What Happens During Coffee Roasting: The Physical Changes

コーヒー

焙煎によるコーヒー豆の物理的変化について

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はじめに

みなさん、こんにちは。

PCの不調でなかなか更新ができませんでした。。すみません、言い訳です。

MacBookを使っているのですが、キーボードカバーのせいで熱暴走を起こしていたようです。

キーの隙間から冷却のために吸気しているらしいのですが、それを塞いじゃっていたということらしいですが詳細は不明です。

とにかくカバーを取ったら復調したようなので早速記事を書きたいと思います。

今回は論文のようなタイトルにあるように少しマニアックな内容です。

手前味噌で恐縮ですが、焙煎の概説をした過去の記事をご覧いただくとイメージし易いかと思います。

海外記事を参考に焙煎の基礎を見てみよう

ご紹介する記事について

今回ご紹介する記事は、The Perfect Daily Grindより”What Happens During Coffee Roasting: The Physical Changes“です。

What Happens During Coffee Roasting: The Physical Changes

What Happens During Coffee Roasting: The Physical Changes

タイトルから想像できるように、そのうち”The Chemical Changes”も発表されると思いますので、その時はまたご紹介できればと思います。

それでは早速ですが、内容を見ていきましょう。

英文読解の巻

長いですが頑張っていきましょう!

The Importance of The Physical Structure

https://www.perfectdailygrind.com/2019/03/what-happens-during-coffee-roasting-the-physical-changes/

物理的構造の重要性

The anatomy of a coffee bean is essential to creating the delicious roasted end product we want. Without the specific physical structure, the chemical reactions essential for flavor and aroma wouldn’t take place.

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コーヒー豆の構造的理解は美味しく焙煎するには必須である。コーヒー豆の特異な物理的構造がなければフレーバーとアロマに欠かせない化学反応は起こらない。

In The Craft and Science of Coffee, Britta Folmer states that “ground green coffee powder exposed to similar temperature histories as in bean roasting does not produce the desired flavor compounds. The intact bean acts as an essential ‘minireactor’ for the chemical reactions. It controls the reaction environment in a way that the right precursors can react with each other in the right sequence.”

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『The Craft and Science of Coffee』からBritta Folmer氏が言うことには「生豆を粉にして通常通りの熱を加えても望むようなフレーバー成分は生成されません。豆の内部構造が化学反応の『ミニ反応装置』の役割を果たしているのです。それは適切な前駆体がお互いに正常な反応過程を経るための環境を提供しています。」

Dramatic Changes

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劇的変化

Green coffee beans are dense and compact seed structures. But when you introduce them to the roaster, their native form is completely changed. Let’s take a look at what physical changes take place.

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コーヒー生豆は高密度でコンパクトな種子組織である。しかし、焙煎するとその形質は全く異なったものとなる。その過程で起こる物理的変化を見てみよう。

Color

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Perhaps the most obvious change that happens during roasting is in color. Before roasting, coffee beans are blue-green. They change to brown because of the production of melanoidins. These are polymers that form when sugars and amino acids combine under heat. Chaff, or silverskin, will also come off during roasting. This is the papery outer layer of the coffee bean. 

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焙煎中に起こるもっとも明白な変化は色についてだろう。焙煎前は青緑色。茶色に変化するのはメラノイジンが生成されるためである。これらは加熱によって糖とアミノ酸が結合した重合体だ。チャフ、あるいはシルバースキンもまた焙煎によって剥がれ落ちる。これは紙のように薄いコーヒー豆の外層である。

Roasters and consumers use the level of color as a parameter of quality and profile.

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ロースターと消費者は色の度合を品質とプロファイルの尺度に用いる。

Moisture & Mass

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水分量と質量

Water makes up around 10–12% of processed and dried green beans, but roasting reduces this to around 2.5%. As well as water that is already present in the green beans, additional water is created by chemical reactions. However, this is vaporized during roasting.

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生豆の時に10〜12%であった水分含量だが、焙煎によって2.5%に減少する。生豆の状態ですでに存在していた水同様、化学変化によって水が生成される。しかしながら、これは焙煎過程で蒸発する。

The loss of moisture and the transformation of some dry matter into gases is why beans have a reduced overall mass after roasting. On average, beans lose 12–20% of their weight. Roasters often keep track of percent weight loss to help identify which batches might deserve extra scrutiny in quality assurance.

