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透過監控咖啡生豆的水活性達到品質管理目的

3. 水活性與杯測(cupping)的關聯:
​

"水活性的高低並不重要，真的是如此嗎?"
首先我們必須要說水活性和杯測的結果並無直接關聯，兩種具有相同水活性的咖啡豆沖泡出的咖啡並不會獲得相同的杯測分數，因此我們無法透過量測咖啡豆的水活性提前預估杯測的分數，也因此在過往的一些研究中會說看水含量就夠了，水活性的高低並不重要，但真的是如此嗎? 水含量的測量首先來講就需要較複雜的前處理，數據的擾動也比較大，再者，縱使水活性和杯測並無直接關聯，然而咖啡豆整個保存過程中有無微生物汙染、有化學降解反應都和水活性息息相關，一般來說我們會建議將生豆保持在水活性0.55-0.4的範圍內，雖然對杯測的影響並不直接，但卻可以藉此將生豆的保存時間延長至6-8個月，以下我們將一一介紹幾個生豆水活性必須要小於0.55的原因吧!

● 為什麼該將生豆的水活性控制在0.55以下？—— 微生物生長問題

第一個為什麼我們應該將生豆的水活性控制在0.55以下的理由是為了要避免其在保存期間有微生物孳生的問題，每種微生物都對其所處環境有一個理想的水活性需求，它們繁殖和生長的取決於此，因此每當微生物遇到水活性低於其內部水活性的環境時，它們會經歷滲透壓應激，並開始向環境丟失水分，因為自由水從高水活性流向低水活性，這種水分流失降低了脹壓，並延緩了正常的代謝活動，為了繼續繁殖，微生物必須將其內部水活性降低到低於環境水活性，它們會嘗試通過在內部濃縮溶質來實現這一點，而使用這個策略降低其內部水活性的能力對每種微生物都有所不同，因此，每個微生物都有一個獨特的極限水活性，低於該水活性它們將無法生長。

值得注意的是一個生物的繁殖和生長能力並不取決於其環境中有多少水(水分含量)，是取決於水的能量(水活性)，下表我們整理了一些常見的微生物水活性極限需求，這些生長極限表明所有致病細菌(pathogenic bacteria)在水活性小於0.87時會停止生長，而常見的變質酵母和黴菌(spoilage yeasts and molds)在水活性小於0.7時停止生長，只有耐旱和耐滲透壓的生物(xerophilic and osmophylic organisms)可以在水活性0.7以下生長，但所有的微生物生長將在水活性小於0.6時停止，黴菌及其伴隨的黴毒素可能是生豆上最有可能的污染物，它們的存在可能導致霉味和氣味，或更糟糕的是產生黴毒素，然而，在水活性小於0.55時，將不會有任何微生物在生豆上生長，這便證明將生豆的水活性理想範圍設定在0.55以下是合理的。
 

​表一、常見微生物的水活性極限需求 

● 為什麼該將生豆的水活性控制在0.55以下？—— 化學反應穩定性

另一個為什麼我們該將生豆水活性控制在0.55以下的原因是要控制一些潛在有害的化學反應，一般來說，化學反應的反應速率將隨著水活性上升而一起提升，但有些反應像是脂質氧化則比較特別，將在水活性低到一個程度時反應速率不減反升，而可能導致生豆降解和縮短保鮮期的反應包括非酵素性褐變(顏色和風味的變化)和脂質氧化(酸敗)，可以參見下圖一。

​圖一、對食品來說水活性對關鍵化學反應素率影響

保持生豆的水活性在0.55以下將減緩這些反應的速率，但它們仍會緩慢發生，而一般我們定義的保鮮期便是若在控制生豆水活性和溫度後，上述反應進展到不可接受的程度所需的時間，如果確定了這些反應在多種不同儲存條件下的速率，則可以使用預測模型來估算在任何儲存條件下使反應進展到不可接受水平所需的時間，為了達到這一點，將需要使用某種形式的定量評估來跟蹤反應的進展，用於量化常見反應的方法，其目標反應包括：

1. 脂質氧化/酸敗

1. Peroxide values
2. Tbar values
3. Oxygen consumption
4. Sensory

1. Color changes
2. Sensory
3. Formation of reaction products

儘管之前有些建立保鮮期模型，但唯一一個有將水活性和溫度同時考慮的模型是hygorthermal time，它是從Eyring方程式的速率變化形式和Gibbs方程的自由能推導而來，表達式為：

其中，T表示溫度(K)，R表示氣體常數（J mol-1 K-1），Ea表示活化能（J mol-1），B表示分子體積比，aw表示水活性，r0表示標準狀態下的反應速率，在實際應用中，B、Ea/R和r0的值將對每種情況都是獨特的，通常通過最小二乘法迭代獲取，像這樣的保鮮期模型若用於計算生豆在水活性=0.55時的估計保鮮期為6-8個月。

● 為什麼該將生豆的水活性控制在0.45以上？—— 代謝穩定性

不允許儲存的生豆的水活性降至0.45以下的主要原因是為了維持綠種子的生存能力，包括對保持咖啡預期風味和香氣至關重要的酶活性，水活性低於0.45 的生豆有可能失去生存能力，導致咖啡烘焙時產生老化味道，此外，在水活性低於0.45的情況下，綠咖啡豆的表面可能變得更加堅硬和脆弱，從而影響烘焙前磨碎其的條件。

 4. 對生豆來說何為理想的水活性環境:

與大多數食產品一樣，生豆是以重量為基礎出售的，因此在確保其保存時安全穩定的前提下，最大化產品中可以含有的水分將最大化盈利，本篇文章中已經確定了存儲生豆的理想水活性範圍，超出或低於這個範圍將使產品變得不理想，存儲在理想水活性範圍之外的生豆所沖泡出的咖啡也會得到較低的杯測分數，因此，確保生豆的水活性在0.45-0.55範圍內是實現盈利最大化並確保品質的關鍵，在此我們推薦使用Novasina提供的測量設備，可以輕鬆實現對生豆進行的水活性測試。