世界咖啡日， 你今天早C了吗？

出品：科普中国

作者：张弢（中国科学院昆明植物研究所）

监制：中国科普博览

今天不仅是中秋节，还是世界咖啡日，你准备喝咖啡庆祝一下吗？

历史上有人用欧洲菊苣的根做咖啡，现在还有人用黄豆做咖啡，但这两种“咖啡”喝起来都一言难尽，根本不是那个味。那到底是什么样的神奇物质让咖啡从众多植物当中脱颖而出，吸引着不同国度、不同时代的咖啡爱好者呢？

“啡”常美味：小豆子里的化学宝盒

这个问题或许长久地困扰着过去的人们，不过，现在的科学手段早已为我们揭开了咖啡豆的这层神秘面纱。

咖啡豆本身就像一个结构精巧的盒子，当我们打开它时，首先让人感到惊奇的是，如此小的空间，居然塞满了琳琅满目的东西。根据现代技术手段分析，在未烘焙的咖啡生豆当中，存在大约200多种不同的化合物，而经过烘焙以后，化合物的种类上升到超过1000种。

咖啡豆化学成份组成（图片来源：barista）

因此，将“自然界的化学仓库”这一头衔授予咖啡豆完全是实至名归。

咖啡的美好风味当然是这些化合物综合作用的结果。但其中一些重要的化合物和化学过程值得单独罗列出来，它们对我们理解咖啡的风味，或者仅仅只是更清楚地知道咖啡究竟是怎样的植物，都有很大帮助。

咖啡因：没有风味，但确实能让你精神

很多人喜欢咖啡的首要原因是它能提神，这个功能是咖啡因带来的。

咖啡因对人类来说有多么重要呢？有一种说法是，人类追寻饮品的历史，几乎就是发现和使用咖啡因的历史。

中国的茶叶含有咖啡因，可乐含有咖啡因，南美的国民饮料，也就是梅西先生钟爱的马黛茶，仍然含有咖啡因。在不知咖啡因为何物的年代里，世界各地的人似乎都选择了含有咖啡因的饮品。

咖啡因分子的化学结构（图片来源：Veer图库）

如果从植物的角度来看，大概很难理解人类这种“奇葩”行为。植物耗费能量制造的任何物质，都有其功能。在实际的应用当中，咖啡因几乎是一种“杀虫剂”，非常幼小的昆虫在啃食了含有咖啡因的叶片或果实后，会出现类似内分泌紊乱或者神经麻痹的现象，这也是植物保护自身免于伤害的办法之一。

对于昆虫而言，咖啡因是有毒害作用的，而对人类来说，刚刚好。我们之所以会感到困顿疲惫，是因为大脑分泌的腺苷和相对应的腺苷受体相结合。就像关灯一样，进入一片黑暗的环境，我们就觉得应该睡觉了。但咖啡因能够阻碍腺苷和受体的结合，于是本来应该关掉的灯仍然亮着，我们就不觉得困顿了。

能够让人清醒的原因找到了，那究竟是什么在影响咖啡的风味呢？

苦味，咖啡最为独特的美学特征

现代咖啡品质的控制都会采用咖啡杯测的系统，系统内一共有10个项目，杯测师们为每个项目打分，最后根据分数高低来判断品质好坏。

咖啡风味轮（图片来源：Veer图库）

令人奇怪的是，苦味并不在这10个项目之中。

咖啡自然是有苦味的，或者说咖啡提供了难得的品鉴苦味的机会。所以当得知这个系统内不包含苦味的评测时，多少会让人错愕。一个多少自圆其说的解释是，苦味源自烘焙。就像烤肉一样，烤焦就有苦味，而肉本身没有。

确实，烘焙时产生的褐色色素是咖啡苦味的主要来源。所以烘焙越深的咖啡，颜色也越深，苦味也就更加强烈。

左：深度烘焙的咖啡豆；右：中度烘焙的咖啡豆

（图片来源：Veer图库）

另外一个重要的物质是葫芦巴碱。

在咖啡的烘焙当中，葫芦巴碱会分解成烟酸和吡啶，从而产生苦味。不过葫芦巴碱的主要功能可不是产生苦味，随着烘焙加深，它是在创造更多复杂味觉感受的同时，顺便产生了一些苦味。

