烘焙速度對(duì)興隆咖啡豆揮發(fā)性成分的影響

于菲 董文江 胡榮鎖 龍宇宙 陳治華 蔣快樂

摘 ?要：以海南興隆地區(qū)咖啡豆（Coffea robusta）為研究對(duì)象，研究不同烘焙方式（即快速烘焙、中速烘焙以及慢速烘焙）對(duì)咖啡豆理化性質(zhì)和揮發(fā)性成分的影響，采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（headspace solid-phase microextraction-gas chromatograph-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）鑒定3種烘焙速度下產(chǎn)生的揮發(fā)性成分，再以電子鼻技術(shù)和主成分分析（principal component analysis，PCA）法進(jìn)一步分析不同烘焙豆樣品整體風(fēng)味的差異。結(jié)果表明，3種烘焙方式下共鑒定出92種揮發(fā)性成分，其中快速、中速和慢速烘焙豆中分別鑒定出82、72、76種;烘焙豆樣品間揮發(fā)性成分含量相差較大，在中速烘焙豆中檢測(cè)出最高的揮發(fā)性成分總含量（1080.51 μg/g）;電子鼻檢測(cè)發(fā)現(xiàn)不同烘焙方式咖啡豆揮發(fā)性成分存在差異，PCA結(jié)果顯示三者差異明顯，其中中速和慢速烘焙樣品的揮發(fā)性成分有部分重疊現(xiàn)象，二者與快速烘焙樣品差別較大。本研究可為咖啡烘焙工藝改進(jìn)及品質(zhì)提升提供參考。

關(guān)鍵詞：興隆咖啡;烘焙速度;揮發(fā)性成分;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用;電子鼻

中圖分類號(hào)：TS273 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This study investigated the physicochemical properties and volatile components of coffee beans （C. robusta） from Xinglong， Hainan at three conditions （fast， medium， and slow roasting speed）. Headspace solid phase microextraction - gas chromatography-mass spectrometry （HS-SPME-GC-MS） was used to identify the volatile components generated at three roasting speed， and principal component analysis （PCA） combined with electronic nose was used to further distinguishing the differences of overall flavor among different roasted bean samples. A total of 82， 72， and 76 volatile components were identified in fast， medium and slow roasted coffee beans respectively. The content of volatile components was different among the roasting samples， and the level of volatile components at medium roasted beans was the highest and reached a maximum of 1080.51 μg/g. Electronic nose analysis showed significant differences in volatile components among coffee samples roasted by different methods. Results from PCA using the data of major volatile class as input variables showed that there were obvious differences among the three. And there were overlaps in section between medium and slow roasted coffee samples， which was a big difference from fast roasted samples. This research could provide some reference for the improvement of the roasting process and the optimization of quality in coffee production.

Keywords： Xinglong coffee; roasting speed; volatile compounds; gas chromatography-mass spectrometry; electronic nose

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.11.034

咖啡（Coffea）為茜草科（Rubiaceae）熱帶植物，原產(chǎn)于埃塞俄比亞，廣布于南北緯20°之間的熱帶區(qū)域，中美洲、南美洲及非洲等地區(qū)有廣泛種植[1]。在我國(guó)，云南和海南地區(qū)為咖啡主產(chǎn)地。近幾十年來，咖啡需求正在持續(xù)增加，全球消費(fèi)量每年增長(zhǎng)達(dá)1%～2%[2]，據(jù)國(guó)際咖啡組織統(tǒng)計(jì)，咖啡年價(jià)值約2000億美元，預(yù)計(jì)未來消費(fèi)將繼續(xù)推動(dòng)咖啡需求[3-4]。海南興隆咖啡作為國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品[5]，以其特有的香氣和滋味特征，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。

