「咖啡因」是怎麼噴出來的？

「咖啡因」的各種名字與其化學式（改自維基百科）。

我記得當初入門咖啡印象最深刻的第一件事，就是得知「深焙咖啡」的咖啡因，比「淺焙咖啡」的咖啡因來得少，也就是說，外面常見的義式咖啡機現煮的「義式濃縮咖啡（通常都用深焙的豆子，然後通常會被做成特調咖啡，拿鐵、瑪奇朵那類的）」，會比「美式咖啡」更容易讓人睡著。

這個概念很可能是每個人探究咖啡的第一個知識門檻，不過其實上面這段話所宣稱的內容，問題可能非常多。我們先不管實際上深、淺焙豆子到底哪個咖啡因比較重，應該先來談談「義式咖啡」跟「美式咖啡」到底是什麼意思？

「義式咖啡」比較標準的意思，是使用9大氣壓的義式咖啡機，並且以7克（g）重的極細粉末透過高壓熱水瞬間沖刷過去，逼出來的30毫升（c.c.、ml）咖啡液，以這個氣壓、咖啡粉跟水的比例（或者粉比例更多、氣壓更高皆可）煮出的濃縮咖啡，不管後面又加了牛奶或鮮奶油或糖（惟獨純水例外），都可以稱為義式咖啡。

再來，「美式咖啡」，所指有兩種可能，首先是用美式咖啡機煮出來的咖啡，美式咖啡機用的粉、水比例跟手沖的比例一樣，差不多是1克咖啡粉榨出10到18毫升的咖啡汁，7克就能做70到126毫升的咖啡，是濃縮量的2到4倍，這種美式使用中粗度的粉末慢慢萃取，也沒有額外加壓。另一種比較常見的美式咖啡則是用義式濃縮咖啡直接加熱水稀釋，通常是稀釋四到五倍。當然，因為萃取方式不同，這兩種美式咖啡即便好像「濃度一樣」，但其實味道差別很大。

好，那麼根據以上兩種名稱咖啡的實質意義，我們回來討論「咖啡因」。本文第一段所宣稱的內容其實模糊地指涉了兩個完全不同的看法：一、「深焙咖啡豆」的咖啡因含量，比「淺焙咖啡豆」來得少。二、「義式咖啡」的咖啡因含量，比「美式咖啡」來得少。差別在於，一是原料本身，二是製成咖啡後的結果。


咖啡的萃取變因？

一比較難先放著，我們先談二。「咖啡因」這個物質會因為沖煮過程的差異而產生萃取量的變化，咖啡因「微溶」於水，溶解度也會被溫度與時間影響，以下這個性質數據應該很清楚（網路的百科資料）：

攝氏25度，每毫升水可溶解2.2毫克（mg）的咖啡因；攝氏80度，每毫升水可溶解180毫克的咖啡因；攝氏100度，每毫升水可溶解670毫克的咖啡因（「可溶解」的意思是，溶到無法再溶的上限，也就是飽和溶液狀態）。值得注意的是不同溫度溶解度的級距相當大（所以溫度差一點點，咖啡因的飽和溶量就差很多），隨溫度上升溶解度越高，也意味著溶解的速度跟著提升；而時間越拉長，則溶解的情況會越徹底。

咖啡粉的粗細會直接改變水流經過時帶走的成份多寡，總量相同的咖啡粉，細粉末能跟水接觸的總面積會比粗粉末多，所以在粉末以外的條件一致的前提下，細粉末被水帶走的東西多，也因此咖啡會比較濃稠。但義式咖啡用的粉量比較少，我們先考慮通常情況下一杯標準的義式跟一杯標準的美式的情況：7克粉做出30毫升的濃縮咖啡液（套牛奶做一杯拿鐵就有120毫升以上）、10克粉做120毫升的美式咖啡液（或者7克粉做出30毫升的咖啡液後再加90毫升以上的熱水稀釋）。

