Chiunque abbia un interesse professionale nella torrefazione del caffè o nella cottura del pane ha sentito parlare della reazione di Maillard . Ma la reazione correlata, chiamata degradazione di Strecker , è molto meno conosciuta e ha un ruolo cruciale da svolgere nella torrefazione del caffè. In questo post, esploreremo in profondità questa reazione poco apprezzata, quindi assicurati di avere i camici da laboratorio e gli occhiali di sicurezza a portata di mano.
Tempo fa abbiamo scritto un'introduzione alle reazioni di Maillard e al loro ruolo nella torrefazione. Sono reazioni con una "s" perché sono una complessa rete di reazioni chimiche che derivano dal riscaldamento di zucchero e proteine insieme. Le reazioni di Maillard contribuiscono molto al delizioso aroma e al colore di molti cibi e bevande diversi che "diventano marroni" mentre cuociono o si asciugano. La degradazione di Strecker è spesso considerata un sottoinsieme delle reazioni di Maillard, ma con il caffè in particolare ha un ruolo molto specifico e importante da svolgere. Contribuisce a gran parte dell'aroma caratteristico del caffè fresco e crea quasi tutta la CO 2 intrappolata nei chicchi. Ciò significa che il degrado di Strecker è la causa principale della seconda fessura: ti consigliamo vivamente di non arrostire nella seconda fessura. La cosa più intrigante di tutte, la quantità di composti Strecker nel tuo caffè può essere influenzata cambiando il modo in cui viene tostato, come viene preparato e come viene conservato.
La Chimica di Degrado Strecker
La degradazione di Strecker è stata identificata per la prima volta dal chimico tedesco Adolph Strecker nel 1862. La reazione converte gli amminoacidi, i mattoni delle proteine, in composti aromatici volatili chiamati aldeidi. Le aldeidi hanno tipicamente odori caratteristici e molte di esse possono essere percepite anche a concentrazioni molto basse, il che le rende una parte importante del complesso aroma del caffè fresco.
La degradazione di Strecker è una reazione in due fasi: l'amminoacido viene ossidato con l'aiuto di un altro composto (l'ossidante) e la molecola risultante si scompone in un'aldeide, liberando nel processo ammoniaca e anidride carbonica.
Degrado Streker . Un amminoacido viene convertito in aldeide con l'aiuto di una molecola ossidante. Qualunque sia la catena laterale (R) dell'aminoacido, formerà la base dell'aldeide.
L'ossidante è solitamente un composto dicarbonilico, una molecola con due atomi di ossigeno uniti da doppi legami agli atomi di carbonio vicini. Le reazioni di Maillard sono una potente fonte di questo tipo di molecole, motivo per cui la degradazione di Strecker è strettamente legata alle reazioni di Maillard.
Una molecola dicarbonilica ha due gruppi carbonilici uno accanto all'altro. Il gruppo carbonilico (cerchiato in rosso) è costituito da un ossigeno unito alla catena di carbonio con un doppio legame.
L'aldeide risultante può continuare a formare molti altri composti, comprese le melanoidine e alcuni dei più importanti composti aromatici del caffè.
Che odore hanno le aldeidi di Strecker?
Le aldeidi in generale sono altamente aromatiche e ampiamente utilizzate nei profumi o negli aromi per i loro aromi floreali o fruttati. Le aldeidi possono coprire l'intero spettro degli aromi del caffè: qualsiasi cosa, da floreale, erbaceo e fruttato a nocciolato, maltato, tostato e terroso. Le aldeidi formatesi nella degradazione di Strecker sono una parte cruciale dell'aroma del caffè fresco e possono essere utilizzate come indicatore della freschezza del caffè ( Buffo e Cardelli-Freire 2004 ).
Esempi di aldeidi Strecker presenti nel caffè includono la fenilacetaldeide, che ha un aroma floreale o simile al miele, e il metilbutanale, che è generalmente percepito come maltato o cioccolatoso (Poisson et al 2020). In genere hanno soglie di gusto basse, il che significa che è necessaria solo una piccola quantità di aldeide per poterli annusarli, il che li rende una parte importante dell'aroma del caffè.
La degradazione di Strecker svolge anche un ruolo vitale nelle reazioni di Maillard, creando precursori per tutti i tipi di aromi chiave del caffè, comprese le pirazine che conferiscono al caffè appena tostato gran parte dei suoi caratteristici aromi di terra, nocciola e tostato ( Toledo et al 2016 ). Poiché è coinvolto nella formazione di così tanti importanti composti aromatici, la degradazione di Strecker aiuta a "guidare" le reazioni di Maillard verso la creazione di composti che contribuiscono all'aroma, non solo al colore, al caffè ( Yaylayan 2003 ). Ecco perché è così importante il sapore del caffè tostato.
Degrado Strecker Causa la seconda crepa
Ogni amminoacido che si decompone per degradazione di Strecker rilascia anche una singola molecola di anidride carbonica. Sorprendentemente, questo è sufficiente per spiegare la stragrande maggioranza - 80% o più - della CO 2 formata all'interno del chicco di caffè durante la tostatura ( Wang e Lim 2017 ). Durante la tostatura, una parte dell'anidride carbonica formatasi durante la tostatura viene intrappolata nelle celle del caffè, aumentando gradualmente la pressione all'interno.
L'effetto della prima e della seconda fessura sulla struttura di un chicco di caffè. Queste immagini, scattate con un microscopio elettronico, mostrano come le cellule si gonfiano e si rompono durante la seconda frattura. Preso da Wang (2012).
