コーヒーの抽出理論とその変遷 ポール・ソンガー「鮮度の問題」
スペシャルティコーヒークロニクル 2001年1月/2月号
(米国スペシャルティコーヒー協会発行）
鮮度の問題
「最重要課題はフレーバーである。スペシャルティコーヒーにとって、フレーバーは鮮度を意味する」ポール・ソンガー
スペシャルティコーヒーは様々なフレーバー・プロファイルを持つ。どのような製品であれ、最高のコーヒーは最も新鮮なコーヒーであり、したがって特別なコーヒーであるというのが一般的な意見だ。しかし、鮮度について広く受け入れられる定義は難しい、というのもフレーバーという観点から見ると、コーヒーはつねに変化しているからだ。焙煎後、すぐに2つのプロセスが始まる。1）好ましいフレーバーが失われ、（2）好ましくないフレーバーが増加する。ほとんどの鮮度基準（および研究）は後者のプロセスを対象としており、コーヒーが最高の状態でないことは認めるが、まだ許容できる点を求めている。そのため、コーヒーの鮮度の定義はかなり単純である：コーヒーが古くなったとき、それはもはや新鮮ではない。
この定義は、スペシャルティコーヒーの分野ではほとんど意味をなさない。ネガティブな品質の欠如を理由にプレミアム価格を支払う消費者はほとんどいない。市場セグメントとしてのスペシャルティコーヒーが存在するのは、平均的なコーヒーがもっと美味しくなる可能性があると認識されているからである。製品の新鮮さは、このフレーバー体験を消費者に提供する。
測定可能な鮮度基準を開発するのは難しい。コーヒーを参照とするフレーバー体験は、多数の化学物質とその相互作用の知覚の結果である。これらの化学物質にはそれぞれ特徴的なフレーバーがあり、劣化の速度や手段もそれぞれ異なる。この記事の目的は、これらの変化のいくつかと、それらが時間の経過とともにコーヒーのフレーバーにどのような影響を与えるかを説明することである。
豆におけるトラブル
焙煎されたコーヒーの香味成分は、高い焙煎温度によるものである。焙煎後、これらの成分は環境要因、それ自体の性質による不安定性、他の化合物との相互作用の影響を受け続ける。これらのプロセスの中で最も重要なものは以下の通りである：
1.他の媒体への放散。芳香族はコーヒーの表面から大気中に放散したり、溶媒に溶解し、しばしば他の化学物質と相互作用する
2.非酵素的褐変反応。カラメル化とメイラード反応には、炭水化物（糖質）、通常は糖が関与している。カラメル化は、糖が水と二酸化炭素を放出し、糖の構造と味が変化することで起こる。メイラード反応は、アミノ酸と炭水化物（糖質）の相互作用の結果、アロマを感じる物質が生成される。メイラード反応が（コーヒーの焙煎のように）高温で起こると、通常好ましい焙煎香（ロースト・フレーバーとアロマ）が得られるが、低温で起こると、平坦で糊のような、ダンボールのようなフレーバーになる。
3. 酸化。酸化とは、1つ以上の電子がある化学物質から別の化学物質に移動し、2つの異なる化合物を生成する反応のことである。コーヒーの場合、最も一般的なプロセスは、酸素分子が化合物に2つの電子を提供し、新しい（知覚の異なる）化合物を形成し、水素と結合して水を形成することである。
これらすべての過程を前進させるエンジンは、熱エネルギー（熱）である。このエネルギーは、身近な環境にあるもの、他の化学反応の結果生じたもの、あるいはすでに製品に含まれているものなどがある。
ステーリング（劣化）の過程をより詳細に検討すると、コーヒーのフレーバーを構成する成分は、揮発性の高い化合物（フレーバーを損なう原因）と揮発性の低い化合物（フレーバーを悪くする原因）に分けられる。
コーヒーのアロマ：多様な化合物の複雑なバランス
コーヒーのフレーバーが最も変化しやすいのは、アロマを構成する要素である。これらは、スペシャルティコーヒーのフレーバーを生み出すすべての要素（ローストスタイル、産地、精製方法など）に由来する。1989年の研究では、当時知られていた全アロマ成分の20％以上、約1600種類の化合物が焙煎されたコーヒーから発見されたと発表されている。アロマの相互作用はさらに複雑さを増す。アロマがどのように打ち消しあい、補強しあい、対比しあうかが、コーヒーのアロマの知覚に影響を与える。
