焙煎によるコーヒー豆の変化の仕組み

コーヒー豆の焙煎度

コーヒーの味は, 酸味と苦味のバランス + 香りによって決定されます.

これらの成分バランスに最も大きな影響を及ぼすものが焙煎という工程です.
焙煎前の淡い緑色をした「生豆」は農作物らしい青臭さがあり, コーヒーらしい味や香りはほとんどありません. コーヒーの酸味, 苦味, 甘み, 香りは, 焙煎することで生まれます.

コーヒー豆の焙煎の度合いは, 大きく分けると「浅煎り」「中煎り」「深煎り」の3段階ですが, 5段階表現や1920~1930年代の北米のコーヒー取引商の間で用いられていた８段階表現が一般的には用いられています.

それぞれ特別にはっきりした線引きがあるわけではなく, 地域や店ごとによって定義が変わる傾向がありますが１つのコミュニケーションプロトコルとして覚えといて損はないと思います.

豆の銘柄や品種などによって多少の違いはありますが, 一般的に「浅煎り」であるほどコーヒーの味は酸味が強く, 「深煎り」であるほど豆の色は黒っぽく, 苦味が強くなります. また, 豆の劣化についても「深煎り」であるほど劣化が遅いと言われています. 劣化は一般的に「酸化してまずくなる」と表現されますが, それは「酸敗」と分類される劣化のことで, これ以外にも 「香りとガスの損失」や「ステイリング」という劣化の種類があります.

劣化の種類

8段階/5段階表現とタイミング

焙煎度とコーヒー豆の特性変化(Eddiy’s Cafe —Original Roasting Style—より紹介)

コーヒーの甘みの正体？：フラノン類

コーヒーは焦がし砂糖のような, または綿飴のような甘い香りを感じさせる時があり, これがこのplot figureでの「甘み = 香味, フレーバーとしての甘み」です. 中煎り/中深煎りをピークに減少していきますが, これはコーヒーのフラノン類（香り成分, 香料）に由来すると考えられています.　一方, 生豆に含まれるショ糖の量は少なく, 味覚として感じる「甘み」は浅煎り前に熱分解されています. そのため, コーヒーを飲むときに感じる甘味はあくまで「口中香（こうちゅうか）」として口から鼻に抜ける甘い香りが共感覚を生み出し総合的な風味としての甘みにつながっているとされています. 香味としての甘さがコーヒーの後味としての甘みの正体ならば, 淹れてから時間が経過したコーヒーはフラノン類が気化してしまって甘みが薄れ酸味が強くなることとも整合的です.

フラノン類とは糖類が加熱され生じる成分で, コーヒーにはフラネオールとソトロンという２種類のフラノン類があります. なおどちらも化学式 $C_6H_8O_3$で表現されます.

なお, 深煎りコーヒーでも抽出方法によっては感じることのできる「甘み」があり, それはフラノン類とは別の成分と考えられてますがまだ正体はわかっていません（バニリン説はある）.

ハゼとは？

焙煎の進行に合わせ豆が加熱され, 収縮（いわゆる水抜きフェーズ）し、その後の膨張（内部圧力上昇フェーズ）して弾けることをハゼといいます. 豆が膨張して弾ける時の現象なので, ハゼが発生 = 豆が膨張 = 豆の密度が低下すると覚えておいてもいいと思います. 焙煎するとわかりますが, 「パチッ」と音を立てる１ハゼと, １ハゼが収まったあとに発生する「ピチピチピチピチ」という２ハゼがあります.

ハゼの仕組みはまだ解明されていませんが, 焙煎による豆への熱伝導によって豆内部に二酸化炭素や水蒸気といったガスが発生し, 逃げ場を失ったこれらガスによって内圧が上がり, それが限界を超えたときに破裂音と共に開放される現象であると考えられています.

１ハゼ手前/中間で煎り止めする浅煎りは, ハゼの仕組みより豆の密度, さらに粉砕した粒の密度が高い傾向があります. その段階のコーヒーを抽出しようとすると, 粒の密度が高いため抽出スピード（ドリップスピード）が遅くなる傾向があり, 本来楽しみたい酸味だけでなく渋みも抽出されてしまうリスクがあります. そのため, 浅煎りコーヒーをドリップする際は, 抽出スピードを速めるため粗挽き or 抽出穴の大きいハリオのドリッパーを用いるといった工夫が推奨されます.

焙煎によるコーヒー豆の変化について

焙煎が進むための必要条件は２つあります:

1. 一定以上の温度
2. 水分が十分減ること

浅煎りで180℃以上, 深煎りでは220~250℃に到達し, ほうじ茶やナッツやカカオ豆などの焙煎温度が150℃程度であることを考えると, コーヒー豆の焙煎は食品の中では高温に分類されることになります. 水分に関しても, もともとの生豆には9~12%程度の水分を含んでいるとされていますが, 焙煎によって最終的には2%まで減少します. コーヒー豆の焙煎は, 温度上昇と水分減少による乾煎りの状態になることが不可欠ということなります.

