咖啡在烘焙过程中会发生物理变化，从绿色的种子变成我们喜爱的芳香可口的咖啡豆。剖析物理结构咖啡豆是必不可少的，如果没有特定的物理结构，风味和香气所必需的化学反应就不会发生。
在《咖啡的工艺和科学》一书中，布丽塔· 福尔默指出，“磨碎的绿色咖啡粉暴露在与咖啡豆烘焙相似的温度历史中，不会产生所需的风味化合物。完整的豆子是化学反应的基本反应器。它控制着反应环境，使正确的前体能够以正确的顺序相互作用。”
咖啡能经历怎样的物理变化？
生豆是紧密的种子结构。但是当你把他们拿给烘焙师以后，咖啡的内部和外部都会发生变化。让我们看看发生了什么样的物理变化。
颜色
也许你能观察到的最明显的物理变化就是咖啡颜色的变化。烘焙前，咖啡豆是蓝绿色的。由于黑色素的产生，它们变成了棕色。这些聚合物是糖和氨基酸在高温下结合时形成的。糠秕或银色的皮肤，也会在烘烤过程中脱落。这是咖啡豆的纸质外层。
湿度和质量
青豆中约有10%-12% 是水，但烘焙可以将这一比例降低到2.5% 左右。除了已经存在于绿豆中的水分，更多的水分是通过化学反应产生的。然而，在烘焙过程中，这种物质会蒸发，从而使咖啡发生物理变化。
失去水分和一些干物质转化为气体是为什么烘焙后总体质量减少的原因。平均而言，豆类会减掉12-20% 的体重。烘焙师经常跟踪减肥百分比，以帮助确定哪些批次可能需要在质量保证方面进行额外的检查。
不同的焙烧方式对脱水过程有影响。烘焙过程中不同部位水分活度的变化可能意味着化学反应的不同，这可能会影响最终的成品。
体积和孔隙度
在植物界，咖啡豆有一些最坚固的细胞壁。他们有外部环，加强细胞，增加其刚度和强度。
当咖啡被烘焙时，温度的升高和水分转化为气体会在咖啡豆内部产生高压。这些条件使细胞壁的结构由刚性变为橡胶状。
内部物质向细胞壁推出，在细胞中心留下充满气体的空隙。这意味着豆子的体积会随着质量的减少而膨胀。大部分的气体是在烘焙之后释放出来的二氧化碳。
烘焙也会增加豆子的孔隙度，使得豆子的密度降低，而且更易溶解。当然，这也是使他们成为一种美味饮料的关键点。
油类
咖啡豆含有脂质或油脂。在焙烧过程中，高的内部压力使这些化合物从细胞中心向豆子表面迁移。
这些脂质有助于保持细胞内的挥发性化合物。挥发性化合物是一种在室温下具有高蒸汽压的化学物质，其中一些物质对于形成咖啡的风味和香气是必不可少的。如果没有油脂，它们可能会分散。这种物理变化会影响咖啡的口味。
烘焙时间越长，结构转变越明显。豆子的密度不断下降，随着时间的推移，会产生更多的气体，在烘焙过程中，你可能会看到油脂会迁移到豆子的表面。
这在一定程度上解释了为什么深度烘焙的咖啡尝起来与浅度烘焙的咖啡不同，但是也有重要的化学变化影响着咖啡的特性。
咖啡在每个烘焙阶段的物理变化
不同的烘焙配方会影响咖啡香气和口感。这是因为有不同的化学反应。但是不管你选择什么样的烘焙方式，主要有三个阶段: 烘干、褐变或美拉德反应。
干燥
在干燥阶段，当你在烘焙机中加入冷豆时，机器内的热量先下降，然后再上升。水分开始蒸发，压力开始在咖啡豆内部形成。
美拉德反应
当你看到咖啡豆开始变成褐色，美拉德反应就开始了。这种情况发生在150 ° c/302 ° f 左右。在美拉德反应期间，会产生包括二氧化碳、水蒸气和一些挥发性化合物在内的气体。内部压力增加到足以破坏咖啡豆的细胞壁，发出爆裂声。黑素细胞在这个阶段开始出现。除了改变咖啡豆的颜色外，它们还决定了咖啡最终的口感。
在第一次开裂之后，烘焙从吸热反应变成放热反应。在这个阶段，物理转化继续进行——豆子增加了孔隙度，油脂迁移到细胞壁上，颜色变暗。很多化学反应也发生在这个阶段 。
尽管看起来很简单，但咖啡烘焙是一个复杂的过程，包括许多物理和化学变化。因此，下次当你清空烘焙机或买一袋咖啡时，停下来想想每一颗咖啡豆经历了怎样的迷人过程才能到达这里。
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