咖啡的科學

§§咖啡基因組調查§§

2014年9月，以法國及美國為中心的國際研究團隊完成了咖啡樹的基因組分析，並於『Science』雜誌發表了一篇論文。該團隊並非選用阿拉比卡種，而是使用坎尼佛拉種(羅布斯塔)進行分析。會選擇坎尼佛拉種，是考量到與擁有四倍體的阿拉比卡種相比，前者的基因組尺寸較小，更適合用來進行分析。針對阿拉比卡種，其實在巴西一個名為EST的基因庫(ExpressionSequenceTagsLibrary)已完成部分基因數據的製作，目前更與坎尼佛拉種的結果相對照，持續進行阿拉比卡種基因組的分析。

透過基因組分析，究竟可以了解什麼？分析團隊隨即從咖啡樹將可能與咖啡因合成相關的基因全數列出，與茶類、可可比較後發現，只有咖啡的基因群組和其他植物有著極大差異。這也意味著咖啡在進化過程中，獨自獲得了能夠合成咖啡因的能力。換句話說，對植物而言，能夠產生咖啡因或許也是一種「趨同演化」的表現。

此外，這次分析對象的羅布斯塔表現「頑強」，尤其能夠完全抵禦銹病的特性對咖啡今後的生產而言更存在著極大意義。我相信，在完成分析的基因組中，一定存在有能解開耐銹病謎團的關鍵基因。只要能將該基因與阿拉比卡種結合，便可期待改良出全新的耐病品種。此外，或許也能藉此開發出香味表現更突出的優質品種。透過基因組分析，想必將能為咖啡在植物學的研究上開創新局面。

§§種植生豆能夠發芽？§§

我之前在自己開設的網路論壇中，曾多次被問到「如果將未烘焙的生豆拿來種植，是否會發芽？」，最簡單的回答雖然就是「不會」，但其實有時還是會出現發芽的情況，因此這問題可說是出乎意料的棘手。有人提到「剝除內果皮的話，就不會發芽」。若想要簡單扼要的回答，這個答案是正確的，但若要嚴謹地探討，這個答案可是錯誤的。

至少在生產地要進行播種時，即便沒有內果皮，咖啡種子還是有機會發芽。若不突破內果皮，新芽就無法長出，因此內果皮在某個層面來說反而是累贅。在實驗室進行人工栽培時，甚至會故意將內果皮剝除幫助種子發芽。然而，從海外進口的生豆就必須另當別論。隨著時間經過，咖啡豆的發芽能力也會逐漸衰退，就算是帶有內果皮的阿拉比卡種在經過半年左右的時間，發芽率也會一路下滑，甚至趨近於零。剝除內果皮後，生豆短期間內的發芽率雖然很高，卻也容易造成胚芽乾掉，讓原本存活期就很短的胚芽壽命變得更短。一般的生豆在剝除內果皮到出口這段期間為了避免發霉，都會將生豆乾燥，讓含水量低於12%，這也是為何我們看到的生豆幾乎都不會發芽的原因。

內果皮不只能讓咖啡豆保持乾燥，更可避免外在環境因素或疾病危害到咖啡豆內部，因此咖啡莊園多半會拿帶有內果皮的種子播種於苗床。咖啡樹發芽所需的時間頗長，一般為期1~2個月，氣溫低的時候更需要近3個月的時間，才能看見小小的幼芽從土壤中露臉，此時幼芽前端的雙子葉部分仍處於被內果皮包覆的狀態，我們可以將此時的形狀與超市販賣的「豆芽菜」做聯想。不過，咖啡芽可一點也不脆弱，咖啡豆所長出來的莖可是呈現挺立，且會向上直直生長。也因為這樣的形狀，讓這個階段的咖啡豆在中南美洲被稱為「Fosforo(西班牙文的火柴)」。咖啡芽繼續成長後，雙子葉就會突破內果皮現身，接著長出本葉，長成幼苗後，更被移植至莊園，栽培成為咖啡樹。

§§「咖啡」在古代的用途§§

從植物學分布來看，可以猜測最先與咖啡相遇，並將咖啡拿來作運用的是阿拉比卡種原產地，也就是衣索比亞西南部的人們。根據京都大學福井勝義教授進行的實地調查發現，在西南部的部落各自有像是「Cali」、「Tico」等意指咖啡的固定用語，這些部落會將種子或樹葉作為茶類飲用，炒果肉食用，作為藥用，上門求婚的男性甚至會用來贈送女方父母，讓咖啡的用途相當廣泛。雖然無法得知詳細年份，但可以確信的是，這些部落居民從很久以前在生活上就與咖啡息息相關。

