烘焙方式對(duì)咖啡豆氨基酸的影響

劉莉萍，李瑩瑩，李 艷，周 靖

烘焙方式對(duì)咖啡豆氨基酸的影響

劉莉萍1*，李瑩瑩2，李 艷1，周 靖1

（1．深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳 518055；2．深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院，廣東 深圳 518055）

探究烘焙方式對(duì)咖啡豆氨基酸的影響，為新型咖啡制品研發(fā)提供依據(jù)．選取4個(gè)國家咖啡生豆，分別采取肉桂、都市、維也納、法式、意式5種方式烘焙，采用全自動(dòng)氨基酸分析儀測定并比較烘焙前后咖啡豆氨基酸變化，對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析．結(jié)果顯示，4個(gè)國家咖啡生豆氨基酸種類及其含量無顯著性差異（＜0.05），其中谷氨酸含量最高，蛋氨酸含量最低；氨基酸對(duì)烘焙溫度非常敏感，烘焙溫度越高，加熱時(shí)間越長，對(duì)氨基酸影響越大；8種氨基酸（Lys、Cys、Arg、 His、Gly、Thr、Ser、Asp）隨烘焙溫度升高，氨基酸含量顯著下降．焙度方式直接影響咖啡豆氨基酸含量，淺度肉桂式烘焙可較好地保留咖啡豆的氨基酸．

氨基酸；咖啡豆；烘焙；方差分析

隨著消費(fèi)理念的變化，咖啡消費(fèi)觀逐漸從時(shí)尚轉(zhuǎn)變?yōu)榻】担Х榷购姹悍绞讲煌苯佑绊懻w口感、香味、酸度、醇度、色澤及營養(yǎng)成分等[1-2]．氨基酸是咖啡風(fēng)味的前提物質(zhì)，烘焙過程中氨基酸與糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)生成吡嗪類、吡咯類以及呋喃類化合物；也可發(fā)生斯特克降解反應(yīng)生成醛類、酮類化合物，形成特有的咖啡風(fēng)味、香氣和滋味[3]．據(jù)報(bào)道，氨基酸對(duì)烘焙條件極其敏感[4]，在咖啡豆烘焙過程中，總氨基酸含量會(huì)逐漸減少[5]．本實(shí)驗(yàn)以4種咖啡豆為例，選取常用5種烘焙方式[6-7]，研究烘焙方式對(duì)咖啡豆氨基酸的影響，為咖啡制作者和消費(fèi)者提供數(shù)據(jù)參考．

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

咖啡生豆來源于本市商場，包括哥倫比亞的慧蘭、埃塞俄比亞的耶加雪咖、巴布亞的新幾內(nèi)亞、云南保山的鐵皮卡．

氨基酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：17種氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，包括天門冬氨酸（Asp）、蘇氨酸（Thr）、絲氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、脯氨酸（Pro）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、胱氨酸（Cys）、纈氨酸（Val）、甲硫氨酸（Met）、異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、酪氨酸（Tyr）、賴氨酸（Lys）、苯丙氨酸（Phe）、氯化銨（NH4Cl）、組氨酸（His）、精氨酸（Arg），每種氨基酸濃度均為2.5μmol/mL，日本和光純藥工業(yè)株式會(huì)社．

濃鹽酸：質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥36%，分析純，廣州市東紅化工廠．

鹽酸（6 mol/L）：取500 mL濃鹽酸加去離子水稀釋至1000 mL，混勻．

鹽酸（0.02 mol/L）：量取1 mL濃鹽酸加入盛有600 mL去離子水的燒杯中，混勻．

茚三酮顯色液：購買自日本和光純藥工業(yè)株式會(huì)社，主要成分為茚三酮、丙二醇單甲醚、硼氫化鈉．

去離子水：GB/T 6682中的一級(jí)水，電阻率≥18.2MΩ/cm．

1.2 儀器與設(shè)備

L-8900高速全自動(dòng)氨基酸分析儀，日本日立公司；SA-N2-10C氮?dú)獍l(fā)生器，英國PerMuta公司；THSR-001G咖啡烘焙機(jī)，韓國Proaster；R-220鬼齒磨豆機(jī)，日本富士皇家公司；玻璃水解管，30mL，北京愛邦科技發(fā)展有限公司．

1.3 試樣制備

選用韓國Proaster咖啡烘焙機(jī)烘焙咖啡生豆，用鬼齒磨豆機(jī)將烘焙后的咖啡豆磨成沖泡狀（粉末狀），混勻，密封于塑料袋中．

1.4 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制

用0.2 mol/L鹽酸溶液逐級(jí)稀釋標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（2.5 μmol/mL）配成混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，此混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中各氨基酸濃度分別為0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5和0.8 μmol/mL．

1.5 試樣預(yù)處理

稱取約0.4 g（精確至0.1 mg）咖啡粉末試樣于30 mL玻璃水解管中，加入6 mol/L鹽酸溶液20 mL，充氮?dú)? min封口，110 ℃水解22 h．將水解后液體轉(zhuǎn)移至小燒杯中，60 ℃水浴蒸干，用0.02 mol/L鹽酸溶液洗入25 mL容量瓶中，定容，搖勻，用0.22 μm濾膜過濾．

