ترکیبات فرّار آروماتیک قهوه: بازبینی سازوکارهای تشکیل و ارتباط آن‌ها با فرآوری، رست و دم‌آوری

ترکیبات فرّار آروماتیک قهوه مولکول‌های کم‌وزنی هستند که در دما و فشار متعارف به فاز گاز منتقل می‌شوند و گیرنده‌های بویایی را تحریک می‌کنند. این ترکیبات بخش عمده‌ی آنچه را که مصرف‌کننده «طعم قهوه» می‌نامد تعیین می‌کنند، زیرا حس چشایی تنها چند کیفیت پایه مانند شیرینی، ترشی، تلخی، شوری و اومامی را تفکیک می‌کند و تمایز میان نت‌های میوه‌ای، گلی، کاراملی، آجیلی و دودی از راه بویایی حاصل می‌شود. در قهوه‌ی برشته بیش از هزار ترکیب فرّار شناسایی شده است، اما شمار ترکیباتی که سهم معناداری در عطر ادراک‌شده دارند در حدود بیست تا چهل مولکول است. [1] [2]

عطر قهوه یک ویژگی ثابت و درونی دانه نیست. عطر حاصل یک زنجیره‌ی پیوسته است که با پیش‌سازهای شیمیایی در دانه‌ی سبز آغاز می‌شود، در فرآوری پس از برداشت تعدیل می‌شود، در رست از طریق واکنش‌های حرارتی ساخته می‌شود، پس از رست در اثر دی‌گسینگ و اکسیداسیون تحلیل می‌رود، در دم‌آوری از فاز جامد به فاز مایع منتقل می‌شود و در نهایت هنگام نوشیدن از مایع به فاز گاز رهایش پیدا می‌کند. هر حلقه از این زنجیره می‌تواند ترکیب نهایی عطر را تغییر دهد و ضعف در یک حلقه با بهینه‌سازی حلقه‌های دیگر جبران نمی‌شود. [3] [5]

این بازبینی شش پرسش را بررسی می‌کند. عطر از منظر فیزیکوشیمیایی چگونه تعریف می‌شود و چرا شمار ترکیبات معیار کیفیت نیست؟ خانواده‌های شیمیایی اصلی ترکیبات فرّار قهوه کدام‌اند و هر خانواده چه سهمی در ادراک حسی دارد؟ فرآوری پس از برداشت چگونه ترکیب پیش‌سازها و ترکیبات فرّار دانه‌ی سبز را تغییر می‌دهد؟ مسیرهای تشکیل ترکیبات آروماتیک در رست چه هستند و پروفایل زمان-دما چگونه بر آن‌ها اثر می‌گذارد؟ ترکیبات فرّار پس از رست با چه سازوکاری از دست می‌روند؟ و سرانجام، متغیرهای دم‌آوری چگونه انتقال و رهایش عطر را کنترل می‌کنند؟

نکته: این بازبینی مبانی علمی را توضیح می‌دهد و دستور دم‌آوری یا پروفایل رست ارائه نمی‌کند. غلظت‌ها و آستانه‌های ذکرشده مقادیر مرجع پژوهشی هستند و به شرایط نمونه، روش استخراج و روش اندازه‌گیری وابستگی دارند.

فهرست مطالب

۱. چارچوب مفهومی: فرّاریت، آستانه و فعالیت بویایی
۲. خانواده‌های شیمیایی ترکیبات فرّار قهوه
۳. پیش‌سازها و اثر فرآوری بر ترکیب عطری
۴. تشکیل ترکیبات فرّار در رست
۵. اتلاف عطر پس از رست
۶. انتقال و رهایش عطر در دم‌آوری
۷. اندازه‌گیری و ارزیابی
جمع‌بندی
منابع

۱. چارچوب مفهومی: فرّاریت، آستانه و فعالیت بویایی

۱.۱ تفکیک عطر از طعم و دو مسیر ادراک

در علوم حسی، «طعم» یک ادراک چندحسی است و از سه مؤلفه ساخته می‌شود. مؤلفه‌ی چشایی از ترکیبات غیرفرّار محلول مانند اسیدها، قندها، آلکالوئیدها و پپتیدها حاصل می‌شود. مؤلفه‌ی بویایی از ترکیبات فرّار حاصل می‌شود. مؤلفه‌ی سوماتوسنسوری نیز بافت، دمای نوشیدنی و اثرهای شیمیایی-حسی مانند خشکی دهان را در بر می‌گیرد. بنابراین، تحلیل عطر قهوه به تفکیک این سه مؤلفه نیاز دارد و نمی‌توان تغییرهای حسی را به‌طور خودکار به یک گروه از ترکیبات نسبت داد. [5]

ترکیبات فرّار از دو مسیر به گیرنده‌های بویایی می‌رسند. در مسیر اورتوناسال، مولکول‌ها از فضای بالای فنجان و از راه سوراخ‌های بینی وارد حفره‌ی بینی می‌شوند و ادراکی را می‌سازند که در پروتکل‌های حسی با عنوان fragrance برای قهوه‌ی آسیاب‌شده و aroma برای قهوه‌ی خیس‌شده ثبت می‌شود. در مسیر رتروناسال، مولکول‌ها پس از ورود نوشیدنی به دهان و در اثر گرم شدن و آشفتگی مایع آزاد می‌شوند و از راه حلق به حفره‌ی بینی می‌رسند. ترکیب عطری ادراک‌شده در این دو مسیر یکسان نیست، زیرا دما، رطوبت، ترکیب بزاق و زمان تماس در دهان توزیع مولکول‌ها میان فاز مایع و فاز گاز را تغییر می‌دهند. [5] [15]

۱.۲ فرّاریت، فشار بخار و ضریب توزیع

فرّاریت یک مولکول به فشار بخار آن و به میزان تمایل آن برای ماندن در فاز مایع وابسته است. در یک سامانه‌ی دوفازی مایع-گاز که به تعادل نزدیک می‌شود، رفتار هر ترکیب با ضریب توزیع بین گاز و مایع توصیف می‌شود:

K_i=\frac{c_i^{\text{gas}}}{c_i^{\text{liquid}}}

در این رابطه، $c_i^{\text{gas}}$ غلظت ترکیب در فاز گاز و $c_i^{\text{liquid}}$ غلظت آن در نوشیدنی است. مقدار $K_i$ با دما افزایش پیدا می‌کند و به آب‌گریزی مولکول، حضور ترکیبات سطح‌فعال و مقدار مواد جامد محلول نیز وابسته است. این رابطه توضیح می‌دهد که چرا یک نوشیدنی داغ عطر شدیدتری در فضای بالای فنجان ایجاد می‌کند و چرا همان نوشیدنی پس از سرد شدن پروفایل عطری متفاوتی نشان می‌دهد.

