咖啡豆的化學成分決定了最終杯中的風味表現。從水分、礦物質到碳水化合物、有機酸、蛋白質、氯原酸、脂肪及揮發性物質，每一種成分都在生豆狀態與烘焙過程中扮演着特定角色。水分含量隨加工階段變化，礦物質中鉀佔據主導，糖類在烘焙中大幅降解並貢獻香氣，酸質則直接影響口感的明亮度。本文將系統梳理咖啡豆的化學成分組成及其對品質與風味的功效，幫助咖啡愛好者深入理解精品咖啡的物質基礎。前街咖啡始終關注咖啡豆從生豆到杯中的化學變化，爲愛好者提供專業參考。

水分：

咖啡豆的含水量會因加工階段和產品形態而產生顯著波動。帶有黏膜層的溼豆水分可高達50%左右，乾燥後的生豆通常維持在10%至13%之間，而經過烘焙的咖啡豆含水量則降至5%以下。水分之所以能存在於咖啡豆中，與其它食品類似，是因爲豆內含有大量水化膠體性大分子，例如蛋白質和多醣類，這些物質使水以多種物理和化學結合形式留存於豆體內部。

礦物質：

礦物質在咖啡豆中佔比雖低——大約佔生豆乾重的4%——卻具有不可忽視的重要性。它由多種元素構成，其中鉀的含量最高，約佔礦物質總量的40%，其次是鈣、鎂、磷、鈉和硫等。此外還包含鋅、錳、銅、銣等三十餘種含量處於PPM級別的微量元素。需要留意的是，咖啡豆中的礦物質含量並不能直接等同於咖啡或咖啡粉製品的礦物質水平，因爲後者在調製或加工時會引入水分，水質差異會導致礦物質組成發生變化。影響生豆礦物質含量與種類的最關鍵因素是土壤條件及栽培期間的施肥管理。在咖啡調製過程中，焙炒咖啡豆中至少有90%的礦物質可被萃取出來，因此鉀或其它礦物質含量與咖啡可溶物產率之間的關係，可用於評估萃取率。

碳水化合物：

咖啡豆中的碳水化合物可分爲多醣類和低分子量糖類兩大類別，後者涵蓋單糖、雙糖及三糖等。此外還可按還原糖與非還原糖來區分，同時也含有果膠等衍生物。碳水化合物對咖啡的貢獻體現在味道、香氣和顏色三個層面。在風味方面，碳水化合物不僅自身在烘焙後能釋放咖啡香氣，還能吸附揮發性香氣成分，使咖啡呈現獨特的風味特徵。

低分子量糖類：

蔗糖是生咖啡豆中最主要的遊離態糖類，其含量因品種、產地和成熟度而有所差異。總體而言，Arabica咖啡豆的蔗糖含量高於Robusta。生豆萃取液中也能檢測到其它簡單糖類，包括還原糖。生咖啡豆中還含有葡萄糖和果糖，Arabica的這兩種糖含量低於Robusta，而且Arabica的總還原糖也低於Robusta。

烘焙之後，低分子量糖類的變化因烘焙程度而異。其中蔗糖的損失最爲迅速，淺焙時損失率達97%，中焙爲99%，深焙則達到100%。葡萄糖、果糖及阿拉伯糖等其它糖類同樣會出現相當程度的損耗。

多醣類：

多醣類是生咖啡豆中極爲重要的組成成分，約佔乾物質量的40%至50%。按種類劃分，包括聚合半乳糖、聚合甘露糖、聚合阿拉伯糖及纖維素，這些物質構成了咖啡豆的質體，並與豆體的硬度密切相關。

經過烘焙後，多醣類仍會有相當量的保留。一項研究數據顯示，不同烘焙程度之間的差異並不顯著，保留率介於70%至75%之間，其中纖維素的保留率最高，聚合阿拉伯糖最低。在萃取方面，部分多醣類會被溶出，具體因溶劑種類而異。以水爲溶劑時，溶出較多的是阿拉伯糖、半乳糖及部分甘露糖的聚合多醣類。

有機酸：

在衝調咖啡時，酸度的表現至關重要。在良好條件和技巧下，可以發展出酸度清爽的特殊口味，這是高級咖啡必備的條件。一般來說，烘焙程度越深，酸味的發展越少，甚至完全消失，轉而呈現另一種純味咖啡的特質。

生的Arabica咖啡豆所含的非揮發性酸包括檸檬酸、蘋果酸、草酸及酒石酸等。經測試，並未發現大量揮發性酸的存在。生豆經過烘焙後，酸的含量發生很大變化，其中揮發性酸的變動最爲顯著。生豆所含的酸在烘焙後損失率約爲15%，而更值得注意的是酸的化學變化。甲酸和醋酸在烘焙初期有增加趨勢，並隨烘焙程度加深而繼續增加，直到烘焙末期才呈現減少趨勢；檸檬酸和蘋果酸則隨烘焙進行而逐漸減少，形成其分解產物。

蛋白質及氨基酸：

以粗蛋白計算，生咖啡豆含量約爲13%至16%。若扣除咖啡因及葫蘆巴鹼等含氮化合物，真正的蛋白質含量約爲8.8%至9.7%。生咖啡豆中還含有多種酶類，如脂肪分解酶、蛋白質分解酶、醣類分解酶、半乳糖水解酶及過氧化酶等。生豆約含有0.15%至0.25%的遊離氨基酸，Robusta的含量比Arabica更高。這些遊離氨基酸對咖啡風味的影響程度較大，對口味的影響則相對較小。