1.6 儀器參數(shù)設(shè)定

氨基酸自動(dòng)分析儀參數(shù)：色譜柱為填充柱，4.6mm×60mm（填日立離子交換樹脂），柱溫為57 ℃，檢測波長為570 nm、440 nm，柱后衍生劑為茚三酮溶液，梯度洗脫程序見表1．

1.7 試樣測定

調(diào)整咖啡試樣水解液至合適濃度，Asp、Thr、Ser、Glu、Gly、Ala、Cys、Val、Met、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、His、Arg在570 nm波長下檢測；Pro在440nm波長下檢測．

表1 氨基酸分析梯度洗脫程序

注：B1- B4：由檸檬酸鈉、氯化鈉、檸檬酸、乙醇、硫代雙乙醇、聚氧乙烯月桂醚等按比例配制成的pH=1、pH=2、pH=3和pH=4的緩沖溶液；B5：H2O；B6：由氫氧化鈉、乙醇、聚氧乙烯月桂醚按比例配制成的蛋白質(zhì)水解再生溶液；R1：由茚三酮、丙二醇單甲醚、硼氫化鈉按比例配制的茚三酮溶液；R2：由醋酸鋰、冰醋酸、丙二醇單甲醚按比例配制的茚三酮緩沖溶液；R3：由乙醇和蒸餾水按比例配制的5%的乙醇溶液．

1.8 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)測定3次，采用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，顯著性差異水平為＜0.05，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用均值標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示．

2 結(jié)果與討論

2.1 咖啡生豆烘焙條件

參照市場常用咖啡豆烘焙條件，設(shè)計(jì)咖啡生豆烘焙條件，見表2．

2.2 氨基酸標(biāo)準(zhǔn)混合液測定

17種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)混合液測定色譜圖，見圖1．

由圖1可知，17種氨基酸峰之間的分離度均大于1.2，柱效穩(wěn)定，分離效果良好，各氨基酸的色譜保留時(shí)間見表3．

2.3 方法的線性關(guān)系考察

在優(yōu)化儀器工作條件下測定標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，以相應(yīng)氨基酸的濃度（）為橫坐標(biāo)，以峰面積（）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性范圍為0~0.8μmol/mL，結(jié)果見表4．

由表4可見，在0~0.8 μmol/mL范圍內(nèi)，17種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)值均大于0.998，呈良好線性關(guān)系．

2.4 方法的精密度考察

選取咖啡試樣（二爆始的巴布亞新幾內(nèi)亞）進(jìn)行精密度試驗(yàn)，平行測定6次，結(jié)果見表5．

由表5可知，試樣測定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6%，具有良好的精密度．

表2 咖啡生豆烘焙條件

圖1 氨基酸標(biāo)準(zhǔn)混合液色譜圖

表3 17種氨基酸色譜保留時(shí)間

表4 17種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性情況

表5 方法的精密度（n=6）

2.5 方法的準(zhǔn)確度考察

選取咖啡試樣（一爆始的云南保山鐵皮卡）做加標(biāo)回收率試驗(yàn)，加入0.4μmol/mL的17種氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00mL，平行測定3次，結(jié)果見表6．

由表6可知，在精密度達(dá)到要求的情況下，測定17種氨基酸的回收率均在95%~105%范圍內(nèi)，方法準(zhǔn)確、可靠．

2.6 咖啡生豆氨基酸含量比對(duì)

與氨基酸標(biāo)準(zhǔn)混合液相同條件下測定咖啡生豆試樣，結(jié)果見表7．

使用Excel 2010對(duì)表7數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，F(xiàn)＜F crit，說明不同國家的咖啡生豆中17種氨基酸的含量及總量無顯著性差異．生豆中谷氨酸Glu含量最高，蛋氨酸Met含量最低．

2.7 不同烘焙度下氨基酸含量的測定

分別考察5個(gè)烘焙條件下，咖啡豆中氨基酸含量的變化，結(jié)果見表8~11．

表6 方法的準(zhǔn)確度（n=3）

表7 4種咖啡生豆氨基酸含量比對(duì)（g/100g）

表8 云南保山鐵皮卡各烘焙度氨基酸含量測定（g/100g）

表9 巴布亞新幾內(nèi)亞各烘焙度氨基酸含量測定（g/100g）

表10 哥倫比亞慧蘭各烘焙度氨基酸含量測定（g/100g）

表11 埃塞俄比亞耶加雪咖各烘焙度氨基酸含量測定（g/100g）

由表8~11可知，烘焙影響咖啡豆中氨基酸含量，烘焙程度越高氨基酸含量下降越顯著．

2.8 烘焙度對(duì)氨基酸含量的影響

不同烘焙度下氨基酸總量變化見圖2．

圖2 烘焙度對(duì)氨基酸總量的影響

由圖2可見，4種咖啡生豆中17種氨基酸總量在8.0~10.0g/100g之間，烘焙后它們的氨基酸總量均有不同程度下降，其中意式烘焙度下咖啡豆氨基酸總量下降最多；哥倫比亞慧蘭咖啡豆在維也納烘焙度下氨基酸含量略有增加．這可能與咖啡豆品種有關(guān)，因?yàn)榭Х榷股L條件及環(huán)境不同，其中蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也不盡同，具體原因有待進(jìn)一步探究．