مفهوم ضریب توزیع همچنین نشان می‌دهد که «مقدار کل یک ترکیب در نوشیدنی» با «مقدار در دسترس بویایی» یکسان نیست. دو نوشیدنی می‌توانند غلظت مشابهی از یک ترکیب داشته باشند، اما به‌دلیل تفاوت در دما، بافت، غلظت لیپیدها و وجود فاز کف، شدت عطر متفاوتی ایجاد کنند. در اسپرسو، لایه‌ی کرما یک مانع و هم‌زمان یک مخزن موقت برای ترکیبات فرّار است و الگوی رهایش را در طول زمان تغییر می‌دهد. [14]

۱.۳ آستانه بویایی و ارزش فعالیت بویایی

هر ترکیب فرّار یک آستانه‌ی بویایی دارد، یعنی کمترین غلظتی که در آن، حضور ترکیب قابل تشخیص است. آستانه‌ها میان ترکیبات مختلف چند مرتبه‌ی بزرگی تفاوت دارند. برای مقایسه‌ی سهم نسبی ترکیبات، از ارزش فعالیت بویایی استفاده می‌شود:

\mathrm{OAV}_i=\frac{c_i}{c_{\mathrm{th},i}}

در این رابطه، $c_i$ غلظت ترکیب در نمونه و $c_{\mathrm{th},i}$ آستانه‌ی بویایی آن در همان ماتریس است. ترکیباتی که مقدار این نسبت در آن‌ها از یک بیشتر است، سهم بالقوه در عطر دارند. این معیار توضیح می‌دهد که چرا یک ترکیب با غلظت بسیار کم می‌تواند نقش مهمی ایفا کند. نمونه‌ی شاخص آن (E)-β-damascenone است که آستانه‌ی آن در آب در مرتبه‌ی نانوگرم بر لیتر قرار دارد و با وجود غلظت اندک، نت‌های میوه‌ای و عسلی ایجاد می‌کند. در مقابل، فوران‌های ساده با غلظت بسیار بالاتر و آستانه‌ی بالاتر، سهم نسبی کمتری دارند. [1] [2]

اعتبار این معیار محدودیت دارد. آستانه‌ها در ماتریس‌های مختلف تغییر می‌کنند و اثرهای متقابل میان ترکیبات، مانند هم‌افزایی و پوشانندگی، در یک نسبت ساده لحاظ نمی‌شوند. به همین دلیل، پژوهش‌های معتبر پس از محاسبه‌ی این نسبت‌ها، مدل‌های بازسازی عطر می‌سازند. در این روش، مخلوطی از ترکیبات با غلظت‌های اندازه‌گیری‌شده در یک ماتریس بی‌بو تهیه می‌شود و شباهت حسی آن با نمونه‌ی واقعی سنجیده می‌شود. سپس با حذف تک‌تک ترکیبات، نقش هر یک ارزیابی می‌شود. مطالعات کلاسیک نشان داده‌اند که مدل‌هایی با حدود بیست‌وچند ترکیب می‌توانند عطر قهوه‌ی عربیکای برشته را با شباهت بالا بازسازی کنند. [2] [3]

۱.۴ چرا شمار ترکیبات معیار کیفیت نیست

در ادبیات ترویجی، شمار بالای ترکیبات فرّار گاه به‌عنوان نشانه‌ی پیچیدگی یا برتری قهوه معرفی می‌شود. این استنباط از منظر علمی پذیرفته نیست. شمار ترکیبات شناسایی‌شده به حساسیت دستگاه، روش آماده‌سازی نمونه و مدت تحلیل وابسته است و افزایش آن با افزایش کیفیت هم‌ارز نیست. بسیاری از ترکیبات شناسایی‌شده غلظتی کمتر از آستانه دارند و در ادراک حسی سهمی ایفا نمی‌کنند. [1] [5]

از سوی دیگر، برخی ترکیبات با غلظت بالا اثر منفی دارند. نمونه‌ی روشن آن متوکسی‌پیرازین‌هایی مانند 2-isopropyl-3-methoxypyrazine است که با نقص طعم سیب‌زمینی مرتبط شناخته می‌شود و از منشأ زیستی و آسیب حشره در مرحله‌ی مزرعه ناشی می‌شود. بنابراین، ارزیابی عطر باید بر ترکیب نسبی، تعادل میان خانواده‌های شیمیایی و حضور یا نبود ترکیبات نامطلوب تکیه کند و نه بر شمار کل. [5] [6]

۲. خانواده‌های شیمیایی ترکیبات فرّار قهوه

۲.۱ فوران‌ها و فورانون‌ها

فوران‌ها از نظر کمّی پرشمارترین و فراوان‌ترین خانواده در قهوه‌ی برشته هستند و عمدتاً از تخریب حرارتی کربوهیدرات‌ها حاصل می‌شوند. furfural، 5-methylfurfural، furfuryl alcohol و furfuryl acetate از نمونه‌های شاخص این گروه محسوب می‌شوند و نت‌های کاراملی، آجیلی و بادامی ایجاد می‌کنند. آستانه‌ی بویایی بسیاری از این ترکیبات نسبتاً بالا است، بنابراین سهم آن‌ها در عطر با فراوانی وزنی‌شان متناسب نیست. [1] [4]

فورانون‌ها اهمیت حسی بیشتری دارند. furaneol، با نام شیمیایی 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone، نت شیرین کاراملی و میوه‌ای پخته ایجاد می‌کند و آستانه‌ی پایینی دارد. sotolon، با نام 3-hydroxy-4,5-dimethyl-2(5H)-furanone، نت‌های ادویه‌ای و شبه‌چاشنی می‌سازد. این ترکیبات از مسیرهای مایلارد و از تخریب قندها در حضور آمینواسیدها تشکیل می‌شوند و در قهوه‌ی تیره‌تر معمولاً افزایش پیدا می‌کنند. [2] [4]

۲.۲ پیرازین‌ها و دیگر ترکیبات نیتروژنی

پیرازین‌ها حلقه‌های نیتروژن‌داری هستند که در مسیر مایلارد از واکنش قندهای کاهنده با آمینواسیدها ساخته می‌شوند. آلکیل‌پیرازین‌ها نت‌های برشته، آجیلی و خاکی ایجاد می‌کنند. 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine و 2,3-diethyl-5-methylpyrazine از قوی‌ترین اعضای این خانواده هستند و در مدل‌های بازسازی عطر نقش مهمی دارند. مقدار کل پیرازین‌ها با پیشرفت رست افزایش پیدا می‌کند، اما در رست‌های بسیار تیره، نسبت آن‌ها به دیگر خانواده‌ها و توازن حسی نتیجه تغییر می‌کند. [2] [4]

متوکسی‌پیرازین‌ها گروه متمایزی هستند. این ترکیبات در دانه‌ی سبز حضور دارند و از منشأ گیاهی و زیستی حاصل می‌شوند، نه از رست. آن‌ها آستانه‌ی بسیار پایینی دارند و نت‌های گیاهی، نخودی و خاکی ایجاد می‌کنند. حرارت رست آن‌ها را به‌طور کامل حذف نمی‌کند، بنابراین کنترل آن‌ها در مزرعه و در مرحله‌ی جداسازی دانه‌های نقص‌دار انجام می‌شود. [5] [6]

پیرول‌ها و پیریدین‌ها نیز از مسیرهای نیتروژنی حاصل می‌شوند. پیریدین بخشی از تخریب حرارتی تریگونلین است و در رست‌های تیره‌تر افزایش پیدا می‌کند. این ترکیب در غلظت‌های بالا نت‌های تند و نامطلوب ایجاد می‌کند. بنابراین، تریگونلین هم‌زمان پیش‌ساز ترکیبات مطلوب و نامطلوب است و اثر آن به شدت حرارت وابسته است. [4]

