其他

咖啡香大有來頭

咖啡的採集、烘焙和烹煮,都有科學上迷人的道理。

撰文/意利(Ernesco Illy,意利咖啡董事長)
翻譯/潘震澤(美國韋恩州立大學生理學博士、陽明大學生理學研究所教授)

其他

咖啡香大有來頭

咖啡的採集、烘焙和烹煮,都有科學上迷人的道理。

撰文/意利(Ernesco Illy,意利咖啡董事長)
翻譯/潘震澤(美國韋恩州立大學生理學博士、陽明大學生理學研究所教授)

喝好咖啡茲事體大


全球行家一致同意,濃縮咖啡(espresso)是咖啡的精髓表現:在小而結實的磁杯中,裝了半滿深色、不透明的滴濾液,上頭覆蓋著一層醇厚、紅褐色的泡沫——克麗瑪(crema)。克麗瑪係由薄膜包覆的微細氣泡所組成,將咖啡獨特的味道、香氣和熱度給保存其中;其為時之長,出人意表。Espresso這個字,是「應要求而特別現做」之意;至於做法,是將烘焙好的咖啡磨成細粒,壓成餅狀,以少量熱水加壓快速濾過而成。最後出現的濃縮液體,不但包含溶化的固體,同時在布滿微小油滴的懸浮液中,還帶有大量各式的香料物質。這些總加起來,造就了濃縮咖啡獨特而濃厚的味道、氣味以及「口感」。【圖為克麗瑪(crema)的剖面放大圖,是濃縮咖啡上頭濃稠的紅棕色泡沫。克麗瑪主要是由表面活性劑形成的薄膜,包圍著很小的二氧化碳及水蒸氣泡泡(大形圓圈)。克麗瑪也帶有乳化的油脂,裡面包含主要的芳香成分(有紅邊的顆粒狀物)及深色咖啡豆細胞的結構碎片。】


沉迷此道者認為,調製完美的濃縮咖啡,就是咖啡中的極品,因為其特殊的調製方式,能夠表現且強化咖啡豆天生的特質。事實上,在所有各式各樣調製咖啡的方法中,從土耳其式、浸泡式,到濾滴式等,濃縮咖啡是其中的精華;只要了解濃縮咖啡的做法,等於是曉得了所有咖啡的調製方式,因此舉它為例,再適合不過。


高品質的咖啡來自於對各種因子維持嚴密的控制,包括栽種環境、植物品種及沖煮過程等。咖啡的栽培有無數個變數必須監控及管理;一旦咖啡豆結了實,品質就已經決定,無法再增添或去除什麼了。對一杯濃縮咖啡來說,需要50~55顆的咖啡豆;其中只要有一顆不完美,就足以讓人察覺,而壞了整杯咖啡。那是由於人類嗅覺與味覺的起源是防禦的機制,目的在保護我們的祖先避開腐爛(不衛生)的食物。唯有仰賴現代的科技,才能夠既有效率又可靠地辨識出50顆完美的咖啡豆。


種出好的咖啡樹是先決條件


咖啡生豆是茜草科(Rubiaceae)植物的種子,而其下的咖啡屬(Coffea)至少有66個種。其中兩種具有商業利益的是阿拉比卡(Coffea arabica)及加納弗拉咖啡(Coffea canephora);前者占了全球2/3的產量,後者又稱為羅巴斯塔咖啡(Robusta),占了剩下的1/3。羅巴斯塔及所有野生種的咖啡具有22條染色體,而阿拉比卡咖啡則有44條。因此,阿拉比卡不能與其他種的咖啡進行育種,產生雜交的作物。


羅巴斯塔是種高產量又耐病蟲害的植物,高度可達12公尺,在溫暖潮濕的氣候生長得最好。由羅巴斯塔咖啡豆所製成的咖啡具有相當的質感,有股略為衝鼻的土味,同時咖啡因的含量較高,占重量的2.4~2.8%。雖然有許多的供應商販賣羅巴斯塔,但這種咖啡豆卻不能做出最高品質的咖啡。