コーヒーのアロマの基本は、亜硫酸化合物である。これには強い匂いのメルカプタン（スカンク臭はその一例）やタマネギ、ニンニク、さらにははちみつのような甘い香りも含まれる。すべての硫黄化合物は酸素の存在下で非常に酸化されやすい。これらの化合物のうち、トーストやパン、ローストした肉のようなアロマを持つものは比較的安定しているが、その他の化合物は非常に急速に変化する。コーヒーの鮮度に関して最も重要な硫黄化合物のひとつがメタンチオール（メチルメルカプタンとも呼ばれる）で、多くの研究でコーヒーの鮮度に対する消費者の認識に大きな影響を与えることが示されている。また、メタンチオールは「グリーンピース」のようなあまり好ましくないアロマを隠す。酸化だけでなく放散の影響も受けやすく、挽いたコーヒーを屋外に置くと、メタンチオールの減少は1日以内に認識され、3週間以内に70％が消失する。同時に、コーヒーのエイジングが進むにつれて、他の硫黄化合物の酸化によって、他のメルカプタンも増加する。フルフリルメルカプタンの濃度が0.01～0.5ppb（10億分の1-ごく微量）であれば、焙煎したてのコーヒーと感じられるが、濃度が高くなると古くなったように感じられる。
ダークロースト・コーヒーには、特定の芳香族化合物がより多く含まれる。フェノール類（スパイシー／クローブのような、渋み）、ピラジン類（スモーキー／灰）、ピラジン類（アーシー／ムスティ）、ピロール類（スモーキー／ダークロースト）などである。スパイシーなフェノール類は、すぐに揮発する傾向がある。ピラジン類はより安定しているが、濃度が高すぎるとネガティブに感じられる。ピラジン類はアラビカ種コーヒーの主要な香気成分であるが、揮発性が高く、空気に触れたり、非酵素的な褐変を受けたりすると消失する。ピロール類は天然に存在するコーヒーオイルに溶解しており、酸化の影響を受ける。これらの化合物は、他の芳香族に比べ大量に存在するわけではないが、アロマが強く、わずかな劣化がフレーバーに劇的な影響を与える。
最もデリケートなアロマは、最も揮発性が高いものでもある。アルデヒドには、刺すような刺激的なもの（例えばホルムアルデヒド）もあれば、甘く果実のようなフローラルなものもある。アルデヒドの中には、高熱条件下で酸と結合してエステルを形成するものもあり、パイナップル、洋ナシ、モモのような明確なアロマを持つものとして識別できる。アルデヒドは酸化されやすく（酸と水に変化する）、特に温度上昇や湿潤条件にさらされると、容易に消失する。ある種の麦芽／甘い／カラメルのような香りのアルデヒドは、粉砕して外気にさらすと15分以内に50％減少することがわかった。最高級のアラビカ種コーヒーは、一般的にこれらのアルデヒドの濃度が高い。アラビカ種のコーヒーには「バター」アロマも多く含まれるが、これも同様にデリケートで、放散により失われやすい。
幸運なことに、これらの芳香物質を保存するのに役立つ構造が存在する。ひとつはコーヒー豆そのものである。さらに、炭水化物やタンパク質は、いくつかの芳香物質（「ガラス」と呼ばれる）を包み込み、（粉砕や温度上昇によって）破壊されたり、液体に溶けたりした場合にのみ放出される。コーヒーの芳香成分の中には、コーヒーの脂質（オイルやワックス）の中に含まれているものもあり、ピロール類やその他の抗酸化物質が含まれているため、それほど早く劣化することはない。理想的な条件下では、コーヒーの芳香成分は、熱エネルギーと溶媒（お湯）を加えて抽出することで初めて放出され、その後で楽しむことができる。
コーヒーのアロマの減衰は避けられないものである。最初に放出される化合物は甘い香りのアルデヒドで、バターのようなアロマがそれに続く。次に、土のようなピラジン類が去っていく。さらに多くのアルデヒドが酸化の影響を受け、アルコールベースのアロマが刺激的なアルデヒドに進化し、メタンチオールが酸化して揮発するにつれて硫黄化合物の性質が変化する。グリーンピースのアロマとスモーキー／灰のアロマが優勢になる。フルフリルメルカプタンが多くなると、独特の古臭いアロマが発生する。アロマの変化は1日以内に顕著に現れ、8～10日以内にはより明らかな変化が現れ、3週間以内にはアロマ全体の50％が消失する（ホールビーンコーヒーでも）。