۲.۳ ترکیبات گوگردی

ترکیبات گوگردی از نظر وزنی سهم اندکی دارند، اما از نظر حسی مهم‌ترین گروه محسوب می‌شوند، زیرا آستانه‌ی بویایی آن‌ها اغلب در مرتبه‌ی نانوگرم بر لیتر قرار دارد. 2-furfurylthiol نت مشخص «قهوه‌ی برشته» را ایجاد می‌کند و در بسیاری از مطالعات به‌عنوان ترکیب شاخص عطر قهوه معرفی می‌شود. 3-mercapto-3-methylbutyl formate نت میوه‌ای تیز و شبه‌انگور فرنگی سیاه می‌سازد. 2-methyl-3-furanthiol نت گوشتی و برشته دارد و 3-methyl-2-butene-1-thiol نت آمین و شبه‌گوگردی ایجاد می‌کند. [2] [3]

این ترکیبات از واکنش گوگرد آزادشده از آمینواسیدهای سیستئین و متیونین با حدواسط‌های حاصل از قندها تشکیل می‌شوند. مسیر شاخص آن واکنش هیدروژن سولفید با فورفورال و مشتقات آن است. متان‌تیول نیز از تخریب متیونین حاصل می‌شود و در پژوهش‌های تازگی به‌عنوان یک نشانگر حساس به‌کار می‌رود، زیرا غلظت آن پس از رست به‌سرعت کاهش پیدا می‌کند. [3] [4]

ناپایداری شیمیایی ویژگی مشترک این گروه است. تیول‌ها گروه -SH واکنش‌پذیری دارند و در حضور اکسیژن به دی‌سولفیدهای کم‌بو اکسید می‌شوند. آن‌ها همچنین می‌توانند با ملانوئیدین‌ها و ترکیبات کاربونیل پیوند دهند و از فاز فرّار خارج شوند. به همین دلیل، افت عطر قهوه در انبارداری اغلب پیش از تغییر محسوس در ترکیبات پرمقدار، در همین گروه ظاهر می‌شود. [3] [13]

۲.۴ آلدهیدها، کتون‌ها و دی‌کتون‌ها

آلدهیدهای کوچک از فرّارترین ترکیبات قهوه هستند. acetaldehyde و propanal نت‌های تیز و میوه‌ای ایجاد می‌کنند و در فضای بالای قهوه‌ی تازه سهم بالایی دارند. آلدهیدهای استرکر مانند 2-methylpropanal، 2-methylbutanal و 3-methylbutanal به‌ترتیب از والین، ایزولوسین و لوسین حاصل می‌شوند و نت‌های مالتی و شکلاتی ایجاد می‌کنند. فرّاریت بالای این ترکیبات آن‌ها را به تازگی قهوه بسیار حساس می‌کند، زیرا هم در دی‌گسینگ و هم در آسیاب سریع از دست می‌روند. [3] [4]

دی‌کتون‌های مجاور نیز نقش مهمی دارند. 2,3-butanedione که با نام diacetyl شناخته می‌شود و 2,3-pentanedione نت‌های کره‌ای و کاراملی ایجاد می‌کنند. این ترکیبات از تخریب قندها و از مسیرهای مایلارد حاصل می‌شوند و در قهوه‌ی تازه غلظت نسبی بالایی دارند. کاهش آن‌ها در انبارداری با کاهش ادراک شیرینی و بافت کره‌ای هم‌بستگی نشان می‌دهد. [2] [4]

۲.۵ فنول‌ها و مشتقات گایاکول

ترکیبات فنولی فرّار عمدتاً از تخریب اسیدهای کلروژنیک و از واحدهای فنیل‌پروپانوئیدی دیواره‌ی سلولی حاصل می‌شوند. 4-vinylguaiacol نت ادویه‌ای و شبه‌میخک ایجاد می‌کند و از تخریب اسید فرولیک و اسید کافئیک به‌دست می‌آید. guaiacol و 4-ethylguaiacol نت‌های دودی و فنولی می‌سازند و در دماهای بالاتر و رست‌های تیره‌تر افزایش پیدا می‌کنند. vanillin نیز نت وانیلی و شیرین ایجاد می‌کند. [4] [5]

این خانواده رابطه‌ی روشنی با درجه‌ی رست دارد. در رست‌های سبک، غلظت آن‌ها معمولاً پایین است. با پیشرفت رست، ابتدا نت‌های ادویه‌ای و در ادامه نت‌های دودی و شبه‌سوخته غالب می‌شوند. غلبه‌ی این نت‌ها می‌تواند اسیدیته‌ی درک‌شده و نت‌های میوه‌ای ظریف را بپوشاند. بنابراین، مدیریت فاز پایانی رست عملاً مدیریت نسبت این خانواده به خانواده‌های ظریف‌تر است. [4] [9]

۲.۶ استرها، الکل‌ها و ترکیبات ترپنی

برخلاف خانواده‌های پیشین، بخش مهمی از استرها، الکل‌های بالاتر و ترکیبات ترپنی منشأ حرارتی ندارند و در مرحله‌ی فرآوری از فعالیت میکروبی و متابولیسم دانه حاصل می‌شوند. ethyl acetate، ethyl isobutyrate، ethyl 2-methylbutanoate و isoamyl acetate نت‌های میوه‌ای و شبه‌تخمیری ایجاد می‌کنند. 2-phenylethanol نت گلی و شبه‌گل سرخ می‌سازد. ترپنوئیدهایی مانند linalool و geraniol نیز نت‌های گلی و مرکباتی ایجاد می‌کنند. [6] [7]

پایداری حرارتی این ترکیبات محدود است. بخشی از آن‌ها در رست تخریب می‌شوند یا از دانه خارج می‌شوند و بخشی به‌عنوان پیش‌ساز در واکنش‌های بعدی مصرف می‌شوند. به همین دلیل، انتقال نت‌های حاصل از تخمیر به فنجان به کنترل دقیق شدت حرارت وابسته است و رست تیره معمولاً بخش بزرگی از این نت‌ها را از میان می‌برد. [6] [9]

۳. پیش‌سازها و اثر فرآوری بر ترکیب عطری

۳.۱ پیش‌سازها در دانه سبز

دانه‌ی سبز عطر قهوه‌ی برشته را ندارد. عطر دانه‌ی سبز عمدتاً گیاهی، نخودی و شبه‌علفی است و از ترکیباتی مانند آلدهیدها و الکل‌های شش‌کربنی و متوکسی‌پیرازین‌ها حاصل می‌شود. اهمیت دانه‌ی سبز در ذخیره‌ی پیش‌سازها است، نه در ترکیبات فرّار موجود در آن. [1] [5]

چهار گروه پیش‌ساز نقش اصلی را ایفا می‌کنند. ساکارز و قندهای کاهنده منبع کربن برای مایلارد و کاراملیزاسیون هستند. آمینواسیدهای آزاد و پروتئین‌ها منبع نیتروژن و گوگرد را فراهم می‌کنند و در تخریب استرکر مصرف می‌شوند. اسیدهای کلروژنیک منبع ترکیبات فنولی فرّار و بخشی از ملانوئیدین‌ها هستند. تریگونلین نیز پیش‌ساز پیریدین‌ها، پیرول‌ها و بخشی از ترکیبات آلکیل‌پیرازینی محسوب می‌شود. کاروتنوئیدها و لیپیدها گروه پنجمی را تشکیل می‌دهند که در تولید ترکیباتی مانند (E)-β-damascenone مشارکت می‌کنند. [4] [5]

