影响咖啡味道的因素研究报告

-.z.影响咖啡味道的因素研究摘要"咖啡〞〔Coffee〕一词源自埃塞俄比亚的一个名叫卡法〔kaffa〕的小镇，在阿拉伯语中القهوة的意思是"力量与热情〞。咖啡与茶叶、可可并称为世界三大饮料植物。咖啡具有诸多成效，如解酒、利尿除湿、缓解便秘、改善肝脏功能、开胃助食、熄风止痉、美容皮肤、防止心血管疾病、消除疲劳、可防止放射线伤害、减肥等等。总之咖啡是一种有益安康的上好饮料。在中国，早期咖啡并不受人们关注，因为中国人的传统饮料文化是茶文化。随着全球经济一体化，西方文化渐渐融入我们日常生活中，咖啡也逐渐受到人们的喜爱。同喝茶一样，喝咖啡也非常讲究。人们不仅关注咖啡的品质，也关注一杯咖啡的味道。咖啡的品质可以由上好的原材料决定，则咖啡的味道又是由哪些因素决定的呢"如何才能喝到一杯味道好的咖啡呢？本文旨在探究影响咖啡味道的一些因素，并寻找影响咖啡味道的一般规律，为实际普通人群DIY咖啡提供一些有价值的建议。即让身体得到裨益，又让味蕾得到美妙的享受。关键词：萃取手冲对流水温研磨度水质烘焙度冲煮时间1问题重述考虑冲泡咖啡的味道问题，什么是影响味道的变量？哪些变量一开场可以忽略？假定除了水温外，已经固定了所有的变量，多数咖啡壶都用沸水以*种方式从底部的咖啡中蒸馏出滋味。你认为沸水是产生最正确滋味的最优方式吗？你将怎样检验这个子模型？你将收集什么样的数据以及怎样去收集这些数据？2问题分析在考虑这个问题的时候，我们需要明确一个非常重要的概念，对于一杯咖啡有着至关重要的影响。让我们先思考一个问题，一杯咖啡到底是什么？简单来说，就是水在穿过咖啡粉的时候，溶解并带出了一部份咖啡粉中的可溶性物质，然后我们得到一杯咖啡。也就是说这杯咖啡中除了水就是被水从咖啡粉中带出的物质。那一杯咖啡中是什么在影响咖啡的味道？就是那些被水从咖啡粉中带出来的物质影响并决定着一杯咖啡的味道。水将咖啡粉中的可溶性物质释放出来的过程叫咖啡萃取。在咖啡粉中大概有30%的物质是可以被萃取出来的，然而，咖啡这30%的物质并非全部都是我们需要的。咖啡豆里有优质的风味，也有缺陷的瑕疵风味。幸运的是，咖啡的芳香物质会先被溶出，不好的物质后被溶出。假设，我们萃取出来的物质没有到达一个标准，也就不能完全释放出咖啡的味道，如果我们萃取出来的物质多于那个标准，就会释放有瑕疵的物质，而这些过度被萃取出来的物质给咖啡味道带来的后果会是灾难性的，比方：咖啡的味道会变的杂乱，会变的苦涩。因此，一杯好咖啡，就是要把握一个适量的萃取度，萃取出我们需要的那局部物质而不过多或过少的萃取出一些我们不想要的物质，从而保证咖啡均衡美味的口感。咖啡萃取这个概念非常重要，是咖啡制作的灵魂思想。在明确了咖啡萃取的概念以后，探究影响味道的因素就变得清晰多了。首先可以肯定的是，咖啡豆的种类必然有影响。然而全世界每年有50多个国家生产3000多种咖啡豆，数目繁多，我们可以不考虑。就一种咖啡豆来考虑更一般的影响因素。再者，咖啡豆有一个烘焙的过程，则烘焙可能也是影响因素之一。其次我们考虑在制作过程中，咖啡豆会被研磨成咖啡粉，则咖啡粉必然会是一个影响因素。因为从经历上，我们认为颗粒的大小影响物质的溶解，进而影响到萃取。既然牵涉到萃取，则又联系到溶剂和温度的影响，即水质和水温的影响。最后，我们考虑水的对流以及冲煮时间，其中对流主要针对常用的手冲而言。