คั่วกาแฟ เกิดอะไรขึ้นบ้าง และพัฒนารสชาติได้อย่างไร

เรารู้ว่า ขั้นตอนการ คั่วกาแฟ เป็นขั้นตอนหนึ่งที่จะเป็นการกำหนดโปรไฟล์รสชาติของกาแฟของเรา แต่มีกระบวนการอะไรเกิดขึ้นบ้าง ในระหว่างที่สารกาแฟเปลี่ยนเป็นกาแฟคั่วหอมกรุ่นนั้น เกิดปฏิกิริยาอะไรขึ้นข้างใน

วันนี้เราจะมาทำความเข้าใจ และเรียนรู้เกี่ยวกับเมล็ดกาแฟของเรา ว่าการคั่วมีบทบาทสำคัญอย่างไร และเกิดการเปลี่ยนแปลงใดบ้างขึ้นภายในระหว่างกระบวนการ คั่วกาแฟ เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างไร สามารถพัฒนารสและกลิ่นออกมาได้อย่างไร

ปฏิกิริยาเคมีหลักที่เกิดขึ้น

ในกระบวนการคั่วกาแฟนั้น เราใช้ความร้อน ทำให้เมล็ดกาแฟของเราเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลทองสวยงาม เบื้องลึกภายในนั้น เกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่ซับซ้อนหลายร้อยแบบ การคั่วนี้ทำให้สารประกอบบางชนิดได้เสื่อมสลายลง และได้เปลี่ยนแปลงสารประกอบบางอย่าง เพื่อให้ได้สารประกอบใหม่ขึ้นมา

มีกระบวนการทางเคมีอย่างหนึ่งที่หลายคนอาจจะเคยได้ยินมาบ้าง คือกระบวนการ pyrolysis คือการที่สารอินทรีย์ได้รับอุณหภูมิสูงหรือความร้อน ทำให้สารประกอบที่ระเหยง่ายเกิดการสลายตัว และทิ้งไว้ซึ่งของแข็งที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบจำนวนมาก หากมากเกินไปจะทำให้เกิดการไหม้ได้ 

ในกระบวนการคั่วกาแฟนั้น จะพยายามหลีกเลี่ยงให้ความร้อนกับกาแฟมากจนเกินไป ซึ่งทำให้กาแฟไหม้เกรียม มีกระบวนการการเปลี่ยนแปลงทางเคมีบางอย่างที่มีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการ pyrolysis นี้เกิดขึ้น รวมไปถึงการ caramelized ของน้ำตาล และการผลิตสารประกอบระเหยง่ายขึ้นข้างในด้วย

และต่อไปนี้เป็นปฏิกิริยาทางเคมีหลักที่เกิดขึ้น ที่ส่งผลต่อกาแฟที่เราดื่มกันอยู่ในทุกวัน

ปฏิกิริยา Maillard (The Maillard Reaction)

กระบวนการนี้จะเริ่มต้นขึ้นเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 150 องศาเซลเซียส (หรือ 302 องศาฟาเรนไฮต์) เมื่อเมล็ดกาแฟของเรายังคงดูดซับความร้อน สักระยะหนึ่งจะเข้าสู่กระบวนการคายความร้อน หลังจากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาระหว่างคาร์โบไฮเดรตและกรดอะมิโนภายในเมล็ดกาแฟ ทำให้สีของเมล็ดกาแฟของเราเปลี่ยนแปลง ไม่ใช่แค่สีเพียงเท่านั้น รสชาติและคุณค่าต่าง ๆ ภายในก็เปลี่ยนไปด้วย

การเปลี่ยนแปลงของสีนี้ เกิดจากการผลิต melanoidin ซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ที่ไม่เพียงแต่ทำให้เมล็ดเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเท่านั้น แต่ยังเป็นการเพิ่ม mouthfeel และบอดี้ของกาแฟด้วย การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของอุณหภูมิ และระยะเวลาในการเกิดปฏิกิริยา Maillard อาจส่งผลกระทบต่อโปรไฟล์รสชาติของกาแฟ