我們至少可以判斷，用濃縮稀釋做成的「一杯美式咖啡」，一定跟「一杯義式濃縮咖啡」的咖啡因「總量」一樣，因為咖啡的部分都是用相同的方法製作、咖啡液量也相同；但是如果這種濃縮做的美式咖啡稀釋得更多（比方說30毫升濃縮套四倍熱水，變成150毫升的美式咖啡），或者直接拿義式濃縮咖啡（不額外加任何東西）跟美式咖啡比較，咖啡因的「比例含量」就會因為一整杯咖啡產品總量的差別而產生差異，即便兩個的咖啡因總量都是相同的。

上面這點很重要，我們談論「咖啡因多或少」，到底是在談「咖啡因比例含量」還是「咖啡因總量」？通常市售的罐裝咖啡，以及即溶咖啡，所寫的咖啡因含量都是以「ppm」或「mg/ml」這種比例含量表示，沒意外的話，現煮連鎖咖啡店的咖啡因標示也應該是以比例含量去區別哪個高哪個低。如果a咖啡的咖啡因只有b咖啡的一半，但a咖啡一杯量卻有b咖啡的三倍多，同樣都是喝一杯，喝低咖啡因比例含量的a咖啡的人，所攝取到的咖啡因當然就會比喝b咖啡的人多。

以上這其實是很簡單的事，只是我儘量講得詳細，不要誤以為複雜。接著，義式咖啡萃取的時間相當短（壓力瞬間沖出），跟美式咖啡機那種慢條斯理慢慢噴、一坨一坨水斷斷續續地泡，然後透過濾紙緩衝，那些咖啡粉浸泡在水裡的時間就相對長，記得我剛剛說的，「時間越拉長，則溶解的情況會越徹底」，單就浸泡時間來看，美式咖啡機萃取咖啡因的量會是較多的，而且一杯所用的粉量也比較多，再加上從咖啡粉身上流過的水又比較多會帶走更多東西，但是就咖啡研磨度來看，義式的細粉末又應該會比較能萃取較多的咖啡因，那麼到底一杯美式咖啡機的咖啡（120毫升咖啡液），跟一杯義式咖啡機的濃縮咖啡（30毫升咖啡液），哪個咖啡因總量比較高呢？

簡化地講就是：「粉末粗細 v.s 泡水時間與過水量與粉量」這兩方萃取效率的PK了。我目前不知道答案，而咖啡界普遍認為的「義式濃縮咖啡的咖啡因比較低」這件事，只能算有參考性，實際上如何在沒有更細緻的資料之前還很難說。

BUDU崇尚「用身體去感覺，身體是最誠實的」，多次表示喝冰滴咖啡有心悸情況發生，懷疑冰滴咖啡並不像網路上常見的「溫度低，所以咖啡因溶解度低，所以咖啡因較低」這種說法，而是高咖啡因的，生態綠徐文彥也認為冰滴咖啡是咖啡因最高的咖啡，因為它一滴一滴的，浸泡時間最久，咖啡因的水溶性在冰滴裡發揮得淋漓盡致。

我目前對冰滴咖啡的咖啡因含量仍然存疑，攝氏5度的萃取方式，跟攝氏80度的萃取方式，咖啡因的溶解度（包含其影響的溶解速率也會大幅下降）有著巨大差異，除非咖啡萃取時，水所能碰到的溶質（包含咖啡因）少到不值得一談（遠遠不達飽和溶液所需的量），即任何溫度都能輕易地把咖啡粉上所能碰到的所有咖啡因取下帶走，那麼，這種結果會是冰滴會因為浸泡時間長以及細粉末而有較多的咖啡因萃取。這點確實是可能的。

我們來看篇報告，2009年由中華醫事科技大學、中興大學、南台科技大學三所學校共六名食品、生物、餐旅相關系所的大學、研究所學生，連名發表於《臺灣農業化學與食品科學》的論文《不同製備法製得咖啡之抗氧化性及咖啡因含量》，裡頭這麼寫道：

咖啡因含量分析則依序為美式＞義式≒摩卡壺＞虹吸式＞滴漏式＞冰滴式(0.947, 0.699 ≒0.672, 0.592, 0.410 及0.330 mg/g)，此與咖啡製備時的萃取時間和溫度呈現正相關。最後在總固形物含量之分析上發現，各種製備法製得咖啡之清除自由基能力、色澤深淺、總酚、類黃酮及咖啡因含量均與總固形物含量成正相關趨勢。因此，能萃取較多總固形物之美式或義式咖啡其清除自由基能力、色澤深淺、總酚、類黃酮及咖啡因含量均較高，而滴漏式及冰滴式咖啡則反之。