نسبت این پیش‌سازها میان گونه‌ها متفاوت است. عربیکا معمولاً ساکارز و لیپید بیشتری دارد و روبوستا معمولاً اسید کلروژنیک و کافئین بیشتری در بر می‌گیرد. این تفاوت‌ها توضیح می‌دهند که چرا روبوستا در شرایط رست مشابه، نت‌های فنولی و برشته‌ی بارزتری نشان می‌دهد و عربیکا ظرفیت بیشتری برای نت‌های شیرین و کاراملی دارد. با این حال، ارتفاع رشد، واریته، بلوغ میوه و شرایط اقلیمی نیز ترکیب پیش‌سازها را تغییر می‌دهند و نمی‌توان پروفایل عطری را فقط از نام گونه استنتاج کرد. [4] [5]

۳.۲ فرآوری شسته، طبیعی و هانی

فرآوری پس از برداشت ترکیب پیش‌سازها را از دو مسیر تغییر می‌دهد. مسیر نخست، متابولیسم میکروبی و آنزیمی است که در حضور موسیلاژ و پالپ ترکیبات جدیدی می‌سازد. مسیر دوم، انتقال جرم است که در آن، مولکول‌های محلول میان لایه‌های میوه، بذر و آب فرآیندی جابه‌جا می‌شوند. [6] [7]

در فرآوری شسته، موسیلاژ پیش از خشک‌شدن حذف می‌شود، بنابراین زمان و بستر تخمیر محدودتر است. این روش معمولاً پروفایلی با اسیدیته‌ی روشن‌تر، شفافیت بیشتر و نت‌های تخمیری کمتر ایجاد می‌کند. در فرآوری طبیعی، میوه‌ی کامل خشک می‌شود و بذر برای مدت طولانی در تماس با قندها و متابولیت‌های میکروبی باقی می‌ماند. نتیجه معمولاً افزایش استرها و آلدهیدهای میوه‌ای و بدنه‌ی سنگین‌تر است. فرآوری هانی با حذف جزئی پالپ در میانه‌ی این دو قرار می‌گیرد و شدت اثر آن به نسبت موسیلاژ باقی‌مانده و به سرعت خشک‌شدن وابسته است. [6] [7]

این تفاوت‌ها الگوهای آماری هستند و قاعده‌ی قطعی نیستند. کیفیت میوه در برداشت، دمای محیط، سرعت خشک‌شدن، ضخامت لایه و بهداشت تجهیزات می‌توانند اثر روش فرآوری را تقویت یا معکوس کنند. یک فرآوری طبیعی با خشک‌شدن کند و ناهمگن می‌تواند نت‌های تخمیری نامطلوب و ناهمگنی رست ایجاد کند، در حالی که یک فرآوری طبیعی کنترل‌شده پروفایل میوه‌ای تمیزی می‌سازد. [6] [7]

۳.۳ تخمیر کنترل‌شده و بی‌هوازی

تخمیر در فرآوری قهوه یک اکوسیستم میکروبی است که در آن باکتری‌های لاکتیک، باکتری‌های استیک، مخمرها و در شرایط نامناسب قارچ‌های نامطلوب فعالیت می‌کنند. مخمرها در مسیرهای تولید الکل‌ها و استرها مشارکت می‌کنند. باکتری‌های لاکتیک اسید لاکتیک و ترکیبات کاربونیل تولید می‌کنند. باکتری‌های استیک اتانول را به اسید استیک تبدیل می‌کنند و در غلظت بالا نت‌های تیز سرکه‌ای ایجاد می‌کنند. [7] [8]

در تخمیر بی‌هوازی، دسترسی به اکسیژن محدود می‌شود و مسیرهای متابولیکی به سمت تولید اسید لاکتیک، اتانول و استرها جابه‌جا می‌شوند. این شرایط معمولاً غلظت استرهای میوه‌ای و الکل‌های بالاتر را افزایش می‌دهد و پروفایل حسی متمایزی می‌سازد. استفاده از کشت آغازگر امکان هدایت جمعیت میکروبی و افزایش تکرارپذیری را فراهم می‌کند. با این حال، این روش‌ها ریسک نیز دارند، زیرا افزایش مدت تخمیر یا کنترل ناکافی دما می‌تواند به نت‌های الکلی، سرکه‌ای و پوسیده منجر شود. [7] [8]

از منظر عطرسنجی، اثر تخمیر دو بخش دارد. بخش نخست، ترکیبات فرّار مستقیم است که در بذر جذب می‌شوند و بخشی از آن‌ها تا فنجان باقی می‌مانند. بخش دوم، تغییر در ذخیره‌ی پیش‌سازها مانند قندها، آمینواسیدهای آزاد و اسیدهای آلی است که مسیر واکنش‌های رست را تغییر می‌دهد. بخش دوم اغلب اهمیت بیشتری دارد، زیرا حرارت رست بخش بزرگی از ترکیبات فرّار حاصل از تخمیر را تغییر می‌دهد. [6] [7]

۳.۴ خشک‌کردن، فعالیت آبی و نگهداری

خشک‌کردن مرحله‌ی تعیین‌کننده‌ی تثبیت شیمیایی دانه است. کاهش تدریجی رطوبت، فعالیت میکروبی و آنزیمی را متوقف می‌کند. برای دانه‌ی سبز، محتوای رطوبت در محدوده‌ی حدود ۱۰ تا ۱۲ درصد و فعالیت آبی کمتر از حدود ۰٫۶۵ به‌عنوان محدوده‌ی متعارف پایداری در نظر گرفته می‌شود. فعالیت آبی بالاتر ریسک رشد کپک و تولید سموم قارچی را افزایش می‌دهد. خشک‌کردن بسیار سریع نیز می‌تواند گرادیان رطوبت و ناهمگنی درون دانه ایجاد کند و رفتار رست را غیریکنواخت سازد. [6] [14]

در انبارداری دانه‌ی سبز، پیش‌سازها به‌تدریج تغییر می‌کنند. اکسیداسیون لیپیدها، کاهش قندهای آزاد و تغییر در ترکیب آمینواسیدها ظرفیت تولید عطر را کم می‌کنند. پیامد حسی این تغییرات معمولاً با از دست رفتن نت‌های ظریف و ظهور نت‌های کاهنده‌ی کیفیت مانند چوبی و کاغذی ظاهر می‌شود. بنابراین، عطر قهوه‌ی برشته پیش از آغاز رست و در طول زنجیره‌ی نگهداری تعیین حدود می‌شود. [6] [14]

۴. تشکیل ترکیبات فرّار در رست

۴.۱ واکنش مایلارد و تخریب استرکر

مایلارد یک شبکه‌ی واکنشی است که با تراکم گروه کاربونیل قندهای کاهنده و گروه آمین آمینواسیدها آغاز می‌شود. محصول اولیه بازآرایی می‌یابد و مجموعه‌ی بزرگی از حدواسط‌های دی‌کربونیل و آمینوکتون تولید می‌شود. این حدواسط‌ها نقطه‌ی انشعاب اصلی برای تولید پیرازین‌ها، پیرول‌ها، فورانون‌ها و ترکیبات گوگردی هستند. مایلارد هم‌زمان مسیر تشکیل ملانوئیدین‌ها است و به همین دلیل، رنگ و عطر در رست از یک شبکه‌ی مشترک حاصل می‌شوند، هرچند رابطه‌ی آن‌ها یک‌به‌یک نیست. [4] [5]