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水分の減少といくつかの物質がガスに変化することが焙煎後の総質量が減少する原因である。平均的に質量は12〜20%減少する。ロースターはしばしば質量の減少を記録するが、それはどのバッチが品質を保証するための追加の精査が必要か確かめるために行うのである。

Different roasting profiles will influence when dehydration takes place. Changes in water activity at different points of the roast can mean a difference in chemical reactions and this may have an impact on final profile.

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脱水反応が起こる時には焙煎プロファイルが影響する。焙煎における異なるポイントにおける水分活性の変化が、化学反応の差異につながり、これが最終的なプロファイルに大きな影響を与えうる。

Volume & Porosity

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体積と多孔性

Coffee beans have some of the strongest cell walls in the plant kingdom. They have external rings that reinforce the cell, increasing its stiffness and strength.

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コーヒー豆は植物界でももっとも強靭な細胞壁を有するものの一つである。細胞を補強するように外面にリング構造があり、その頑丈さと強靭さを増している。

When coffee is roasted, the increased temperature and transformation of water into gas create high levels of pressure inside the beans. These conditions change the structure of the cell walls from rigid to rubbery. This happens because of the presence of polysaccharides (bonded sugar molecules).

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コーヒーが焙煎されると、温度の上昇と水蒸気によって内部の圧力が高まる。これらの状態が硬直した細胞壁を柔軟なものに変える。これは砂糖が重合した多糖類の存在によるものである。

The internal matter pushes out towards the cell walls, leaving a gas-filled void in the center. This means that the beans expand in volume as they decline in mass. Much of the gas build-up is carbon dioxide that will be released after the roast.

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内部の物質が細胞壁に向かって押し付けられ、中央にガスが充満する。これは質量が減少するのに対して体積が増えることを意味する。ガスの大半が二酸化炭素で焙煎後に放出される。

Roasting also increases porosity, making the beans less dense and much more soluble. This, of course, is vital to making them into a delicious drink.

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焙煎はまた多孔性を増加させ、コーヒー豆の密度は小さくなり、可溶性が増す。もちろんこのことがこの飲み物が美味しいことの生命線なのである。

Oils

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オイル

Coffee beans contain lipids, or oils. During roasting, the high internal pressure causes these compounds to migrate from the center of the cell towards the surface of the beans. 

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コーヒー豆は脂質、あるいは油を含んでいる。焙煎中に、高い内圧がこれらの物質をコーヒー豆の中心から表面側に移動させる。

The lipids help to keep volatile compounds inside the cell. Volatile compounds are chemicals that have a high vapor pressure at room temperature, some of which are essential to creating the flavor and aroma of coffee. Without the oils, they might disperse.

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脂質が揮発性物質を細胞内に閉じ込める。揮発性物質は室温で高い揮発性を持つ化合物であり、そのいくつかはコーヒーのフレーバーやアロマを作り出すために必須のものである。オイル以外は消散する。

The longer the roast, the more pronounced the structural transformations. Bean density decreases continuously, more gases are developed as time passes, and in a very dark roast, you may see oil migrate to the surface of the beans.

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焙煎が長いほど、構造的変化は大きくなる。コーヒー豆の密度は減少し続け、時間経過につれてより多くのガスが発達する。とても深い焙煎においてはオイルがコーヒー豆の表面に移動するのが観察できる。

These developments go some way to explaining why a dark-roasted coffee tastes different to a light-roasted one, but there are also significant chemical transformations that impact profile. We’ll take a look at those in part two.

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これらの発達が深煎りと浅煎りの味の違いにいくらか関連しているが、この点にはまた重要な化学変化がプロファイルにインパクトを与えている。このことについてはパート2で見ることにしよう。

What Happens When: The Stages of Roasting

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焙煎のそれぞれの段階では何が起こっているのか

Different roast profiles have an impact on the final taste, aroma, and mouthfeel of your coffee. This is because there are different opportunities for chemical reactions to take place. 