要注意的是這個實驗所用的咖啡粉量以及咖啡粉粗細是完全一樣的，而且萃取的咖啡液含量也都相同，也就是說，義式跟冰滴該細一點的沒細（或者其他該粗沒粗），義式萃取的水量該少也沒少，無法作為一般飲用咖啡的參考。這個實驗只能說明一件事：溫度跟時間確實會影響咖啡因的萃取量。而效率跟粉末的粗細有沒有更大的關係就無從得知了。

另外，2012年中興大學食品暨應用生物科技學系所研究生王妙如，在其碩士論文《低溫下萃取咖啡所得萃出液中之咖啡因濃度》的摘要裡也提到：

本研究以購自台灣冰咖啡豆為實驗材料，在低溫條件下設定不同參數萃取咖啡，並以傳統熱泡式咖啡為對照組，分析不同萃取條件對咖啡中咖啡因含量等物性變化。相同咖啡質量下，隨著不同萃取條件，萃出液中咖啡因濃度亦有所不同。結果顯示，萃取溫度是影響萃出液中咖啡因濃度的最大因素，咖啡因濃度會隨萃取溫度提高而增加，亦隨咖啡粉粒徑、萃取液量、萃取流速減少而增加。相同咖啡質量下，以低溫（5℃）萃取的咖啡萃出液咖啡因含量顯著較低，僅為熱泡式咖啡的1/2左右。

這篇低溫萃取報告我不知道實驗內容如何進行（因為沒有電子檔全文，暫時也無法找紙本論文），低溫萃取至少有三種方法，冰滴、冷泡、冰水滴濾，不同方法的可控制條件幅度會有不同，這就很難判斷是不是因為器材的侷限性讓研究宣稱「萃取溫度是影響萃出液中咖啡因濃度的最大因素」，而且還高於咖啡粉末粗細、過水量多寡的影響。

關於BUDU心悸的問題，我也作個補充，咖啡中含有的物質相當多，其中有不少物質會引起身體不適，例如這篇〈科學家發現咖啡中讓胃不舒服的成份〉寫道：「歐洲的科學家說他們已經確定咖啡中好幾種可能導致人們胃部疼痛與心灼熱的成份。」（不過文章主要是寫胃）。

每個人的體質也可能對不同物質過敏，甚至對溫度過敏，而在不同時機（例如空腹）喝咖啡造成的影響可能也不一樣；我阿姨正是個跟BUDU相反的例子，她喝一般咖啡很容易失眠，不過喝了我們做的冰滴卻沒有這種困擾，這些都無法證明BUDU的不適並非咖啡因引起，更無法證明冰滴的咖啡因比較高或低，僅能作為可能線索的參考而已。


咖啡豆的烘焙影響？

回到另一個大題，我原本一直以為咖啡豆應該是「越烘焙，咖啡因流失越多」，也就是隨著烘焙度不斷提升，從淺焙到深焙咖啡因會越來越少，所以理論上，義式咖啡幾乎都採用深焙咖啡豆的情況下，會比其他比較常沖煮中深焙，甚至中焙、淺焙的咖啡豆的咖啡，咖啡因來得少，這點是在材料上的直接差異。

直到我在「咖啡123」粉絲頁看到他們自己寫的Q&A提到，採用淺焙咖啡豆有助於減少咖啡因攝取量時，心想是不是寫反了，參與回應討論之後才了解到，這個問題複雜得多了。以下我先整理一些我在書上看到的各種正反資料給大家參考，這些書籍的作者都有深厚的咖啡知識技能，都是職業級的玩家，這是提醒你，至少我們可以知道他們基本上不會出現在實驗室裡。

主張深焙會減少咖啡因：

不要的成分中主要代表就是「單寧」（Tannin），正確稱呼應該是「綠原酸」（Chlorogenic acids），咖啡生豆中含有八到九％，烘焙豆中含有四到五％。與咖啡因（Caffein）同樣具有在某些烘焙度下會被分解的性質。烘焙到義式左右的深度烘焙時，九Ｏ％會被分解。（《咖啡大全》，2003，田口護，P.127~P.128）