揮発性の低いコーヒーフレーバー成分
コーヒーの劣化が最も長期化するのは脂質の酸化である。これは段階的に起こる。第一段階は、油が酸素を取り込み、過酸化物を生成することである。コーヒーに酸素が取り込まれると、この現象が起こる。すべての酸化過程と同様に、2つの化学物質が生成される。酸化物は分解生成物（芳香性の高い好ましくない物質）を作り、次に酸化していない脂質分子を攻撃して酸化物を再形成する。過酸化物は触媒として働き、過酸化物が多く存在するほど酸化が速くなる。酸素の存在下で2週間保存すると、古臭いフレーバーが顕著になる。この過程は加速度的に進行する。一度酸化が始まると、可能な経路をすべて使い果たし、コーヒーが完全に古臭くなるまで酸化物は増加する。
劣化の様式
焙煎したてのコーヒーのフレーバーを楽しむための最も明白な解決策は、焙煎後すぐにコーヒーを淹れて消費することである（この点ではマイクロロースターが有利である）。次善の策は、焙煎したてのコーヒーをフレーバー劣化の原因となる環境の影響から取り除くことである。酸素からの分離が第一の戦略であるが、これには十分な理由がある。酸化は明らかにフレーバーの劣化と損失に大きく寄与する。周囲の空気には19～21％の酸素が含まれており、たった14立方センチメートルの酸素（または70ccの周囲の空気）が、1ポンドのコーヒーを完全に古臭くするのに十分である。
典型的な12オンスのホイル包装は800～1000ccの容積があり、そのうち約600ccが実際の（ホールビーンズの）コーヒーである。合計900ccと見積もると、300ccのガスが存在することになる。パッケージ内に4％以上の酸素が存在し、十分な時間と熱エネルギーがあれば、コーヒーを完全に古臭くさせるのに十分である。
必然的に、コーヒーは包装前に一定期間酸素と接触する。よくある俗説では、コーヒーは焙煎直後は二酸化炭素の脱ガスのために酸素を取り込むことができないとされている。しかし、マイケル・シベッツは、脱ガス化したコーヒーの周囲には21％ではなく、10％程度の酸素が存在すると推定している。これは確かに酸化を開始するには十分である。
コーヒーを酸素から分離することだけが鮮度の問題ではない。すべての劣化プロセスに共通するのは熱エネルギーである。古臭さの発生速度は、コーヒーに加えられる熱エネルギーとその分布の関数である。熱エネルギー分布の重要なメカニズムは水分である。焙煎されたコーヒーは、湿度の高い条件下、特に高温の条件下で水分を吸収する。急冷によって水分が追加されることもあり、劣化の過程では副産物として水分が発生することもある。コーヒー豆や挽いたコーヒーに含まれる水分は、自由型と結合型の2種類に分類される。
「自由」水は移動性があり、熱エネルギーと酸素を保持し、芳香族、酸、油に供給したり、糖とタンパク質を結合させて非酵素的な褐変を起こしたりすることで、古臭さを促進することができる。「結合」水（表面に結合している）は移動性が低く、反応物質を溶かすことができない。自由水と結合水の比率は「水分活性」と呼ばれる。水分活性は、コーヒーが湿度や高温と接触するたびに上昇する（「結合」水は、加熱により「自由」水になることが多い）。周囲湿度が25%と比較的低い場合、焙煎したコーヒーの含水率は5%まで上昇し、水分活性も上昇する。水分活性が高くなると脂質の酸化が促進されるが、コーヒーの鮮度には影響するものの、通常は測定されない。研究によると、水分活性が0.5を超えると、非酵素的褐変と脂質の酸化が著しく促進される。水分活性とコーヒーの鮮度との関係については、現在さらなる研究が行われている。
コーヒーの保存温度とその変動は、コーヒーの古臭さの速度に直接影響する。古臭さに必要な熱エネルギーが供給されるだけでなく、一時的な温度上昇でさえ、存在する酸素の溶解度を高め、水分活性を上昇させる。