最早提到咖啡的文獻據說是10世紀，彙整有波斯名醫拉齊(Rhazes)著作的《醫學集成》(925年)。書中記載到，不知是用哪種植物的果實或種子燉煮，做成名為「Bunn」的藥物使用。在那之後的一世紀，同樣活躍於波斯的名醫艾維席納(Avicenna)也在著作《醫藥寶典(TheCanonofMedicine)》(1020年)中則提到一種名為「Bunchum」，由葉門產植物所製成的藥物。「Bunn」這個字在阿拉伯語中指的是咖啡豆，因此上述文獻所提到的藥物被認為是咖啡的起源。不過，當時應該是將生豆直接燉煮，因此與現在的咖啡還是有所出入。

雖然不知道咖啡為何會傳至波斯，但其實在9~10世紀時，衣索比亞西南部皆有來自衣索比亞北部的基督徒及紅海沿岸的伊斯蘭商人進出，並抓捕當地居民作為奴隸販賣。據說大多數的奴隸都會被賣至阿拉伯半島，其中更以當時首都正在興建城廓，勞力需求極高的葉門人數最多。據說在葉門的衣索比亞奴隸人數還曾超越阿拉伯人，更有紀錄指出，由這群衣索比亞奴隸興建，歷史首見的黑人伊斯蘭王朝(Najaf王朝)曾在11~12世紀期間握有政權。雖然這並非相當有力的證據，但與咖啡相關的知識及運用的確有可能是透過這群被帶至阿拉伯半島的衣索比亞西南部人民傳開。

另外更有一項證據可以佐證咖啡傳至阿拉伯半島的歷史。那就是在1996年，從杜拜東北的庫施(Kush)遺跡中，出土有西元1100年左右的中國及葉門製陶瓦，並在其中發現了兩顆碳化的咖啡豆。根據年代調查的結果，這兩顆咖啡豆並非事後才出現，推測是當時已碳化的咖啡豆。不過在那之後的數百年，卻不見咖啡被拿來作運用的紀錄。

§§另一種咖啡的起源§§

其實，早在19世紀末於加彭與剛果等地發現羅布斯塔種的40年前，就有「目擊情報」指出，曾看到羅布斯塔種的蹤跡。目擊者是1858年為了尋找尼羅河的源頭，於東非地區探險，發現坦干依喀湖(LakeTanganyika)及維多利亞湖的兩位英國人，RichardBurton及JohnSpeke。他們在筆記中寫道，除了親眼看到比阿拉比卡種還要高，結果數量更多的咖啡樹外，更發現當地的原住民會將這些果實當成口香糖咀嚼，作為「咀嚼咖啡」利用。

Burton及Speke是在維多利亞湖西南方，目前坦尚尼亞西部一個名為布可巴(Bukoba)的地方發現這種咖啡。該處自18世紀起，正好是卡拉圭(Karagwe)王國的所在位置。在當地，咖啡樹除了是重要財產外，更是權威的象徵。只有族長持有羅布斯塔咖啡樹的田地，族人必須經過族長同意，才能將自己的咖啡樹種植於此。接著會將尚未成熟的果實收成，與藥草一同水煮後曝曬或煙燻，製成「咀嚼咖啡」。當地人除了會將整顆咖啡豆咬碎，作為嗜好品或零食享用外，也會拿來做為贈禮，或是兄弟結義時，互相從彼此手掌中取過浸在對方血中的咖啡豆直接咬食。咖啡豆在當地日常生活的運用程度絲毫不亞於衣索比亞西南部的阿拉比卡咖啡，充滿多元風貌。目前居住於布可巴地區的Haya族仍有食用「咀嚼咖啡」的習慣。

§§低因咖啡§§

從「咖啡因有害身心健康」想法中誕生的，就是低因咖啡。將咖啡中的咖啡因去除技術是由德國咖啡商人羅塞魯斯(LudwigRoselius)在一次偶然的機會中發現。某一年，他經手運送的生豆因意外導致浸溼海水中，羅塞魯斯心想，就這樣丟棄實在可惜，因此還是拿來進行烘焙。卻意外發現，烘過的豆子還是保有相當好的香味，但咖啡因含量幾乎完全消失。就這樣地，羅塞魯斯開始不斷研究，於1903年發明出將生豆浸泡於鹽水後，再以苯溶劑多次清洗，藉此除去咖啡因的方法。但由於苯溶劑存在有毒性殘留的疑慮，因此目前多半是將生豆浸泡在二氯甲烷等沸點較低的有機溶劑，萃取出咖啡因後，再以加熱方式將溶劑完全去除(化學處理、直接法)。

