17 июн 2020

Срок годности обжаренного кофе

Факторы, влияющие на скорость старения зерна

~ 16 минут на чтение ~

Перевод статьи SCA (Specialty Coffee Association) автора Emma Sage

Кофе известен в области пищевой промышленности как стабильный продукт, который после обжарки не портится из-за ферментативных или микробных процессов (Illy и Viani 2005; Nicoli и др. 1993; Anese и др. 2006). Тем не менее, в индустрии спешелти кофе мы осознаем важность химических реакций и физических изменений, которые происходят после обжарки (Nicoli и др. 2009). Некоторые из этих изменений ответственны за старение зерна и вследствие этого ощутимый дефектный вкус, который увеличивается со временем и влияет на качество;приготовленного напитка.

Точное определение свойств, качества и скорости старения зерна по своей природе является сложной задачей как из-за разнообразия вкусов, преобладающих в самом зерне, так и из-за эфемерной природы жареного кофе. В справочнике по качеству воды Американской ассоциации кофе (SCA) говорится, что «потенциал вкуса кофе постоянно меняется. В результате при проведении химического или сенсорного анализа кофе должен считаться за непостоянную переменную» (Beeman и др. 2011). Эта концепция затрагивает существующую в науке проблему, связанную непосредственно со старением зерна. Химические и физические изменения, которые происходят в кофе после обжарки, делают экспериментальный контроль, повторяемость эксперимента и анализ данных практически невозможными. Однако это вовсе не помешало большой группе исследователей заняться этой проблемой.

Кофе свежей обжарки в герметичной банке


Общие причины старения кофе

Обжарка, в конечном итоге, ответственен за бо́льшую часть реакций связанным с процессом старения кофе, так как в результате нее образуются летучие вещества и создается давление в кофейных зернах за счет внутреннего скопления газа (Nicoli et al. 2009). Многие сложные химические реакции и физические изменения происходят во время обжаривания, некоторые из которых играют ключевую роль при последующем приготовлении напитка. Когда зёрна нагреваются в ростере, сахара и аминокислоты восстанавливаются, и все большее количество углекислого газа образуется в результате разложения Штрекера, которое в последующем выделяет углекислый газ. В то же время в кофе происходит физическое изменение, проявляющееся в том, что масса зёрен уменьшается, а пористость увеличивается, что приводит к более высокой скорости диффузии потенциального летучего соединения (Labuza и др., 2001). Одновременно в результате реакции Майяра образуются соединения, которые по химическому составу схожи с кислородом и впоследствии способствуют окислению липидов (Nicoli и др. 1993).

Потеря углекислого газа в зернах кофе происходит из-за диффузионных сил, которые перемещают молекулы из-за разницы в давлении и/или градиентах концентраций молекул. Когда кофе измельчается, пористость и отношение поверхности к объему увеличиваются, что ускоряет дегазацию и образование отложений. Группа исследователей обнаружила, что потеря нескольких специфических летучих соединений приводит к потери большой части аромата кофе. Первое исследование, предположившее это, обнаружило, что метантиол и 2-метилпропанал дают наиболее интенсивные ноты аромата и рассеиваются через два часа после жарки, и что после восьми дней хранения метантиол снижается примерно до 30% от своего первоначального количества (Holscher and Steinhart 1992) , Czerny и Scieberle (2001) и Sanz и др. (2001) также сообщают об этих соединениях, как о ключевых молекулах, потерянных при старении зерна.

Согласно последним исследованиям, после 8 дней хранения содержание метантинола в зерне (главного компонента ответственного за насыщенность аромата кофе) снижается до 30%.

Новое исследование в этой области также сосредоточено на соотношениях некоторых соединений, таких как 2-метилфуран / 2-бутанон, 2-фурфурилтиол / гексаналь (Marin и др. 2008). Тем не менее, любое из вышеуказанных соединений или соотношений являются только индикаторами более широкой группы ответственных за старение реакций, которые так еще и не охарактеризованы (Nicoli et al. 2009).

