咖啡具有十分複雜的揮發性芳香化合物組成，經過90多年的科學研究，已經發現了 1000多種揮發性化合物。這些揮發性芳香化合物，主要是由烘焙和萃取過程中發生的熱反應產生的。
咖啡生豆的化學成分，以及采後加工（採摘、去果肉、乾燥、存儲）過程中發生的化學變化，都會直接影響最終產品的質量和價值。
Gilberto V.de Melo Pereira, et al. Exploring the impacts of postharvest processing on the aroma formation of coffee beans – A review, Food Chemistry, 272（2019）441-452.
文章詳述了 咖啡采後加工過程中與揮發性物質組成及其變化相關的各種因素。此外，還 討論了 改善咖啡風味的策略，特別是在去除果膠層過程中產生的微生物衍生代謝物。
咖啡生產和采後加工
咖啡樹的果實由 外果皮（skin）, 果肉（pulp）, 粘液（mucilage）, 內果皮/羊皮紙（parchment）, 銀皮（silver skin）和 種子/豆（bean）組成。
收穫後的咖啡漿果應儘快開始加工，以防止不良發酵或黴菌形成導致的水果腐敗。咖啡果的外層很容易去除，而粘液、羊皮紙和銀皮則牢固地附著在咖啡豆上，通常用三種方法進行去除。
乾式處理過程中，咖啡漿果暴露在陽光或空氣乾燥器中，直到水分含量約為10%-12%，乾燥後去掉外果皮和果肉。
濕式處理涉及一系列相對複雜的步驟，包括機械去除咖啡外果皮和果肉、粘液層的微生物降解（發酵），以及最後通過陽光乾燥去除水分。由於少了果皮、果肉及膠質，乾燥時間大為縮短。
半乾式處理介於乾式、濕式兩種處理之間，跳過了濕式處理的微生物降解過程，咖啡果實經過機械脫皮，然後進行曬乾。
生豆組成與香氣前體
主要 香氣前體是不溶性碳水化合物、可溶性碳水化合物、脂質、綠原酸和含氮化合物。低分子量的碳水化合物，有助於在烘焙過程中形成酸和其他揮發性化合物。此外，多糖是保留揮發物即香氣和風味形成的重要成分。
含氮化合物（如生物鹼和蛋白質）、非揮發性脂肪酸和揮發性酸，在烘焙過程中分解並產生重要的吡啶和吡咯等風味活性代謝物。
其他存在於咖啡生豆中的次要化合物包括酚類、硫醇和礦物質。硫醇是重要的化合物，產生獨特的「咖啡」和「烘焙」氣味。酚類化合物具有抗氧化活性以及人類健康的各種有益特性。礦物組成與土壤結構以及其他環境因素，如海拔、濕度、溫度和遮蔭有關。一般來說，鉀的含量很高，其次是磷，鎂和鈣。
采後加工香氣形成
咖啡果實可按前述的三種采後加工方法進行加工，選擇的方法將直接影響最終咖啡飲品的質量。
在採摘和去除果肉後，咖啡豆被送至水下罐發酵（濕式處理）或放在平台上（半乾式處理）分解和 去除粘液。
粘液中存在的糖將允許微生物（特別是酵母和乳酸菌）生長。微生物的生長會產生一系列的最終代謝物，這些代謝物會擴散到種子中，並對最終的咖啡質量產生影響。
酵母代謝對於香氣的產生起著舉足輕重的作用。此外，酵母菌株能夠通過產生不同的水解酶促進果膠分解，果膠水解釋放單糖作為酵母代謝和香氣形成的額外碳源。
乙醇、乙醛和乙酸是酵母代謝的主要產物。此外還產生了許多低分子量風味化合物，包括酯、高級醇、醛、酮和萜類化合物。在這些化合物中，酯類（醋酸酯和乙酯）是數量上最豐富的揮發物。
酯類物質對酒精飲品中花香和果香的貢獻是眾所周知的。然而，探索酵母衍生酯以提高咖啡質量是一種相對較新的方法，目前的研究致力於選擇 產酯咖啡酵母，它們有可能增加咖啡豆中這些化合物的含量。
此外， 乳酸菌的代謝也被用於酯的形成（如乙酸乙酯、異丁酸乙酯和乙酸己酯）和風味咖啡豆的生產。
咖啡脫膠過程中產生的醛是高級醇和酯等芳香化合物形成的重要前體。
不同微生物菌株會產生不同種類的揮發性化合物，因此 發酵微生物的選擇標準應以目標風味為導向，以相關代謝活性為重點。
應優先選擇能夠為最終產品提供整體愉悅香氣的菌株，不含異味或不需要的酸（如乙酸、琥珀酸或丁酸）。可以考慮具有不同產香特性的發酵劑培養基組合用於風味增強。此外，採用高溫或低溫，可以用來調節單個或成組化合物的濃度以改善風味。
乾燥和存儲
乾燥過程中，咖啡豆仍然具有強烈的代謝活性。儲存必須保持在理想的濕度條件下（例如，11%的濕度）、低溫和惰性大氣中，以保持豆子的質量。一般來說，杯品質量下降與豆子活力的喪失有關，這主要與衰老過程中發生的化學反應有關，如綠原酸氧化。
相關研究工作主要報告了存貯過程中主要的非揮發性成分的變化，如碳水化合物、脂類和蛋白質，這些都是烘焙過程中產生香氣的重要前體。
烘焙過程
咖啡的顏色、味道和香氣與烘焙過程中發生的化學反應有關。 咖啡熟豆中含有多種揮發性化合物，然而只有一些化合物對人類的感知有重大影響。
這些化合物可能會發生巨大的變化，取決於在烘焙過程中的溫度控制。烘焙過程中發生了許多化學反應，主要的化學過程是美拉德反應、斯特勒克降解和熱解反應。
美拉德反應是還原糖和胺基酸之間的化學反應，導致一系列重要的揮發性化合物的形成。
斯特勒克降解過程中，α-胺基酸轉化為醛和硫化合物，促成咖啡的複雜香氣成分。
熱解反應中，結構性碳水化合物被降解，增加了內部孔隙率和二氧化碳的產生。
其他的小反應，包括特定胺基酸、脂肪酸和脂質的降解，對烘焙過程中揮發物的形成有重要影響。
總結
咖啡飲品中的主要香氣活性物質，如呋喃、吡嗪和吡咯，在咖啡生豆中並沒有發現。因此， 咖啡生豆的質量是主要非揮發性成分決定的，如糖、胺基酸和脂類。
由於種子萌發和脂質氧化，這些 香氣前體在采後加工過程中會產生變化。
微生物脫粘對揮發性成分有著重要的影響。各種研究表明，微生物衍生的代謝物可以擴散到咖啡豆中，並在烘焙過程中殘留下來，包括酯類、高級醇、醛類、酮類和萜類。其中， 風味活性酯對最終咖啡飲品的質量有很大影響。
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