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異なる焙煎プロファイルは最終的な味、アロマ、マウスフィールにインパクトを与える。これはすなわち、異なる化学反応が起こっているからである。

But whatever roast profile you choose, there are three main phases: drying, browning or the Maillard Reaction, and development. These popular terms actually describe different stages of chemical and physical changes.

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しかし、どの焙煎プロファイルを選択しても、焙煎には3つのメインとなる段階がある。ドライング(乾燥)、ブラウニングあるいはメイラード反応、そしてデベロップメントである。これらは実際に化学的あるいは物理的な変化を伴う異なる段階を表している。

Drying

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ドライング(乾燥段階)

The drying phase starts immediately after the turning point. (When you add cold beans to a roaster, the heat inside the machine falls before rising again. The point at which it begins to rise is the turning point.) During drying, water content begins to vaporize and pressure starts to build inside the beans.

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ドライングはターニングポイントいわゆる中点(生豆投入後、一旦下がった焙煎機内の温度が再び上がり始める点)の直後から始める。ドライングの間、水の蒸発が始まり、豆の内部圧力が上がり始める。

The Maillard Reaction

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メイラード反応

When you see the coffee beans start to turn brown, the Maillard Reaction has started. This happens at around 150oC/302oF. During the Maillard Reaction, gases including carbon dioxide, water vapor, and some volatile compounds are created. The internal pressure increases enough to break the cell walls of the beans, making a pop. This event is known as first crack.

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コーヒー豆が茶色く色づき始めるとメイラード反応が始まったことになる。これはおよそ150℃で起こる。メイラード反応が起こっている間に、二酸化炭素や水蒸気、いくつかの揮発性物質が形成される。内部圧力が細胞壁を破壊するに足るくらい上がると爆ぜる。これが1ハゼである。

Melanoids begin to develop during this stage. As well as changing the color of the beans, they contribute to the final mouthfeel of the coffee.

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メラノイドはこのステージで発達し始める。コーヒー豆の色が変化するにつれて、これらが最終的なコーヒーのマウスフィールに影響を与える。

Development

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デベロップメント

After first crack, the roast changes from an endothermic reaction (the beans absorb heat from the drum) to an exothermic one (the beans release heat). During this stage, the physical transformations continue – beans increase in porosity, oils migrate to the walls of the cell, and the color darkens. A lot of chemical reactions also take place during this stage, which we’ll discuss in part two.

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1ハゼ後、焙煎は吸熱反応(豆がドラムから熱を吸収する反応)から発熱反応(豆が熱を放出する反応)に移行する。このステージでは、物理的な変化が継続する、多孔性が増し、オイルが細胞壁に移動し、色は暗くなる。多数の化学的な変化もまたこのステージで起こるが、それはパート2で話すとしよう。

Although it may seem straightforward, coffee roasting is a complicated process that includes a number of physical and chemical transformations. All of them are made possible because of the unique structure of the coffee seed.

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単純に見えるかもしれないが、コーヒーの焙煎は多数の物理的あるいは化学的な変化を伴う複雑なプロセスである。これら全てはコーヒー豆の特異な構造が可能にしている。

So next time you empty the roaster or buy a bag of coffee, stop to consider the fascinating processes that each bean has been through to get there.

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だから次回、焙煎機からコーヒー豆を排出する時やコーヒー豆を購入する時は、一度立ち止まり、それぞれの豆がその状態になるまでの興味深いプロセスに思いを馳せてみよう。

おわりに

お疲れ様です。

いかがでしょうか?

焙煎中にコーヒー豆に何が起こっているのか、なんとなくわかりましたでしょうか?

あれ?2爆ぜは?と思いますよね。

もう日本の外では2ハゼまで焼かないのがワールドスタンダードなのでしょうか。。

ちなみに、日本におけるコーヒー科学の権威、丹部幸博氏による名著『コーヒーの科学』(ブルーバックス)では1ハゼと2ハゼについて考察してます。

そちらでは今回紹介したものとは異なる見解ですので興味のある方はご参照ください。

それでは、パート2、化学編が発表されたらまたご紹介させていただきます。

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