比較令人意外的是，淺焙咖啡中所含的咖啡因，要比深焙咖啡豆高上許多。（《咖啡基礎入門》，2008，田口護，P.48）

然而，說到每種咖啡是否所含的咖啡因含量都為一致？其實，並非如此。咖啡因的含量會隨著煎焙程度而改變。或許有人會感到相當意外，煎焙程度愈深，也就是色澤愈深的咖啡，咖啡因含量反而較少。義式烘焙沖煮成的濃縮咖啡和全城市烘焙沖煮成的咖啡，全城市烘焙的反而含有3倍之多的咖啡因含量。也就是說，煎焙程度越愈淺的美式咖啡，其咖啡因含量為最多。建議飲用咖啡時依狀況做選擇，早晨趕走睡意就要喝美式咖啡，就寢前盡量挑選咖啡因含量較少的濃縮咖啡。（《我的第1本咖啡Book》，2009，富田佐奈榮，P.173）

主張烘焙幾乎不會影響咖啡因含量：

改變組織與結構：根據科學家的研究（Illy,"Espresso Coffee"），烘焙會改變咖啡內部的組織。其中，碳水化合物從58.9%劇降到38.3%，酸性物質（脂肪酸、奎寧酸與氯酸等）從8.0%降到4.9%。在高溫裂解作用之下，這些物質發生重組，轉變為焦糖、二氧化碳與一些可揮發性物質。其中，焦糖占烘焙豆質量的25%，形成咖啡的甘味；而脂質（Lipids）原占生豆中的16.2%，在烘焙後則提升為17%，是醇味與稠感的來源。咖啡因的含量在烘焙前後幾乎沒有變化，有人誤以為重烘焙的咖啡較苦，咖啡因較多，這並不是正確的說法。（《精選好咖啡》，2012，柯明川，P.76）

主張生豆比熟豆咖啡因高：

咖啡豆可以吃嗎？咖啡豆具有獨特的天然香氣，說不定也有人會覺得很好吃呢！生豆的咖啡因較高，但基本上相去不遠。要注意的是，經過烘焙程序的咖啡豆，會比煮好的咖啡帶有強烈刺激性，所以平常不常喝咖啡的人、小孩子都不要隨便嘗試比較好。（《咖啡知識大全》，2010，LOHO編輯部，P.179）

主張深焙咖啡豆比淺焙咖啡豆有更多咖啡因：

一杯咖啡中含有多少咖啡因呢？100ml的咖啡中，大約含40~70mg的咖啡因。冷泡式的咖啡因較低，深度烘焙的咖啡因比淺度烘焙來得多，至於義式濃縮咖啡的咖啡因就更多了。（《咖啡知識大全》，2010，LOHO編輯部，P.182）

而「咖啡123」給我的回應，也是引用咖啡專家書籍的資料：

咖啡因的熔點高達237度C，因此經過烘焙後的咖啡因幾乎完整保留下來，並溶入杯中。常有人誤以為深焙豆的咖啡因比淺焙豆低一些，實情可能正好相反，因為深焙豆失重20%，必須以更多豆子來泡煮咖啡，結果喝入更多的咖啡因，所以深焙的咖啡因往往高於淺焙，此一認知很重要。不妨自己算算，10公克深焙豆有幾顆？肯定多於淺焙豆。（《咖啡學：祕史、精品豆與烘焙入門》，2008，韓懷宗，P.216）

韓懷宗的這則資料其實滿有道理的，因為很多情況我們確實未考慮到深淺焙咖啡豆的數量，而只看重量而已。深焙豆在手沖情況的時候確實會用到比較多的豆子數來製造咖啡，因為深焙豆比較輕，煮咖啡是秤重來算的。不過通常情況手沖深焙時會用比較低溫的水萃取，這或許也會挽回一點咖啡因的溶解程度。在「咖啡因不因烘焙而不斷流失」與「咖啡因越烘越高」的兩種假說下，韓懷宗的說法少見且值得重視。