フレーバー劣化の防止
コーヒーのフレーバーの経時劣化を防ぐためのいくつかの方法は以下の通りである：
芳香族の放散と非酵素的分解。これは自然発生的に起こり、高温多湿によって促進され、酸素を除去しても防げない。鮮度のこの側面に対する主な解決策は、低温で乾燥した状態を維持し、豆そのものを含むアロマを保持する構造を維持することである。
非酵素的褐変。この過程には温度と水分が大きく関与する。防止策としては、耐湿性の包装（余分な水分が吸収されないようにする）、冷却、急冷、包装周辺の環境条件（温度と湿度）の管理、保存中の極端な温度変化を避けることなどが挙げられる。
芳香族と脂質の酸化。酸化速度は、利用可能な酸素、粒子の表面／体積比、保管温度、水分活性の関数である。先に述べたすべての戦略が適用される。加えて、包装から可能な限り酸素を除去しなければならない。
冷蔵や冷凍によってコーヒーのフレーバーが保たれるのは理にかなっているように思える。冷蔵は水分や脂質の乳化を引き起こし、おそらく酸化を促進し、明らかにコーヒーをやや粘着性のあるものにするため、失敗とみなされる。冷凍は適切であるとする意見もある（水分の少ないダークローストで最も成功するとされる）。SCAAの技術基準委員会は、凍結はフレーバーを低下させるという限定的なテスト結果を示しているため、凍結を推奨していない。
鮮度基準の策定に向けて
スペシャルティコーヒーの供給業者は、測定と追跡が容易な基準を適用しなければならない。最も利用しやすい尺度は時間である。しかし、時間測定に基づく基準は、許容されるフレーバーの劣化の量と種類、劣化がどの程度の速度で進行するかを正確に反映したものでなければならない。鮮度に関する最も重要な問題は、最終的に抽出されたコーヒーはどのような味になるのか。
スペシャルティコーヒー製品の鮮度基準を決定する際には、以下を考慮すべきである：
1. 特定の製品の特徴と目的を判断しなければならない。デリケートで甘いアロマで知られるコーヒー（特定の東アフリカのコーヒーなど）は、その独特のフレーバーをアルデヒドに依存しており、開けたビンや挽き売りには向かない。ダークローストには固有の傾向がある。このため、時間をかけてかなりのテイスティングを行い、製品ごとに異なる鮮度基準を設ける必要があるかもしれない。
2. 包装の選択肢は、その能力と弱点の観点から検討されるべきである。包装資材の耐水性、浸透性、密封性、耐穿孔性、断熱性などを考慮する必要がある。設備は十分にメンテナンスされ、定期的にチェックされなければならない。
3. コーヒーが早期に古臭さを引き起こす可能性のある条件に曝される重要なポイントは、綿密に調査・管理されなければならない。最も重要なのは、冷却・急冷直後、包装前、保管中、粉砕時、抽出直前である。これらが行われる環境条件（温度、湿度）により、劣化の速度と次の段階までの最大時間が部分的に決定される。温度と湿度が高ければ高いほど、冷却と包装を急ぐ必要があることを示す。
4. 輸送中の水分活性や温度の変化の可能性を含め、コーヒーの保管や輸送の条件を考慮しなければならない。
5. 品質管理のため、無作為に製造サンプルを定期的に測定し、包装の酸素と製品の水分活性を測定すべきである。包装システムが適切に機能していれば、酸素含有量は2%未満であるべきである。水分活性が0.5を超える場合は、急冷、粉砕、包装の状況を調査すべきである。
6. 鮮度の基準は、特定の製品がスペシャルティとしての品質でなくなるまでに許容される古臭さの反応の程度と種類に基づくべきである。これが決まれば、時間測定という形で推定される古臭さの割合を計算することができる。
ロースターや小売業者が販売・提供するコーヒーの鮮度は、その業者の基準と能力を直接反映するものである。それは市場における競争力を決定し、消費者がユニークで探し求める価値のある製品を体験できるかどうかを左右する。最重要課題はフレーバーである。スペシャルティコーヒーにとって、フレーバーは鮮度を意味する。
