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2018.06.04

烘焙過程氣味的產生

咖啡的狀態

專業烘豆師在烘焙過程,一定會使用取樣棒來確認咖啡的狀態(圖一),包括看顏色或者聞味道,在過程中咖啡到底釋放了什麼成分,是否對人體造成傷害呢?

今天我們以化學成分的角度做說明,在烘焙過程中到底釋放出那些化學物質。


圖一、取樣棒來確認咖啡的狀態

首先來說說生豆的味道,一般人覺得有麵包味、青椒味、草本味、淡淡的水果味等;其實主要的揮發成分是醇類(酒精味)和醛類(草本),尤其是甲醇和乙醇占了大部分,在儀器中觀察到這兩種成分訊號最強;而醛類像是乙醛和己烯醛貢獻了草本和蔬菜味;另外在日曬豆常聞到的莓果味,化學成分是酯類如2-甲基丁酸乙酯和3-甲基丁酸乙酯;而酸味或起司味是醋酸和己酸。(圖二)

而阿拉比卡和羅布斯塔生豆香氣最大的差異在於,前者醇類較高,貢獻淡淡的水果味;後者異戊二烯類較高,貢獻木質調性。

圖二、生豆香氣成分 PTR/MS訊號圖[1]

接著就是把生豆丟入烘豆機,來觀察化學成分在烘焙過程的釋放量(圖三)

  • 水:嚴格來說整個烘焙過程都在脫水,從140~170℃ 期間(業界稱脫水期)水分釋放量差異不大,在一爆時水分釋放量會增加,衝破細胞壁而產生爆裂聲,一爆結束後速率開始往下降直到結束。 
  • 甲醇:從開始烘焙到一爆過程中產生。
  • 乙醛:從開始烘焙到一爆過程中產生。
  • 醋酸:一爆前夕開始產生,一爆過程大量釋放達到最高值,一爆結束後隨著烘焙時間開始往下降,這也是一爆時會聞到刺鼻味的原因。
  • 乙酸甲酯:跟醋酸的釋放模式很像,但是含量相較低很多,貢獻淡淡的水果味。
  • 吡嗪:梅納反應的主要產物,在170℃開始產生,在一爆時達到高峰後隨即往下降,貢獻堅果和巧克力味。
  • 2,3-丁二酮:梅納反應的產物,在一爆時達到高峰並貢獻奶油味,有新聞報導此成分跟【爆米花肺病】有關,導致烘豆師恐慌。

圖三、烘焙過程化學成分的釋放[1]
 

烘焙過程會造成呼吸道的傷害?

讓我們來談談丁二酮在烘焙過程是否會造成呼吸道的傷害,根據文獻指出在烘焙過程中,丁二酮最高釋放量為0.0023~0.0039ppm (圖四)[2];而動物實驗結果顯示,小鼠肺部細胞傷害的劑量是294.6ppm,但丁二酮99.3 ppm的實驗組統計上是沒有呼吸道損傷的病徵(圖五) [3];綜合以上資訊,烘焙過程丁二酮的含量是不足以造成傷害的,新聞中的丁二酮高釋放量,是業者大量添加丁二酮奶油調味劑才會發生。

其實在咖啡烘焙過程中,需要注意的是燃燒產生的煙和懸浮微粒(particulate matter, PM),這些對人體呼吸道產生的危害遠比釋放的香氣高許多,所以長時間烘焙的專業人士,還是建議帶上口罩保護自己。

圖四、烘焙過程中丁二酮釋放量
 

圖五、投與丁二酮對小鼠呼吸道損傷的實驗






 

Reference:

  1. Chahan Y., Alfons J., From the green bean to the cup of coffee: investigating coffee roasting by on-line monitoring of volatiles. European Food Research and Technology. February 2002, Volume 214, Issue 2, pp 92–104
  2. Gaffney SH, Abelmann A, Naturally occurring diacetyl and 2,3-pentanedione concentrations associated with roasting and grinding unflavored coffee beans in a commercial setting. Toxicol Rep. 2015 Aug 14;2:1171-1181. doi: 10.1016
  3. Hubbs AF, Goldsmith WT, Respiratory toxicologic pathology of inhaled diacetyl in sprague-dawley rats. Toxicol Pathol. 2008 Feb;36(2):330-44. doi: 10.1177

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