2.9 烘焙敏感類氨基酸變化

采用方差分析（ANOVA）分析表8~11氨基酸測定結(jié)果，結(jié)果表明：8種極性氨基酸Arg、His、Lys、Gly、Thr、Ser、Cys和Asp的含量在生豆和5個(gè)不同烘焙度（肉桂、都市、維也納、法式、意式）下存在顯著差異，即在95%的置信區(qū)間內(nèi)，烘焙度的變化對(duì)這八種氨基酸的含量產(chǎn)生了顯著性的影響．

隨著烘焙溫度逐漸升高，上述8種氨基酸含量均都呈下降趨勢，其中賴氨酸（Lys）、胱氨酸（Cys）、精氨酸（Arg）的含量在溫度達(dá)到203℃（即肉桂，一爆始）時(shí)，氨基酸含量下降50%以上；當(dāng)烘焙溫度達(dá)到250℃（即意式，二爆末）時(shí)，氨基酸含量小于0.2g/100g，說明烘焙工藝對(duì)咖啡豆中這3種氨基酸的破壞性極強(qiáng)．此外，隨著烘焙溫度逐漸升高，His、Gly、Thr、Ser、Asp五種氨基酸含量也呈規(guī)律性下降趨勢，每提升一個(gè)烘焙度下降20%，當(dāng)烘焙溫度達(dá)到250℃（即意式，二爆末）時(shí)，His、Thr、Ser含量小于0.2g/100g，Gly、Asp下降至0.4g/100g．

3 結(jié) 論

通過對(duì)比4個(gè)國家5種烘焙加工前后咖啡豆中17種氨基酸變化，發(fā)現(xiàn)4個(gè)國家咖啡生豆氨基酸種類及其含量無顯著性差異，其中谷氨酸含量最高，蛋氨酸含量最低；氨基酸對(duì)烘焙溫度非常敏感，烘焙溫度越高、加熱時(shí)間越長，對(duì)氨基酸影響越大；8種氨基酸（Lys、Cys、Arg、His、Gly、Thr、Ser、Asp）隨烘焙溫度升高，氨基酸含量顯著下降．從文中結(jié)果可以看出淺度烘焙（肉桂，一爆始）氨基酸破壞最少，但評(píng)價(jià)咖啡的品質(zhì)除營養(yǎng)成分外，風(fēng)味和滋味也同樣重要，有關(guān)氨基酸與風(fēng)味的關(guān)系有待后續(xù)研究．

[1] 邱明華，張枝潤，李忠榮，等．咖啡化學(xué)成分與健康[J]．植物科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，32（5）：540-550．

[2] 黃圣芳．烘焙參數(shù)影響咖啡質(zhì)量與風(fēng)味之研究[D]．中國臺(tái)灣：中華科技大學(xué)工程學(xué)院，2016．

[3] Baltes W, Bochmann G. Model reactions on roast aroma formation - III. Mass spectrometric identification of pyrroles from the reaction of serine and threonine with sucrose under the conditions of coffee roasting[J]., 1987，184（6）：478- 484，

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[5] 王瑩．不同烘焙度興隆咖啡成分分析及烘焙工藝對(duì)品質(zhì)的影響[D]．哈爾濱：黑龍江東方學(xué)院，2018．

[6] 麥特·羅賓森．咖啡樣[M]．巫芷紜，烘郁馨譯．拓客文化出版社，2015．

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Effects of Roasting on Amino Acids in Coffee Beans

LIU Liping1*,LI Yingying2, LI Yan1, ZHOU Jing1

（）

The paper aims to explore the best coffee roasting technology and provide basis for the research and development of new coffee products. Coffee beans from four countries were roasted through Cinnamon, City, Vienna, French and Italian methods. At first, automatic amino acid analyzer is used to determine and compare the amino acid changes before and after roasting coffee beans. Then, the results were statistically analyzed by variance. Results show that there was no significant difference in amino acid types and contents of coffee beans from the four countries (< 0.05). The content of glutamic acid was the highest and the content of methionine was the lowest in the coffee beans. Amino acids are very sensitive to the roasting temperature. The higher the roasting temperature gets, the longer the heating time needs, and the greater the influence on amino acids has. The content of eight amino acids (Lys, Cys, Arg, His, Gly, Thr, Ser, Asp) decreased significantly with the increase of roasting temperature. The degree of roasting directly affects the content of amino acid in coffee beans. The shallowest cinnamon roasting degree can better preserve the amino acid in coffee beans.

amino acid; coffee beans; roasting; variance analysis

2020-03-01

劉莉萍，女，吉林長春人，教授，研究方向?yàn)槭称钒踩珯z測．

TS273

A

1672-0318（2020）03-0029-06

10.13899/j.cnki.szptxb.2020.03.005