咖啡的香氣和滋味一直是人們研究的熱點(diǎn)，超過90年的科學(xué)研究表明，咖啡中已產(chǎn)生了1000多種揮發(fā)性化合物[6]。然而生豆本身風(fēng)味較差，只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮姹禾幚?，使含氮化合物（蛋白質(zhì)、咖啡因和葫蘆巴堿等）、碳水化合物、脂質(zhì)、有機(jī)酸等前體物質(zhì)發(fā)生不同程度的美拉德、焦糖化等系列化學(xué)反應(yīng)，生成呋喃類、吡嗪類、吡啶類、吡咯類、醇類、酯類、醛酮類、酚酸類及硫化物等揮發(fā)性香氣化合物，才能形成為人熟知和歡迎的咖啡特征風(fēng)味[7]。目前揮發(fā)性成分的富集技術(shù)很多，包括攪拌棒吸附萃?。╯tir bar sorptive extraction， SBSE）、溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)（solvent-assisted flavor evaporation， SAFE）以及頂空固相微萃?。╤eadspace solid-phase micro- ex-traction， HS-SPME）等;檢測(cè)方法包括感官評(píng)定法、電子鼻、氣相色譜-嗅聞聯(lián)用（gas chroma-tography-olfactometry， GC-O）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）等[4]。Bressanello等[8-9]比較了研磨和沖泡咖啡中香氣和風(fēng)味的化學(xué)信息，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)在重要的揮發(fā)性化學(xué)組分和感官特性之間建立了相關(guān)性;弘子姍等[10]利用頂空氣相色譜-離子遷移譜研究了咖啡豆烘焙前后揮發(fā)性指紋圖譜，證實(shí)了生咖啡豆粉、烘焙咖啡豆粉及熟咖啡豆粉之間揮發(fā)性成分具有差異性;還有研究指出烘焙咖啡豆中揮發(fā)性香氣成分具有抗焦慮和催眠的作用[11]，可見對(duì)于咖啡香氣成分的研究具有很廣闊的前景。

咖啡感官特征深受生豆化學(xué)成分的影響，興隆咖啡屬于羅布斯塔中粒種屬，生豆中糖、脂類和有機(jī)酸含量較低，相反，咖啡因和游離氨基酸含量較高，沖泡后苦味較重，酸度小且甜味弱，具有泥土和烘烤/燒焦的味道;相比前者，阿拉比卡咖啡通常更甜，呈現(xiàn)更多的酸度和水果味[12-13]。許多因素會(huì)對(duì)咖啡風(fēng)味產(chǎn)生影響，例如改變干燥和貯藏條件、烘焙程度等參數(shù)，進(jìn)而影響咖啡感官質(zhì)量[14]，因此，任何提高咖啡品質(zhì)的方法都是理想的。研究表明，烘焙時(shí)間和溫度的變化可能會(huì)影響咖啡的非揮發(fā)性成分，然而烘焙速度的變化對(duì)咖啡揮發(fā)性成分的影響，目前知之甚少[15];另一方面，已有研究考察了不同烘焙度及干燥工藝等對(duì)興隆咖啡揮發(fā)性成分的影響[16-17]，但烘焙速度對(duì)其影響研究尚未見報(bào)道。

基于上述背景，本研究采用HS-SPME-GC- MS技術(shù)對(duì)樣品中揮發(fā)性成分進(jìn)行定性和定量分析，利用PCA對(duì)電子鼻檢測(cè)所得數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，比較不同烘焙方式咖啡豆整體風(fēng)味差異，將為咖啡風(fēng)味的研究及其產(chǎn)品工藝優(yōu)化提供理論支持。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料與試劑 ?咖啡鮮果（‘熱研1號(hào)’）于2020年3月采摘于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所咖啡試驗(yàn)基地（海南萬寧），選擇紅色成熟、無霉?fàn)€和病蟲害的果實(shí)采摘，熱風(fēng)恒溫（40 ℃）干燥處理至水分含量為（10.4±0.5）g/100 g左右，機(jī)械脫殼得到生咖啡豆，過5 mm篩取出有缺陷的豆子，于干燥通風(fēng)、低溫避光的環(huán)境中貯存?zhèn)溆谩?/p>

C7～C30正構(gòu)烷烴（色譜純），美國(guó)Sigma- Aldrich公司;甲醇和3-庚酮，色譜純，上海阿拉丁公司。

1.1.2 ?儀器與設(shè)備 ?PROBATINO Typ 2SSH型咖啡豆烘焙機(jī)，德國(guó)Probat儀器公司;VTA-6S3型咖啡豆研磨機(jī)，德國(guó)Mahlkonig儀器公司;WF32-16mm精密色差儀，深圳市威福光電科技有限公司;MB2型水分分析儀，瑞奧豪斯儀器公司;Lighttells CM-100咖啡烘焙色度儀，上海大正器具有限公司;電子鼻分析系統(tǒng)，法國(guó)Alpha M.O.S公司;7890A-5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國(guó)安捷倫公司。