تخریب استرکر شاخه‌ی مهم این شبکه است. در این مسیر، یک آمینواسید با یک ترکیب دی‌کربونیل واکنش می‌دهد و آلدهید متناظر، دی‌اکسید کربن و یک آمینوکتون تولید می‌شود. آلدهیدهای مالتی از والین، لوسین و ایزولوسین حاصل می‌شوند. آمینوکتون‌ها با تراکم دوتایی حلقه‌های پیرازینی می‌سازند. سیستئین و متیونین در همین مسیر گوگرد را آزاد می‌کنند و امکان تشکیل تیول‌های کلیدی را فراهم می‌کنند. بنابراین، ذخیره‌ی آمینواسیدهای آزاد دانه‌ی سبز به‌طور مستقیم بر ظرفیت تولید مؤثرترین ترکیبات عطری اثر می‌گذارد. [4]

۴.۲ کاراملیزاسیون و پیرولیز کربوهیدرات‌ها

کاراملیزاسیون بدون مشارکت نیتروژن رخ می‌دهد و شامل آب‌زدایی، ایزومریزاسیون و تجزیه‌ی حرارتی قندها است. این مسیر منبع اصلی فوران‌ها، آلدهیدهای کوچک، دی‌کتون‌ها و بخشی از فورانون‌ها است. ساکارز در دماهای میانی رست هیدرولیز و سپس تجزیه می‌شود و ترکیبات کاربونیل فراوانی تولید می‌کند که هم به‌عنوان ترکیب عطری و هم به‌عنوان واکنش‌دهنده در مسیر مایلارد عمل می‌کنند. [4]

در دماهای بالاتر، پیرولیز پلی‌ساکاریدهای دیواره‌ی سلولی مانند سلولز و همی‌سلولز اهمیت پیدا می‌کند. این مسیر ترکیبات فنولی، فوران‌های ساده و ترکیبات شبه‌دودی تولید می‌کند و هم‌زمان دی‌اکسید کربن آزاد می‌کند. غلبه‌ی این مسیر در فاز پایانی رست، پروفایل عطری را به سمت نت‌های سوخته و خاکستری جابه‌جا می‌کند. [4] [9]

۴.۳ تخریب اسیدهای کلروژنیک

اسیدهای کلروژنیک استرهای اسید کینیک و اسیدهای هیدروکسی‌سینامیک هستند. در رست، این استرها هیدرولیز و سپس تجزیه می‌شوند. اسید فرولیک و اسید کافئیک آزاد می‌شوند و از طریق دکربوکسیلاسیون به وینیل‌گایاکول و سپس به گایاکول و مشتقات اتیل آن تبدیل می‌شوند. لاکتون‌های اسید کلروژنیک نیز در این مرحله تشکیل می‌شوند و در ادراک تلخی نقش دارند، هرچند خود ترکیب فرّار نیستند. [4] [5]

سهم این مسیر با پیشرفت رست افزایش پیدا می‌کند. در رست سبک، بخش بزرگی از اسیدهای کلروژنیک باقی می‌ماند و ترکیبات فنولی فرّار غلظت کمی دارند. در رست تیره، تخریب گسترده‌ی این ترکیبات نت‌های دودی و فنولی ایجاد می‌کند. این تغییر یکی از دلایل اصلی هم‌بستگی میان تیرگی رست و کاهش وضوح نت‌های میوه‌ای است. [4] [9]

۴.۴ لیپیدها، کاروتنوئیدها و ترپنوئیدها

لیپیدها در رست عمدتاً پایدار می‌مانند، اما نقش دوگانه‌ای ایفا می‌کنند. آن‌ها به‌عنوان حلال برای ترکیبات فرّار آب‌گریز عمل می‌کنند و بخشی از عطر را در ماتریس دانه نگه می‌دارند. این نقش نگه‌دارندگی توضیح می‌دهد که چرا قهوه‌های با محتوای روغن بالاتر می‌توانند الگوی رهایش عطری متفاوتی نشان دهند. از سوی دیگر، اکسیداسیون لیپیدها در انبارداری منبع نت‌های نامطلوب مانند چوبی و شبه‌روغن کهنه است. [4] [14]

کاروتنوئیدها و برخی ترپنوئیدهای موجود در دانه‌ی سبز در اثر حرارت تخریب می‌شوند و ترکیبات نوریزوپرنوئیدی تولید می‌کنند. مهم‌ترین آن‌ها (E)-β-damascenone است که با آستانه‌ی بسیار پایین، نت‌های میوه‌ای، عسلی و شبه‌کمپوت ایجاد می‌کند و در مدل‌های بازسازی عطر یکی از اجزای ضروری شناخته می‌شود. [2] [4]

۴.۵ سینتیک تشکیل و تخریب هم‌زمان

هر ترکیب فرّار در رست هم‌زمان تولید و تخریب می‌شود. یک توصیف ساده‌شده برای غلظت ترکیب $A$ که از پیش‌ساز $P$ ساخته می‌شود و خود نیز تجزیه می‌شود، به شکل زیر نوشته می‌شود:

\frac{dc_A}{dt}=k_1(T)\,c_P-k_2(T)\,c_A

وابستگی دمایی هر دو ثابت با رابطه‌ی آرنیوس توصیف می‌شود:

k(T)=A\,e^{-E_a/(RT)}

در این چارچوب، هر ترکیب یک بیشینه‌ی زمانی دارد که موقعیت آن به نسبت $k_1$ و $k_2$ و به انرژی فعال‌سازی هر دو واکنش وابسته است. از آنجا که انرژی فعال‌سازی مسیرها یکسان نیست، تغییر پروفایل دما بیشینه‌ی ترکیبات مختلف را به‌طور نامتناسب جابه‌جا می‌کند. نتیجه این است که پروفایل عطری یک بردار چندبعدی است و نمی‌توان آن را با یک متغیر واحد مانند رنگ نهایی توصیف کرد. [4] [9]

پایش برخط رست با روش‌های طیف‌سنجی جرمی نشان داده است که ترکیبات فرّار الگوهای زمانی متفاوتی دارند. برخی ترکیبات فرّارتر در مراحل میانی به بیشینه می‌رسند و سپس با خروج از دانه و تخریب حرارتی کاهش پیدا می‌کنند. برخی ترکیبات فنولی و شبه‌دودی تا مراحل پایانی افزایش می‌یابند. این داده‌ها اهمیت زمان‌بندی توقف رست را نشان می‌دهند. [9]

۴.۶ پروفایل زمان-دما و درجه رست

درجه‌ی رست، که معمولاً با رنگ یا افت وزن سنجیده می‌شود، شرط لازم برای توصیف عطر است، اما شرط کافی نیست. مطالعات کنترل‌شده نشان داده‌اند که دو نمونه با درجه‌ی رست یکسان و با الگوهای زمان-دمای متفاوت، پروفایل ترکیبات فرّار متفاوتی دارند. الگوی دمای بالا و زمان کوتاه معمولاً نسبت‌های متفاوتی از ترکیبات کاربونیل و پیرازین‌ها ایجاد می‌کند و انبساط و تخلخل بیشتری در دانه به‌جا می‌گذارد. الگوی دمای پایین و زمان بلند می‌تواند به تخریب بیشتر برخی ترکیبات ظریف و کاهش شدت عطر منجر شود. [10]

