一文详解咖啡豆的主要成分

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一文详解咖啡豆的主要成分

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咖啡豆内部的天然化合成分比我们想象的要多。每种物质在咖啡豆的“生长”路径中发挥着不同的作用，结合农耕方法和自然条件，形成特色风味香调。

咖啡豆固有的天然化合物有多种，有助于塑造咖啡的香气和风味。主要包括：

水：咖啡鲜果的含水量为70-80%，经过加工，水分会降低到10-12%。这个数字足以防止咖啡豆受到霉菌和其他微生物的影响，同时也确保咖啡豆颜色不褪色、豆子破裂或降低发芽能力。烘焙后，水的比例会更小，根据烘焙度只有1-2%。
生物碱：咖啡中含有多种生物碱，如咖啡因、葫芦巴碱、腐胺、茶碱、胆碱等，其中最重要和研究最多的是咖啡因和葫芦巴碱。其中，咖啡因存在于咖啡和茶中，但葫芦巴碱仅存在于咖啡中咖啡因（CTHH： C 8 H 10 N 4 O 2）这是咖啡豆的主要成分。不同的咖啡豆含有不同量的咖啡因。据说咖啡因是一种很好的催化剂，可以使神经系统持久工作。这是一种白色、无臭、有苦味的化合物。这也是咖啡特有的苦味的部分解释。

咖啡因的电子显微照片 - 摄影：Annie Cavanagh咖啡因也称为三甲基黄嘌呤，在咖啡豆中咖啡因仅对咖啡的苦味产生约 10% 的影响，其余大部分是由葫芦巴碱引起的。在咖啡果中，咖啡因起到驱虫剂的作用，罗布斯塔咖啡的平均咖啡因含量高于阿拉比卡咖啡，因此抵抗害虫的能力也更好。尽管许多研究认为咖啡因是良性的，不会对健康产生负面影响，但咖啡因的剂量因人而异，具体取决于每个人的体质、敏感程度等。因此，如果每天正确、适量地使用咖啡，对健康非常有益。

葫芦巴碱葫芦巴碱是咖啡豆中发现的另一种生物碱，其浓度略低于咖啡因。它在 160°C 时开始分解，因此在烘焙过程中（温度超过 200°C），一半以上的葫芦巴碱被降解并产生多种化合物，包括烟酸，即维生素 B3，葫芦巴碱的残留物进入该提取物产生甜味、焦糖和泥土的香气。一杯咖啡中葫芦巴碱的含量为40至110毫克。该化合物已被证明具有多种生物活性，包括降血糖、神经保护和抗菌活性。

芳香类化合物：生咖啡豆含有200多种挥发性物质，香气很少。根据烘焙过程的不同，这会有很大差异。烘焙过程会产生大约 800~1000 种芳香化合物（在咖啡中产生香气的化合物），其中大约150 种物质构成了我们称之为“咖啡香味”的主要化合物。芳香物质往往会很快蒸发，因此如果储存不当，咖啡就会“失去气味”。

咖啡中芳香物质的积累取决于许多因素，例如土壤、气候，尤其是咖啡类型。特别是咖啡豆中芳香物质的积累以及咖啡的风味结构受海拔影响很大，因此咖啡种植地越高，咖啡豆的品质就越好。

碳水化合物：大约50%的咖啡豆含有碳水化合物。这种类型的可溶性糖，包括蔗糖、葡萄糖和果糖，在烘焙过程后变得尤为突出。碳水化合物是美拉德反应的前体，蔗糖在焦糖化反应中的有机酸和水解酶的影响下会被水解，产生乙酸。

在生咖啡中，碳水化合物（结构复杂的水合碳分子）约占咖啡化学成分的40-50%，包括可溶部分和不溶部分。咖啡豆中的高分子量碳水化合物或多糖主要是三类聚合物：阿拉伯半乳聚糖、甘露聚糖（或半乳甘露聚糖）和纤维素。生咖啡中主要的低分子量碳水化合物（或简称糖）是蔗糖。大多数记录的罗布斯塔豆蔗糖值范围为 2% 至 5% ，阿拉比卡豆蔗糖值范围为 5% 至 8.5%。在烘焙过程中，这些碳水化合物与氨基酸发生反应，产生具有复杂结构的分子，称为类黑素。它们的确切成分尚不清楚，但这些聚合物通常呈棕色，导致咖啡呈深色。多项研究表明，类黑素具有多种生物活性，包括抗菌、抗氧化和影响肠道微生物群的能力。

蛋白质：尽管蛋白质仅占咖啡豆的 9-11%，但它在创造风味特征方面发挥着非常重要的作用。蛋白质中含有氨基酸如：细胞氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、亮氨酸、赖氨酸……这些氨基酸和还原糖参与美拉德反应，会被释放到外部或与芳香物质和风味物质发生反应。
矿物质：咖啡中含有极少量的矿物质，约占3-5%，主要是钾、氮、镁、磷、氯。还有铝、铁、铜、硫等物质，仅微量存在，这些物质会对咖啡的香气产生负面影响。咖啡的品质越高，矿物质含量越低，反之亦然。
抗氧化剂：咖啡被许多科学家认为是一种非常受欢迎的饮料，富含生物活性成分，具有显着的抗氧化（抑制氧化）能力。一些新的研究还表明，咖啡比茶、黑巧克力甚至与蓝莓含有更多的抗氧化剂。