1.2 ?方法

1.2.1 ?烘焙樣品的制備 ?在滾筒式咖啡烘焙機(jī)中對(duì)每批次為500.0 g生咖啡豆進(jìn)行烘焙實(shí)驗(yàn)，使用不同的烘焙機(jī)燃?xì)饣鹆Γ?、中速及快速烘焙火力設(shè)定分別為1.5、1.6及4.0）和初始入鍋溫度（170～210 ℃）使其達(dá)到快速、中速及慢速烘焙條件（見表1）。烘焙達(dá)中度烘焙程度后結(jié)束，該烘焙程度會(huì)使烘焙豆揮發(fā)物總濃度達(dá)到峰值，質(zhì)量易于區(qū)分[18];烘焙程度的確定基于CM-100和L*（色度值）的檢測(cè)結(jié)果和顏色得分。將烘焙好的咖啡豆裝入帶有單向排氣閥的鋁箔袋中于干燥、陰涼處密閉保存。實(shí)驗(yàn)前樣品均為新鮮研磨并保持同一研磨水平，過40目篩后用于下一步實(shí)驗(yàn)。每種烘焙方式平行制備3份樣品，測(cè)定結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

1.2.2 ?理化指標(biāo)檢測(cè) ?（1）含水量：稱取1.0 g樣品置于快速水分測(cè)定儀中檢測(cè)。（2）失重：分別測(cè)量500.0 g咖啡豆烘焙前后的重量，計(jì)算其差值。（3）L*值測(cè)定：裝有D65光源的WF32-16 mm型色差分析儀進(jìn)行檢測(cè)，試樣裝入玻璃樣品杯中，不透光測(cè)定;每次測(cè)量之前，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)黑白板校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x。

1.2.3 ?HS-SPME/GC-MS分析 ?HS-SPME測(cè)定條件：參考Dong等[17]方法略微改進(jìn)。取1.0 g咖啡粉于15 mL頂空瓶，加入20 μL 3-庚酮為內(nèi)標(biāo)液（溶于0.1%甲醇溶液），于恒溫水浴鍋60 ℃下平衡20 min;用75 μm CAR/PDMS萃取頭吸附30 min后，取出立刻插入250 ℃的GC進(jìn)樣口解吸5 min。

色譜條件：DB-WAX極性色譜柱（30 m× 0.25 mm×0.25 μm）;進(jìn)樣口溫度250 ℃;載氣為高純氦氣（99.999%）;恒定流速為1.0 mL/min，不分流進(jìn)樣。升溫程序：40 ℃保持2 min，以1.5 ℃/min升至130 ℃，后以4 ℃/min升至200 ℃，保持5 min。

質(zhì)譜條件：電子電離源EI;電離能量70 eV;質(zhì)量掃描范圍30～350 aum;離子源溫度230 ℃，接口溫度為250 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃。

1.2.4 ?電子鼻分析 ?采用電子鼻系統(tǒng)（Alpha M.O.S.， Toulouse， France）進(jìn)行測(cè)定，6個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器分別為T30/1、T70/2、PA/2、LY2/AA和LY2/gCT，對(duì)應(yīng)不同類型的敏感物質(zhì)[19]。取0.5 g咖啡粉于10 mL頂空瓶，60 ℃（300 r/min）下平衡20 min。清潔干燥空氣為載體，將頂部空間氣體以150 mL/min的恒定速率輸送至傳感器，進(jìn)樣量為300 μL，進(jìn)樣器溫度為70 ℃，每種樣品平行測(cè)定6次取平均值。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

揮發(fā)性成分的定性是通過與NIST14譜庫檢索比對(duì)，根據(jù)C7～C30正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間計(jì)算揮發(fā)物的保留指數(shù)，與文獻(xiàn)[12， 14]進(jìn)行對(duì)比定性;定量則是根據(jù)揮發(fā)性成分的出峰面積和內(nèi)標(biāo)物出峰面積及含量進(jìn)行半定量計(jì)算。采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行主成分分析，Origin 2018軟件繪圖。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?烘焙過程中咖啡豆失重和含水量的變化分析

