咖啡生豆經過烘焙將內部成分轉化後我們才可以聞到迷人般的咖啡香味，但是在生豆烘焙過程中成份轉變十分複雜，本文簡單介紹了咖啡烘焙過程中的化學反應，希望成為大家繼續深入研究的起始點。
烘焙基礎科學-褐變反應
非酶促褐變反應(Nonenzymatic Browning)
非酶促褐變反應不同於酶促褐變反應，非酶促褐變反應不需要酶，但是其反應需要熱能、糖和氨基酸。與咖啡烘焙有關的非酶促褐變反應有兩種：焦糖化反應(caramelization recation)及美拉德反應（Mailard reaction).
焦糖化反應（caramelization reaction)
焦糖化反應比較容易解釋。焦糖化反應是糖的氧化，脫水，降解過程，它對咖啡的風味及顏色都會有影響。我們這裡指的糖主要是蔗糖（sucrose),我們在做菜過程中使用的糖屬於蔗糖。當蔗糖被加熱到160度便開始慢慢脫水溶解變成半透明的液態。當被加熱到200度時糖中的化合物開始重組，產生棕色的焦糖（太妃糖）帶有一定的燒糊（burnt)氣味及苦味（bitter)，和一般人想象中甜甜的焦糖蛋糕中的焦糖味道完全不同。平常食用的焦糖會加入糖，奶，或其它風味劑。
根據使用目的不同，製造商可以對焦糖化所造成的風味和顏色做選擇，例如使用氨法生產的焦糖色素用於可樂飲料的上色。
除了產生氣味和顏色，焦糖化反應會產生有機酸(organic acids).例如在糖脆的製作過程中加入小蘇打粉（baking soda)與有機酸產生反應釋放出二氧化碳,形成獨特的口感。
在咖啡烘焙過程中也有類似的反應發生，糖降解也會產生二氧化碳，二氧化碳加大了咖啡豆內部纖維細胞組織的壓力，最終造成纖維組織的斷裂，形成了咖啡烘焙過程中“二爆”所發出的爆裂聲。咖啡過程中“一爆”現象產生的原因不同於“二爆”，“一爆”主要是由咖啡豆中水分蒸發所形成的壓力造成的。
大約90%的蔗糖會在烘焙過程中降解形成多種產物，包括：甲酸（formic acids),醋酸（acetic acids).
有實驗表明醋酸含量在烘焙前期可以增加大約20倍，隨烘焙後期醋酸會快速減少。雖然醋酸屬於弱酸但是它會對咖啡風味造成影響。阿拉比卡咖啡的蔗糖含量大約是羅布斯塔咖啡的兩倍，因此我們可以在阿拉比卡咖啡中體驗到明顯的香氣和酸度。
總之，焦糖化反應會在烘焙過程中產生香氣，酸度，二氧化碳，及顏色。焦糖化反應和美拉德反應一起對咖啡最終風味的形成造成影響。
美拉德反應 The Maillard Reaction
美拉德反應因該是所有褐變反應中最複雜的一種。雖然它和食品有密切的關係，但實際上它的最初發現是在醫藥業。1900年Dr Louis Camille Maillard 正在從事他一生中最為複雜的研究：人體產生蛋白質的機理。當他在加熱還原糖和特定氨基酸混合溶劑時，溶劑逐漸從透明液體轉化為棕色液體並帶有烤堅果及烤麵包的香氣，這標示了美拉德反應 的正式發現。隨後有大量的公司開始對美拉德反應展開研究。二次世界大戰期間士兵抱怨供給品中的粉狀雞蛋有變色變味現象，這引起軍方的注意並開始調查研究。直到現在人們也沒有完全認識梅拉德反應的全部過程，梅拉德反應是現代食品行業中的重要研究課題，在醫藥行業它涉及到有關衰老過程問題的研究。
梅拉德反應的核心問題是在有機食品的熱加工過程中不同氨基酸和不同糖相互結合，對最終產品（烤麵包，牛肉，咖啡等）的風味及味道造成的影響。鑑於梅拉德反應的複雜度，本文的討論只能算是基本的介紹，更深的研究探討超出本文的範圍。
梅拉德反應可以總結為4個主要步驟：
第一步，糖和氨基酸在烘焙中結合生成葡萄糖胺（N-glucosamine)化合物，這些化合物性質不穩定，一般會進行第二次反應（葡萄胺重排反應Amadori Rearrangements)生成另外一些中間產物。到此步為止所有生成的化合物沒有顏色也沒有氣味及味道。第三步strecker降解過程中葡萄糖胺與特定的氨基酸再次產生反應生成了新的具有芳香特徵的化合物,這些化合物與咖啡的香氣有直接關係，如：吡嗪,吡啶有烤玉米/烤堅果/苦的氣味。第四步生成的蛋白黑素化合物決定了咖啡的顏色。
有些因素可以影響梅拉德反應包括：含水量，pH值，溫度.氨基酸和糖的結合過程中產生水，烘焙物質的水活性（物質中水分含量的活性部分或者說自由水）過高會妨礙梅拉德反應。對於那些水活性較低的物質如：麵包，奶粉等褐變會發生的比較快。梅拉德反應在鹼性條件下會加速，有利於Amadori重排產物形成1-deoxysome（脫氧葡萄糖醛酮），它是許多食品香味的前驅體。溫度是我們可以掌控的影響因素，溫度每上升10度C,梅拉德反應速度會翻倍。這種現象在“二爆”之後比較明顯。
隨著烘焙度的加深，越來也多的水分從咖啡豆中消失從而造成潛在反應物比重的增大（比較像海水蒸發鹽的比重隨之增加），梅拉德反應也會隨反應物比重的增大而加快。隨著溫度上升及反應加快，咖啡風味走向也發生變化，苯酚，吡嗪,吡啶的含量增加，醋酸含量在初期達到頂峰後會迅速減少。簡單講，咖啡烘焙度的加深會造成香氣，醇厚度，刺激性的增加，酸度逐漸減少。
焦糖化反應和梅拉德反應即相似又不同：
1.焦糖化反應不需要氮源物質(元素），它僅僅是糖的分解。梅拉德反應需要糖及氨基酸（氮源物質).
2.焦糖化反應發生的溫度要高於梅拉德反應發生的溫度。梅拉德反應可以在室溫條件下緩慢進行，而焦糖化反應一般會在150度C以上進行反應。
3.兩個反應都會形成蛋白黑素及風味化合物即形成：顏色和風味。
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我是阿啡，從事推廣咖啡文化工作超過5年，去過印尼/雲南/臺灣等咖啡莊園以及意大利/荷蘭/德國/法國等咖啡消費城市。愛精品咖啡，想交一樣愛咖啡的朋友。歡迎大家關注我的頭條號，長期分享交流精品咖啡、拉花與開店知識。愛咖啡，讓我們聚在一起。與您分享精彩生活每一天。
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