氯原酸（chlorogenic Acids）：

氯原酸至少存在3種以上的異構物，其功能主要在於咖啡植株的生理調節，包括促進生長、根莖形成、抗菌、防病蟲害以及作爲木質素的前趨物等。在生咖啡豆中，Robusta的氯原酸含量高於Arabica。溼式加工的生豆氯原酸含量約比乾式加工法低40%。該物質經過烘焙後，會經由不同作用而消失，生成極爲複雜的產物，與咖啡質量有密切關聯。

脂肪：

生咖啡豆的脂肪由存在於胚乳中的咖啡油（Coffee Oil）及存在於咖啡豆外層的蠟質共同組成。咖啡油不僅含有三甘油脂，也含有相當量的其它脂肪成分，它塑造了咖啡的特質，對咖啡來說極爲重要。

生咖啡豆所含的咖啡油含量及組成分因品種等因素而有所不同。綜合多項研究與統計，Arabica咖啡豆的平均含量爲乾物量的15%，標準差爲0.78%；Robusta咖啡豆的含量爲10%，標準差爲1.41%。

揮發性物質：

揮發性物質是咖啡風味的主要來源，對咖啡質量尤爲關鍵。咖啡揮發性物質種類繁多，其存在狀況直接影響咖啡的香氣質量。這些物質主要來源於生豆中非揮發性物質在烘焙過程中被斷開或經反應後所衍生。熱分解、其它反應或成分間的相互作用——如糖類、氨基酸、有機酸及酚類化合物等的作用結果——形成了咖啡特有的香氣與風味。影響咖啡揮發性物質組成的因素包括：咖啡豆品種、栽培氣候、土壤條件、生豆保存、烘焙溫度及時間、烘焙設備等。

生咖啡豆並不具備咖啡的特殊香氣，因此並不直接食用，必須經過烘焙後才會生成大量揮發性香氣物質。生豆經過烘焙後，經分析確認的主要揮發性香氣成分至少有660種以上，是所有食品及飲料中揮發性香氣成分種類最多的食品。烘焙過程中生成的香氣如榛果味、奶油味及焦糖味，或青草味、煙燻味、燒焦味、香辛味及苦味，多來自於揮發性物質。此外，烘焙程度的差異也會影響咖啡的風味特質。

果膠及木質素：

果膠是由多種多醣類結合而成的物質，其主要組成分爲半乳糖酸的聚合物、俊糖酸及鼠李糖等，含量達3%以上。木質素是植物體經硫酸及苛性鹼處理後所剩餘的不溶性殘渣，即所謂的咖啡纖維，其含量約爲2.4%。

含氮化合物：

生咖啡豆中所含的含氮化合物可區分爲植物鹼、葫蘆巴鹼（Trigonelline）、煙鹼酸、蛋白質及遊離氨基酸等，分述如下：

1、植物鹼：

主要爲咖啡因（Caffeine）。在生咖啡豆中的含量因品種不同而存在很大差異。Robusta含量較高，平均約爲乾物量的2.2%；Arabica含量較少，平均約1.2%。近年來在爪哇及科特迪瓦已栽培出低咖啡因品種，其咖啡因含量僅爲0.2%。咖啡因可以通過多種方法去除，製成各種去咖啡因製品。去咖啡因速溶咖啡粉的咖啡因含量在0.3%以下，一般商品都控制在0.1%至0.2%之間。咖啡因可以說是咖啡的精神所在，也是最受爭議的成分。

咖啡因雖然沒有異臭味，但具有顯著的苦味。有人試圖利用咖啡苦味程度來判斷咖啡因含量的多少，但並未完全成功，因爲咖啡因的苦味僅佔咖啡苦味的一小部分，因此對去咖啡因咖啡的苦味並未有太多影響。

咖啡因在被人體消化後，可快速被吸收及代謝，並經由尿液排出。咖啡因在人體血液中含量的增高狀況依胃中含量而定。咖啡因對人體生理效應最顯著的作用是對中樞神經的刺激，至於對腦部活性生成變化所需的劑量極高，比一般正常攝取量高出許多。其它較受關注的生理效應爲對血壓及心臟血管的影響等問題。

2、葫蘆巴鹼（Trigonelline）：

葫蘆巴鹼是具有吸溼性的無色結晶，在水中溶解性極佳。它也具有低程度的生理作用，主要作用於中樞神經系統、膽汁分泌及腸道蠕動。葫蘆巴鹼對咖啡質量的直接影響很微小，其苦味僅爲咖啡因的四分之一，由於存在量很少，因此對口味的影響並不大。在生咖啡豆中的含量因品種不同而有所差異，Arabica的含量較Robusta高。葫蘆巴鹼在烘焙過程中會快速分解，損失率約在50%至80%之間，依烘焙溫度及時間不同而異。此外，葫蘆巴鹼會分解生成多種化合物，包括非揮發性的煙鹼酸等，以及29種揮發性物質，這些揮發性物質中已被鑑定出有9種爲蘊含咖啡香氣的物質。

3、煙鹼酸：

煙鹼酸在生咖啡豆中的含量很少，但經過烘焙後則有增加現象，主要原因是它來自葫蘆巴鹼的分解作用。然而研究結果發現，在烘焙的高溫下，煙鹼酸會繼續分解成具有揮發性的化學物質，因此真正的增加量並不多。

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