از منظر عملی، سه ویژگی پروفایل بیشترین اثر را دارند. نخست، مدت و شدت فاز میانی که واکنش‌های مایلارد در آن غالب هستند و پایه‌ی ترکیبات برشته و کاراملی ساخته می‌شود. دوم، نرخ افزایش دما در فاز پایانی که تعادل میان ترکیبات ظریف و ترکیبات فنولی را تعیین می‌کند. سوم، سرعت سردکردن که واکنش‌ها را متوقف می‌کند و از تخریب ادامه‌دار جلوگیری می‌کند. سردکردن کند می‌تواند حتی در درجه‌ی رست هدف، پروفایل را به سمت نت‌های تیره‌تر جابه‌جا کند. [9] [10]

همچنین باید توجه داشت که تخلخل ایجادشده در رست، ظرف نگه‌داری عطر است. رست تیره‌تر و سریع‌تر ساختار بازتری ایجاد می‌کند و همین ساختار خروج ترکیبات فرّار را پس از رست تسریع می‌کند. بنابراین، انتخاب پروفایل هم‌زمان بر مقدار عطر تولیدشده و بر سرعت از دست رفتن آن اثر می‌گذارد. [10] [11]

۵. اتلاف عطر پس از رست

اتلاف عطر پس از رست از سه سازوکار موازی حاصل می‌شود. سازوکار نخست، انتقال جرم و خروج فیزیکی ترکیبات فرّار از ساختار متخلخل دانه است. این فرایند با خروج دی‌اکسید کربن هم‌بستگی دارد، زیرا جریان گاز خروجی ترکیبات فرّار را نیز با خود حمل می‌کند. سازوکار دوم، اکسیداسیون است که در آن اکسیژن ترکیبات حساس، به‌ویژه تیول‌ها و آلدهیدها و لیپیدهای غیراشباع را تغییر می‌دهد. سازوکار سوم، واکنش‌های درون ماتریس است که در آن ترکیبات فرّار به ملانوئیدین‌ها و ترکیبات کاربونیل متصل می‌شوند و از فاز فرّار خارج می‌شوند. [11] [13]

پیامد حسی این سازوکارها متقارن نیست. ترکیبات با آستانه‌ی بسیار پایین، مانند تیول‌ها و متان‌تیول، معمولاً نخست از دست می‌روند. بنابراین، افت اولیه‌ی کیفیت به‌صورت کاهش شدت و وضوح عطر ظاهر می‌شود، نه به‌صورت ظهور یک نت نامطلوب مشخص. در مراحل دیرتر، نت‌های کاغذی، چوبی و شبه‌روغن کهنه که از اکسیداسیون لیپیدها حاصل می‌شوند نمایان می‌شوند. به همین دلیل، ارزیابی تازگی باید هم به کاهش شدت و هم به ظهور نت‌های نامطلوب توجه کند. [3] [13]

آسیاب قوی‌ترین عامل تشدید این فرایندها است. آسیاب سطح ویژه را چند مرتبه افزایش می‌دهد، دیواره‌های سلولی و منافذ بسته را می‌شکند و مسیر انتشار را کوتاه می‌کند. در نتیجه، قهوه‌ی آسیاب‌شده در مقیاس دقیقه و ساعت بخش مهمی از ترکیبات فرّارِ سبک را از دست می‌دهد. این واقعیت مبنای الزام پروتکل‌های حسی برای آسیاب کردن نمونه در فاصله‌ی زمانی کوتاه پیش از ارزیابی است. [11] [15]

متغیرهای بسته‌بندی و نگهداری اثر مستقیم دارند. کاهش اکسیژن فضای خالی، استفاده از فیلم با نفوذپذیری کم، دوخت مناسب، پرهیز از نوسان دما و محافظت در برابر نور و رطوبت سرعت افت را کم می‌کنند. سوپاپ یک‌طرفه فشار حاصل از دی‌گسینگ را مدیریت می‌کند، اما به‌تنهایی حفظ عطر را تضمین نمی‌کند. مدل‌های ماندگاری قهوه‌ی برشته و آسیاب‌شده نشان می‌دهند که دما و دسترسی به اکسیژن دو متغیر تعیین‌کننده در طول عمر حسی محصول هستند. [13]

۶. انتقال و رهایش عطر در دم‌آوری

۶.۱ سینتیک استخراج ترکیبات فرّار

در دم‌آوری، ترکیبات فرّار باید سه مقاومت را عبور کنند. آن‌ها ابتدا از ماتریس جامد و فاز روغنی واجذب می‌شوند، سپس در منافذ ذره منتشر می‌شوند و در نهایت از سطح ذره به فاز مایع منتقل می‌شوند. هم‌زمان با این مسیر، بخشی از ترکیبات از فاز مایع به فاز گاز منتقل می‌شود و از سامانه خارج می‌شود. بنابراین، غلظت نهایی در فنجان حاصل تعادل میان استخراج و اتلاف تبخیری است. [12] [14]

پژوهش‌های سینتیکی نشان می‌دهند که استخراج ترکیبات فرّار سریع است و بخش بزرگی از آن در مراحل نخستین تماس آب و قهوه رخ می‌دهد. این رفتار با استخراج کندتر برخی ترکیبات غیرفرّار و پرمولکول تفاوت دارد. علاوه بر این، بازده استخراج به قطبیت مولکول وابسته است. ترکیبات قطب‌دارتر بازده انتقال بالاتری به فاز آبی دارند و ترکیبات آب‌گریزتر سهم بیشتری در تفاله‌ی مصرف‌شده باقی می‌گذارند. [12]

پیامد عملی این یافته این است که افزایش زمان تماس یا افزایش بازده کل عصاره‌گیری به‌طور خطی به عطر بیشتر منجر نمی‌شود. پس از مرحله‌ی نخست، ادامه‌ی استخراج بیشتر ترکیبات غیرفرّار و ترکیبات تلخ را وارد نوشیدنی می‌کند، در حالی که اتلاف تبخیری ترکیبات فرّار ادامه دارد. به همین دلیل، بهینه‌سازی عطر و بهینه‌سازی بازده عصاره‌گیری دو هدف کاملاً هم‌راستا نیستند. [12] [14]

۶.۲ دما، اندازه ذره و نسبت دم‌آوری

دمای آب سه اثر هم‌زمان دارد. دمای بالاتر ضریب نفوذ و سرعت واجذب را افزایش می‌دهد و انتقال به فاز مایع را تسریع می‌کند. هم‌زمان، ضریب توزیع گاز به مایع را افزایش می‌دهد و اتلاف به فضای بالای ظرف را بیشتر می‌کند. همچنین می‌تواند واکنش‌های حرارتی جزئی در نوشیدنی را فعال کند. نتیجه این است که دمای بالاتر شدت عطر ابتدایی را افزایش می‌دهد، اما پایداری آن را کم می‌کند. دم‌آوری سرد الگوی متفاوتی می‌سازد و در آن، بازده انتقال بسیاری از ترکیبات فرّار برشته کمتر است و پروفایل به سمت نت‌های شیرین و کم‌شدت جابه‌جا می‌شود. [12] [16]