Одним из характерных ароматов стареющей оболочки зерна является прогорклость, которая возникает в результате разложения липидов, химического окисления или пиролиза жиров и схожих по химическому составу соединений (Smith и др. 2004; Vila и др. 2005). В жареной арабике липиды составляют только около 15% сухого веса зерна (Illy and Viani 2005), но они значительно влияют на вкус стареющего кофе. Этот процесс ускоряется влажностью (Smith et al. 2004), температурой кислорода (Vila и др. 2005) (Nicoli и др. 1993; Huynh-Ba и др. 2001) и коррелирует с площадью поверхности молотого кофе (Vila и др. 2005). Однако также известно, что даже кофе, хранящийся в вакууме или при низком содержании кислорода, может подвергаться окислению липидов из-за присутствия свободных радикалов в кофе, образовавшихся в процессе обжарки.

Скорость всех этих изменений и, следовательно, общий срок хранения кофе зависит от состояния кофе (целые зёрна против помолотого зерна) и условий хранения, таких как температура, влажность и, что наиболее важно, наличие кислорода (Nicoli et al. 1993; Illy and Viani 2005; Radtke-Granzer and Piringer 1981).

Основные внешние факторы, влияющие на старение

Температура

Температура влияет на скорость старения кофе как химически, так и физически. С химической точки зрения температура положительно коррелирует с кинетикой химических реакций (равенство Аррениуса), поэтому при более высоких температурах все химические реакции в кофе ускоряются (Nicoli и др. 2009). Физически на производную давления и на взаимодействие кофе и внешней среды влияет температура, что, в свою очередь, влияет на скорость дегазации летучих соединений. Labuza и др. (2001) отметили, что дегазация жареного кофе из цельных зёрен имеет Q10 в значении 1,5, что означает, что на каждые 10 градусов повышения температуры скорость дегазации увеличивается в 1,5 раза. Они также сообщили, что молотый кофе имеет ускоренное Q10, которое примерно в два раза больше, чем у цельных зёрен. Nicoli и др. (1993) обнаружили, что температура имеет положительную корреляцию с выбросом углекислого газа и других летучих соединений, и что эти потери являются наиболее значительными в течение первых нескольких дней хранения кофе. Существует много литературы о кофе, которая подтверждает, что количество химические соединения, связанных со свежестью, уменьшается при повышении температуры (Cappuccio и др. 2001; Cardelli и Labuza 2001; Huynh-Ba et al. 2001). Как правило, это соотношение характерно для кривой на рисунке 1 из Cappuccio и др. (2001):

Еще одним аспектом исследования температуры, конечно, является влияние холодных температур, а также замораживания на кофе. В течение долгого времени существовало распространённое мнение о том, что замораживание является действенным сдерживающим фактором при старении (Sivetz 1979). Большинство исследований, изучавших охлаждение или замораживание кофе в качестве метода консервации, показали, что данные процессы действительно замедляют реакции, протекающие в стареющем зерне (Cappuccio et al. 2001; Ross и др. 2006; Nicoli и др. 1993). Тем не менее, ни один из них не изучал сами изменения, которые могли возникнуть в зерне в результате замораживания или в результате связанных с ним колебаний температуры.

Влажность

Влага (и активность воды) также имеют положительную корреляцию с процессом старения кофе. Как правило, исследования показывают, что если кофе хранится в среде с высокой влажностью, он будет собирать воду и увеличивать показатели активности воды в зерне, ускоряя потерю летучих соединений и, следовательно, сокращая его возможный срок хранения (Anese и др. 2006; Cardelli и Labuza 2001; Prescott и др. 1937). Соответственно, распространённая практика охлаждения водой, основывалась на повышенной активности воды в обжаренном кофе, что, следовательно, приводило к более быстрой дегазации (Baggenstoss и др. 2007). Поглощение воды после обжарки также может происходить со временем, увеличиваясь из-за влажность и среды хранения (Illy and Viani 2005; Apostolopoulos and Gilbert 1988).