综上所述，我们列出如下可控因素：咖啡豆的烘焙、咖啡豆的研磨、水质、水温、水的对流、冲煮时间。3因素的探究首先声明的一点是，由于本人对咖啡方面接触的少，更谈不上研究，所以以下均来自于相关研究或者从业者的经历总结。3.1咖啡豆的烘焙对味道的影响咖啡烘焙就是指咖啡生豆经过一定的温度烘焙去除咖啡豆中多余的水分，使咖啡豆中的局部成分转化成焦糖化糖分及风味油脂，烘焙是咖啡豆风味产生的必需阶段，咖啡中有700-850种风味物质必须经过烘焙才得以表现出其芳香的特质，咖啡的风味品质有两**取决于咖啡豆的烘焙。要想获得好的咖啡烘焙效果，必须要到达以下几个指标要求:1)烘焙咖啡豆形要好;2)烘焙深度要均匀;3)较少或无黑头现象;4)烘焙效率要高。影响咖啡豆烘焙效果的主要因素有两个:1)烘焙火功，即适当的烘焙温度曲线以促进咖啡豆的化学变化;2)及时排出咖啡银皮及烘焙烟雾，防止咖啡豆产生烟味等杂味。3.1.1材料与方法①试验设备与材料试验设备为**志安科技生产的美丽可3kg智能咖啡烘焙机。烘焙机有6档加热功率的选择(600，1200，1800，2400，3000，3600W)。咖啡豆为泽帆餐饮管理**提供的普通18目**咖啡豆。②试验参数选择烘焙试验的咖啡豆每次900g。通过初步试验，以600W功率加热时烘焙时间超过30min，效率太低不予选用;以3000W功率加热烘焙时间不到7min咖啡豆就已经烤焦，也不予选用。烘焙加热功率选择为1200-2400W。先以较低功率加热再用较高功率加热及先用较高功率加热再用较低功率加热，各个功率之间组合的具体参数见表1，进豆温度选择为185℃。为了排除烘焙过程中产生的银皮和烟雾，从烘焙开场5min后使用小风排烟，当1爆(1爆指因咖啡豆内部的受热剧烈变动而产生的啪啪声)中后期大量产生烟雾时使用大风排烟，以便及时排出烟雾。3.1.2结果烘焙根本趋势为:下豆初始，由于生豆进入烘焙炉中，烘焙炉温迅速下降，1min内下降约70℃，然后才较快升温2min，开启风门抽出炉内烟尘及水分，这时炉内温度较慢上升，3-5min内脱水阶段完毕，温度继续上升颜色逐渐变黄，并发出烤面包的味道，之后温度缓慢上升，颜色进一步变深并渐渐有咖啡的味道出来，直至出豆。出豆时间根据经历和口味要求在1爆完毕左右下豆。出豆时间和出豆温度主要影响烘焙口味，出豆时间越迟，出豆温度越高，咖啡烘焙深度越深，而烘焙过程中温度的变化是影响烘焙品质和效率的关键因素。烘焙过程温度变化如图1所示。3min之前温度迅速下降，随后温度开场上升，6min后上升速度有所缓慢。烘焙结果如表2所示。3.1.3讨论①豆形和均匀度从各次试验结果可以看出，咖啡豆的豆形和均匀度在各次试验中都较好，说明这两项指标主要与咖啡烘焙机的性能有关，而和烘焙温度工艺无关。本次试验所采用的咖啡烘焙机性能良好，豆形和均匀度均到达较高的水平。②是否有黑头黑头现象是咖啡烘焙过程中的一个缺陷，黑头越多品质越差，较多的黑头会使咖啡口感明显带有苦焦味。从表2和图1可以看出，产生黑头现象的原因是烘焙最高温度和温升速度。从本次试验得出:当豆温度超过208℃就容易产生黑头，要特别注意;其次是温升速度，尤其是在出豆末期，即1爆前至出豆这段时间温升过快也容易产生黑头。③烘焙口味深浅从本次试验可以得出:影响烘焙口味深浅最主要的因素是出豆温度，出豆温度越高烘焙口味越深;其次是烘焙时间，烘焙时间越长，烘焙口味越深。