云南咖啡风味图谱

大家都知道，生豆在烘焙之前除了草腥味几乎就没有其他风味了，但在烘焙过程中其化学成分发生一些列反应，形成了咖啡特有的风味。咖啡中含有超过800中挥发性成分，即使有些成分是微量的，也能对风味发挥作用。国云南省的德宏、保山、临沧、普洱为国内小粒种咖啡的主要种植区，种植面积达10万hm2以上，总产量达12万t，种植面积和产量占全国的98%以上。国内对咖啡风味的研究较少，主要集中在遗传育种、丰产栽培、病虫害防控等方面，採用HS-SPME-GC/MS对云南3个地区（普洱、保山、临沧）的中度烘焙豆进行检测结果表明，呋喃类物质含量最高，且不同地区样品能够进行区分。

通过运用精密仪器对云南四产区咖啡豆进行学术实验。咖啡样品中每类物质的含量以各自峰面积之和占总峰面积的百分比表示，对咖啡中挥发性物质进行归类分析发现，在浅度烘焙中，糠醛是普洱、临沧、德宏样品中含量最高的挥发性物质，分别为（17.39±0.35）%、（14.93±0.13）%、（12.30±0.22）%，而保山咖啡中含量最高的是甲基吡嗪，为（10.75±0.16）%；在中度烘焙样品中，糠醇在保山、临沧和德宏中含量最高，分别为（13.54±0.42）%、（12.28±0.25）%和（11.89±0.10）%，而在普洱中度咖啡中5-甲基呋喃醛含量最高，为（14.01±0.28）%；在普洱深度烘焙咖啡中最高含量的挥发性物质是糠醇，为（15.22±0.96）%，而保山、临沧、德宏深度烘焙咖啡中含量最高的挥发性物质是吡啶，分别为（20.28±0.46）%、（17.85±0.20）%、（19.26±0.40）%。说明咖啡中挥发性物质随烘焙度新增变化较大，如普洱样品中吡啶类物质含量从0.53%（浅度）新增至16.34%（深度）；而呋喃类从43.28%（浅度）减少至33.25%（深度）。
深度烘焙咖啡中呋喃类物质数量比浅度烘焙样品多，与中度烘焙样品相当，如普洱咖啡中的糠醛含量由（10.44±0.08）%（中度）减少至（3.53±0.10）%（深度），5-甲基糠醛含量由（14.01±0.28）%（中度）减少至（2.77±0.06）%（深度）。随著烘焙度的新增，吡嗪类物质的含量减少，尤其是保山和德宏咖啡由浅度烘焙到中度烘焙时变化明显，这主要是由于这2个地区浅度咖啡中的甲基-吡嗪、2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪的含量比普洱和临沧咖啡高。



吡啶类物质随烘焙度新增其数量新增，而吡咯类物质基本没有变化；在化合物含量上，4个地区咖啡中吡啶类化合物均随烘焙度的新增而新增，其中吡啶的新增最为明显，如普洱样品含量从（0.53±0.05）%（浅度烘焙）新增到（13.69±1.22）%（深度烘焙）；4个地区咖啡中的吡咯类化合物含量相当，且随烘焙度新增其变化不大。


4个地区咖啡中的醛类和酮类在种类上变化不大，在同一烘焙度条件下，酮类物质含量基本相当，并且随著烘焙度的新增，含量在逐渐减少；而醛类物质随烘焙度的新增其含量并没减少，在深度烘焙样品中反而最大，主要是由于4-甲基苯甲醛在深度烘焙咖啡中的含量较高。


4个地区的深度烘焙咖啡中酚类物质含量明显增加，相比于浅度和中度咖啡，酚类物质对深度烘焙咖啡的香气影响较大。除德宏地区咖啡外，其它地区咖啡均随烘焙度的新增，酸类物质含量减少。从GC-MS结果来看，并没有检测出2-糠基硫醇，而且4个地区硫化物的含量相差不大。


实验表明，4个地区同一烘焙度咖啡基本能保持较好的相关性，而不同烘焙度咖啡区分程度较为明显，较深度烘焙咖啡而言，浅度烘焙咖啡和中度烘焙咖啡相关性较好。

咖啡的特徵香气是由不同种类、浓度的挥发性物质决定，对阿拉比卡烘焙咖啡的香气起主要贡献的化合物为极性物质。随著烘焙度的新增，咖啡中的化学组分由于烘焙发生一系列反应如美拉德和焦糖化反应等，导致咖啡中挥发性物质在种类和含量上发生变化。


呋喃类化合物是咖啡挥发性物质中含量相对较高的一类物质，主要表现为烧焦味和焦糖化味，其产生主要是由于糖类和胺基酸在高温下发生反应，由于生咖啡豆中含有较高的糖类和胺基酸，所以产生的呋喃类物质含量较高。本研究结果发现，深度烘焙咖啡中呋喃类物质数量比浅度烘焙样品多，与中度烘焙样品相当，咖啡中糠醛含量随烘焙度的新增而降低，可能是由于发生了分解反应或聚合反应。吡嗪类作为烘焙咖啡中第二大类的挥发性物质，主要表现为烧烤味和泥土味。