Кислород

Кислород, как многие полагают, является главным врагом обжаренного кофе и влияет на процесс старения различными способами. Конечно, на него также влияют факторы, которые также имеют влияние на взаимодействие кислорода и кофейных зерен или кофейных зерен и почвы, на которой они выращивались. Такими факторами являются плотность упаковки, размер почвы или площадь поверхности зёрен (Ross и др. 2006; Illy and Viani 2005). Однако окисление кислородом может привести не только к потере некоторых ароматических соединений, но и к образованию неприятных запахов, таких как прогорклость (Prescott et al. 1937; Illy and Viani 2005). Было выявлено, что большинство соединений, ответственных за аромат свежеобжаренного кофе, очень подвержены окислению и могут быстро исчезать после обжарки. Некоторые исследователи установили, что потеря свежести происходит, как только кофе вступает в контакт с кислородом. Poisson и др. (2006) обнаружили, что гексаналь, образующийся в результате реакций окисления, сразу же появляется в обжаренном кофе при неправильном хранении. Они также выявили, что маловесные сернистые соединения быстро испаряются под воздействием кислорода. Labuza и др. (2001) определили, что кислород является наиболее важным фактором, влияющим на срок годности кофе, и установили, что уменьшение кислорода до 0,5% в упаковке кофе может увеличить срок хранения в 20 раз. 

Одна группа исследователей обнаружила, что при каждом 1% прироста кислорода происходит увеличение скорости старения на 10% (Cardelli and Labuza 2001). Было также обнаружено, что даже при очень низком уровне кислорода в упакованном кофе (<2%) этот кислород способен проникать в кофе и вызывать реакции окисления (Harris и др., 1974). Окисление липидов происходит по мере дегазации и потери летучих соединений, оно также зависит и от наличия кислорода (Nicoli и др. 1993; Prescott и др. 1937). Huynh-Ba и др. (2001) обнаружили, что окисление липидов в летучих веществах происходит в течение первых 24 часов после обжаривания и помола зерна. Другое исследование показало, что обученные дегустаторы смогли обнаружить спустя четыре месяца прогорклость в кофе, в упаковке которого присутствовал кислород, (Marin и др. 2008). Эти летучие вещества подвергаются реакциям, воздействующим на летучие вторичные продукты окисления, которые, в свою очередь, вызывают дефекты во вкусе, которые можно обнаружить в старом зерне.

Влияние на вкус

Не во всех исследованиях, посвященных изучению кофе, указывается, как химические реакции окисления влияют на вкус. Тем не менее, когда мы говорим о вкусе, становится очевидным, насколько быстро происходит старение. Всего через неделю после обжарки дегустаторы в одном исследовании предпочли растворимый кофе, который хранился в банке с 0% кислорода, вместо кофе, хранившимся при 2% кислорода (Harris и др. 1974). Ross и др. (2006) обнаружили, что профессиональные дегустаторы предпочли свежий кофе двухнедельному, находя его горьким, но при этом также предпочли двухнедельный кофе недельному. Другая исследовательская группа, Cardelli and Labuza (2001), обнаружила, что эксперты обнаружили ухудшение качества кофе, вызванную повышением парциального давления кислорода, активностью воды и температурой, тем самым подтверждая, что эти факторы внешней окружающей среды имеет воздействие на саму чашку. Они полагают, что кислород играет наиболее важную роль, с почти 20-кратной разницей ускорения старения при 0% кислорода и при средней концентрацией кислорода на уровне моря.