焙煎中のコーヒー豆の変化の主なものは,

• 豆外部温度の上昇
• 豆内部温度の上昇
• 水分の気化
• 焙焦反応
• 体積増加

焙煎が始まるとまず熱を受け取る豆表面温度が上昇し, そこから熱伝導して内部の温度もあがります. 焙煎開始直後には表面と中心部では60℃以上の温度差がみられますが煎り込みの頃にはほぼ温度差がなくなります. 豆内部の水分気化は70℃を超えるあたりから盛んになります. このとき熱エネルギーの一部が気化熱として奪われるので内部温度の上昇は緩やかになります.

「焙焦反応」は焙煎に伴う化学反応の総称のことです. 炭酸ガスの生成や色や香味成分の発生など多種多様な化学反応があります.

焙煎による豆の成分変化

生豆を焙煎すると水分やその他成分が気体へ相変化し抜けていってしまうため, 重量が1~2割程度が減ります. なお, 水分を失った焙煎豆は「軽い」 & 「乾燥」しているため, 空気中の水分を吸収しようとします. これが保存の時, 水分に注意しろというルールにつながりますが, この性質を逆に利用したものがコーヒー粉を用いた吸臭剤です.

成分変化目安表

焙煎中の豆の構造変化

加熱をはじめてしばらくすると, ある時点から豆の組織が軟化を始めます. これは「ガラス転移現象」とよばれるもので, この性質を持つ物質は温度が低い時はガラスのように硬く, ガラス転移温度を超えるとゴムのように軟化します. なおガラス転移温度は物質に含まれる水分量によって変化します.

焙煎の進行に応じて, 内部温度がガラス転移温度を超えコーヒー豆の細胞壁がゴム化すると, 細胞内に発生した水蒸気やガスが原型質連絡を通って外に逃げ出し始め豆が縮み始めます(= 表面のシワが進む). これは「水抜き」と呼ばれる段階で, 焙煎機内部の湿度が上がって豆のシワが進む様子から「蒸らし」と呼ばれたりします.

またこの段階で豆内部では, 豆内部に残存していた水分が煮立ち, 細胞を構成していた様々な成分（ショ糖やタンパク質, カフェイン, クロロゲン酸, 油脂分etc）がその煮立った水分に溶け出し, どろどろした飴状のものに変化しそれが豆内部を覆います.

その後再び, 水分蒸発の進行によってガラス転移温度と豆内部温度が逆転し, ふたたびガラス化が始まります. このとき, 豆内部で発生した飴状物質が原型連絡質を塞いでしまい, 水蒸気やガスを逃がすことができなくなることで豆内部の圧力が上昇していきます. このとき, 飴状物質は圧力によって細胞壁に押し付けられ圧縮され, 高温高圧環境下で焙焦反応が進んでいきます. 同時に内部圧力の上昇により, 表面のシワが伸び始め焙煎豆全体も大きく膨らみ始めます. これが焙煎による豆体積増加の仕組みです.

適切な焙煎度の見つけ方

そもそもの「おいしいコーヒー」自体が, 個人的な好みや飲む時の体調/気分といった条件に左右されるため定義不可能なのであくまで個人個人でどのように探索していくべきか程度のことしか一般論で言えません. 生豆の個性を理解した上で適切な焙煎度をどのように見つけていくかについては, それぞれの生豆を一通りイタリアンローストまで煎り上げ, 焙煎時間や焙煎温度, コーヒー豆の色合いを記録に残しながら途中途中でサンプリングピックアップし, 最後に飲み比べするという探索を愚直に実行していくことが基本となります.

そのためには, 以下の情報を体系的にレコードすることが推奨されます:

• 実行日データ: 実行日, 時間, 湿度, 気温
• コーヒー豆データ: 産地, 種類, 精製方法, 大きさ
• 焙煎手法データ: 焙煎機器, 焙煎パラメーター（焙煎温度や回転数 etc）
• 回収タイミング: コーヒー豆抽出経過時間, 焙煎機器温度
• コーヒー抽出データ: 原料, 粉メッシュ, 粉の分量, 湯温, 抽出時間, 抽出量, 抽出方法, 利用機器, 味

コーヒーの味（苦味や酸味, ボディーなど）は感覚的なものになってしまうのが心苦しいですが, 順位統計量となる形でも良いので記録するところからスタートするのは重要です.

生豆の種類に応じた推奨焙煎度

焙煎を愚直に実行するのも大切ですが, 主観的な目安を事前に定義し, 近傍を探索したりすることも場合によっては有効な調査方法です. 「珈琲大全」という本において, 生豆の種類に応じた焙煎度が提言されており, 生豆の種類を以下のように４つに分け目安をつけています:

References

YouTube: ひつじ珈琲チャネル, 焙煎工程紹介Video

オンライン記事

• UCC > コーヒー豆の焙煎（ロースト）を知る｜焙煎度による違いや自宅でできる焙煎方法
• Eddiy’s Cafe —Original Roasting Style—　> 考察　苦味・酸味・甘み
• 東原和成 ┃ ワイナート ┃ 2009年7月号　> 鼻先と喉から味わう香り

書籍

• NHK出版, コーヒー抽出の法則, 著田口護, 山田康一
• BLUE BACKS, コーヒーの科学 「おいしさ」はどこで生まれるのか (ブルーバックス) 新書, 旦部 幸博 (著)