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咖啡生豆是充滿化學物質的倉庫
營養學家強尼・包登（Jonny Bowden）將咖啡列爲地球上最健康的150種食材之一，並且是美國人飲食中抗氧化食物來源第1名。所有的食材及飲品中，咖啡是最具藝術性、技巧性及變化性者，但也頗具爭議性。咖啡複雜的成分、繁複的製作過程中，以及加工時所產生的化學變化均爲咖啡研究者、愛好者精心研究的重要基本知識。
咖啡生豆就是一座充滿化學物質的倉庫，如某類阿拉比卡種咖啡，目前鑑定出的成分已超出上千種，其中數百種成分具有芳香性，是人類飲品中香味最豐富者。
餐飲界常用來調味的香草芳香物充其量不過才150種，即使是葡萄酒及茶的醇香成分也遠不及咖啡的豐富。咖啡中含有不少優質酸，如綠原酸、檸檬酸、蘋果酸、醋酸、磷酸和奎寧酸等，以及其他有機酸，會隨著烘焙過程中碳水化合物的分解而產生，目前測得的有機酸就多達30幾種，其中15種屬於揮發性。一般而言，有機酸在中度烘焙時濃度最高，隨著重度烘焙而遞減。
碳水化合物
咖啡豆中所含的碳水化合物可分爲多糖及低分子糖類，後者包含單、雙及三糖類，又可分爲還原糖及非還原糖，此外，也含有一些糖類衍生物，如果膠等。碳水化合物對於咖啡的貢獻在於香氣與顏色的變化。在香氣方面，碳水化合物經過烘焙後，不僅本身會散發香氣，同時也會吸附其他揮發性的香氣，使咖啡呈現不同的特殊風味。
咖啡生豆的碳水化合物含量約爲38.5％，其中約8.7％屬於低分子糖類，會在烘焙過程產生焦糖化反應，而轉化成焦糖色素等成分；而多糖類及果膠等主要是纖維素（23.1％）或木質素（6.7％）成分存在。
低分子糖類
咖啡生豆中最主要的遊離態糖類是蔗糖，不同的品種、來源及成熟度，其含量會有不同。從咖啡生豆的抽出液裏也可以測得到其他種類的簡單糖類，例如還原糖，此外也含有葡萄糖與果糖。
咖啡豆經過烘焙之後，低分子糖類會產生變化，其變化按照烘焙程度不同而有差異，蔗糖損失最迅速，輕度烘焙的損失率是97％、中度烘焙是99％、重度烘焙則是100％，至於葡萄糖、果糖及阿拉伯糖等也都有相當程度的損失。
多糖類
這是很重要的咖啡生豆組成成分，佔了幹物量的40～50％左右。若按照種類區分，多糖類包含了聚合半乳糖、聚合甘露糖、聚合阿拉伯糖及纖維素，都是組成咖啡豆質體的物質。
即使經烘焙後，多糖類仍會保存一定的量，過去研究發現，烘焙程度的影響並不大，保留率約在70～75％，以纖維素保留率最高，聚合阿拉伯糖最低。
蛋白質及氨基酸
咖啡生豆的蛋白質含量約14.4％，扣除掉咖啡因及葫蘆巴鹼等氮化合物後，蛋白質的含量則爲11.9％左右。粗蛋白之外，咖啡生豆中也含有多種的酶，例如脂肪分解酶（lipase）、蛋白質分解酶、糖類分解酶、半乳糖水解酶及過氧化酶等。咖啡生豆約含有0.15～0.25％的遊離氨基酸，對咖啡風味的影響較大，但對口味的影響則較低，生豆一旦經過烘培，其蛋白質的含量會降至3.0％。
脂質
存在於生豆胚乳中的咖啡油（coffee oil）及咖啡豆外層的蠟質共同組成咖啡生豆的脂質。咖啡油含有三酸甘油酯及相當份量的其他脂質，但其含量及組成成分會因品種不同而有差異，一般來說，生豆的平均含量約11.5％，即使烘焙，仍有97％左右以脂類等型態保存。
揮發性物質
揮發性物質是掌管咖啡風味的主要來源，影響咖啡品質甚鉅。揮發性物質的種類很多，其存在的狀況會影響咖啡的香氣與品質，烘焙生豆時，尤其中的揮發性物質被切斷或經反應後所衍生。舉凡熱分解或成分間的交互作用，例如糖類、氨基酸、有機酸及酚類化合物等的作用，均會形成咖啡特有的香氣與風味。
此外，影響咖啡揮發性物質成分的因素，還包括了豆子的品種、氣候、土壤條件、生豆的儲存、烘焙的溫度與時間，以及烘焙設備等。
咖啡生豆必須經過烘焙，才能夠生產我們平常聞到的咖啡香，未經烘焙前是沒有咖啡的特殊香氣。目前已確定生豆中的揮發性香氣經過烘焙後，至少可產生650種以上的香氣，如榛果味、奶油味、焦糖味、青草味、煙燻味、燒焦味、香辛味及苦味等，是所有食品及飲料中揮發性香氣成分種類最多的，另外，烘焙程度也會影響咖啡的風味。
水分
隨著不同加工階段及產品，咖啡豆的水分含量有很大的差異，還含膜的溼咖啡豆，其水分含量約50％，經過乾燥的咖啡生豆約爲11.5％，烘焙後的咖啡豆水分含量僅剩約4.8％。由於咖啡生豆中含有相當份量的水分膠體性大分子物質，如蛋白質及多糖類等，能以多種不同的物理及化學方式結合水分，並存在豆子中。
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