【文、圖／摘自方言文化《咖啡烘豆的科學》，作者史考特‧拉奧】
咖啡樹結出櫻桃般大小的果實（cherries），裡面的種子我們稱之為咖啡豆。每顆果實通常包著兩顆扁平、面朝彼此的種子。一旦浸泡在熱水中，生豆便會散發出微微的咖啡味道（taste）與香氣（aroma）。
烘焙生豆會造成極大的化學變化，過程中不僅製造、也拆解了上千種的化合物，而烘豆師期望在烘豆過程中，能發展出於研磨與沖煮之後，散發出優美風味（avors）的咖啡豆。在烘焙的諸多效果中，這會導致豆子以下情形─
• 顏色由綠色轉換為黃色、棕黃色、褐色至黑色。• 尺寸增加近乎兩倍。
• 密度近乎減半。
• 甜味先增後減。
• 酸度（acidic）逐漸增加。
• 能發展出高達八百種芳香化合物。
• 釋放壓力與水蒸發時會發出響亮的爆聲。
烘豆的目的在於優化咖啡裡可溶性化合物（soluble chemistry）的風味。溶解性固體（dissolved solids）組成了口中嘗到的咖啡沖煮味道，而揮發性芳香化合物（volatile aromatic compounds）和油質的溶解，則釋放出鼻中嗅到的香氣。溶解的固體、油質、懸浮顆粒及咖啡豆主要的纖維（cellulose）碎片，則構成了咖啡的醇度（body）。
圖／摘自《咖啡烘豆的科學》
生豆的密度高，其中約有一半是各種形式的醣類，另一半則是由水、蛋白質、脂質、酸和生物鹼（alkaloids）組成的混合物。烘豆師其實不用特別了解關於生豆的化學，就能烘焙出美味的咖啡，但我仍然會提供以下簡述，讓讀者了解生豆的基本成分。
結構
生豆的結構是個立體的纖維素，也就是多醣（polysaccharide），其基質是包含了幾近百萬個的細胞。包裹了部分纖維素的基質擁有上百種化學成分，而烘焙的過程會使這些成分轉換為油脂與可溶性物質，並決定了沖煮出的咖啡風味。
生豆的纖維素結構占了本身一半的乾重（dry weight）。雖然纖維僅貢獻些許的咖啡風味，但會抓住部分揮發性芳香分子，這些化合物將提供香氣、增添咖啡的黏稠度與品嘗到的整體質地。
醣類
主要為蔗糖，約占生豆乾重 6 ∼ 9%，也是一杯咖啡甜味的來源。蔗糖同時也影響了酸度的發展，因為烘豆過程中，蔗糖的焦糖化（caramelization）產生了醋酸。
脂質
主要為三酸甘油酯，約占生豆乾重16%。儘管脂質並非水溶性，依舊會殘留在沖煮出的咖啡中，尤其在沖煮方式是未過濾（例如杯測cupping）或多孔過濾（例如義式濃縮咖啡、法式濾壓、金屬濾網或布料過濾）時。一杯咖啡中的油脂留住了香味，也帶來了咖啡的口感（mouthfeel）。擁有高脂質含量的生豆，常被視為擁有較高品質。然而不幸的是，油脂也代表了品質的挑戰，因為脂質極易在熟豆儲存階段氧化或腐敗。
蛋白質
蛋白質與胺基酸約占生豆乾重10 ∼ 13%。咖啡豆的胺基酸和還原糖（reducing sugars） 會在烘焙過程中， 相互產生非酵素褐變（nonenzymatic browning），也就是梅納反應（Maillard reactions）。這些反應會製造出醣苷胺（glycosylamine）與梅納汀（melanoidin），為咖啡帶來苦中帶甜的風味與褐色外表，以及碳燒香、肉香與烤麵包香。
咖啡因與葫蘆巴鹼
咖啡因（ca eine）與葫蘆巴鹼（trigonelline）為兩種生物鹼，兩者各占生豆乾重約1%，為咖啡提供了苦味（bitterness）及興奮劑的特性。在一杯咖啡中，咖啡因提供了約10％苦味，以及大部分興奮效果。咖啡樹製造出咖啡因，是為了防禦昆蟲的啃咬。種植於較高海拔的咖啡樹，由於昆蟲的侵略機會減低，可能產出咖啡因含量較低的咖啡豆。
葫蘆巴鹼則應該是咖啡苦味的最大貢獻者，也能製造出許多芳香化合物，同時在烘焙過程中減低了吡啶（pyridines）和菸鹼酸（nicotinicacid）。菸鹼酸也稱為維生素B3，也許是文獻記載咖啡擁有抗蛀牙效果的功臣。在一杯將近200 公克的咖啡中，根據烘焙程度的高低，大約含有20 ∼ 80 毫升不等的菸鹼酸。
含水量
理想情況中，水分應該占生豆重量的10.5 ∼ 11.5%。當含水量過低時，咖啡豆的顏色通常會較淡，而品飲時會出現乾草與麥稈風味。烘豆師面對含水量低的豆子，必須謹慎地加熱，因為豆子有可能烘焙過快。另一方面，如果含水量遠高於12%，生豆則極有可能發霉，品飲時也可能出現青草味。水分會延緩豆內熱能傳導速度，必須增加額外的熱能讓水分蒸發。所以，烘焙過於潮濕的生豆時會需要額外的熱能，通常會藉由增加烘焙時間與增強火力的搭配來完成。
有機酸
有機酸（organic acids）主要指的是綠原酸（Chlorogenic acids，CGAs），約占生豆乾重7 ∼ 10%。綠原酸提供了咖啡的酸度、醋酸味、澀味（astringency）與苦味。羅布斯塔（Robusta）擁有較高的綠原酸，很可能因此帶有明顯較高的苦味。另一方面，綠原酸也同時提供咖啡豆與咖啡飲者抗氧化的益處。咖啡含有的其他有機酸，則包括檸檬酸（citric）、奎寧酸（quinic）、咖啡酸（ca eic）、蘋果酸（malic）、醋酸（acetic）與甲酸（formic）。
氣體與香氣
揮發性芳香化合物則提供了咖啡的芬芳香氣。生豆中包含約兩百多種的揮發性物質，但香氣微弱。而烘焙過程，創造了大量的咖啡芳香化合物。至今，研究人員已經在咖啡熟豆中辨識出超過八百種揮發性物質。
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