咖啡中主要的抗氧化剂包括：

咖啡醇：即使脱咖啡因后，咖啡豆中的咖啡醇仍然存在。咖啡醇在肠道中充当胆汁酸调节剂。据科学研究，它也是大脑中强大的抗炎剂，不含咖啡因的咖啡也可能有助于提高记忆力。
葫芦巴碱：这种化合物具有抗菌作用，可能有助于预防蛀牙。葫芦巴碱是一种苦味咖啡生物碱，也有助于咖啡的独特风味。这种化合物在烘焙咖啡中的含量比生咖啡中高 10 倍，在阿拉比卡咖啡中的含量也明显高于罗布斯塔咖啡中的含量。另一件需要注意的事情是它在烘焙时如何分解。烘焙程度越深，葫芦巴碱含量就越少。烘焙时，葫芦巴碱部分分解形成烟酸和吡啶。
烟酸：烟酸又称维生素B3（或烟酸），是一种著名的抗氧化剂。通过在160摄氏度至230摄氏度的高温下对葫芦巴碱进行去甲基化，当85%的葫芦巴碱分解时，烘焙即可获得维生素B3。真正重要的是施加的温度，而不是咖啡在高温下停留的时间。
绿原酸（CGA）：又名酰基奎尼酸，别名咖啡鞣酸，是酚类化合物的天然产物。广泛存在于植物性食物中，咖啡和蔬菜、水果中含量尤多。

绿原酸（CGA）的化学式。绿原酸含量随着烘焙程度的增加而减少。绿原酸(CGA)含量:用10克咖豆冲泡咖啡时，绿原酸含量——生豆为310±8.2毫克，中度烘焙为282±11.2毫克，深度烘焙为5.9±0.23毫克。酚类化合物是体内抗氧化、抗菌和抗炎活性的核心成分。CGA 中发现的内酯也被证明可以增强实验室大鼠的胰岛素功能。此外，有研究表明，CGA 可用于对抗人类糖尿病，帮助限制体内脂肪积累，并提高人类和实验小鼠的代谢率。

其他酚类：其他酚类，尤其是羟基肉桂酸，是咖啡中比较活跃的一些抗氧化成分。羟基肉桂酸被描述为一种强大的抗氧化剂，有助于中和自由基并有助于限制氧化应激的不利影响。三种最常见的其他物质包括 3-咖啡酰奎尼酸；4-咖啡酰奎宁酸；5-咖啡酰奎宁酸。特别是，两项研究中提到 3-咖啡酰奎宁酸含有酚酸，这种化合物存在于许多彩色水果和蔬菜中，是这两种富含抗氧化剂的食品中具有抗氧化能力的主要成分。
类黑素：类黑素是烘焙咖啡时产生独特香气的原因。更重要的是，咖啡黑素是咖啡中的棕色氮化合物。美国国家医学图书馆发表的一项研究表明，在烘焙过程中会形成高分子量化合物，并具有抗菌和抗炎特性。
奎宁：奎宁是一种赋予咖啡苦味的化合物，但它是赋予咖啡一些抗氧化特性的主要成分之一。奎宁是从一种叫做金鸡纳树的热带常绿树的树皮中提取的，主要用于治疗疟疾。咖啡经过深度烘焙后，奎宁作为抗氧化剂变得更加有效。然而，咖啡中只含有少量奎宁。事实上，大量服用奎宁是有害的，有些人会对它过敏。但咖啡样品测试中出现的少量量相当小，并且已获得FDA及其他食品安全组织的批准。
酸类：咖啡中的酸成分包括 30 多种不同类型的有机酸，其中一些重要的酸如：乙酸、柠檬酸、绿原酸、磷酸，这些有机酸有助于形成如此特有的酸。咖啡的酸度（酸度）。咖啡的成分和酸含量取决于咖啡品种，并在加工过程中不断变化，主要是在发酵和烘焙过程中。一些酸会显着损失，另一些则会产生。

咖啡中的酸不像水果中的酸那么明显，相反，就复杂性而言，咖啡的酸度是由多种有机酸产生的。主要有机酸是绿原酸(CGA)，在生咖啡中含量高达12%，在烘焙后的咖啡豆中含量约为4%，有助于咖啡的酸味、苦味和抗氧化特性。挥发性酸包括甲酸和乙酸。非挥发性酸，例如乳酸、酒石酸、丙酮酸和柠檬酸。其他成分如丙二酸、戊二酸、苹果酸。烘焙过程中的酸分解产物经常参与美拉德反应，产生一系列化合物，包括类黑素，其味道很苦，颜色为棕色。因此，一般来说，烘焙程度越深，咖啡豆就越苦。

脂质：咖啡中的油脂质，或简称为脂肪，对咖啡的品质起着重要作用，主要包括三酰甘油、甾醇和生育酚（维生素 E）。咖啡中的脂质含量因品种而异。通常，阿拉比卡咖啡比其罗布斯塔咖啡含有更多的脂质，平均分别为 15-17% 和 10-11.5%。然而，实际上只有一小部分的油以覆盖在咖啡豆上的蜡的形式存在（7-8%），而大部分分布在胚乳中（约 90%）。

根据所使用的冲泡方法，杯中获得的脂质含量会有所不同。研究表明，滴滤咖啡方法仅保留 7 毫克脂质，而煮沸或浓缩咖啡工艺每杯（150 毫升）可保留 60 至 160 毫克脂质。由于大部分咖啡风味是由脂肪酸介导的，因此滴滤咖啡比未过滤的咖啡具有“更干净的感觉。