如表1所示，咖啡豆達(dá)中度烘焙時(shí)CM-100得分為55～57，L*值約27～28。初始入鍋溫度（170～210 ℃）下，快速、中速及慢速烘焙達(dá)烘焙終點(diǎn)時(shí)長(zhǎng)分別約為5～6 min、9～10 min及13～ 15 min，此時(shí)咖啡豆水分含量和質(zhì)量損失各不相同。其中水含量隨烘焙速度的加快逐漸升高，變化范圍約1.5%～3.0%;相反，失重隨之減小，變化范圍約12.5%～14.5%。該變化規(guī)律與文獻(xiàn)報(bào)道一致[20-21]，可能快速烘焙產(chǎn)生了更多的可溶性固體，綠原酸等成分降解少，揮發(fā)物損失更低，故失重較少;慢速失重高，樣品中揮發(fā)物含量也較低，可能由于前體物質(zhì)降解過多，另一方面失水較多導(dǎo)致失重最高。改變烘焙速度導(dǎo)致咖啡豆含水量發(fā)生變化，進(jìn)而影響咖啡豆揮發(fā)性成分的形成，因此，改變烘焙條件及監(jiān)控豆溫變化可能會(huì)額外改進(jìn)烘焙技術(shù)，以滿足不同咖啡品種的風(fēng)味要求。

2.2 ?不同烘焙速度咖啡豆揮發(fā)性成分分析

2.2.1 ?揮發(fā)性成分種類變化分析 ?不同的品種和處理方法會(huì)導(dǎo)致咖啡揮發(fā)性成分的差異，但產(chǎn)生機(jī)理一致，即通過美拉德反應(yīng)、斯特萊克降解和自動(dòng)氧化等過程形成。這些成分賦予咖啡不同的香氣和口感滋味，目前100多種感官詞匯已被用來描述咖啡香氣特征[4]，如烘烤味、燒焦味、堅(jiān)果味、可可味、霉味/土味、花香、果香、綠色的、灰白色的/煤煙味的、刺激性的/辛辣的以及甜味和酸味等風(fēng)味輪廓[19]。如圖1所示，分別表示快速、中速和慢速烘焙豆揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖，其中不同烘焙方式咖啡豆峰強(qiáng)度差異性較大，表明烘焙速度對(duì)咖啡豆揮發(fā)性成分種類及含量有一定影響。在快速烘焙、中速烘焙和慢速烘焙中共檢測(cè)到92種揮發(fā)性成分，其中快速烘焙豆中最為豐富，共82種（見表2），中速和慢速烘焙中分別檢測(cè)到72種、76種。文獻(xiàn)表明快速烘焙咖啡味道和香氣較高[22]，可能與產(chǎn)生的揮發(fā)性成分種類相關(guān)。

由圖2A可知，快速烘焙中，共鑒定出呋喃類17種，吡嗪類16種，酮類10種，吡咯類9種，酚類8種，吡啶類5種，酸類5種，醛類4種，含硫化合物3種，醇類2種，酯類1種及其他2種成分，其中吡嗪類、呋喃類和酮類占比52.44%。中速烘焙中成分最少，產(chǎn)生呋喃類17種，吡嗪類18種，占比48.61%，與快速烘焙相比，酮類（6種）有所減少。酸性化合物通常會(huì)產(chǎn)生難聞的氣味[15]，中速中只檢測(cè)出2種，可能烘焙時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致酸類物質(zhì)在后續(xù)反應(yīng)中進(jìn)一步降解;或咖啡豆品種的原因，有些烘焙師會(huì)根據(jù)咖啡豆自身特征來控制烘焙時(shí)長(zhǎng)。慢速烘焙中，檢測(cè)出吡嗪類（16種）>呋喃類（15種）>吡咯類（9種），未檢測(cè)到酯類，即具有薄荷清香的煙酸甲酯，該成分可能為快速和中速烘焙的特征香氣成分。