阿拉比卡發源於衣索比亞的高地,是一種中、低產量,又相當嬌弱的植物;它們需要氣候溫和的生長環境,並加以細心照料。它可以長到5~6公尺左右的高度,但為商業目的栽培的咖啡樹,都修剪在1.5~2公尺高。由阿拉比卡咖啡豆所製成的咖啡具有強烈、複雜的氣味,會讓人不禁想起鮮花、水果、蜂蜜、巧克力、焦糖或者是烤麵包的香味;其咖啡因含量絕不超過重量的1.5%。由於阿拉比卡的品質優異、氣味香醇,因此價格要比其強烈、粗獷的表親來得高。


一場好雨就能讓阿拉比卡咖啡樹開花。過了210天之後,便有紅或黃色的漿果出現,稱為「咖啡櫻桃」。每個漿果裡有兩顆橢圓形的種子,也就是咖啡豆。由於在同一根樹枝上同時會有花及果實的存在,因此,採集者的食指與拇指就是收集成熟漿果的最佳工具。用手將整條樹枝上的果實刮下,或是使用自動化的採收機,都無法將成熟與青澀的漿果區分開來。


決定咖啡豆最終品質的因素取決於植物的基因、生長的土壤以及局部地區的氣候,包括海拔高度、降雨量、陽光,以及每日的氣溫變化。這些農業及地理上的考量,加上咖啡豆烘焙的過程,造成了許多不同咖啡豆之間味道的差異;供應商把它們加以混合,就製造出市面上各種不同口味的綜合產品。


咖啡豆的處理


咖啡的漿果在收成之後必須馬上處理,以免變質。產製者會用兩種處理的方法:日曬法及水洗法。有效的日曬法是將漿果平攤在廣場上,並不時地攪動脫水中的漿果,使其均勻受熱及透氣。然後將乾燥的漿果放進機器,壓碎外殼,並同時除去外殼、乾果肉及裡頭包覆的一層羊皮紙狀外膜,從而分離出咖啡豆,再進行分類及裝袋。另外一種做法是,先用機器為漿果除去果肉,再清洗,最後進行乾燥並將咖啡豆從羊皮紙狀外膜中分離出來。無論是哪種方法,目的都一樣:將咖啡漿果裡含有65%的水分,降到只含10~12%的咖啡生(青)豆。


要製作上等的咖啡,最大的挑戰之一,是從挑選優良的生豆開始。頂級的製造商,好比說位於義大利的港的意利咖啡公司,會用上許多複雜的程序控制技術,來降低有缺陷咖啡豆的比例。這個過程包括以紫外線螢光分析,來挑出發霉的豆子,以及利用三色(黃綠、紅及紅外線)的映像圖,建立每一批豆子的色彩指紋。意利咖啡與英國梭泰克斯公司合作,發展出一種雙色光的分類系統,在咖啡生豆即將進入烘焙之前,做最後的品管。方式是在豆子落入容器的過程中,利用光電管挑出其中的壞豆子,然後送訊號給空氣噴嘴對準一吹,將壞豆子個別剔除。這種分類的運作方式,速度可高達每秒400顆,不是任何人工所能相比的;同時,它的精準度連最訓練有素的人眼也比不上。


完美成熟的咖啡生豆,其組成的細胞具有不尋常的厚壁,厚度可達5~7微米,為植物界所少見。在烘焙的過程中,這些直徑在30~40微米的細胞就像是微型反應爐,所有由加熱所產生的重要化學反應,都發生其中;而咖啡迷人的味道及香氣也由此產生。不成熟的咖啡豆不但細胞壁較薄,而且成熟過程中最後階段所產生的重要香味(蛋白質前驅物),亦付闕如。經過細菌或黴菌發酵過的豆子,細胞裡的這些重要物質也都被吃空了。