④烘焙效率从表1和图1可以看出，烘焙时间随着加热功率的增加而减小，加热功率越大提供烘焙咖啡豆的热量越大，使其组织及化学成分发生变化迅速。所以加热功率大可以提高烘焙效率。但加热功率过大容易使温升过快，使咖啡豆里外烘焙程度不同，造成外表烘焙过深而里面烘焙过浅。根据经历，加热功率应该选择在使咖啡豆能在15-25min内烘焙完成较好。从以上试验的结果可以得出，要得到咖啡烘焙较好效果，应主要注意以下两点:1)选择适宜的咖啡烘焙机，咖啡烘焙机的性能将直接影响咖啡烘焙的均匀度和豆形;2)要获得好的咖啡烘焙品质还应该注意烘焙的温度变化曲线及出豆温度。要得到较好的烘焙效果，既要有较好的烘焙品质又要有较高的烘焙效率，应该在烘焙初期保证有较高的温度上升趋势，约10-12℃/min，烘焙末期保证缓慢的温度上升，约1-2℃/min。3.1.4验证实验根据以上试验分析，取2组参数做验证试验:1)在初期以较高的功率，较快的温升开场烘焙，之后以较小功率较平缓的温升烘焙，具体温度曲线如图2a所示;2)在整个烘焙过程都以相似的温升烘焙，具体温度曲线如图2b所示。验证试验结果记录见表3。从图2中可以看出，1号试验烘焙时间较短，效率较高，2号试验烘焙时间比1号试验长30%，效率较低。两次试验出豆温度都差不多在218℃。从表3可以得出2次烘焙效果相近，烘焙口味也相近。因此验证试验得出的结论与前期试验得出的结果一样，即，烘焙初期用较快温升开场烘焙，后期以较平缓的温升烘焙，既可保证烘焙咖啡有较好的品质，又有较高的烘焙效率。3.1.5结论咖啡烘焙根据不同口味有不同的烘焙工艺参数，但总的烘焙温度变化趋势是根本一样的，即开场进豆时烘焙温度快速下降，继续加热温度较快上升，当温度到达170℃左右温度上升变得缓慢，再继续加热烘焙直至出豆。为了取得较好的烘焙效果和效率，可以适当加快烘焙前期的温升速度，大约10-15℃/min，并降低烘焙后期的温升速度，大约1-2℃/min。每种品牌的咖啡豆及不同的气候条件等都会影响烘焙的效果，在不同条件下烘焙咖啡豆不能直接采用本次试验的烘焙参数，可根据本文得出的烘焙温度曲线趋势，并结合即时条件做相关试验，然后据此对工艺参数进展适当调整。3.2咖啡豆的研磨对味道的影响烘焙好的咖啡熟豆经研磨后，形成细小的粉末，这个工艺加速了熟豆中CO2气体和挥发性香气的释放，提高了可溶性风味物质的提取效率，进而影响到成品的风味和口感。咖啡颗粒的大小与其中可溶性物质及挥发性物质的提取有关，而颗粒的大小取决于研磨咖啡时所采用的相关设备和操作技术的特征。3.2.1咖啡研磨的方法和器具研磨，即使用工具使咖啡豆形成小颗粒甚至粉末的过程，常见的咖啡豆研磨机是通过两个转动的刀具挤压、粉碎咖啡豆，研磨刀片有圆锥式和圆盘式两种〔表1〕圆锥式研磨机的转速较低，一般低于500r/min。研磨速度越慢，摩擦产生的热量越少，咖啡的香气越不易流失，在冲煮时芳香物质的逸散也较少。圆盘式研磨机的转速比圆锥式要高一些，1000-3000r/min，甚至10000r/min。由于转速提高，圆盘式研磨机的噪音和阻塞的几率比圆锥式形要大一些，产生热量较多，芳香物质容易流失。在咖啡豆研磨机创造之前，人类使用石制的杵和钵研磨咖啡豆。这种捣杵和石钵所磨出的咖啡粉，最能泡出香醇风味，其原因可能在于，捣杵以撞击方式使咖啡豆自然裂开，不会破坏细胞壁，因而留住咖啡的优良成分。