3種速度烘焙豆中產(chǎn)生呋喃和吡嗪類種類最多，與文獻(xiàn)[23]中報(bào)道一致。然而除大部分種類相同的物質(zhì)外，分別還產(chǎn)生了特有的香氣成分，例如，中速烘焙中，未檢測(cè)到呈現(xiàn)酸性乳品風(fēng)味的3-甲基丁酸[14]，而快速和慢速烘焙中檢測(cè)到最高含量分別為2.78、3.16 μg/g;1-羥基-2-丙酮被描述為辛辣和焦糖氣味，只在快速烘焙（0.72～ 6.45 μg/g）和中速烘焙（3.53～6.84 μg/g）中出現(xiàn)。另外，只在快速烘焙中檢測(cè)到具有黃油香氣的2-（5H）-呋喃酮和花果香的苯甲醇，這種特有的香氣成分為3種速度烘焙豆的特征香氣成分，可能會(huì)對(duì)咖啡風(fēng)味產(chǎn)生重要影響。除此之外，3種速度烘焙豆中均檢測(cè)到含硫化合物，包括2-噻吩乙醇（0.24～2.89 μg/g）和2-噻吩甲醛（1.51～ 6.84 μg/g）等，具有烘烤和肉類風(fēng)味。此類物質(zhì)源于含硫氨基酸在糖類存在下的熱降解[20]，特別是某些揮發(fā)性硫醇，盡管其濃度很低，但因極低的氣味閾值更易對(duì)嗅覺產(chǎn)生沖擊，會(huì)對(duì)咖啡的感官特性產(chǎn)生極大影響。然而，3種速度烘焙豆中均未檢測(cè)到揮發(fā)性硫醇物質(zhì)，可能是受到氧化降解反應(yīng)敏感性的阻礙，導(dǎo)致硫醇通過自動(dòng)氧化或高溫降解快速轉(zhuǎn)化為二硫化物[24]，故未檢測(cè)到此類成分。

2.2.2 ?揮發(fā)性成分含量變化分析 ?采用HS- SPME-GC-MS技術(shù)富集和分析烘焙咖啡樣品中的揮發(fā)性成分，結(jié)果表明，3種烘焙速度烘焙豆中揮發(fā)性物質(zhì)含量差異明顯。其中，中速烘焙產(chǎn)生的總揮發(fā)性成分總量（747.58～1080.51 μg/g）>快速烘焙總揮發(fā)性成分總量（336.80～851.1 μg/g）> 慢速烘焙總揮發(fā)性成分總量（236.07～559.30 μg/g）。中速烘焙在入鍋溫度180 ℃下?lián)]發(fā)物含量最高，此時(shí)慢速中只檢測(cè)到揮發(fā)物含量326.81 μg/g。而快速和慢速烘焙中，揮發(fā)物總含量會(huì)隨著入鍋溫度的升高呈上升趨勢(shì)，如快速烘焙中，入鍋溫度170～210 ℃下，產(chǎn)生揮發(fā)物總含量分別為336.80、524.82、511.89、635.46、851.10 μg/g。

揮發(fā)性呋喃呈現(xiàn)麥芽和甜味烘烤香氣，不同于吡咯（通過氨基酸或葫蘆巴堿熱解生成），主要由碳水化合物的美拉德反應(yīng)、脂質(zhì)熱氧化、抗壞血酸和硫胺素在烘焙過程中熱降解形成[8]。吡嗪是各種烘焙食品的產(chǎn)物，也是咖啡中含量豐富的一類化合物，主要來自還原糖和蛋白質(zhì)或氨基酸之間的美拉德反應(yīng)，通常被描述為堅(jiān)果、泥土和烘烤芳香，因具有較低的感官閾值濃度，對(duì)咖啡的風(fēng)味至關(guān)重要[25]。由圖2B可知，呋喃和吡嗪在快速烘焙中含量最高分別達(dá)384.57、282.17 μg/g，占比45.16%和33.15%，與中速烘焙（50.76%和16.58%）和慢速烘焙（39.52%和29.17%）一致，含量均高于其他類別物質(zhì)。

3種速度烘焙豆中，比較各類物質(zhì)分布發(fā)現(xiàn)，酚類含量占比在中速烘焙中（14.07%）>慢速烘焙（7.70%）>快速烘焙（6.60%）;酸類占比在快速烘焙中（1.98%）>慢速烘焙（1.66%）>中速烘焙（1.14%）;吡啶類占比在慢速烘焙中（5.41%）>快速烘焙（2.79%）>中速烘焙（2.45%）。Petisca等[15]研究表明慢速烘焙有利于吡啶（魚腥味）的形成，與該結(jié)果一致。吡啶是葫蘆巴堿的分解產(chǎn)物，與烘焙時(shí)間密切相關(guān)，會(huì)在焙燒的初始階段快速生成，后期在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)降解[26]。對(duì)于酚類化合物，是由綠原酸（像阿魏酸、咖啡酸和奎尼酸）的熱降解產(chǎn)生，對(duì)咖啡風(fēng)味很重要的影響，普遍具有辛辣的酚類香氣[16]。

