What Happens During Coffee Roasting: The Chemical Changes

コーヒー

焙煎によるコーヒー豆の化学的変化について

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はじめに

みなさん、こんにちは。

今回は、焙煎中にコーヒー豆に起こっている化学的な変化を、海外の記事を参考に見ていこうと思います。

物理的な変化を紹介した前回の記事はこちら。

焙煎によるコーヒー豆の物理的変化について

今回ご紹介する記事はPerfect Daily GrindからWhat Happens During Roasting: The Chemical Changesです。

英訳編

それでは早速中身を見ていきましょう!

What Happens During Coffee Roasting: The Chemical Changes

焙煎中に起こっていること:化学的な変化

Do you know what happens when you roast coffee? What changes take place to make green beans into the flavorful, aromatic ones we love?
In part one of this two-part series, we looked at how the coffee bean’s anatomy plays an important role and outlined the physical changes that take place during roasting. Now let’s take a look at some of the chemical changes, including how flavour and aroma develop.

一部では、焙煎中に起こる物理的な変化を見てきたが、ここではフレーバーやアロマの発達を含む化学的な変化を見てみよう。

The Main Chemical Reactions

Introducing coffee beans to the heat of the roaster sparks hundreds of different chemical reactions. Roasting degrades some compounds, alters others, and creates new ones. 

コーヒー豆に熱を加えると数百の異なる化学変化がスパークする。焙煎は化合物を分解し、変化させ、新たに生成する。

You may hear people mention a chemical process called pyrolysis. This is when an organic material is heated above its decomposition temperature, producing volatile compounds and leaving behind a solid residue containing a lot of carbon, or char. In coffee roasting, we avoid getting the beans hot enough to cause charring, but they do undergo chemical changes associated with pyrolysis including the caramelization of sugars and production of volatile compounds.

熱分解という化学変化を聞いたことがあるだろう。これは有機物が分解する温度以上に熱せられた時に起こる現象で、揮発性物質を生成し、後には炭化物あるいは炭を含む固形残留物が残される。コーヒーの焙煎では、炭化を引き起こすような熱をコーヒー豆に与えることを避けつつ、糖類のキャラメル化や揮発性物質の生成を含む熱分解に関わる化学変化が起こるようにする。

Here are the main chemical reactions that impact your daily cup of coffee.


日々のコーヒーに大きな影響を与えるような主要な化学変化を紹介する。

The Maillard Reaction

メイラード反応

This process begins at around 150°C/302°F, when the beans are still absorbing heat endothermically, and continues in the exothermic part of the roast. Heat causes a reaction between the carbohydrates and amino acids in the beans. This causes changes in color, flavor, and nutritional content. 

この反応は150度くらいから始まり、この時はまだ吸熱反応だが発熱反応の段階まで続く。熱は炭水化物とアミノ酸の間に起こる反応を引き起こす。これにより、色とフレーバー、栄養素が変化する。

The change in color is due to the production of melanoidins. These are large molecules that not only turn the beans brown, but contribute to mouthfeel and body.

色の変化はメラノイドの生成による。これらは大きな分子量をもち、コーヒー豆を茶色に変えるだけでなく、マウスフィールやボディを形成する。

Small changes in the temperature and length of time spent in the Maillard reaction can have a big impact on the final profile of a coffee.

メイラード反応中の小さな温度や経過時間の長さの変化が最終的なコーヒーのプロファイルに大きなインパクトを与える。

Coffee that has spent longer in the Maillard reaction has been reported to have an increase in viscosity. A shorter Maillard duration can create more perception of sweetness and acidity. This is in part because the acids that produce fruity and sweet notes are destroyed if the coffee remains in the Maillard reaction for too long.

メイラード反応に長い時間が費やされたコーヒーは粘性が増すことが報告されている。メイラード反応が短いほど、甘さやアシディティが強くなる。このことにはメイラード反応が長すぎるとフルーティさや甘みを形成する酸が分解されることに一因がある。

When roasters experiment with roast profiles, it includes varying the length and intensity of Maillard reaction and recording its effects on profile.

ロースターがローストプロファイルについて実験するとき、メイラード反応の長さや強度を変化させてその影響を記録する。

Strecker Degradation

ストレッカー分解

(補足)
ストレッカー分解とは、メイラード反応の副反応で起こる化学変化でα-ジカルボニル化合物とα-アミノ酸が反応し、アルデヒドやピラジンを生成する反応のこと。結果的にローストに特有の香気成分を生成する。

This is a process that depends on the Maillard reaction. Amino acids react with carbonyl-grouped molecules to create compounds such as aldehydes and ketones. As roasters, we don’t need to understand exactly what these compounds are – the important thing to recognize is that this reaction is essential for the creation of aroma- and flavor-producing compounds.

この反応はメイラード反応による。アミノ酸がカルボニル化合物と反応し、アルデヒドケトン類のような化合物を生成する。ロースターとしては、これらの反応を正確に理解する必要はない。認識すべき重要なことは、この反応がアロマやフレーバーを形成する化合物の生成に必須であるということである。

Caramelization of Sugars

糖類のキャラメル化

At around 170°C/338°F, heat causes large, complex carbohydrates to break down into smaller sugar molecules that can be dissolved in water. This means that the perceived sweetness level of your finished brew increases. This reaction continues until the end of the roast and it also contributes to the sweet notes in the coffee’s aroma, such as caramel and almond ones.