但在现代社会中，臼磨早已不可防止的被机器所取代。3.2.2研磨度对咖啡风味的直接和间接影响研磨度是指咖啡豆研磨成颗粒后总外表积的增加量与原咖啡豆外表积的比值。当原咖啡豆外表积一定时，咖啡豆的研磨度根据其研磨颗粒的大小可分为粗研磨、中研磨与细研磨三种〔图1〕，研磨度对咖啡萃取方法的选择〔表2〕和咖啡成品的风味、口感有很大影响。根据研磨度选择萃取方法的根本原则是：咖啡颗粒越大，选择萃取时间越长的方法。例如，粗研磨咖啡粉，应使用水滴式咖啡机等制作咖啡，长时间的冲煮可以使咖啡中特有的风味物质如咖啡因、绿原酸等被充分萃取；假设选用摩卡壶、土耳其咖啡壶等，颗粒很粗又冲煮太快，导致萃取缺乏，这样咖啡就会淡而无味。咖啡的研磨程度对可溶性物质和挥发性芳香物质的提取有重要影响，咖啡研磨过程导致风味物质不稳定、易挥发，这些因素对最终咖啡饮品的感官风味都会产生直接或间接的影响。①直接影响咖啡中的风味物质在加工过程中尤其是研磨时不稳定、易挥发。对于咖啡中易挥发性风味物质成分目前已进展了大量的研究，分析了易挥发性风味物质的成分和稳定性。目前比拟公认的咖啡风味物质散失的理论是咖啡内部高压理论，即在焙炒过程中，咖啡豆内部形成了1.6MPa的高压，在咖啡豆被粉碎时压力释放，导致易挥发风味物质大量散失。研究说明有22种风味物质散失严重，其中包含咖啡主要风味物质中的甲硫醇〔硫磺味〕、2-甲基丁醛〔麦芽香〕、5-甲基丁醛〔麦芽香〕、糠硫醇〔焦糖香、烘烤香〕等，如甲硫醇研磨至5min时，散失已达32%。Akiyama等采用固相微萃取技术对研磨过程咖啡中挥发性物质作了研究，一些主要风味物质的散失情况如表3所示。胡荣锁等通过对GC/MS图谱扫描分析，发现不易挥发性风味物质在咖啡研磨过程中散失同样非常严重〔图2〕。在咖啡研磨前9min风味物质的含量呈线性下降，第9min时散失率达13.1%；之后受摩擦热影响，不易挥发性风味物质散失加剧，研磨25min时散失率高达达26.4%，这些风味物质的散失对于咖啡的感官品质都有极大的影响。胡荣锁等使用电子鼻和电子舌对咖啡在研磨过程中口感和香味的变化作了研究。通过主成分分析法〔PCA〕和判别因子分析〔DFA〕，说明随着时间的增加，口感和香味逐渐变化$统计质量控制分析〔SQC〕结果说明不同研磨时间的样品虽然气味变化不是很大，在可承受*围内，但是口感变化较大，只有研磨5min时，口感在可承受*围内，其他均不在可承受*围内。因此，咖啡研磨时间要控制在5min以内，以防止咖啡中风味物质大量散失，使咖啡感官风味降低。在研磨中摩擦热的控制也是一个重要的问题。研磨咖啡会产生热是必然的，但是摩擦热应该控制到最小的限度。研磨的热度会增加挥发性物质挥发的速度，明显损害咖啡的味道与香气，例如2-呋喃甲醇和4-甲基-1，3-戊二烯分别在研磨5min和9min后受热影响急剧散失，当研磨25min时散失到达56.8%和57.9%〔图3〕。杨朝胜研制出一种可用于咖啡研磨机的导流散热装置，即利用风扇于机座内产生的散热气流，使马达壳体获得散热作用，且风扇的散热气流可以快速冷却呈高温状态的上、下研磨齿盘及研磨中的咖啡粉，提高咖啡粉研磨品质。Baggenstoss等研究了一种湿研磨的方法，将研磨和萃取过程相结合，采用冷水研磨-热水萃取的方法，使芳香物质如2-甲基丁醛〔麦芽香〕、3-甲基丁醛〔麦芽香、2，3-丁二酮〔黄油香〕和2，3-戊二酮〔黄油香〕的浓度比常规工艺分别提高130%、140%、75%和59%，有效减少咖啡豆中的芳香物质在研磨过程中的散失。