有研究指出，烘焙速度會(huì)對(duì)單個(gè)香氣成分產(chǎn)生影響，有些香氣物質(zhì)的含量與烘焙速度密切相關(guān)。如Toci等[25]發(fā)現(xiàn)了7種（2，5-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2，5-二甲基-3-乙基吡嗪、愈創(chuàng)木酚、2-乙基愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚）與焙燒速度相關(guān)的香氣化合物。本研究中，除2，5-二甲基-3-乙基吡嗪外，其余6種香氣化合物在3種速度烘焙豆中均檢測(cè)到，其中，3種吡嗪類成分在中速烘焙中含量均高于快速和慢速烘焙。其他高濃度吡嗪類物質(zhì)還有2，6-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙基-3-甲基吡嗪，使咖啡風(fēng)味呈現(xiàn)烘烤、堅(jiān)果、可可及泥土的香氣，然而2-乙基-5-甲基吡嗪會(huì)使咖啡產(chǎn)生土味，進(jìn)而對(duì)感官造成負(fù)面影響，是導(dǎo)致羅布斯塔咖啡味道相比阿拉比卡咖啡較差的原因[15]，其含量在快速、中速和慢速烘焙中分別為10.31、15.96、11.85 μg/g，分別占比2.01%，1.48%和2.12%，可見在中速烘焙中檢測(cè)到含量最多，但所占比例最小，可能對(duì)中速烘焙咖啡整體風(fēng)味影響最小。

相比阿拉比卡咖啡，羅布斯塔咖啡中苯酚和苯酚衍生物含量相對(duì)較高，其中愈創(chuàng)木酚（酚類辛辣味）、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚（樹脂味）被報(bào)道是關(guān)鍵芳香揮發(fā)物，會(huì)對(duì)咖啡風(fēng)味產(chǎn)生積極影響[27]。產(chǎn)生酚類化合物的主要途徑是綠原酸的熱降解，其前體物質(zhì)降解的程度受烘焙速度影響[28]，中速烘焙對(duì)酚類物質(zhì)影響較大，其含量和比例遠(yuǎn)超出快速和慢速烘焙。快速和慢速烘焙豆中，愈創(chuàng)木酚（酚類辛辣味）含量>2-乙基愈創(chuàng)木酚含量>4-乙烯基愈創(chuàng)木酚（樹脂味），而中速烘焙豆中，2-乙基愈創(chuàng)木酚含量>愈創(chuàng)木酚含量>4-乙烯基愈創(chuàng)木酚。且3種烘焙速度下，入鍋溫度為210 ℃時(shí)，3種酚類的含量均有較急劇的增加，可能酚類物質(zhì)受入鍋溫度的影響較大。

還有些成分被認(rèn)為是咖啡烘焙過程中產(chǎn)生，且對(duì)香氣有強(qiáng)烈影響，例如酮類物質(zhì)中2，3-丁二酮（黃油、水果和焦糖香氣）、2，3-戊二酮（黃油香氣）和1-羥基-2-丁酮（甜麥芽和糖果香氣）以及醛類物質(zhì)中2-甲基丁醛（黃油味）、3-甲基丁醛和糠醛（甜杏仁味）等，通常被描述為脂肪和乳制品風(fēng)味[23]。這些成分被認(rèn)為是高品質(zhì)飲品中可能存在的標(biāo)志，分析發(fā)現(xiàn)，在中速烘焙中2，3-戊二酮未被檢測(cè)到，快速和慢速烘焙中只檢測(cè)到0.40～ 1.31 μg/g;1-羥基-2-丁酮只在快速和中速烘焙中產(chǎn)生，最高含量分別為0.97、1.23 μg/g;糠醛在中速（175.84 μg/g）和快速烘焙（153.79 μg/g）中以高含量存在，然而慢速烘焙中含量只有56.25 μg/g。