La prima crepa è causata dall'evaporazione dell'acqua in vapore, che accumula pressione all'interno del chicco fino a romperne la struttura. La seconda crepa è un processo simile che si verifica quando la pressione dell'anidride carbonica all'interno delle singole celle di un caffè diventa abbastanza alta da farle esplodere. Poiché la degradazione di Strecker crea la maggior parte della CO 2 nel caffè tostato, è anche il principale fattore dietro l'insorgenza della seconda crepa ( Lyman et al 2003 ).
Come influisce la tostatura Degrado Strecker?
Poiché la degradazione di Strecker si basa sui composti di Maillard che agiscono come ossidanti, si presume che avvenga principalmente più tardi nella tostatura, dopo che la temperatura del chicco raggiunge i 160 °C ( Lyman et al 2003 ). Tuttavia, le aldeidi di Strecker tendono a degradarsi o evaporare anche a temperature elevate, quindi mentre potrebbero formarsi a una velocità maggiore ad alte temperature, vengono perse dal chicco altrettanto rapidamente.
Formazione di aldeidi Strecker durante la tostatura. La concentrazione dei composti raggiunge i picchi a 100 secondi dall'arrosto e poi si stabilizza. REF è il caffè di riferimento, mentre RB è un modello di torrefazione. Preso da Poisson et al (2020).
Gli esperimenti che tengono traccia delle sostanze chimiche formate durante la tostatura in tempo reale hanno per lo più scoperto che la concentrazione di aldeidi Strecker aumenta rapidamente e raggiunge un picco presto durante la tostatura, in genere da qualche parte entro i primi due minuti (Poisson et al 2020). Dopo questo punto, la quantità di aldeidi Strecker tende a stabilizzarsi o inizia a diminuire, poiché il tasso di perdita raggiunge il tasso di formazione. Poiché si degradano a temperature più elevate, la quantità di aldeidi Strecker nel caffè è maggiore nelle tostature leggere o medie (Kim et al 2018).
La tostatura con un'elevata temperatura di carica aumenta la formazione di aldeidi Strecker all'inizio della tostatura. Per un dato colore di tostatura, una tostatura più rapida, ad una temperatura più elevata, determina una maggiore concentrazione di aldeidi di Strecker nel caffè tostato (Baggenstoss et al 2008).
Un altro esperimento con la tostatura eccessivamente veloce ha scoperto che c'erano alcuni composti di tostatura, comprese le aldeidi, presenti nel caffè a tostatura rapida che non si trovavano nella tostatura standard. Gli autori ipotizzano che questi composti potrebbero essere responsabili dell'aroma pungente ed erbaceo del caffè risultante (Lyman et al 2003). Ciò potrebbe implicare che alcuni degli aromi "verdi" ed erbacei del caffè sottosviluppato si formino durante la tostatura, piuttosto che essere residui dell'aroma del chicco verde.
Oltre alla tostatura, la scelta dei fagiolini e persino del metodo di infusione utilizzato influisce sulla quantità di composti Strecker presenti nel caffè preparato finale. Aldeidi e pirazine Strecker si trovano in concentrazioni più elevate nel caffè a base di robusta e la proporzione relativa di questi composti nell'aroma è maggiore nell'espresso rispetto al caffè filtro (Maetzu et al 2001).
Degrado Strecker e antiossidanti
Mentre si pensa che la reazione di Maillard e la degradazione di Strecker avvengano ad alte temperature, entrambe le reazioni avvengono anche a temperatura ambiente, solo molto lentamente. La degradazione di Strecker avviene nel caffè verde durante la conservazione ( Holscher e Steinhart 1995 ), e contribuisce anche alla perdita di sapore nel tempo nel caffè in lattina pronto da bere.
Poiché la degradazione di Strecker si basa su un ossidante per innescare la prima fase della reazione, gli antiossidanti nel caffè, come l'acido clorogenico, possono ridurre il tasso di degradazione di Strecker, aiutando a preservare il sapore del caffè in lattina ( Zheng et al 2015 ).
L'acido clorogenico e altri antiossidanti possono anche inibire la degradazione di Strecker durante la tostatura. In un esperimento progettato per modellare reazioni specifiche in condizioni di tostatura, i ricercatori hanno tostato un singolo amminoacido purificato insieme al glucosio ( Wang e Ho 2013 ). Hanno scoperto che l'aggiunta di antiossidanti riduceva fortemente la quantità di degradazione di Strecker. Resta da vedere se questo avrà qualche effetto nella torrefazione del vero caffè.
La chimica della torrefazione è enormemente complessa e la comunità della torrefazione non ha ancora una buona conoscenza di come controllare le reazioni chimiche specifiche che avvengono durante la torrefazione. La degradazione di Strecker , tuttavia, ha alcune leve interessanti che possiamo azionare, in particolare modificando la temperatura di carica e il tempo di tostatura. La degradazione di Strecker è stata spesso accomunata alle reazioni di Maillard, ma recenti ricerche mostrano che ciò che accade all'inizio della tostatura può influenzare il modo in cui si sviluppano i composti di Strecker, che a sua volta influenza i composti aromatici creati nella fase di Maillard dell'arrosto. Si scopre che questa reazione meno conosciuta ha il potenziale per guidare le reazioni di Maillard, piuttosto che semplicemente seguire la loro scia.
Grazie a Cinque Elefanti per la foto dell'intestazione in questo articolo.
sarebbe interessante capire come mantenere al meglio i livelli di aldeidi Strecker senza distruggerli o limitarli con la tostatura continua per sviluppare ulteriormente i sapori. ovviamente sapere cosa controllare significa scegliere tra asset gustativi e aromatici per la tazzina finita.