การคั่วกาแฟคือ? แล้วความชื้นเกี่ยวข้องอย่างไร?

การคั่วเมล็ดกาแฟ (Roasting Coffee) เป็นการแปรรูปกาแฟ โดยการคั่ว (roasting) เมล็ดกาแฟ (green coffee bean) ที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส การคั่วเมล็ดกาแฟทำให้เกิดกลิ่นหอมจากปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard reaction) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (non enzymatic browning reaction)

ความชื้น (Moisture content) เป็นค่าที่บ่งชี้ปริมาณน้ำที่มีอยู่ในอาหาร เป็นสมบัติที่สำคัญมากที่สุดอย่างหนึ่งของอาหาร และส่งผลต่อ A* ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาล (browning reaction) และ B* ปฏิกิริยาออกซิเดชันของลิพิด (lipid oxidation)

ปฏิกิริยาทางเคมีที่ทำให้อาหารเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลเกิดขึ้นได้ระหว่างการแปรรูปและเก็บรักษา สามารถแบ่งปฏิกิริยาได้เป็น 2 ประเภทหลัก คือ

• ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (enzymatic browning reaction)
• ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (non enzymatic browning reaction) หรือเรียกว่า ปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard reaction)

นอกจากนี้ยังมีปฏิกิริยาการเกิดคาราเมล (caramelization) ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้น้ำตาลที่อุณหภูมิสูง ได้เป็นสารสีน้ำตาลและมีกลิ่นหอม จึงใช้เป็นสีผสมอาหารได้

A*   ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาล (browning reaction) ที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ ทำให้เกิดสีน้ำตาลในอาหาร มี 2 ประเภท คือ

• ปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard reaction)
• ปฏิกิริยาการเกิดคาราเมล (caramelization)

ปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard reaction) เป็นปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาล (browning reaction) ชนิดที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์
(non enzymatic browning reaction) เกิดขึ้นระหว่างน้ำตาลรีดิวส์ (reducing sugar) กับกรดแอมิโน โปรตีน หรือสารประกอบไนโตรเจนอื่นๆ โดยมีความร้อนเร่งปฏิกิริยา ผลิตผลที่ได้จากปฏิกิริยาเมลลาร์ด เป็นสารประกอบหลายชนิด ที่ให้สีน้ำตาลและกลิ่นรสต่างๆ ทั้งที่พึงประสงค์ และไม่พึงประสงค์ เช่น สีน้ำตาลที่เกิดขึ้นระหว่างการอบ การทอดเ ช่น เนื้อสัตว์ เบเกอรี (bakery) ปฏิกิริยานี้ยังมีความสำคัญต่อการเกิดสีและกลิ่นหอมที่ได้จาก การคั่วเมล็ดกาแฟ โกโก้ การทำคาราเมล ทอฟฟี่ ช็อกโกแลต

น้ำปลา ซีอิ๊ว (fermented soy sauce) เป็นต้นผลิตผลที่ไม่พึงประสงค์จากปฏิกิริยาเมลลาร์ด พบระหว่างการเก็บรักษา ทำให้ผลิตภัณฑ์เปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเข้ม เช่น ใน นมผงทุเรียนกวน เป็นต้น

ขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาเมลลาร์ด

1. น้ำตาลรีดิวซิง (reducing sugar) ทั้งน้ำตาลคีโทส (ketose) เช่น ฟรักโทส (fructose) และแอลโดส (aldose) เช่น กลูโคส (glucose) จะรวมตัวกับหมู่แอมิโน (RNH2) ของ กรดแอมิโน ได้เป็นไกลโคซิลเอมีน
2. เกิดปฏิกิริยาดีไฮเดรชันได้เป็นอิมีน (imines หรือ Schiff ‘s base) และมีการเรียง ตัวใหม่ซึ่งมีชื่อเรียกว่า Amadori rearrangement ได้เป็นแอลโดสเอมีน (aldoseamine) หรือ คีโทสเอมีน (ketoseamine) เรียกว่า Amadori compound เช่น 1-อะมิโน-1-ดีออกซี-คีโทส ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องได้ เมื่อมีค่าพีเอช 5 หรือต่ำกว่า
3.  เกิดปฏิกิริยา enolization ของ Amadori compounds ได้เป็นไดคีโทสเอมีนหรือไดแอมิโนชูการ์ เช่น 3-ดีออกซีเฮกโซซูโลส
4. เกิดปฏิกิริยาดีไฮเดรชันต่อได้เป็นอนุพันธ์ของฟูแรน (furan) ถ้าเป็นน้ำตาลเฮกโซส อนุพันธ์ฟูแรน คือ 5-ไฮดรอกซีเมทิล-2-เฟอรัลดีไฮด์ (5-hydroxymethyl-2-furaldehyde หรือ HMF)
5.  อนุพันธ์ฟูแรนวงแหวน เช่น HMF จะเกิดพอลิเมอไรซ์อย่างรวดเร็วได้เป็นสารสีน้ำตาลที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วยและ ไม่ละลายในน้ำ ซึ่งต่างจากการเกิดคาราเมไลเซชัน (caramelization) ซึ่งมีสีน้ำตาลเพียงอย่างเดียว สารสีน้ำตาลที่เกิดขึ้นนี้จึงเรียกว่า เมลานอยดิน (melanoidins) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นปฏิกิริยาโมลต่อโมล (mole per mole reaction)

ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเมลลาร์ดจึงมีทั้งพอลิเมอร์ที่ละลายในน้ำและไม่ละลายในน้ำ

ปฏิกิริยาการเกิดคาราเมล (caramelization) คือ ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (non enzymatic browning reaction) ซึ่งเกิดจากการสลายตัวของโมเลกุลน้ำตาลด้วยความร้อนสูง และมีการเกิดพอลิเมอร์ (polymerization) ของสารประกอบคาร์บอนได้เป็นสารที่มีกลิ่นและรสเฉพาะตัว เรียกว่า คาราเมล (caramel)

B*   ปฏิกิริยาออกซิเดชันของลิพิด (lipid oxidation) คือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (oxidation) ระหว่างออกซิเจนกับลิพิด (lipid)ซึ่งหมายถึงไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) ที่มีกรดไขมันชนิดชนิดไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acid) ณ ตำแหน่งพันธะคู่ทำให้เกิดสารที่ให้กลิ่นและรสที่ผิดปกติ เรียกว่า การหืน (rancidity) เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) เพราะอนุมูลอิสระ(free radical) ที่เกิดขึ้นจะกระตุ้นโมเลกุลกรดไขมันที่เหลือให้เกิดปฏิกิริยาต่อไป

อ้างอิงข้อมูล ผลงานวิจัย  ผศ.ดร.พิมพ์เพ็ญ พรเฉลิมพงศ์