該方法雖然能將有機溶劑幾乎去除，但還是有人對其安全性感到存疑。對此，瑞士於1933年發明了水處理法，此方法雖然是單純以水萃取，但卻也同時會讓咖啡因以外的成分嚴重流失，使得咖啡應有的香味不再。為了改善此情況，便有人發明出將生豆萃取時所產生的水以二氯甲烷選擇性地萃取出咖啡因，並將留在水相中的成分重新吸收回生豆的方法(瑞士水洗法、間接法)。自1980年代起，該方法在美國被視為「更加安全的去除咖啡因法」，而廣為普及。目前還有種名為循環式去除咖啡因法，藉由不斷重複「生豆過水後，去除咖啡因」的動作，以富含有咖啡因以外成分的水進行萃取。

此外，雀巢(Nestlé)公司更於1978年開發出使用超臨界二氧化碳的咖啡因去除法。以二氧化碳為首的氣體在被施予高壓後，雖然會轉變為液體，但當超過一定程度的溫度及壓力(臨界點)時，這些元素會同時具備氣體的擴散性及液體的溶解性，形成名為「超臨界流體(SupercriticalFluid)」的特殊狀態。以這種超臨界狀態的碳酸氣體進行生豆處理時，可以選擇性地去除咖啡因。此外，當回到常溫常壓時，超臨界流體便會復原回氣體，因此沒有毒性殘留或廢液處理的疑慮。但由於此方法需要超臨界流體的製造設備，因此會採用的，多半是規模較大的業者。

另一方面，咖啡業者也積極地尋找及培育剛開始就不含咖啡因的咖啡樹。過去受到矚目的是在馬斯克林群島所發現的原生種，名為「Mascarocoffea」的群體，以及2008年在喀麥隆發現，不含咖啡因的Charrieriana種。除了另有Laurina(BourbonPointu、61頁)、歐基尼奧依德斯種等低因咖啡品種外，首度發現咖啡中咖啡因組合基因的日本奈良先端科學技術大學教授佐野浩等人更以變換基因組合方式，成功培育出低咖啡因的咖啡樹，讓我們已可預見低因咖啡將會是今後愈趨熱門的範疇。

§§咖啡基因組調查§§

2014年9月，以法國及美國為中心的國際研究團隊完成了咖啡樹的基因組分析，並於『Science』雜誌發表了一篇論文。該團隊並非選用阿拉比卡種，而是使用坎尼佛拉種(羅布斯塔)進行分析。會選擇坎尼佛拉種，是考量到與擁有四倍體的阿拉比卡種相比，前者的基因組尺寸較小，更適合用來進行分析。針對阿拉比卡種，其實在巴西一個名為EST的基因庫(ExpressionSequenceTagsLibrary)已完成部分基因數據的製作，目前更與坎尼佛拉種的結果相對照，持續進行阿拉比卡種基因組的分析。

透過基因組分析，究竟可以了解什麼？分析團隊...

前言

第1章 咖啡是什麼？
搞懂科學，咖啡就會不一樣！
咖啡的從無到有
果實與咖啡豆構造
咖啡的加工過程
(精製／烘焙／萃取)
Column 從動物○○中所得到的頂級咖啡

第2章 咖啡樹與咖啡豆
什麼是茜草科植物？
咖啡樹的起源
咖啡屬的代表種
(阿拉比卡種／坎尼佛拉種／賴比瑞亞種)
種與品種
阿拉比卡種為特異種
阿拉比卡種的歷史進程
咖啡樹是「喜陰植物」？
咖啡豆不是「豆」
種植生豆能夠發芽？
咖啡葉與新芽
為何咖啡樹能夠形成咖啡因？
「節」的重要性
咖啡花季
授粉與受精
果實與咖啡豆的生長
主要的栽培品種及分類
Column 咖啡基因組調查
Column圓豆、象豆、貝殼豆

第3章 咖啡的歷史
「咖啡」在古代的用途
咖啡的發明
栽培與生產技術的歷史
(栽培的起源／鐵比卡的傳播／波旁的傳播／水洗式精製的發明／銹病傳染所帶來的衝擊／發現羅布斯塔／第二次的銹病傳染／講究品質與多元化的時代)
烘焙的歷史
萃取技術的歷史
(從燉煮式進化為浸泡式 ／19世紀在歐洲吹起的萃取器具浪潮／新技術與20世紀初的美國、義大利／第二次世界大戰後的變遷)
其他相關技術之歷史
(替代用咖啡及發現咖啡因／低因咖啡／即溶咖啡／罐裝咖啡)
Column 另一種咖啡的起源