烘焙豆子學問大


烘焙的熱解(由熱能所推動)過程,大幅增進了咖啡的複雜性。咖啡生豆的香味裡含有約250種不同的揮發性分子,但經過烘焙後,咖啡豆裡卻出現了超過800種之多。


在烘豆機裡進行分段式加熱的過程中(一般使用大型、熾熱的轉動圓筒),咖啡豆細胞裡殘留的水分轉變成蒸氣,促使其中豐富的醣類、蛋白質、脂質及礦物質進行多樣複雜的化學反應。在185~240℃的高溫下,醣類與胺基酸、胜?及蛋白質產生結合,進行焦糖化,也就是著名的「梅納反應」(Maillard's reaction)。最終產物是黃褐色、苦中帶甜的醣胺及類黑色素(咖啡主要味道的來源),以及二氧化碳(每烘焙出一公斤的咖啡豆,可產生高達12公升的二氧化碳)。


在此同時,有各式各樣分子量較低的香味分子出現;這些揮發性化合物賦予了咖啡熟悉的香味。當水蒸氣及二氧化碳試圖從厚實少孔的細胞壁與一層油脂中脫身時,每個細胞裡的壓力可增至20~25個大氣壓那麼高。有些細胞最終裂了開來,產生烘焙咖啡豆時典型的爆裂聲。在烘焙過程中,咖啡豆的體積會增加至少一半以上,而豆子的重量則減少了1/5。


烘焙的時間視施加的溫度及程序而定,最短可至90秒,最長則達40分鐘,但一般傳統的時間是12分鐘。根據烘焙時間的不同,細胞內進行的熱反應以及最終的結果也會不同。較高的溫度可以縮短烘焙的時間,減少重量的損失,但這種方法製作出來的咖啡有股金屬般的苦味,那是由於沒有充分的反應時間,而有多酚類的殘留所致。經濟情況較差的地區通常採用長時間的烘焙,因為多數消費者只負擔得起低價、有瑕疵的咖啡豆,因此得靠長時間的烘焙,將不好的味道及氣味通通給趕出豆子。不幸的是,受人喜歡的味道及香氣也一起不見了,只留下一杯苦味的咖啡。


烘焙時所達到的溫度愈高,咖啡的香味就愈差,苦味也愈重。相對地,低溫烘焙也無法產生令人滿意的香氣,同時還有酸味也冒出來。


聞一聞咖啡香


香氣科學是門高度複雜的學問。研究人員一般都用氣相層析儀加上嗅覺計,來分析咖啡豆在烘焙時所產生的香氣。所謂的嗅覺計是讓有經驗的測試員,吸聞每一種可以分離辨識成分的氣味,然後加以定義。接下來常用到的是質譜儀,進一步將每種氣味的化學組成分辨出來。把烘好咖啡豆的香氣經過氣相層析儀分離之後,分別吸進鼻子裡聞聞,是一項啟迪人心的經驗。你可以聞到玫瑰、大吉嶺茶、巧克力、香草及紫羅蘭的味道,還有松露、湯、乳酪、汗水,甚至所謂的貓味。後者在稀釋下聞起來像是sauvignon白酒,但在高濃度下,味道可是會讓人作嘔。


在意利咖啡的實驗室裡,技術人員集中注意在一些最強烈的味道上。讀者可以想像你在聆聽某合唱團的演唱錄音,其中有800位成員,還包括像潔西諾曼、帕華洛帝等幾位技壓全場的獨唱好手。當你把播放的音量調低,就算合唱團的聲音逐漸消逝,但突出的獨唱聲仍清晰可聞。將咖啡的香味加以稀釋,就類似這種情況:一旦稀釋過了某個程度,就只有最強烈的成分可以讓人察覺得到。不幸的是,咖啡樣本裡味道最強烈的分子,正來自有缺陷的咖啡豆。


像丁酸乙酯及乙醇酸乙酯這樣的分子,是不成熟的咖啡豆裡那股難聞氣味的罪魁禍首;只要它們存在,一杯咖啡也就毀了。同樣地,造成羅巴斯塔咖啡那股招牌土味和化學藥品味的分子,是甲基異龍腦及三氯茴香醇醚(TCA)。TCA又稱為「里約之味」,因為它最早是從里約熱內盧附近的咖啡所發現的,也可在以軟木塞封瓶的酒裡找著。人的嗅覺系統對於這個物質的嗅覺閾值可是其低無比,只要6×10-15 g/ml的濃度,就可以聞出來。