②间接影响咖啡豆的研磨程度影响到咖啡可溶性物质和挥发性物质的提取效果，进而影响咖啡的风味。关于研磨对提取过程的影响，国内外已经有一些研究。Spiro和Bell等研究了研磨度对于咖啡因萃取的影响，研究发现细研磨、中度研磨和粗研磨的咖啡粉中咖啡因的得率分别为0.87%，0.77%，0.63%，结果说明咖啡颗粒尺寸下降，咖啡因得率显著增加。Cappuccio等通过研究咖啡萃取过程中颗粒粒径分布对水流速的影响，进一步验证了上述观点。Susana等研究说明，细研磨和粗研磨相比，萃取出的固体和可溶性化合物的量有明显提高，如脂类、咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸的得率分别增加了26%、24%、20%和38%，咖啡的特殊苦味、香味和润滑感也更加强烈〔表4〕。此外，一些芳香物质如具有麦芽味的2-甲基丙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛和具有黄油香气的2，3-丁二酮、2，3-戊二酮等物质的提取率也分别增加了54%、71%、40%、33%和41%。3.2.3结论在咖啡制作过程中，咖啡感官风味的形成和特有物质的提取效果受咖啡研磨度的影响。咖啡研磨度越高，葫芦巴碱、咖啡因、绿原酸等苦味、酸味类风味物质的提取率越高。另外，咖啡中的*些风味物质在研磨时不稳定、易散失、保存时间短，且研磨时产生的热量增加了其挥发速度，明显减弱了咖啡的味道与香气，降低了咖啡的感官风味。因此，在咖啡研磨过程中，可以通过控制颗粒研磨的细度、研磨时间和研磨时的温度等因素，保证咖啡特征物质的有效萃取和香味物质的释放，到达控制咖啡风味的目的。3.3水质对咖啡味道的影响一般来说，煮咖啡用的都是蒸馏水，因为蒸馏水几乎不含杂质、矿物质和酸性物质，不会和咖啡中的物质发生化学反响，使其原有的味道不变。也有人用市面上一些牌子的矿泉水进展了试验，发现咖啡原来的味道中会掺杂不同味道而有所改变，有些甚至变的更好喝。具体做法如下：以净水器+软水器的净化水为根本参考，使用蓝山no.1、曼特宁、肯尼亚、耶加雪菲反复测试屡次，其他豆穿插测试，均为手冲式冲泡，为期2个多月。比照几款商业矿泉水。①农夫山泉使用农夫山泉冲泡，整体的醇厚度会有提高，明亮度和干净度有一点下降，至于广告语中的有点甜在冲泡后并没表达，个人认为这款水比拟适合风味浓郁，消沉的咖啡类型，比方曼特宁、哈拉尔、深烘焙的肯尼亚这类。但并非冲泡果酸型豆就不适合，冲泡浅烘焙的肯尼亚就将其厚实消沉的果酸和红酒味发挥的淋漓尽致。②麦德龙自有品牌矿泉水RIOBA使用这款水，冲泡的表现均衡，干净，并且提高了咖啡的出品甜度，几乎适合所有测试的咖啡豆，跟净化水风格较一致，大概是矿物质和微量元素更丰富的缘故，口感更透更甜，在冲泡果酸豆，如耶加雪菲、巴拿马瑰夏、达特拉黄波帮、危地马拉花神时，有极好的表现力。为了防止价格高品质好的先入为主的误区概念，测试前是不看商品标签盲品水的口感，得出一致的评价。冲泡咖啡时也是使用一样水量、温度，粉量等客观条件盲品得出结论。个人认为这款水好过农夫山泉。