第4章 咖啡的「美味」
以科學角度審視「美味」
形成「咖啡美味」的主角們
不同地區所使用的「味道用語」也不同
「美味苦味」的矛盾
探究咖啡味道的謎團
唾液的重要性
味道物質在口腔內的分子動力學
分子動態所形成的美味：口感及清爽度
咖啡的濃郁
香酸及死酸的差異
香氣與美味
鼻前香氣與鼻後香氣
藥理層面的美味
「好喝的咖啡」與「好咖啡」
Column 味覺的生理學
Column 藍山咖啡狂想曲

第5章 形成美味的咖啡成分
咖啡因的苦只佔整體苦味1~3成
尋找苦味的主角
強化苦味表現的多元成分
咖啡的酸味及水果的酸味
咖啡香氣種類有1000種？
最像咖啡香氣的成分
尋找S
另一種烘焙香氣及馬鈴薯味問題
與眾不同的名配角
充滿煙燻味的深焙香氣
咖啡的甜？
帶有檸檬香的咖啡
藏身於肯亞的黑醋栗香氣
探究「摩卡香氣」的謎團
開始於世界飄散的摩卡香
咖啡=發酵食品
控制發酵

第6章 烘焙的科學
來試試居家烘焙吧
開始烘焙
八階段的烘焙度
加熱過程及溫度變化
外觀與結構的物理變化
(咖啡豆的細微構造／開始烘焙及玻璃轉移現象／再度硬化與內壓上升／咖啡豆會爆裂兩次／油脂滲出)
成分的化學變化
(出現變化及維持原狀的成分／既複雜又奇怪的焙焦反應／藉由反應過程改變美味)
烘焙後的經時劣化
烘焙豆的保存法
專業烘焙及烘焙機
(依照攪拌方式分類：滾筒式與流床式／依照加熱方式分類：直火型、半熱風型、熱風型／使用烘焙機的烘焙法／控制火力與排氣／烘焙檔案的重要性)
各式各樣的烘焙
(不使用熱風的烘焙器具／炭火烘焙、遠紅外線烘焙／過熱水蒸氣烘焙)
日本職人的真實力
科學人員的盲點
掌握咖啡豆的差異
Column 從烘焙度來尋找自己喜愛的咖啡
Column 熱傳遞方式與加熱

第7章 萃取咖啡
萃取時再磨豆能讓美味加分
浸泡式萃取及濾過式萃取
(浸泡式萃取的基本原理／濾過式萃取的基本原理)
滴濾式萃取=層析分析
「停止」萃取很重要
溫度的基本為「淺高深低」
研磨狀況也是關鍵
泡沫能讓咖啡變美味
(泡沫的產生及碳酸氣體／泡沫不會消失的機制／泡沫分離與咖啡的味道)
過濾方式
各種萃取方法論
(滴濾式／虹吸式／濃縮咖啡機／濾壓式／摩卡壺／土耳其咖啡及燉煮式／冰滴咖啡)
Column 咖啡及印表機令人意想不到的共通處
Column 尋找日式滴濾法的起源

第8章 咖啡與健康
思考健康時最重要的事
什麼才是能夠相信的資訊？
咖啡的急性作用
(醒覺作用與失眠／咖啡因的作用機制／咖啡能讓成績進步？／運動成績會變好？／其他的急性作用)
探討長期影響
相關性與因果關係
介入性研究的難點
咖啡的長期影響
(降低第二型糖尿病的罹病風險／各種罹癌風險的增減／與罹患心血管疾病風險的關係／與其他疾病間的關係)
正反效果究竟誰大？
喝咖啡有助長壽？
宣傳咖啡不划算
咖啡過量會怎樣？
(咖啡因中毒／咖啡因戒斷症(咖啡因成癮)／咖啡因與耐受性)
過量及適量的界線
一般成人的「適量」判別方式
攝取時需特別注意的對象
(懷孕初期女性／孩童~青少年／與精神疾病等的關係)
Column 生豆醜聞

尾聲
參考文獻
索引

前言

第1章 咖啡是什麼？
搞懂科學，咖啡就會不一樣！
咖啡的從無到有
果實與咖啡豆構造
咖啡的加工過程
(精製／烘焙／萃取)
Column 從動物○○中所得到的頂級咖啡

第2章 咖啡樹與咖啡豆
什麼是茜草科植物？
咖啡樹的起源
咖啡屬的代表種
(阿拉比卡種／坎尼佛拉種／賴比瑞亞種)
種與品種
阿拉比卡種為特異種
阿拉比卡種的歷史進程
咖啡樹是「喜陰植物」？
咖啡豆不是「豆」
種植生豆能夠發芽？
咖啡葉與新芽
為何咖啡樹能夠形成咖啡因？
「節」的重要性
咖啡花季
授粉與受精
果實與咖啡...