出品：科普中國

作者：張弢（中國科學院昆明植物研究所）

監制：中國科普博覽

今天不僅是中秋節，還是世界咖啡日，你準備喝咖啡慶祝一下嗎？

歷史上有人用歐洲菊苣的根做咖啡，現在還有人用黃豆做咖啡，但這兩種“咖啡”喝起來都一言難盡，根本不是那個味。那到底是什么樣的神奇物質讓咖啡從眾多植物當中脫穎而出，吸引著不同國度、不同時代的咖啡愛好者呢？

“啡”常美味：小豆子里的化學寶盒

這個問題或許長久地困擾著過去的人們，不過，現在的科學手段早已為我們揭開了咖啡豆的這層神秘面紗。

咖啡豆本身就像一個結構精巧的盒子，當我們打開它時，首先讓人感到驚奇的是，如此小的空間，居然塞滿了琳瑯滿目的東西。根據現代技術手段分析，在未烘焙的咖啡生豆當中，存在大約200多種不同的化合物，而經過烘焙以后，化合物的種類上升到超過1000種。

咖啡豆化學成份組成（圖片來源：barista）

因此，將“自然界的化學倉庫”這一頭銜授予咖啡豆完全是實至名歸。

咖啡的美好風味當然是這些化合物綜合作用的結果。但其中一些重要的化合物和化學過程值得單獨羅列出來，它們對我們理解咖啡的風味，或者僅僅只是更清楚地知道咖啡究竟是怎樣的植物，都有很大幫助。

咖啡因：沒有風味，但確實能讓你精神

很多人喜歡咖啡的首要原因是它能提神，這個功能是咖啡因帶來的。

咖啡因對人類來說有多么重要呢？有一種說法是，人類追尋飲品的歷史，幾乎就是發現和使用咖啡因的歷史。

中國的茶葉含有咖啡因，可樂含有咖啡因，南美的國民飲料，也就是梅西先生鐘愛的馬黛茶，仍然含有咖啡因。在不知咖啡因為何物的年代里，世界各地的人似乎都選擇了含有咖啡因的飲品。

咖啡因分子的化學結構（圖片來源：Veer圖庫）

如果從植物的角度來看，大概很難理解人類這種“奇葩”行為。植物耗費能量制造的任何物質，都有其功能。在實際的應用當中，咖啡因幾乎是一種“殺蟲劑”，非常幼小的昆蟲在啃食了含有咖啡因的葉片或果實后，會出現類似內分泌紊亂或者神經麻痹的現象，這也是植物保護自身免于傷害的辦法之一。

對于昆蟲而言，咖啡因是有毒害作用的，而對人類來說，剛剛好。我們之所以會感到困頓疲憊，是因為大腦分泌的腺苷和相對應的腺苷受體相結合。就像關燈一樣，進入一片黑暗的環境，我們就覺得應該睡覺了。但咖啡因能夠阻礙腺苷和受體的結合，于是本來應該關掉的燈仍然亮著，我們就不覺得困頓了。

能夠讓人清醒的原因找到了，那究竟是什么在影響咖啡的風味呢？

苦味，咖啡最為獨特的美學特征

現代咖啡品質的控制都會采用咖啡杯測的系統，系統內一共有10個項目，杯測師們為每個項目打分，最后根據分數高低來判斷品質好壞。

咖啡風味輪（圖片來源：Veer圖庫）

令人奇怪的是，苦味并不在這10個項目之中。

咖啡自然是有苦味的，或者說咖啡提供了難得的品鑒苦味的機會。所以當得知這個系統內不包含苦味的評測時，多少會讓人錯愕。一個多少自圓其說的解釋是，苦味源自烘焙。就像烤肉一樣，烤焦就有苦味，而肉本身沒有。

確實，烘焙時產生的褐色色素是咖啡苦味的主要來源。所以烘焙越深的咖啡，顏色也越深，苦味也就更加強烈。

左：深度烘焙的咖啡豆；右：中度烘焙的咖啡豆

（圖片來源：Veer圖庫）

另外一個重要的物質是葫蘆巴堿。

在咖啡的烘焙當中，葫蘆巴堿會分解成煙酸和吡啶，從而產生苦味。不過葫蘆巴堿的主要功能可不是產生苦味，隨著烘焙加深，它是在創造更多復雜味覺感受的同時，順便產生了一些苦味。