③崂山矿泉水〔红矿〕崂山自古就有仙山的美誉，仙山的泉水自然不差，崂山矿泉水有两个系列，红矿和蓝矿，我们选择品质更好的红矿测试。红矿矿泉水的水质甘甜、清凉是一大特点，同样环境条件下，喝红矿水就会觉得比其他水更凉一点，像喝过冰水的透气感。在冲泡咖啡上，会得到更加纯洁、鲜甜的口感，并能降低一些缺乏的刺激毛边口感和杂味。冲泡蓝山、瑰夏、耶加雪菲等豆的表现极佳，冲泡曼特宁的出品则让人意外，比方冲泡半水洗的黄曼，得到的口感却有点类似水洗的绿宝曼。用这款水冲泡浅烘焙的肯尼亚，果酸浓郁强烈上扬，各种莓果层层交织，香气悠长。同样使用农夫山泉来冲，果酸则消沉浑厚，一杯水的区别却让风味产生了巨大变化，真是让人惊奇不已。3.4水温对咖啡味道的影响水温这个因素其实很难有准确答案，在查阅了相关资料后，发现对这个问题众说纷纭。如大家耳熟能详的："咖啡在85°最好喝。〞或者在很多商业培训时候，咖啡机设定在96℃。还有有些教科书说咖啡在92℃更好。如果只想知道结果，不深究原因，确实越听越糊涂。则我们回到咖啡的本质上来。咖啡即从咖啡粉中萃取芳香物质，所以我们的水温应该围绕尽可能地把芳香物质萃取出来入手。不能出现萃取缺乏，也不能出现萃取过度的现象。根据分子热运动，水温越高，萃取的风味会越多。因此，过高的温度，有可能造成萃取过度〔当然也有其他原因〕。反之，温度太低，可能风味摄取不够，造成萃取缺乏。还有咖啡越新鲜，含有的风味会越多。咖啡置放时间越久，含有的风味会越少。则结论就是，咖啡越新鲜，温度会低一些，因为不想把过度的风味萃取出来。咖啡越不新鲜，温度会高一些，因为需要更高的温度，提高水的溶解力来摄取留存的风味。例证就是espresso往往需要一周左右醒豆期，一周后咖啡萃取温度往往在92℃左右。如果置放了3个月以上，往往会在96℃。手冲咖啡往往在第三天就可以喝了，因此非常新鲜的浅烘焙咖啡，〔浅烘往往低温〕有些人甚至用70℃左右进展萃取就够了。因此，水温是没有具体答案的。个人认为这个因素虽然重要，但是讨论的意义不是很大。3.5水的对流在手冲时的影响咖啡的做法有好几种，分别如下：1〕滴滤咖啡的制作分为：手冲、虹吸、法压、其他一些工具比方越南壶、聪明杯。2〕意式咖啡的制作分为：摩卡壶、意式机。这里我们讲讲常用的手冲。手冲咖啡是目前欧洲比拟流行的咖啡品尝方式，与意式咖啡不同的是，手冲咖啡去除了其他因素〔牛奶、糖、香料等〕的味觉干扰，仅用水和咖啡研磨后的粉末，仅用单一品种的咖啡豆，即能带出咖啡本身最纯粹，最原始的味道。手冲用到的工具很简单，所以对制作者要求较高，不建议新手尝试。手冲时一个很重要的因素就是水的对流强弱。其实本质上还是关于萃取缺乏与过度的问题。市面上有许多的流派：分段注水法、一次注水法、快冲法，慢冲法，从内到外转圈冲法，只在中心的冲法，还有非常慢萃取一点咖啡液然后稀释的冲法等等许多不再赘述。每个流派出品的咖啡都有自己的风格，制作者对于自己的流派往往充满自信甚至深信不疑，但也许你会发现不管是哪个流派，都能冲好几种咖啡，有一些怎么也冲不好。说得直白一些，这些不同流派的冲法，主要是调整了对流的强弱，比方快冲的对流强，水和咖啡粉的交换剧烈，就比拟容易突出风味感也容易萃取过度。慢冲的会比拟柔和但风味感就较弱。因为手冲使用水柱取代了搅拌棒，水柱的整体大小和水流的动线只能控制到一个相对的*围，所以这种不稳定的对流很难进展均匀一致的萃取，出现不同人制作完全不同风味的出品反响。我们回