咖啡的足跡

■公元前1000年到公元後500年間,住在基法王國(今衣索比亞)的歐羅摩游牧民族以咖啡作為提神劑;方式是將咖啡豆壓碎,與油脂混合,再搓成高爾夫球大小的分量。
■公元600年左右,咖啡由商人攜帶越過紅海,來到阿拉伯(今日的葉門)。
■15世紀末至16世紀初,前往麥加朝聖的回教徒,回程時將當時已成阿拉伯人專賣的咖啡豆帶至土耳其、埃及和敘利亞。帶有阿拉伯風味的咖啡館,也在君士坦丁堡、大馬士革以及其他近東地區的城市開業;一些歐洲來的商人,特別是威尼斯人,在此接觸到這種飲料。
■1600年左右,某些教皇的顧問將咖啡稱為「撒旦的苦澀發明」,並慫恿教皇克萊孟八世加以拒斥,因為這是不忠於教會的奧圖曼土耳其人所喜愛的飲料。結果教皇非但沒這麼做,反而對咖啡賦予教皇的權威認定,使得咖啡成為羅馬天主教徒可以接受的飲料。
■1616年,荷蘭的實業家開始以商業為目的栽植咖啡,最早是從葉門取得的一棵咖啡樹開始。到了1658年(某些資料來源說是1690年代),荷蘭人已經在錫蘭以及他們在爪哇的東印度殖民地種植咖啡樹。
■1714年,阿姆斯特丹的市長將來自爪哇的一棵咖啡樹,獻給法國國王路易十四。
■1723年,一位法國的海軍軍官狄克魯不知如何地從皇家植物園取得了三顆咖啡樹苗。他帶著樹苗經過了一段危險的海上旅程,來到加勒比海的馬丁尼克島。由其中一棵樹苗在該地繁衍茂盛。
■1727年,荷屬圭亞那及法屬圭亞那兩個種植咖啡的殖民地因邊界的問題發生爭執,一位葡屬巴西的官員帕爾西塔應邀擔任仲裁。結果他趁機走私了好幾株咖啡樹苗,帶回他的屬地。
■1903年,德國的咖啡進口商羅塞魯斯完美改良了「去咖啡因咖啡」。
■1933年,意利取得第一台自動濃縮咖啡機的專利。
■1961年,義大利咖啡機製造商飛馬公司的瓦侖特設計了現代濃縮咖啡機的原型。



【延伸閱讀】


咖啡好喝,茶也棒!在東方國家,茶的香氣遠比咖啡傳頌得久遠,而深藏在茶葉的科學複雜性也毫不遜於咖啡。本期《科學人》雜誌第76頁有台大食科所孫璐西教授對茶葉科學的獨到研究,呈現茶的奧妙。

咖啡好站︰
爾灣咖啡小站
※苦窯
意利咖啡官方網站
國際咖啡組織(International Coffee Organization)︰總部設於倫敦,為咖啡產國所組成的組織,協助全球咖啡經濟體的順暢運作。
國際咖啡科學協會(The Association Scientifique Internationale du Cafe, ASIC)︰總部設於巴黎,各方專家研討咖啡的種植、化學、健康、技術、心理、儲存等各方面知識。
※鳴禽基金會(The Songbird Foundation)︰提倡永續咖啡農業、遮蔭栽植,以保護咖啡產地遷移性或留棲性鳴禽的棲地與族群數量。

咖啡好書︰
The Great Coffee Book. Timothy J. Castle and Joan Nielsen. Ten Speed Press, Berkeley, Calif, 1999.
Coffee, Vols. 1-6. R. J. Clarke and R. Macrae. Elsevier Applied Science, 1985.
Coffee: Botany, Biochemistry and Production of Beans and Beverage. M. N. Clifford and K. C. Willson. Croom Helm, London, 1985.
Caffeine, Coffee and Health. Edited by S. Garattini. Raven Press, 1993.
Espresso Coffee: The Chemistry of Quality. A. Illy and R. Viani. Academic Press, 1995.
Coffee: Recent Developments. R. J. Clarke and O. Vitzthum. Blackwell Science, 2001.