Многие исследования по старению кофе включают сенсорную оценку аромата кофе, а не его вкуса. Оценщики ароматов в исследовании Steinhart и Holscher (1991) отметили, что недельный обжаренный кофе обладал «менее ярко выраженным ароматом». Исследователи определили, что это произошло из-за быстрого испарения компонентов, имеющих низкую температуру кипения, таких как соединения серы, альдегиды Штрекера и альфа-дикарбонилы. Sanz и др. (2001) обнаружили, что восемь идентифицированных летучих соединений положительно коррелировали с сенсорной оценкой свежести аромата и что наибольшая скорость потери свежести произошла в первый месяц хранения кофе (см. Рисунок 2 ниже).

Окисление кофе при хранении

Влияние упаковки на старение

Упаковка и то, как она защищает кофе от внешнего воздействия, может сильно повлиять на процесс старения. Тем не менее, очень мало опубликованных исследований, изучавших или сравнивавших конкретные типы упаковки. Небольшой эксперимент с гибкими упаковками с клапанами дегазации показал, что, если не было утечки в уплотнении верхней части мешка, то такие упаковки содержали 0% кислорода и более 40% углекислого газа. Однако они использовали только шесть пакетов упакованного зерна для этого эксперимента и обнаружили, что у половины из них были утечки, что в конечном итоге аннулировало все выводы, которые могли быть сделаны (Walter and others 2008). Чаще исследователи изучали продувание газом. Большинство из них обнаружили, что кофе, продуваемый инертными газами или в вакуумной упаковке, показал лучшие результаты в тестах на вкус (Bezman and others 2008) В исследовании Alves и др. (2001) кофе, продуваемый азотом, имел шестимесячный срок годности, подтвержденным последующим дегустационным анализом, в отличие от кофе в мешках без продувания, который имел трехмесячный срок годности. Исторически сложилось понимание, что кофе будет надежно защищен вакуумной упаковкой (Sivetz 1979). Было доказано, что вакуумная упаковка очень эффективна: одно исследование продемонстрировало 0% остаточного кислорода в запечатанных кофейных пакетах после двух циклов вакуумной упаковки и продувки газом (Sortwell 2008). Nicoli и др. (1993) обнаружили, что кофе в вакуумной упаковке имеет скорость свертывания в пять раз ниже, чем у фасоли, в упаковке которой содержится воздух. Наконец, некоторые исследования признали, что, несмотря на упаковку кофе, «вторичный срок годности» начинается после того, как потребитель открыл упаковку, после этого старение может происходить с большей скоростью по сравнению с тем, как оно ранее происходило в самой упаковке (Cappuccio et al. 2001; Анез и др. 2006). Проведение эксперимента по исследованию изучения старения в данных условиях оказалось весьма трудным, так как кофе, естественно, взаимодействует с различными факторами внешней среды после того, как его покупают и открывают потребители. Кроме того, также не было попыток объяснить химические реакции, которые могут происходить в это время.

Проблемы, связанные с уже существующими исследованиями

После изучения имеющихся ресурсов, в которых подробно описываются исследования, проводившиеся с целью выяснения механизмов, вызывающих старение кофе, выясняется несколько основных проблем, связанных с нашей способностью применять полученные результаты в промышленности, специализирующейся на производстве кофе. Во-первых, большинство исследований, которые включали сенсорную оценку, делали это с использованием косвенных показателей, процесса старения зерна вместо того, чтобы исследовать его вкусовые качества, чем обычно и занимается индустрия спешелти кофе. Во-вторых, качество кофе, использованного в этих исследованиях, часто было ниже уровня спешелти. В-третьих, методы, используемые для определения этих косвенных показателей старения кофе, включают в себя методы, которые практически никогда не используются или используются редко в кофейнях или при домашнем пивоварении, ограничивая, тем самым, их применимость для индустрии спешелти кофе. Наконец, значительная часть исследований, рассматриваемых в данном обзоре, никогда не была представлена для рецензирования, а это означает, что качество исследований может быть разным, поэтому экспериментальный разработки, сделанные в ходе таких экспериментов, их внедрение полученные и результаты не могут быть полностью подтверждёнными. 

