香りの前駆体：窒素含有化合物

生豆の乾燥重量の1%未満を占める遊離アミノ酸（タンパク質を構成する分子）は、コーヒーの風味形成において最も重要な化合物群です。アミノ酸の多様性はメイラード反応の複雑さに寄与し、異なるアミノ酸によって全く異なる香りが生まれます。グルタミン酸、アスパラギン酸、アスパラギンはコーヒーに含まれる3つの主要な遊離アミノ酸であり、焙煎中のメイラード反応でほぼ完全に分解されます。タンパク質（またはペプチド）と呼ばれるアミノ酸の長い鎖も、より小さな反応性分子に分解されるため、香りの前駆体として機能します。生豆に含まれるタンパク質の約30%は焙煎中に分解されます。

メイラード反応とストレッカー反応

個々のアミノ酸は、メイラード反応とストレッカー反応（メイラード反応ネットワークの一部）に関与することで、非常に異なる香りを生み出します。例えば、プロリン、フェニルアラニン、チロシンはフローラルな香りの化合物を生成し、グリシン、リジン、バリンはキャラメルの香りを生み出し、システインやメチオニンなどの硫黄含有アミノ酸は反応して焼き肉の香りを形成します。アミノ酸組成が風味に及ぼす影響の特に顕著な例はトリプトファンです。ロブスタコーヒーにはこのアミノ酸が多く含まれており、刺激的で不快な臭いを持つ3-メチルインドール（スカトールとも呼ばれる）を生成します。対照的に、この化合物はアラビカコーヒーにはほとんど含まれていません。

ストレッカー分解によって分解されるアミノ酸はそれぞれ、二酸化炭素分子を放出します。そのため、これらの反応によって、焙煎中にコーヒー豆内部で生成される二酸化炭素の80%（またはそれ以上）が放出されます。つまり、ストレッカー分解は、コーヒー豆内部に閉じ込められた二酸化炭素のほぼすべてを生成するのです。これは、ストレッカー分解反応が、豆の物理的変化の項で述べた2つ目のひび割れの主な原因であることを意味します。

ストレッカー分解は、酸化剤として作用するメイラード化合物に依存するため、主に粒子温度が約160℃に達した後に起こります。しかし、ストレッカー反応で生成されるアルデヒド生成物も高温では分解または蒸発する傾向があるため、高温では比較的速やかに生成される一方で、粒子から急速に失われてしまいます。

カフェインとトリゴネリン

コーヒーにはタンパク質や遊離アミノ酸の他に、プリンアルカロイド（窒素含有化合物で、カフェインとも呼ばれる）も含まれています。いくつかの研究では、コーヒー植物におけるクロロゲン酸とカフェインの生合成は正の相関関係にあることが示されています。つまり、クロロゲン酸をより多く生成できるコーヒー品種は、カフェインも多く生成するということです。カフェインとクロロゲン酸のこの物理化学的および代謝的な相互依存関係は、ロブスタコーヒーの強い害虫抵抗性に寄与しています。果実が完全に発達して熟し始めると、カフェインの70～90%は豆に、残りは果皮に含まれています。

コーヒーの品種によってカフェイン含有量に差はあるものの（アラビカ種はロブスタ種よりもカフェインが少ない）、カフェインは一般的に熱に非常に強く、焙煎中に失われることはごくわずかです。かつてはコーヒーの苦味に大きく関与する成分として知られていましたが、実際には苦味全体の10～20%未満しか占めていません。カフェインレスコーヒーにも苦味があるため、コーヒーの苦味を生み出す上で、カフェインよりも重要な役割を果たすと考えられる成分は他にも存在します。

コーヒーの木は、アミノ酸、タンパク質、カフェインに加えて、もう一つの重要な窒素含有二次代謝産物であるトリゴネリンも生成します。トリゴネリンはカフェインと同じ化学分類に属するピリジンアルカロイドです。生物学において、アルカロイドは植物が天然の殺虫剤として利用することがよくあります。コーヒー豆中のトリゴネリンの濃度は通常、乾燥重量の約1～2%ですが、焙煎中に著しく分解されます。

焙煎中（約200℃の温度）にトリゴネリンが分解されると、ピラジン、フラン、アルキルピリジン、ピロールなど、好ましい風味を持つ多くの芳香化合物が生成されますが、コーヒー全体の苦味にはごくわずかな影響しか与えません。中でも特に注目すべきは、ニコチン酸（ナイアシン）、別名ビタミンB3です。これは、私たちの食生活において重要なビタミンであり、高温でトリゴネリンが脱メチル化されることによって生成されます。