اندازه‌ی ذره مسیر انتشار و سطح تماس را تعیین می‌کند. آسیاب ریزتر انتقال را تسریع می‌کند، اما هم‌زمان اتلاف پیش از دم‌آوری و ریسک استخراج بیش از حد ترکیبات تلخ را افزایش می‌دهد. توزیع اندازه‌ی ذرات نیز اهمیت دارد، زیرا حضور هم‌زمان ذرات بسیار ریز و بسیار درشت به استخراج ناهمگن و کاهش وضوح عطر منجر می‌شود. [14] [15]

نسبت قهوه به آب غلظت مواد جامد محلول و ترکیب ماتریس نوشیدنی را تغییر می‌دهد. افزایش غلظت مواد جامد و لیپیدها، ضریب توزیع ترکیبات آب‌گریز را کاهش می‌دهد و بخشی از عطر را در فاز مایع نگه می‌دارد. این اثر توضیح می‌دهد که چرا نوشیدنی‌های غلیظ‌تر می‌توانند رهایش عطری کندتر و پایدارتری داشته باشند. [12] [14]

۶.۳ اسپرسو، کرما و دم‌آوری فیلتری

اسپرسو یک سامانه‌ی تحت فشار با زمان تماس کوتاه، نسبت قهوه به آب بالا و آسیاب ریز است. این شرایط غلظت بالایی از ترکیبات فرّار و غیرفرّار ایجاد می‌کند. فشار همچنین امکان فوق‌اشباع شدن دی‌اکسید کربن در مایع را فراهم می‌کند و آزادسازی آن هنگام خروج از پرتافیلتر لایه‌ی کرما را می‌سازد. کرما یک فاز کف با سطح تماس بالا است و ترکیبات فرّار را موقتاً در حباب‌ها و در لایه‌های سطح‌فعال نگه می‌دارد و سپس با شکستن کف آزاد می‌کند. به همین دلیل، الگوی زمانی عطر اسپرسو با قهوه‌ی فیلتری متفاوت است. [12] [14]

در دم‌آوری فیلتری، بستر به محیط باز متصل است و زمان تماس بیشتر است. مرحله‌ی شکفتن بخشی از دی‌اکسید کربن باقی‌مانده را خارج می‌کند و به خیس‌شدن یکنواخت کمک می‌کند. این مرحله هم‌زمان بخشی از ترکیبات فرّار سبک را نیز از دست می‌دهد، بنابراین طولانی کردن بی‌رویه‌ی آن مطلوب نیست. غلظت پایین‌تر نوشیدنی فیلتری معمولاً به وضوح بیشتر نت‌های ظریف منجر می‌شود، در حالی که شدت کل عطر کمتر از اسپرسو است. [11] [14]

مقایسه‌های ابزاری و حسی میان روش‌های متعارف دم‌آوری نشان می‌دهند که روش دم‌آوری نه‌فقط غلظت کل، بلکه نسبت خانواده‌های شیمیایی در فضای بالای نوشیدنی را تغییر می‌دهد. بنابراین، یک قهوه‌ی یکسان می‌تواند در روش‌های مختلف پروفایل حسی متمایزی ایجاد کند و این تفاوت به تفاوت واقعی در ترکیب عطری نوشیدنی مربوط است، نه فقط به انتظار ذهنی ارزیاب. [16]

۶.۴ از فنجان به ادراک: رهایش رتروناسال

پس از ورود نوشیدنی به دهان، شرایط فیزیکی تغییر می‌کند. دمای نوشیدنی به دمای بدن نزدیک می‌شود، بزاق آن را رقیق می‌کند و آنزیم‌های بزاقی می‌توانند برخی ترکیبات را تغییر دهند. حرکت زبان و بلع نیز سطح تماس مایع و هوا را افزایش می‌دهند. این عوامل ترکیب ترکیبات فرّار در هوای بازدمی را نسبت به فضای بالای فنجان تغییر می‌دهند. در نتیجه، پروفایل رتروناسال یک نسخه‌ی بازآرایی‌شده از پروفایل اورتوناسال است. [5] [15]

دمای نوشیدن اثر روشنی دارد. در دمای بالا، ترکیبات فرّارتر با شدت بیشتری آزاد می‌شوند و اسیدیته و شیرینی درک‌شده نیز تحت اثر سازگاری حسی قرار می‌گیرند. با سرد شدن نوشیدنی، سهم ترکیبات کم‌فرّارتر در ادراک افزایش پیدا می‌کند و توصیف‌گرهای جدیدی ظاهر می‌شوند. به همین دلیل، پروتکل‌های ارزیابی حسی، ثبت توصیف‌گرها را در چند بازه‌ی دمایی مشخص انجام می‌دهند تا تصویر کامل‌تری از پروفایل حسی به‌دست آید. [15]

۷. اندازه‌گیری و ارزیابی

تحلیل ابزاری ترکیبات فرّار قهوه بر چند روش مکمل تکیه می‌کند. کروماتوگرافی گازی همراه با طیف‌سنجی جرمی، پس از استخراج نمونه با روش‌هایی مانند ریزاستخراج فاز جامد از فضای فوقانی، ترکیبات را جدا و شناسایی می‌کند. این روش ترکیب کمّی را به‌دست می‌دهد، اما به‌تنهایی نشان نمی‌دهد که کدام ترکیب از نظر بویایی مؤثر است. برای این هدف، کروماتوگرافی گازی همراه با تشخیص بویایی به‌کار می‌رود و در روش رقت عصاره‌ی عطری، اهمیت نسبی هر ترکیب تعیین می‌شود. اندازه‌گیری دقیق غلظت نیز با روش رقت ایزوتوپ پایدار انجام می‌شود. [1] [2]

برای پایش دینامیک فرایند، روش‌های برخط مانند طیف‌سنجی جرمی انتقال پروتون به‌کار می‌روند. این روش‌ها تغییر غلظت ترکیبات را در طول رست یا در طول رهایش عطر با تفکیک زمانی بالا ثبت می‌کنند و امکان مطالعه‌ی سینتیک تشکیل و اتلاف را فراهم می‌سازند. محدودیت آن‌ها در تفکیک ترکیبات هم‌جرم است، بنابراین تفسیر داده‌ها به تحلیل مکمل کروماتوگرافی نیاز دارد. [9]

ارزیابی حسی حلقه‌ی ضروری این زنجیره است، زیرا داده‌ی ابزاری به‌تنهایی ادراک را پیش‌بینی نمی‌کند. در چارچوب ارزیابی ارزش قهوه‌ی انجمن قهوه‌ی تخصصی، ارزیابی توصیفی شدت ویژگی‌هایی مانند fragrance و aroma را ثبت می‌کند و توصیف‌گرها را از یک واژگان استاندارد انتخاب می‌کند. ارزیابی وابسته به سلیقه نیز به‌طور جداگانه ثبت می‌شود تا تفکیک میان توصیف و قضاوت حفظ شود. آماده‌سازی نمونه در این پروتکل‌ها استانداردسازی می‌شود، زیرا اندازه‌ی آسیاب، فاصله‌ی زمانی میان آسیاب و ارزیابی، دمای آب و نسبت دم‌آوری بر پروفایل عطری اثر مستقیم دارند. [15]

جمع‌بندی

عطر قهوه از ترکیبات فرّاری حاصل می‌شود که در قهوه‌ی برشته به هزار ترکیب شناسایی‌شده می‌رسند، اما تنها چند ده ترکیب از آن‌ها سهم حسی معنادار دارند. معیار ارزیابی، ارزش فعالیت بویایی و نتیجه‌ی مدل‌های بازسازی عطر است و شمار کل ترکیبات به‌تنهایی شاخص کیفیت محسوب نمی‌شود.

