Любой, кто профессионально занимается обжаркой кофе или выпечкой хлеба, слышал о реакции Майяра . Но связанная с этим реакция, называемая деградацией Штрекера , гораздо менее известна и играет решающую роль в обжарке кофе. В этом посте мы собираемся подробно изучить эту недооцененную реакцию, поэтому обязательно приготовьте лабораторные халаты и защитные очки.
Некоторое время назад мы написали введение в реакции Майяра и их роль в обжарке. Это реакции с буквой «s», потому что они представляют собой сложную сеть химических реакций, которые возникают в результате совместного нагрева сахара и белка. Реакции Майяра во многом способствуют восхитительному аромату и цвету многих различных продуктов и напитков, которые становятся коричневыми по мере приготовления или высыхают. Деградация Стрекера часто считается подмножеством реакций Майяра, но, в частности, с кофе она играет очень специфическую и важную роль. Он вносит свой вклад в характерный аромат свежего кофе и создает почти весь CO 2, содержащийся в ваших зернах. Это означает, что деградация Strecker является основной причиной второй трещины - мы настоятельно не рекомендуем вам врастать во вторую трещину. Самое интересное, что на количество соединений Strecker в вашем кофе можно повлиять, изменив способ его обжарки, способ заваривания и способ хранения.
Химия Расщепление по Штреккеру
Деградация Штрекера была впервые обнаружена немецким химиком Адольфом Штрекером в 1862 году. Эта реакция превращает аминокислоты, строительные блоки белка, в летучие ароматические соединения, называемые альдегидами. Альдегиды обычно имеют характерные запахи, и многие из них можно почувствовать даже при очень низких концентрациях, что делает их важной частью сложного аромата свежего кофе.
Деградация по Штрекеру - это двухэтапная реакция: аминокислота окисляется с помощью другого соединения (окислителя), а затем образовавшаяся молекула распадается на альдегид, выделяя при этом аммиак и диоксид углерода.
Деградация Штрекера . Аминокислота превращается в альдегид с помощью молекулы окислителя. Какая бы боковая цепь (R) ни была у аминокислоты, она образует основание альдегида.
Окислитель обычно представляет собой дикарбонильное соединение - молекулу с двумя атомами кислорода, соединенными двойными связями с соседними атомами углерода. Реакции Майяра являются мощным источником такого типа молекул, поэтому деградация Штрекера тесно связана с реакциями Майяра.
Молекула дикарбонила имеет две карбонильные группы рядом друг с другом. Карбонильная группа (обведена красным) состоит из кислорода, присоединенного к углеродной цепи двойной связью.
Образовавшийся альдегид может образовывать многие другие соединения, включая меланоидины и некоторые из наиболее важных ароматических соединений кофе.
Чем пахнут альдегиды Strecker?
Альдегиды в целом очень ароматны и широко используются в парфюмерии или ароматизаторах из-за их цветочных или фруктовых ароматов. Альдегиды могут охватывать весь спектр кофейных ароматов - от цветочных, травяных и фруктовых до ореховых, солодовых, жареных и землистых. Альдегиды, образующиеся при разложении Strecker, являются важной частью аромата свежего кофе и могут использоваться в качестве индикатора свежести кофе ( Buffo and Cardelli-Freire 2004 ).
Примеры альдегидов Стрекера, обнаруженных в кофе, включают фенилацетальдегид, который имеет цветочный или медоподобный аромат, и метилбутаналь, который обычно воспринимается как солодовый или шоколадный (Пуассон и др., 2020). У них обычно низкий порог вкуса - это означает, что вам нужно лишь небольшое количество альдегида, чтобы почувствовать их запах, - что делает их важной частью кофейного аромата.
Разложение Strecker также играет жизненно важную роль в реакциях Майяра, создавая прекурсоры для всех видов ключевых кофейных ароматов, включая пиразины, которые придают свежеобжаренному кофе большую часть его характерных землистых, ореховых и жареных ароматов ( Toledo et al, 2016 ). Поскольку он участвует в образовании многих важных ароматических соединений, разложение Strecker помогает «направлять» реакции Майяра на создание соединений, которые придают кофе аромат, а не только цвет (Yaylayan 2003 ). Вот почему так важен вкус жареного кофе.
Расщепление по Штреккеру Вызывает вторую трещину
Каждая аминокислота, которая разрушается в результате разложения Штрекера, также высвобождает одну молекулу диоксида углерода. Удивительно, но этого достаточно, чтобы объяснить подавляющее большинство - 80% или более - CO 2, образующегося внутри кофейных зерен во время обжарки ( Wang and Lim 2017 ). Во время обжарки часть углекислого газа, образующегося при обжарке, задерживается в кофейных ячейках, постепенно увеличивая давление внутри.
Влияние первой и второй трещин на структуру кофейного зерна. Эти снимки, сделанные с помощью электронного микроскопа, показывают, как клетки набухают и разрываются во время второй трещины. Взято из Ванга (2012)).