กาแฟหากเกิดปฏิกิริยา Maillard ในระยะเวลาที่นาน จะทำให้กาแฟมีความหนืดเพิ่มมากขึ้น หากเราปรับเวลาของปฏิกิริยานี้ให้สั้นลง จะสามารถทำให้กาแฟของเรามีรสหวานและความเป็นกรดเพิ่มมากขึ้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะว่า กรดที่สร้างกลิ่นของผลไม้และความหวาน จะค่อย ๆ ถูกทำลายลง เมื่อปฏิกิริยา Maillard นานขึ้นเรื่อย ๆ

การสลายของกรดอะมิโน Strecker (Strecker Degradation)

ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นต่อเนื่องกับปฏิกิริยา Maillard กรดอะมิโนจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลในกลุ่ม carbonyl เพื่อสร้างสารประกอบต่าง ๆ เช่น aldehyde and ketone ในกาแฟคั่ว เอาเป็นว่าอธิบายให้เข้าใจกันง่าย ๆ ก็คือ ปฏิกิริยา Strecker Degradation นี้ เป็นปฏิกิริยาที่จะทำการสร้างสารประกอบ ที่ก่อให้เกิดรสและกลิ่นต่าง ๆ ในกาแฟของเรา

ปฏิกิริยาการ Caramelized (Caramelization of Sugars)

ที่อุณหภูมิประมาณ 170 องศาเซลเซียส (หรือ 338 องศาฟาเรนไฮต์) ความร้อนจะทำให้คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนขนาดใหญ่แตกตัวเป็นโมเลกุลน้ำตาลที่มีขนาดเล็กกว่า ซึ่งเหล่านี้สามารถละลายในน้ำได้ นั่นหมายความว่า เราจะสามารถรับรู้ระดับความหวานของกาแฟของเราได้เพิ่มมากขึ้น ปฏิกิริยานี้จะดำเนินไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งสิ้นสุดกระบวนการคั่ว นอกจากจะทำให้กาแฟของเรามีความหวานขึ้นแล้ว ปฏิกิริยาการ Caramelized ยังมีส่วนช่วยทำให้มีกลิ่นหอมหวานมากขึ้น ชื่อก็บอกอยู่แล้ว ดังนั้น กลิ่นที่ได้คือกลิ่นของคาราเมลและอัลมอนด์

สารประกอบระเหย และสารประกอบไม่ระเหย

ในกระบวนการคั่วกาแฟนั้น จะมีทั้งสารประกอบที่สามารถระเหยได้และสารประกอบที่ไม่ระเหย โดยทั่วไปแล้ว สารระเหยจะมีหน้าที่ในการให้กลิ่นหอมของกาแฟ และสารไม่ระเหยบางชนิด มีส่วนทำให้เกิดรสชาติต่าง ๆ ของกาแฟ แต่เหล่านี้คืออะไร เราจะมาอธิบายให้เห็นภาพกันมากขึ้น

สารประกอบระเหย เป็นสารเคมีอินทรีย์ที่จะมีความดันไอสูงที่อุณหภูมิห้อง ส่วนใหญ่แล้วเกิดจากการย่อยสลายในกระบวนการ Strecker Degradation ในขั้นตอนการพัฒนาโปรไฟล์รสชาติในกระบวนการคั่ว เมื่อสารระเหยที่ก่อให้เกิดกลิ่นหอมได้ทำการกระจายตัว เราจะสามารถสัมผัสได้ถึงกลิ่นอันเป็นเอกลักษณ์ของกาแฟตัวนั้น ๆ สารประกอบที่สำคัญที่ให้กลิ่นต่าง ๆ เช่น

• Aldehyde จะให้กลิ่นผลไม้สีเขียว
• Furan จะให้กลิ่นคาราเมล
• Pyrazine จะให้กลิ่นที่มีความคล้ายกับดิน
• สารประกอบกำมะถัน ได้แก่ 2-furfurylthiol บางชนิดมีกลิ่นหอม มักจะให้กลิ่นที่โดดเด่นมาก เป็นกลิ่นกาแฟคั่ว แต่ก็มีกลิ่นที่ไม่พึงประสงค์ปนอยู่ข้างในด้วย ซึ่งจะมารวมกับกลิ่นกาแฟคั่วที่แรงกว่า ทำให้เราไม่สามารถแยกออก ยกตัวอย่างเช่น methanethiol ที่เขาบอกว่ามีกลิ่นคล้ายกับกะหล่ำปลีเน่า
• Guaiacol จะให้กลิ่นควัน และกลิ่นโทน spicy

คาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นเป็นสารประกอบระเหยเช่นเดียวกัน แต่จะไม่ก่อให้เกิดกลิ่นใด ๆ ที่จะมีผลกระทบก็จะเป็นเรื่องของบอดี้ของกาแฟเสียมากกว่า

สารประกอบที่ไม่ระเหย จะเป็นสารประกอบที่มีความเสถียรเมื่ออยู่ในอุณหภูมิห้อง ทำให้ไม่เกิดการกลายเป็นไอ (vaporize) สารประกอบเหล่านี้มีบางส่วนที่เกิดการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการคั่ว และก็มีสารบางตัวเช่นกันที่ยังคงตัวตลอดกระบวนการ สารประกอบที่ไม่ระเหยหลายชนิดมีส่วนทำให้เกิดรสชาติและรายละเอียดอันซับซ้อนของกาแฟ

ยกตัวอย่างสารประกอบที่เราน่าจะรู้จักอย่างคาเฟอีน ซึ่งทำให้เกิดรสขม คาเฟอีนนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในกาแฟอยู่แล้ว และไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในกระบวนการคั่ว สารประกอบที่ไม่ระเหยอื่น ๆ ที่เราอาจจะรู้จักก็อย่างเช่น sucrose ซึ่งแน่นอนว่าทำให้เกิดรสหวานและ lipid ซึ่งทำให้เกิดบอดี้และเม้าท์ฟิวส์ เมลานอยที่ทำให้เกิดสีและบอดี้ ก็ยังเป็นสารประกอบที่ไม่ระเหยง่ายด้วย

บทบาทของกรดในกระบวนการคั่ว

กรดมีบทบาทสำคัญในการสร้างรสชาติ สิ่งนี้มีความไวต่อความร้อน ดังนั้นในกระบวนการคั่วอาจทำให้กรดบางอย่างลดลง และอาจสร้างกรดบางตัวขึ้นมาด้วย

ยกตัวอย่างเช่น กรด citric และกรด tartaric ที่สร้างกลิ่นผลไม้และรสหวาน จะค่อย ๆ ถูกทำลายลงในระหว่างการคั่ว ดังนั้น การที่คั่วนานหรือใช้อุณหภูมิสูงจนเกินไป จึงสามารถทำให้ความหวานและความเปรี้ยวบางอย่างลดลงได้

กาแฟที่มีกรด chlorogenic ในปริมาณสูง ในกระบวนการคั่วจะเกิดปฏิกิริยาบางอย่างที่แบ่งกรดนี้ออกเป็น 2 คือ กรด caffeic และกรด quinic ทั้งกรด chlorogenic และกรด quinic ที่เกิดขึ้นนั้น จะทำให้กาแฟของเรามีความขมและความฝาด

ในกระบวนการคั่วกาแฟ เกิดปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงทางเคมีมากมาย ที่ส่งผลต่อรสชาติกลิ่นและบอดี้ของกาแฟของเรา ปฏิกิริยาเหล่านี้ หลายปฏิกิริยาไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและเวลาในการสัมผัสกับความร้อน ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเทคนิคการคั่วเพียงเล็กน้อย ก็สามารถส่งผลกระทบต่อโปรไฟล์รสชาติของกาแฟอย่างมากได้แล้ว

การทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นในระหว่างกระบวนการคั่ว และการที่เรารู้ว่า การเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นเกิดขึ้นมาได้อย่างไร ช่วยให้เรามีข้อมูลมากขึ้น และสามารถที่จะคัดเลือกกาแฟคั่วสำหรับชงดื่มเอง หรือสำหรับใช้ในร้านกาแฟให้เหมาะกับวัตถุประสงค์และวิธีการชง และที่สำคัญที่สุด ทำให้เรามีความเข้าใจในเรื่องของกาแฟมากขึ้น และเราจะสนุกกับการดื่มกาแฟมากขึ้นได้ด้วย