Основной причиной существования данного объема литературы о кофе является то, что исследователи надеются обнаружить такие показатели вкуса кофе, которые позже крупные компании смогут использовать для того, чтобы легко определить срок годности своего кофе (Kallio и др. 1990; Marin и др. 2008; Ross и др. 2006; Czerny and Sciberle 2001). В сфере производства спешелти кофе мы, без сомнения, точно можем измерить степень старости зерна в заваренном кофе методом профессионального каппинга (Lingle 2011). Фактически большинство химических соединений, присутствующих в обжаренном кофе, которые в конечном итоге суспендируются в кофейном напитке, практически неизвестны (Nicoli et al. 2009), тогда как химический состав запаха кофе был более подробно задокументирован (Semmelroch and Grosch 1995; Czerny и др. 1999; Mayer и др. 2000). В связи с ограниченностью методов и мнением о том, что показатели аромата кофе является вполне достаточным маркером его старения, соединения, которые влияют на кофейный аромат, измеряются по показателю вкуса. Из этих идентифицированных летучих соединений исследователи определили некоторые соотношения, которые, по их ощущениям, связаны с реакциями, которые происходят после того, как кофе обжаривают, и он начинает стареть. Эти соотношения коррелируют с одновременными сенсорными оценками, подтверждая вывод о том, что эти показатели очень важны. Однако идентифицированные соединения в этих исследованиях могут быть лишь некоторыми из многих возможных летучих соединений, присутствующих в кофе.

Одна из наиболее важных причин для беспокойства в литературе, изучающей процесс старения кофе, состоит в том, что эксперименты проводятся на разном кофе, зачастую низкого качества, при этом лишь немногие из них используют кофе, который можно назвать спешелти, и при этом сам кофе не был оценен экспертами. Поскольку о химии старения известно очень мало, мы, безусловно, можем получить знания из этих исследований, но качество кофе все равно следует принимать во внимание. Половина исследований, рассмотренных здесь, была проведена на сортовой смеси кофе робуста или робуста / арабика, подробно описанных в таблице 1 (см. ниже). Кроме того, семь исследований вообще не включали информацию о сортах кофе в свои отчеты, не оставляя важных данных для тех, кто , возможно будет заинтересован в том, чтобы повторить данные эксперименты или использовать результаты уже имеющихся.

Еще одна важная методологическая проблема в исследованиях, посвященных изучению старения кофе, — это метод, используемый для определения летучих соединений, играющих важную роль в процессе старения зерна. Исследователи пытались найти способ измерения «свежести», который возможно было бы с точностью повторить другим, и для научного сообщества такой способ существует — это анализ с помощью газовой хроматографии летучих веществ в свободном пространстве (Kallio et al. 1990; Holscher and Steinhart 1992), где используется обжаренный и молотый кофе, который нагревают и / или перемешивают (при температуре до 90 ° C и/или в течение 19 часов), так что он выделяет все возможные летучие соединения, которые улавливаются и затем идентифицируются с уже известными соединениями по относительной плотности (см. таблицу 3 ниже) ). Этот метод, хотя и является научно обоснованным, однако он не может дать ответы на вопросы, интересующие отрасль спешелти кофе, поскольку он сильно насыщает кислородом, повторно обжаривает или выжигает кофе, позволяя летучим веществам выходить из него.

