Pyrolysis而产生芳香化合物反应后产生成分复杂的独特香气产物。

 

　　色香味之密切不可分，在梅纳反应及焦糖化反应的作用下妥贴的体现，麦芽糖一般/一是糖的焦化作用(Caramelization)，糖量与烤色的深度成正比；二是褐色反应。

 

　　于是过程中的坚果、杏仁、奶油和巧克力香气来自梅纳反应，而非焦糖化，换言之，咖啡如果只有焦糖化而无梅纳反应，就只剩下单调的甘苦味，而不是百般滋味的饮品了。在SCAA风味轮中的坚果与诸多甜美香气归类为焦糖化反应，似乎有些简化甜香的形成，这里补入梅纳反应能让真实结果更接近事实。焦糖化与梅纳反应下的“气味谱”，可归为三大韵味：坚果韵、焦糖韵、巧克力韵

 

　　（注一）焦糖化反应：咖啡豆的碳水化合物或糖分，在170度c～205度c间进行焦糖化反应，蔗糖脱水后释放水气及二氧化碳，蔗糖的颜色由无色结晶转变成褐色，并产生芬香物质：『二乙醯』（Discatyl，奶油成分之一，且具有奶油糖的香气）；HMF-呋喃类（Furans，具焦糖味）；HAF-麦芽醇（Matol，俗称糖味香料），而焦糖占熟豆的17％重量，味道苦中带甘。

 

　　（注二）梅纳反应：蛋白质降解与聚合。此反应并非只有化学反应，而是胺基酸与葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖等还原糖在持续加热时，进行一连串复杂的聚合与降解的作用。此作用并不一定在固定的温度发生，但对咖啡而言约略在185度c～240度c过程中，胺基酸与碳水化合物反应后而发生的。而近年的研究发现，咖啡10%的苦味来自梅纳反应。

 

　　烘焙温层再高一些就进入［干馏作用（Dry Distillation）］

 

　　Ａ）深焙迷却爱上树脂成分的熏香、闷香、呛香与酒气，此乃梅纳反应与干馏作用的产物。（树脂成分：松柏类的松科与杉科，皆分泌烯类化合物的松脂，具有辛香味以抵御虫害或松鼠啃食）“干馏作用”是指固体或有机物隔离空气，干烧到完全碳化，而隔绝空气旨在防止氧气助燃或爆炸。

 

　　Ｂ）重烘焙豆在燃烧前出炉，所经歷的脱水、热解、脱氢和焦化，均与干馏差不多，而且中烘焙豆也会生成很多焦香或辛呛气味成分。因此可以将深陪的香气归因于干馏作用。

 

　　Ｃ）浅焙与中焙的芳香属于低、中分子量，但进入二爆后的深焙世界，碳化加剧，焦糖化消失，但梅纳反应持续进行，氨基酸与多糖类的纤维，不断讲解与聚合，产生更多高分子量的粘合化合物，香味诠释权从焦糖转化由梅纳反应与干馏反应主导，以焦香，闷香辛呛为主。

 

 

 

　　8.一爆开始进入决胜关键

 

　　咖啡甜一点会更好喝吧！要把咖啡烘甜一点，重点会摆在把口感不佳的有机酸转化掉的同时，多留住一些甜香，而关键就在一爆之后的化学反应，也就是通称的发展阶段(development stage)。

 

　　这个期间有非常复杂的状况会出现，例如：

 

　　•梅纳反应持续作用着，而且有新的反应物生成

　　•绿原酸、柠檬酸、苹果酸降解

　　•醋酸(庶糖分解产生)、奎宁酸(绿原酸分解产生)、甲酸以及其他有机酸的生成

　　•蔗糖的焦糖化

　　•高温热解反应

 

　　把焦点先放在焦糖化上，焦糖化可以很简单的想像成把蔗糖加热到160度以上，开始融化并产生脱水反应，颜色变深，挥发出焦糖香气。但咖啡的焦糖化反应复杂了些，焦糖化是醣(非仅限于蔗糖)受热之后的脱水反应，它的反应生成物有焦糖、酸、香气物质、二氧化碳等…

 

　　伴随咖啡焦糖化的过程产生的甜香有奶油、蜂蜜、呋喃甜香、水果甜香等，而产生香气的同时，甲酸、乙酸等刺激的酸也大量产生，焦糖化继续进行下去则是二气化碳，并引来「二爆」。

 

　　焦糖化虽在一爆前就开始发生，但主要反应生成物是在一爆后，不论是有机酸或香气物质。生成的有机酸会随着发展时间的拉长再度被转化掉，当然，挥发性的香气物质也是。发展时间不足，酸味会太强，抢了甜香物质的丰采；发展时间太长，滋味会钝化，甚至会有焦苦。要发挥咖啡的甜感，发展时间及其温度变化都要适度掌握。

 

　　什么是最适的发展时间？那么我们建议发展时间为总烘焙时间的20%~25%是最适宜的，而且期间其温升曲线最好是维持平滑下降，不能有"crash"或"flick"现象

 

　　在2014年有一本『The Coffee Roaster's Companion』烘焙学出版、作者Scott分享他20年来在各种不同烘焙机上的经验。Scott在书中则建议[DTR为20~25%]，因为：

 

　　•精品咖啡的主流烘焙度为浅中至中焙，在这样的焙度下，DTR 20~25%对大部分的浅中及中焙的咖啡来说，风味的表现都很好。

　　•在Scott超过20000炉的烘焙纪录中，风味绝佳的20炉(相当于0.1%)，有18炉的DTR是在20~25%之间。

 

　　DTR 20~25%只是Scott个人数据库的归纳结论，DTR也不能完全用来和风味发展程度画上等号，尤其是没有crash/flick的DTR 20~25%，许多人实证不出来，只要烘到20~25%不是有焙味就是有焦燥味。