خانواده‌های شیمیایی نقش‌های متفاوتی ایفا می‌کنند. فوران‌ها فراوان‌ترین گروه هستند و پایه‌ی کاراملی و آجیلی می‌سازند. پیرازین‌ها نت‌های برشته و خاکی ایجاد می‌کنند. ترکیبات گوگردی با غلظت اندک، نت شاخص قهوه را می‌سازند و ناپایدارترین گروه نیز هستند. آلدهیدها و دی‌کتون‌ها نت‌های میوه‌ای و کره‌ای ایجاد می‌کنند و فنول‌ها پروفایل ادویه‌ای و دودی را تعیین می‌کنند.

فرآوری پس از برداشت پروفایل عطری را از دو مسیر تعیین می‌کند. مسیر نخست تولید مستقیم ترکیبات فرّار مانند استرها و الکل‌های بالاتر در تخمیر است. مسیر دوم، که اثر بزرگ‌تری دارد، تغییر در ذخیره‌ی پیش‌سازها مانند قندها، آمینواسیدهای آزاد و اسیدهای آلی است. خشک‌کردن و نگهداری در محدوده‌ی رطوبت و فعالیت آبی مناسب، این ذخیره را تثبیت می‌کند.

رست مرحله‌ی اصلی ساخت عطر است و از شبکه‌ی مایلارد، تخریب استرکر، کاراملیزاسیون، پیرولیز کربوهیدرات‌ها، تخریب اسیدهای کلروژنیک و تخریب کاروتنوئیدها تشکیل می‌شود. هر ترکیب هم‌زمان ساخته و تخریب می‌شود، بنابراین پروفایل زمان-دما و سرعت سردکردن نتیجه را تعیین می‌کنند و درجه‌ی رست به‌تنهایی توصیف کافی نیست.

پس از رست، عطر از سه مسیر خروج فیزیکی، اکسیداسیون و پیوند با ماتریس تحلیل می‌رود. ترکیبات با آستانه‌ی پایین نخست از دست می‌روند، بنابراین افت اولیه به‌صورت کاهش شدت عطر ظاهر می‌شود. آسیاب این فرایند را به‌شدت تسریع می‌کند و به همین دلیل، آسیاب باید نزدیک به زمان دم‌آوری انجام شود.

در دم‌آوری، انتقال ترکیبات فرّار سریع است و بازده آن به قطبیت مولکول وابستگی دارد. دما، اندازه و توزیع ذرات، نسبت دم‌آوری و روش دم‌آوری هم‌زمان بر استخراج و بر اتلاف تبخیری اثر می‌گذارند. در نهایت، ادراک حسی در دهان از رهایش رتروناسال و از دمای نوشیدن نیز اثر می‌پذیرد. بنابراین، مدیریت عطر یک تصمیم منفرد نیست و به کنترل هم‌زمان کل زنجیره از مزرعه تا فنجان نیاز دارد.

منابع

Flament, I. (2002). Coffee Flavor Chemistry. Chichester: John Wiley & Sons.
Czerny, M., Mayer, F., & Grosch, W. (1999). Sensory study on the character impact odorants of roasted arabica coffee. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(2), 695–699. DOI: 10.1021/jf980759i
Blank, I., Sen, A., & Grosch, W. (1992). Potent odorants of the roasted powder and brew of Arabica coffee. Zeitschrift für Lebensmittel-Untersuchung und -Forschung, 195(3), 239–245. DOI: 10.1007/BF01202802
Poisson, L., Blank, I., Dunkel, A., & Hofmann, T. (2017). The chemistry of roasting: Decoding flavor formation. In B. Folmer (Ed.), The Craft and Science of Coffee (pp. 273–309). London: Academic Press.
Sunarharum, W. B., Williams, D. J., & Smyth, H. E. (2014). Complexity of coffee flavor: A compositional and sensory perspective. Food Research International, 62, 315–325. DOI: 10.1016/j.foodres.2014.02.030
de Melo Pereira, G. V., de Carvalho Neto, D. P., Magalhães Júnior, A. I., do Prado, F. G., Pagnoncelli, M. G. B., Karp, S. G., & Soccol, C. R. (2019). Exploring the impacts of postharvest processing on the aroma formation of coffee beans: A review. Food Chemistry, 272, 441–452. DOI: 10.1016/j.foodchem.2018.08.061
Haile, M., & Kang, W. H. (2019). The role of microbes in coffee fermentation and their impact on coffee quality. Journal of Food Quality, 2019, 4836709. DOI: 10.1155/2019/4836709
Pereira, G. V. de M., Soccol, V. T., Pandey, A., Medeiros, A. B. P., Andrade Lara, J. M. R., Gollo, A. L., & Soccol, C. R. (2014). Isolation, selection and evaluation of yeasts for use in fermentation of coffee beans by the wet process. International Journal of Food Microbiology, 188, 60–66. DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2014.07.008
Yeretzian, C., Jordan, A., Badoud, R., & Lindinger, W. (2002). From the green bean to the cup of coffee: Investigating coffee roasting by on-line monitoring of volatiles. European Food Research and Technology, 214(2), 92–104. DOI: 10.1007/s00217-001-0424-7
Baggenstoss, J., Poisson, L., Kaegi, R., Perren, R., & Escher, F. (2008). Coffee roasting and aroma formation: Application of different time–temperature conditions. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56(14), 5836–5846. DOI: 10.1021/jf800327j
Wang, X., & Lim, L.-T. (2014). Effect of roasting conditions on carbon dioxide degassing behavior in coffee. Food Research International, 61, 144–151. DOI: 10.1016/j.foodres.2014.01.027
Mestdagh, F., Davidek, T., Chaumonteuil, M., Folmer, B., & Blank, I. (2014). The kinetics of coffee aroma extraction. Food Research International, 63, 271–274. DOI: 10.1016/j.foodres.2014.03.011
Cardelli, C., & Labuza, T. P. (2001). Application of Weibull hazard analysis to the determination of the shelf life of roasted and ground coffee. LWT – Food Science and Technology, 34(5), 273–278. DOI: 10.1006/fstl.2000.0732
Illy, A., & Viani, R. (Eds.). (2005). Espresso Coffee: The Science of Quality (2nd ed.). Amsterdam: Elsevier Academic Press.
Specialty Coffee Association. (2024). CVA-102: Sample Preparation and Mechanics. sca.coffee/cva-102
Gloess, A. N., Schönbächler, B., Klopprogge, B., D'Ambrosio, L., Chatelain, K., Bongartz, A., Strittmatter, A., Rast, M., & Yeretzian, C. (2013). Comparison of nine common coffee extraction methods: Instrumental and sensory analysis. European Food Research and Technology, 236(4), 607–627. DOI: 10.1007/s00217-013-1917-x