实际上，苦味也是咖啡味道变得更加丰富的原因之一。

甜，但不知甜从何来

或许有人喝不出咖啡的甜味，但这并不代表他们的味觉出现了问题。

方糖与咖啡（图片来源：Veer图库）

咖啡果实充满糖分，如果到了咖啡产地，可以尝一尝红色的鲜果，它们确实是甜的。这个甜的指标对于咖啡采收也非常重要。

那么收获到了甜度最高的咖啡果实，就一定意味着咖啡会变得更甜吗？

不一定。在咖啡烘焙的过程中，咖啡豆本身所含有的大量蔗糖会降解，变成形成芳香物和酸味物的原料。

散发着香味的咖啡豆（图片来源：Veer图库）

对于咖啡生豆糖分的要求，实际上是为了更多的糖分能够保证烘焙工艺创造更加丰富的芳香物，从而使口感变得更加丰富。

虽然我们在喝咖啡时会觉得甜，但实际情况是糖已经消失了。这就如同觉得鸡汤或者某种菜汤很甜，但同样没有糖的存在。

所以咖啡的甜不是直截了当的糖的甜味，而是某种香甜气息。至于这种甜味究竟怎样形成，由什么物质构成，目前似乎还没有非常具有说服力的研究能够证明。

酸味显现：新时代咖啡的全新体验

在贝多芬生活的时代，咖啡的酸味应该是很少被提及的。因为咖啡产生的酸味是咖啡美学持续变化的结果。

现在的咖啡主要以浅焙的工艺呈现，当中优质的酸味被更多人喜爱，产生酸味的物质也就格外受到重视。

咖啡烘焙（图片来源：Veer图库）

在咖啡杯测课程的学习和考试中，就有有机酸的识别项目。学员被要求能够识别出含有柠檬酸、苹果酸、醋酸和磷酸的溶液，并判断其强弱，难度非同一般。

我们不要忘记，虽然咖啡烘焙后的豆子呈棕褐色，但它确实是植物的果实。实际上，咖啡的鲜果像极了樱桃，所以富含酸味是一个很正常的现象。

新鲜的咖啡果实（图片来源：Veer图库）

这四种酸也确实是咖啡常见的酸味来源。不过某种酸含量是多是少，还要看不同种植环境的特殊性。在高海拔的生长环境中，咖啡豆更可能产生更多的柠檬酸，而低海拔环境中的咖啡豆更多表现出苹果酸的特质，当然也不绝对。肯尼亚地区的咖啡酸性独特，科学分析那里土壤含磷，所以咖啡磷酸比例很高。

同时，酸性还来自另外一个非常重要的化合物——绿原酸。

在咖啡的烘焙过程中，柠檬酸或者苹果酸都会逐渐降解，来到深焙的程度，已经存留不多，但绿原酸此时会分解出奎宁酸，成为中深烘焙咖啡酸味的一个重要来源。

绿原酸的分子结构图（图片来源：PubChem官网）

很有意思的是，在生长环境相对恶劣的情况下，咖啡的绿原酸含量更高，所以植物也需要制造绿原酸来提高自身免疫力。

800种芳香：喝与闻缺一不可

香味大概是最为复杂的现象，即便利用最为高级的科学设备，大概也无法精准复刻烤牛肉时产生的香味及其变化。

烘焙的咖啡当中含有大约800种各类型的芳香化合物，大多分子量很小，非常缥缈易失。

有的在烘焙完成的瞬间就烟消云散，有的只有遇到热水才释放出来，有的则随着时间变成另外的味道。

深焙咖啡豆中溢出的香味（图片来源：Veer图库）

烘焙工艺本身创造出的芳香物质也不是恒定的。不同的温度与烘焙时间，都会导致咖啡芳香的改变。要描述其所有，简直不可能。但产生咖啡芳香的两个重要过程仍值得我们去了解。

梅拉德反应几乎存在于一切烹饪过程当中，它是碳水化合物和氨基酸在加热时产生的褐变现象。咖啡烘焙的整个过程几乎都是梅拉德反应的战场。微观世界究竟发生了什么，我们很难完全获知，但从味道变化的幅度来看，必定是激烈异常。

焦糖化反应主要发生在咖啡烘焙的后段，主要是单糖的脱水分解。我们在咖啡当中感受到的各种坚果巧克力香气，都直接得益于此。

结语

一颗颗小小的豆子，却能让世界上无数人沉醉痴迷。咖啡中隐藏着一个浩瀚的风味化学世界，苦、酸、甜、香……只是浅抿一口，这些棕褐色的小豆子便能刺激到你的各种感官。

品尝咖啡的过程不仅仅是让味蕾开启风味旅程的过程，更是深度了解咖啡背后风味科学的绝佳机会。

参考文献：

1、William Harrison, All About Coffee，1922.

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

3、石协智广，你不懂咖啡，2014.

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