另外，韓懷宗提到熔點的看法也很令我在意，根據網路資料，咖啡因的熔點是攝氏237到238度，而沸點則是攝氏178度，前者是固體變液體，後者是液體變氣體（昇華），我目前不清楚在咖啡生豆中，咖啡因究竟是以液態還是固態存在，這點完全找不到相關資訊。

咖啡書籍大致上都有介紹咖啡烘焙時的溫度控制，我看到的資料是從180度開始烘，咖啡豆溫度會從室溫開始逐漸增加，到深焙階段會衝上200度以上，接著是有機會達到220度甚至230多度，不過這種機會似乎很少，可能是因為資料範本沒烘到這麼深。

如果咖啡因在生豆裡是以液態存在，那從烘焙的中途咖啡豆加溫到178度就會開始流失，隨著烘焙越久、溫度越來越高而越來越少；如果是以固態存在，那就只有在最後幾分鐘的時間內有機會讓咖啡因變成液體，然後昇華成氣體而流失，也就是只有夠久的深焙階段才會出現咖啡因含量下滑的情形。

這裡有一篇幾位東吳大學生們，在通識基礎課程寫的生命學導論期末報告《咖啡中咖啡因含量及對人可能有的影響》，裡頭提到：

報告裡的圖表合併版。

不同溫度與時間焙炒咖啡豆之咖啡因含量變化之探討：由圖二中得知咖啡豆在210℃的焙炒之下，咖啡因的含量隨著時間的增加而增加，當焙炒時間增加到20分鐘時咖啡因含量最高；咖啡豆在220℃的焙炒下咖啡因的含量在16分鐘時達到最高；咖啡豆在230℃的焙炒之下，咖啡因的含量在16分鐘時是最高的，隨著時間的增加咖啡因的含量下降。由圖二推斷當咖啡豆在210℃焙炒下，咖啡豆中咖啡因的含量在20分鐘達到最高以後，若焙炒時間增長，咖啡因的含量不會增加，反而會慢慢的下降。可推斷咖啡豆在高溫的焙炒之下，高溫之下咖啡細胞結構受到破壞（Spior and Hunter,1985），因此溫度越高、時間越常則咖啡因的含量越少。（文獻註解：Spiro, M. and Hunter, J.E. 1985. The kinetics and mechanism of caffeine infusion from coffee: the effect of roasting. J. Sci. Food Agric. 36: 871）

上面的意思就是：溫度夠高的話，咖啡因會因烘焙而先上升，然後再下降。不過我無從得知咖啡豆大概在「達到」幾度的時候發生下降情況，文中的溫度設定是恆溫的，看來只是烘豆機的烘烤溫度，而非咖啡豆被烘達的溫度。不過這至少能掌握到：咖啡因不是越烘越少，而是越烘越多，或者先變多再變少（但這是引用快三十年前的實驗文獻，咖啡因的測量方法與烘焙技術有沒有進展也很難說）。

另外來看一則國內的實驗資料，1999年大葉大學食品工程研究所，簡永杰的碩士論文《咖啡豆之含氮化合物於焙炒時之反應》摘要：

本研究主要以咖啡豆在不同溫度、時間焙炒的加工條件下，探討咖啡豆中基本組成及含氮化合物的變化。在含氮化合物的分析方面，咖啡豆在焙炒溫度為230℃的實驗組中，隨焙炒時間的增加，豆中咖啡因的含量隨之減少，可能是來自豆內其他嘌呤植物鹼（purine alkaloids）中的膽鹼（choline）在焙炒過程中因卵磷脂（lecithins）分解而使得咖啡因含量減少。

雖然看不懂他在說什麼，不過他表示230度高溫烘焙會讓咖啡因含量下降，只是原因跟上一則文獻提的不同，而摘要裡也沒提及溫度較低的情況下是否會發生咖啡因增加的現象。


結論？！

所以，實際上「咖啡因」到底是怎麼樣呢？！義式到底高還低？冰滴到底高還低？深焙豆到底高還低？根本搞不懂啊！！加上我們英文都很爛，根本無法找外國文獻。所以我決定，等到賺了點小錢之後，我們要把產品直接送去化驗。（DUST，2012/11/29）