Старение обжаренного кофе - процессы и причины

Кроме того, в этих исследованиях, посвященных процессу старения кофе, методы количественного определения старения зерна и его срока годности не были последовательными. В конечном счете, все они сводятся к определению срока годности кофе и того, кто сможет его определить у кофе. Исследователи в области пищевой индустрии тщательно изучали срок годности других пищевых продуктов. Smith и др. (2004) в своей статье, описывающей процесс старения выпечки, утверждают, что старение - это «почти любое изменение продукта, делающее его менее пригодным для употребления». Однако у срока годности существуют и другие определения. Согласно статистике, пищевая промышленность имеет тенденцию определять порчу продукта, как его неудовлетворение более чем 50% потребителей. Другими словами, более 50% дегустаторов считают, что продукт не является «непригодным» для употребления в пищу (Fu and Labuza 1993). Эти 50% исходят из экспериментального метода, разработанного учеными в области пищевой промышленности для проверки срока годности продукта, который называется анализом опасности Вейбулла (Gacula 1975). Это тест, который увеличивает количество сенсорных маркеров по мере снижения качества продукта. Этот тест окончательно завершается, когда 50% участников считают этот продукт непригоден для употребления. В исследовании кофе Labuza и др. (2001) определили истечение срока годности, когда более 50% потребителей были «не удовлетворены» продуктом, однако ученые использовали в своей шкале оценки потребителей только «пригодные» и «непригодные». В конечном счете, необходимо решить, как определить «предел допустимости» старения зерна. Это как раз было освещено в недавней публикации Nicoli и др. (2009). Они обсуждают трудную задачу найти предел старения кофе, поскольку, старея после обжарки, он не представляет опасности для здоровья и не обладает биологической токсичностью, как это делают другие продукты питания. Они предполагают, что сенсорная оценка является единственным допустимым методом, и что он должен основываться на допустимых пределах, удовлетворяющих потребителей, поскольку «продукты не имеют сенсорных сроков хранения без потребителя» (Nicoli и др. 2009).

Наконец, почти половина оригинальных исследований, посвященных изучению кофе, включенных в этот обзор (12 из 28), не была доступна в рецензируемой статье. Несмотря на то, что эти результаты были представлены на профессиональной конференции, в первую очередь на заседаниях Ассоциации по науке и информации о кофе (ASIC), было бы очень полезно, если бы сообщество уделяло больше внимания рецензируемым исследованиям. Процесс рецензирования заслуживает внимания на двух уровнях, оба из которых должны иметь важное значение для кофейной промышленности. Первый — это гарантия правильности экспериментальных методов, размера выборки и общей пригодности конкретных тематических методов. Данная система правил и строго контроля обеспечит полную достоверность информации, доступность данных и повторяемость экспериментов, что несомненно будет одобрено читателями, таким образом, предоставив им гарантию точности и качества. Вторая заслуга экспертной оценки заключается в том, что она позволяет тем, кто заинтересован в продолжении исследований, опираться на результаты предыдущей работы. Прочная база надежных, рецензируемых исследований крайне важна для создания новых идей и работ.

Следующие шаги

Несмотря на все исследования, проводимые в отношении старения кофе, очень немногие работы, рассмотренные здесь, были в состоянии удовлетворить научные потребности сообщества спешелти кофе. Это послужило стимулом для SCA для разработки плана по изучению процесса старения кофе и его роли в спешелти индустрии. В течение следующего года SCA и Гильдия Ростеров проведут серию экспериментов для проверки скорости и обнаружения первых признаков старения зерна, а также предела старения кофе для потребителя при различных способах упаковки. Мы соберем данные от высококвалифицированных и опытных бариста о процессе старения различных сортов кофе, которые были упакованы разными способами. Далее мы перейдем к ограниченному потребительскому тестированию вкусовых качеств кофе различного возраста и способа упаковки. Исходя из этих данных, полученных от потребителей, мы сможем понять, способность среднестатистические покупатели определять старое на вкус зерно, а также оценить индивидуальные сроки хранения при различных методах упаковки, используемых в спешелти сообществе. Результаты этих экспериментов будут собраны и проанализированы в подробном отчете, который будет опубликован SCA.

Автор статьи: Emma Sage. Перевод: Дарья Вельт

Спасибо за чтение.

С любовью, команда Eastbrew Coffee