2.2.3 ?不同烘焙方式咖啡豆揮發(fā)性成分聚類分析 ? 聚類熱圖能直觀地比較不同樣品間揮發(fā)性成分的差異[9]，圖3中A1～A5、B1～B5和C1～C5分別代表入鍋溫度170～210 ℃下快速、中速和慢速烘焙樣品。由熱圖可知，快速和慢速烘焙豆聚為一大類，說明二者多數(shù)揮發(fā)性成分含量較相近，而中速烘焙豆與二者揮發(fā)性成分差異明顯。橫向比較得出，中速烘焙豆中呋喃類、吡咯類、醛類以及酚類等物質(zhì)含量相比快速和慢速較突出;慢速烘焙中，含硫化合物和吡啶類物質(zhì)含量最為顯著，而酯類和酸類成分在快速烘焙中較豐富。縱向分析可知，A1和C1～C3聚為一類，其呋喃類、含氧化合物（醛酮類）、雜環(huán)氮化物（吡咯吡啶類）[14]、酚類等呈現(xiàn)較低的含量;A2～A5和C4～C5聚為一類，呋喃類、吡咯和醛酮類等物質(zhì)含量逐漸增加;而中速烘焙樣品B1～B5單獨(dú)聚為一類，各類物質(zhì)含量總體均高于快速和慢速處理的樣品。

2.3 ?電子鼻對(duì)不同烘焙方式咖啡豆揮發(fā)性成分分析

電子鼻可將經(jīng)過不同處理的咖啡樣品整體揮發(fā)性化合物相關(guān)的信息進(jìn)行整合區(qū)分，后經(jīng)PCA分析可視化樣品間的差異[29]。圖4為不同傳感器對(duì)不同烘焙速度咖啡樣品的特征響應(yīng)值，可以看出，傳感器T70/2、P30/2、PA/2和T30/1具有較高的響應(yīng)值，其響應(yīng)強(qiáng)度大小依次為PA/2>T70/2> P30/2>T30/1，這些傳感器對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物敏感，如乙醇、醛、甲苯、二甲苯和硫化氫等[12]。LY2/gCT和LY2/AA對(duì)不同烘焙咖啡香氣變化區(qū)分強(qiáng)度較小，與其他4個(gè)傳感器強(qiáng)度值差異明顯，且傳感器響應(yīng)值在快速烘焙豆中最高。

將PCA應(yīng)用于咖啡樣品電子鼻所得數(shù)據(jù)矩陣中，可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)進(jìn)而揭示各類樣品間、樣品與變量間的關(guān)系，其中PCA中累計(jì)貢獻(xiàn)率越大，越能更好地反映各個(gè)指標(biāo)的信息[30]。由圖5A可知，PC1和PC2的總方差貢獻(xiàn)率為92.8%，其中PC1占74.9%，PC2占17.9%，表明前兩個(gè)PCs能較好解釋樣本信息。圖5B由3個(gè)主成分組成，第三主成分PC3貢獻(xiàn)率為5.6%。由二者得分和載荷圖可知，3種烘焙速度咖啡豆能夠較好按各自特性聚為一類，說明三者風(fēng)味相互獨(dú)立?？焖俸姹憾筆C1得分全部為正，與傳感器T70/2、P30/2、PA/2、T30/1和LY2/gCT相關(guān)，中速和慢速烘焙豆得分多聚集在PC1負(fù)半軸，與傳感器LY2/AA（對(duì)乙醇、丙酮和氨等物質(zhì)類型較敏感[16]）相關(guān)性較大，使得快速烘焙豆與中速和慢速烘焙豆距離較遠(yuǎn)，表明快速烘焙豆較兩者風(fēng)味差異顯著;中速和慢速烘焙樣品距離相近，且部分樣品有重疊現(xiàn)象，說明二者整體風(fēng)味有一定差異，但也有相似之處。電子鼻結(jié)合PCA分析，可從定性角度上區(qū)分不同烘焙速度處理的咖啡豆，區(qū)分結(jié)果可能與產(chǎn)生的揮發(fā)性成分種類有關(guān)。

3 ?討論

烘焙咖啡主要是為了提供能夠給予消費(fèi)者以快感享受的特殊風(fēng)味，烘焙本身是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，在這個(gè)過程中，咖啡暴露在高溫下經(jīng)過一定的時(shí)長(zhǎng)發(fā)生不同程度上的理化反應(yīng)，形成不同的揮發(fā)性香氣化合物，賦予咖啡花果香、堅(jiān)果香、巧克力香等各種香氣以及苦味、澀味和甜味等不同特性，進(jìn)而對(duì)咖啡的感官品質(zhì)產(chǎn)生不同