Первая трещина возникает из-за испарения воды в пар, который создает давление внутри зерна до тех пор, пока не разрушает структуру зерна. Вторая трещина - это аналогичный процесс, который происходит, когда давление углекислого газа внутри отдельных ячеек кофе становится достаточно высоким, чтобы разорвать их. Поскольку в результате разложения Strecker образуется большая часть CO 2 в обжаренном кофе, он также является основным фактором возникновения второй трещины ( Lyman et al 2003 ).
Как влияет обжарка Расщепление по Штреккеру?
Поскольку разложение по Стрекеру зависит от соединений Майяра, действующих в качестве окислителей, часто предполагается, что это происходит в основном на более поздних этапах обжарки, после того, как температура зерен достигает 160 ° C ( Lyman et al 2003 ). Однако альдегиды Стрекера также имеют тенденцию разрушаться или испаряться при высоких температурах - поэтому, хотя они могут образовываться более быстрыми темпами при высоких температурах, они так же быстро теряются из бобов.
Образование альдегидов Штрекера при обжиге. Концентрация соединений достигает пика через 100 секунд после обжарки, а затем на плато. REF - эталонный кофе, а RB - модельная система обжарки. Взято из Пуассон и др. (2020 г.).
Эксперименты, отслеживающие химические вещества, образующиеся во время обжарки в режиме реального времени, в основном показали, что концентрация альдегидов Штрекера быстро увеличивается и достигает пика в начале обжарки - обычно где-то в течение первых двух минут (Пуассон и др., 2020). После этой точки количество альдегидов Стрекера имеет тенденцию к стабилизации или начинает уменьшаться, поскольку скорость потери догоняет скорость образования. Поскольку они разрушаются при более высоких температурах, количество альдегидов Стрекера в кофе больше всего при легкой или средней обжарке (Ким и др., 2018).
Обжарка при высокой температуре загрузки увеличивает образование альдегидов Штрекера в начале обжарки. Для данного цвета обжарки более быстрое обжаривание при более высокой температуре приводит к более высокой концентрации альдегидов Стрекера в обжаренном кофе (Баггенстосс и др., 2008 г.).
Другой эксперимент с чрезмерно быстрой обжаркой показал, что в кофе быстрой обжарки присутствуют некоторые компоненты обжарки, в том числе альдегиды, которых нет в стандартной обжарке. Авторы предполагают, что эти соединения могут быть ответственны за острый травяной аромат полученного кофе (Lyman et al 2003). Это может означать, что некоторые из «зеленых» и травянистых ароматов недоразвитого кофе образуются во время обжарки, а не являются остатками аромата зеленых зерен.
Помимо обжарки, ваш выбор зеленых бобов и даже используемый вами метод заваривания влияет на количество соединений Strecker, которые можно найти в готовом кофе. Альдегиды Стрекера и пиразины обнаруживаются в более высоких концентрациях в кофе, приготовленном из робусты, и относительная доля этих соединений в аромате выше в эспрессо, чем в кофе с фильтром (Maetzu et al 2001).
Расщепление по Штреккеру и антиоксиданты
Хотя считается, что реакция Майяра и деградация Штрекера происходят при высоких температурах, обе реакции также протекают при комнатной температуре - но очень медленно. Разложение Strecker происходит в зеленом кофе во время хранения ( Holscher and Steinhart, 1995 ), а также способствует потере вкуса с течением времени консервированного кофе, готового к употреблению.
Поскольку разложение Strecker зависит от окислителя, запускающего первую стадию реакции, антиоксиданты в кофе, такие как хлорогеновая кислота, могут снизить скорость разложения Strecker , помогая сохранить аромат консервированного кофе ( Zheng et al 2015 ).
Хлорогеновая кислота и другие антиоксиданты также могут ингибировать деградацию Strecker во время обжарки. В одном эксперименте, предназначенном для моделирования конкретных реакций в условиях обжарки, исследователи обжаривали одну очищенную аминокислоту вместе с глюкозой ( Wang and Ho 2013 ). Они обнаружили, что добавление антиоксидантов сильно снижает степень деградации Strecker . Пока неясно, повлияет ли это на обжарку настоящего кофе.
Химия обжарки чрезвычайно сложна, и сообщество обжарщиков еще не имеет четкого представления о том, как контролировать конкретные химические реакции, которые происходят во время обжарки. Однако у деградации Strecker есть несколько интересных рычагов, которые мы можем потянуть, в частности, путем настройки температуры заряда и времени обжарки. Деградацию Strecker часто связывают с реакциями Майяра, но недавние исследования показывают, что то, что происходит в начале обжарки, может повлиять на развитие соединений Strecker, что, в свою очередь, влияет на то, какие ароматические соединения создаются в фазе Майяра обжарки. Оказывается, эта менее известная реакция может управлять реакциями Майяра, а не просто следовать за ними.
Благодаря Пять слонов для фото в шапке этой статьи.
Было бы интересно понять, как лучше всего поддерживать самые высокие уровни альдегидов Стрекера, не разрушая и не ограничивая их при продолжающейся обжарке для дальнейшего развития вкуса. Очевидно, что знание того, что контролировать, означает выбор между вкусовыми добавками и ароматическими добавками для готовой чашки.