實際上，苦味也是咖啡味道變得更加豐富的原因之一。

甜，但不知甜從何來

或許有人喝不出咖啡的甜味，但這并不代表他們的味覺出現了問題。

方糖與咖啡（圖片來源：Veer圖庫）

咖啡果實充滿糖分，如果到了咖啡產地，可以嘗一嘗紅色的鮮果，它們確實是甜的。這個甜的指標對于咖啡采收也非常重要。

那么收獲到了甜度最高的咖啡果實，就一定意味著咖啡會變得更甜嗎？

不一定。在咖啡烘焙的過程中，咖啡豆本身所含有的大量蔗糖會降解，變成形成芳香物和酸味物的原料。

散發著香味的咖啡豆（圖片來源：Veer圖庫）

對于咖啡生豆糖分的要求，實際上是為了更多的糖分能夠保證烘焙工藝創造更加豐富的芳香物，從而使口感變得更加豐富。

雖然我們在喝咖啡時會覺得甜，但實際情況是糖已經消失了。這就如同覺得雞湯或者某種菜湯很甜，但同樣沒有糖的存在。

所以咖啡的甜不是直截了當的糖的甜味，而是某種香甜氣息。至于這種甜味究竟怎樣形成，由什么物質構成，目前似乎還沒有非常具有說服力的研究能夠證明。

酸味顯現：新時代咖啡的全新體驗

在貝多芬生活的時代，咖啡的酸味應該是很少被提及的。因為咖啡產生的酸味是咖啡美學持續變化的結果。

現在的咖啡主要以淺焙的工藝呈現，當中優質的酸味被更多人喜愛，產生酸味的物質也就格外受到重視。

咖啡烘焙（圖片來源：Veer圖庫）

在咖啡杯測課程的學習和考試中，就有有機酸的識別項目。學員被要求能夠識別出含有檸檬酸、蘋果酸、醋酸和磷酸的溶液，并判斷其強弱，難度非同一般。

我們不要忘記，雖然咖啡烘焙后的豆子呈棕褐色，但它確實是植物的果實。實際上，咖啡的鮮果像極了櫻桃，所以富含酸味是一個很正常的現象。

新鮮的咖啡果實（圖片來源：Veer圖庫）

這四種酸也確實是咖啡常見的酸味來源。不過某種酸含量是多是少，還要看不同種植環境的特殊性。在高海拔的生長環境中，咖啡豆更可能產生更多的檸檬酸，而低海拔環境中的咖啡豆更多表現出蘋果酸的特質，當然也不絕對。肯尼亞地區的咖啡酸性獨特，科學分析那里土壤含磷，所以咖啡磷酸比例很高。

同時，酸性還來自另外一個非常重要的化合物——綠原酸。

在咖啡的烘焙過程中，檸檬酸或者蘋果酸都會逐漸降解，來到深焙的程度，已經存留不多，但綠原酸此時會分解出奎寧酸，成為中深烘焙咖啡酸味的一個重要來源。

綠原酸的分子結構圖（圖片來源：PubChem官網）

很有意思的是，在生長環境相對惡劣的情況下，咖啡的綠原酸含量更高，所以植物也需要制造綠原酸來提高自身免疫力。

800種芳香：喝與聞缺一不可

香味大概是最為復雜的現象，即便利用最為高級的科學設備，大概也無法精準復刻烤牛肉時產生的香味及其變化。

烘焙的咖啡當中含有大約800種各類型的芳香化合物，大多分子量很小，非常縹緲易失。

有的在烘焙完成的瞬間就煙消云散，有的只有遇到熱水才釋放出來，有的則隨著時間變成另外的味道。

深焙咖啡豆中溢出的香味（圖片來源：Veer圖庫）

烘焙工藝本身創造出的芳香物質也不是恒定的。不同的溫度與烘焙時間，都會導致咖啡芳香的改變。要描述其所有，簡直不可能。但產生咖啡芳香的兩個重要過程仍值得我們去了解。

梅拉德反應幾乎存在于一切烹飪過程當中，它是碳水化合物和氨基酸在加熱時產生的褐變現象。咖啡烘焙的整個過程幾乎都是梅拉德反應的戰場。微觀世界究竟發生了什么，我們很難完全獲知，但從味道變化的幅度來看，必定是激烈異常。

焦糖化反應主要發生在咖啡烘焙的后段，主要是單糖的脫水分解。我們在咖啡當中感受到的各種堅果巧克力香氣，都直接得益于此。

結語

一顆顆小小的豆子，卻能讓世界上無數人沉醉癡迷。咖啡中隱藏著一個浩瀚的風味化學世界，苦、酸、甜、香……只是淺抿一口，這些棕褐色的小豆子便能刺激到你的各種感官。

品嘗咖啡的過程不僅僅是讓味蕾開啟風味旅程的過程，更是深度了解咖啡背后風味科學的絕佳機會。

參考文獻：

1、William Harrison, All About Coffee，1922.

2、Antony Wild, Coffee: A Dark History, 2005.

3、石協智廣，你不懂咖啡，2014.

4、Scott Rao, The Coffee Roaster’s Companion, 2014.

來源: 中國科普博覽

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