的影響。在烘焙過程中，咖啡理化性質(zhì)的發(fā)展強(qiáng)烈依賴烘焙條件，研究指出，烘焙豆中揮發(fā)性化合物的濃度可達(dá)1 g/kg[19]。目前，烘焙咖啡揮發(fā)性成分的研究較普遍，例如比較不同產(chǎn)地[9， 31]和品種[12]、不同干燥方法[19]以及不同烘焙方式[13， 28]等對(duì)咖啡揮發(fā)性成分的影響;而海南興隆烘焙咖啡的研究多集中于比較不同烘焙程度對(duì)揮發(fā)性成分的影響[5， 16]，但烘焙速度對(duì)其揮發(fā)性成分研究尚未見報(bào)道。Toci等[18]同時(shí)研究了烘焙器類型、烘焙速度對(duì)不同杯品質(zhì)量咖啡（混合咖啡）揮發(fā)性成分的影響，結(jié)果顯示在流化床烘焙爐中，烘焙速度變化只影響整體酚類化合物含量，而半流化床烘焙爐中，烘焙速度顯著影響揮發(fā)性化合物的濃度;Baggenstoss等[20]考察了高溫-短時(shí)和低溫-長(zhǎng)時(shí)對(duì)咖啡香氣形成動(dòng)力學(xué)的影響，Schenker等[21]研究了不同烘焙時(shí)間-溫度條件對(duì)咖啡理化性質(zhì)的影響，二者研究結(jié)果均證實(shí)不同烘焙速度將改變烘焙豆最終水分含量和質(zhì)量損失，且影響關(guān)鍵香氣化合物的形成，進(jìn)而產(chǎn)生不同的咖啡香氣和風(fēng)味，但二者研究對(duì)象均為阿拉比卡咖啡。本研究同樣研究不同烘焙速度對(duì)咖啡豆理化指標(biāo)及揮發(fā)性成分的影響，與上述報(bào)道相比，實(shí)驗(yàn)方法和研究對(duì)象有所不同;此外，本研究還通過電子鼻檢測(cè)和PCA分析進(jìn)一步區(qū)分不同烘速樣品，且結(jié)果表明不同烘速咖啡間風(fēng)味具有較明顯差異。通過本研究可了解不同烘焙速度參數(shù)對(duì)咖啡風(fēng)味的調(diào)控及影響，將為咖啡烘焙工藝改進(jìn)及品質(zhì)提升提供參考。

4 ?結(jié)論

本研究通過改變烘焙時(shí)間-溫度條件觀察烘焙速度對(duì)興隆咖啡豆理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，不同烘焙方式即快速烘焙、中速烘焙和慢速烘焙對(duì)咖啡豆水分含量、失重以及揮發(fā)性成分的種類和含量均有影響。結(jié)論如下：

（1）烘焙豆的水分含量會(huì)隨著烘焙速度的提升而逐漸升高，失重則相反。（2）對(duì)于揮發(fā)性成分，快速烘焙豆中產(chǎn)生種類最多（82種），而中速烘焙豆中總揮發(fā)性成分含量最高（1080.51 μg/g）;3種烘焙方式產(chǎn)生的各類物質(zhì)占比不同，可能對(duì)咖啡整體風(fēng)味產(chǎn)生不同影響。（3）電子鼻與PCA分析結(jié)果顯示，3種烘焙豆樣品差別明顯，其中快速烘焙豆與中速和慢速烘焙豆風(fēng)味差異較大，證明烘焙速度使咖啡豆揮發(fā)性成分產(chǎn)生差異，進(jìn)一步影響咖啡風(fēng)味。

綜上表明，烘焙過程中使用不同的時(shí)間-溫度條件，獲得同等烘焙程度的咖啡豆，它們的香氣和物理性質(zhì)并不等同，理化性質(zhì)會(huì)隨著烘焙曲線的改變而演變，表明也許可以通過控制烘焙速度改變咖啡的香氣和風(fēng)味，以助提高咖啡產(chǎn)品的質(zhì)量。

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責(zé)任編輯：崔麗虹