170度くらいになると、熱によって大きくて複雑な炭水化物はより小さな親水性の糖類に分解される。これは、最終的に抽出されたコーヒーの甘みが増すということである。この反応は焙煎の終わりまで継続し、コーヒーのアロマに含まれるキャラメルやアーモンドのような甘みも構成する。

Volatile & Non-Volatile Compounds

揮発性あるいは非揮発性物質

You may hear mention of volatile and non-volatile compounds in roasted coffee. In general, volatile compounds are responsible for aroma and some non-volatile ones contribute to flavor. But what are they?

一般的に、揮発性物質はアロマに重要で、非揮発性物質はフレーバーを構成する。

Volatile compounds are organic chemicals that have a high vapor pressure at room temperature. Many of them are formed in Strecker degradation, in the development stage of roasting. When aroma-producing volatile compounds disperse, we experience that signature coffee smell. These include:

揮発性物質は有機性化合物で室温で高い蒸気圧を有する。その多くがデベロップメントステージのストレッカー分解で形成される。アロマを形成する揮発性物質が分散すると、特徴的なコーヒー香を感じることができる。これらに含まれる化合物は以下である。

Aldehydes, which add fruity, green aromas.

Furans, which contribute caramel odors

Pyrazines, which have an earthy scent. 

Sulfur-containing compounds, including 2-furfurylthiol. Some of these have an aroma that is commonly described as “roasted coffee” but there are others that don’t smell as appealing in isolation. For example, methanethiol smells like rotten cabbage.

Guaiacol, which has smoky, spicy tones.

アルデヒドはフルーティさ、緑のアロマ
フラン類はキャラメル臭
ピラジン類はアーシーな香り
2-フルフリルチオールを含む硫黄含有化合物、そのいくつかは一般的にコーヒーのロースト香と表現されるアロマを有するが、単体では魅力的とは言えない匂いを有するものもある。例えば、メタンチオールは腐ったキャベツのような匂いがする。
グアイアコールはスモーキーでスパイシーな印象

Carbon dioxide is a volatile compound that doesn’t contribute to aroma, but which does have an impact on body.

二酸化炭素は揮発性物質だがアロマには寄与せず、ボディに大きな影響を与える。

Non-volatile compounds are simply substances that are stable at room temperature. That is, they don’t vaporize.Some of these compounds are changed during roasting, whereas others remain stable through the process. Many non-volatile compounds contribute to flavor and profile.

非揮発性物質は室温で安定している物質である。つまり蒸発しない。いくつかは焙煎によって生じ、焙煎では変化しないものもある。その多くがフレーバーとプロファイルに貢献する。

Examples include caffeine, which is responsible for some bitter flavors. Caffeine is naturally occurring in coffee and remains unchanged by the roasting process. Other non-volatile compounds include sucrose, which provides sweetness, and lipids, which provide body and mouthfeel. The melanoidins that create color and body are also non-volatile compounds.

例えばカフェインは苦味に影響を与える。カフェインはコーヒーに自然に生じる物質で焙煎中も変化しない。その他にも、スクロースは甘さ、脂質はボディやマウスフィール、メラノイジンは色やボディに影響する。

The Role of Acids

酸の役割

Acids play an important role in creating flavor and are sensitive to heat. Roasting can degrade some acids and create others.

酸はフレーバーの形成に重要な役割を果たすが、熱に繊細である。焙煎によって分解されるものと生成されるものがある。

For example, the citric and tartaric acids that produce fruity and sweet notes are broken down during roasting so a long or overly hot roast can hugely reduce the sweetness of the final profile.

例えば、クエン酸や酒石酸はフルーティさや甘さをもたらすが、焙煎中に分解されてしまうので、長すぎるあるいは熱すぎる焙煎は、最終的なプロファイルの甘さを大きく損なうことになる。

Coffee contains a high amount of chlorogenic acid, which roasting breaks down into caffeic and quinic acid. Both chlorogenic acid and the resulting quinic acid are thought to provide bitterness and astringency.

コーヒーはクロロゲン酸を多く含むが、焙煎によってカフェー酸とキナ酸に分解される。クロロゲン酸と結果的に生じたキナ酸は両方とも苦味と渋みをもたらすと考えられている。

Coffee roasting includes a number of chemical transformations that contribute to the flavor, aroma, and body of your finished cup. Many of these reactions are sensitive to variations in temperature and length of exposure to heat. So a small change in roasting technique can have a profound impact on profile. 

コーヒーの焙煎には多くの化学変化が伴い、最終的に抽出されるコーヒーのフレーバーやアロマ、ボディを形成する。これらの反応の多くが温度変化や熱に晒される時間に繊細だ。そのため、焙煎テクニックにおける小さな変化がプロファイルに深遠で大きな影響を与えるのである。

Understanding what happens during roasting and knowing why these changes occur can help you make more informed choices. If you have an overview of how chemical compounds are created and changed during the process, you can better understand what went wrong, or right, with your batch and use the information to make your next one better.

焙煎中に何がどうして起こるのかを理解することで、より有意義な選択肢をもたらしうる。化学物質がどのように形成され、変化するかという概観があれば、その焙煎で何が間違いで、何が正しいかをよりよく理解でき、次に活かすことができる。

おわりに

最後のまとめにもあるように、焙煎中の各段階で起こる化学反応とその生成物をある程度把握できてくると、焙煎による味作りもある程度コントロールできるようになってきます。

もちろん、焙煎に正解はありませんので、自分の表現したい味作りにこれらの知識を活かすことができれば、焙煎の幅も広がると思います。

例えば、小職の焙煎についていえば、浅煎りと深煎りで求められるものが違うという認識で、キャラメル化やデベロップメントのステージに対するカロリーをそれぞれに合わせて変えたりしています。

今回の記事が皆さんの焙煎の一助になれば望外の喜びでございます。

それでは!

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