本研究结果发现，随著烘焙度新增，吡嗪类物质在数量和种类上变化不大。吡啶类和吡咯类化合物主要表现为烟熏味和烧焦味，但是由于这些化合物阈值较高，因而其对咖啡的香气贡献较小。本研究结果发现，4个地区咖啡中吡啶类化合物均随烘焙度的新增而新增。醛类和酮类化合物通常在中度烘焙时具有较高的含量，而在深度烘焙由于发生降解反应含量会出现略微减少，其中醛类和2,3-戊二酮是贡献咖啡忌廉风味的关键香气物质。本研究结果发现，4个地区咖啡中的醛类和酮类在种类上变化不大。


酚类作为咖啡中一类挥发性物质，主要是由于奎尼酸部分基团降解形成的。本研究结果发现，4个地区的深度烘焙咖啡中酚类物质含量明显增加，主要是由于愈创木酚、苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚含量增幅较大，其中愈创木酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚对香气贡献较大，尤其是愈创木酚被视为咖啡中的一种关键香气物质。羧酸类物质如乙酸、丙酸和3-甲基丁酸主要影响咖啡的酸味，本研究发现，酸类物质对浅度烘焙样品影响较大。含硫挥发物作为咖啡中一种重要的香气物质主要影响咖啡的烘焙味[23]，由于这类化合物具有较低的闪点和易氧化等特性，所以通常以微量形式存在于咖啡中（不足总挥发性物质的0.01%），但是在新鲜烘焙咖啡中发挥著重要的作用，其中，2-糠基硫醇由于其较低的阈值，为0.05 ppb（空气），因而对咖啡香气贡献较大。4个地区硫化物的含量相差不大，未检测出2-糠基硫醇。呋喃酮类也对咖啡香气贡献较大，而2,5-二甲基-4-羟基-3（2H）-呋喃酮是最为常见的关键香气化合物。



依据载荷图可寻找对4个地区不同烘焙度咖啡香气贡献较大的各类挥发性物质，吡嗪类可以作为区分保山浅度和德宏浅度的判断名额，酸类和呋喃酮类和临沧浅度咖啡相关性较高，可以作为其判断名额，而普洱浅度烘焙咖啡和酮类以及呋喃类相关性较高；4个地区中度烘焙咖啡基本保持一致，其相关性挥发性物质为呋喃类；深度烘焙咖啡中，保山、临沧、德宏相接近，其相关性较高的挥发性物质主要是酚类、吡啶类以及硫化物，而同普洱深度烘焙咖啡相关性较高的挥发性物质是吡咯类，上述几类挥发性物质基本上可作为区分不同地区、不同烘焙度咖啡豆的鉴别依据。


现时，咖啡中被检测出的挥发性成分已超过800种，然而挥发性只是一种物质对咖啡香气有贡献最基本的要求，并不是所有的挥发性成分都是香气物质，作为咖啡中的香气物质必须在空气中超过一定浓度，同时与鼻腔内的受体发生反应才能被感受到，如具有青草烧焦味的高含量甲基吡嗪由于具有较高的阈值，囙此其对咖啡整体香气贡献相当有限。另外，糠醇以及吡啶等高百分比的挥发性物质也检测出其对咖啡的香气有较小的影响，而一些百分含量较低的挥发性物质如4-乙基-甲氧基酚和2,5-二甲基-4-羟基-3（2H）呋喃酮却对咖啡的香气有较大的影响。本研究根据GC-MS检测到的挥发性物质选择其中的21种作为判断名额。通过对归类挥发性物质进行PCA分析发现，挥发性物质可以作为区分4个地区不同烘焙咖啡的判断名额，吡嗪类同保山和德宏浅度样品相关性较好，酸类、呋喃酮类和临沧浅度样品相关性较高，而普洱浅度样品与酮类以及呋喃类相关性较高；4个地区中度烘焙咖啡基本保持一致，同呋喃类相关性较好；保山、临沧、德宏深度咖啡较接近，相关性较高的主要是酚类、吡啶类以及硫化物，普洱深度咖啡相关性较高的是吡咯类。而对主要香气物质的PCA分析结果与以上结果存在差异，主要是由于咖啡特徵香气的产生是由少数致香物质导致的，并且随著烘焙度的新增，4个地区同一烘焙度咖啡的香气差异也在新增。


该研究也通过电子舌对四个产区的样品进行分析。电子舌是模仿人体味觉机理的一种现代分析仪器，由味觉感测器阵列获取待测样品液的资讯，通过多元资料分析方法对感测器输出信号进行处理，实现对样品的分析。电子舌并不能从微观上对样品的微观组分进行分析，而是反映了样品的整体风味特徵，具有客观、快速、准确、重複性好等优点，通过电子舌实验，能够进一步明晰4个地区烘焙咖啡间的差异。根据电子舌实验的PCA结果可以看出，4个地区的烘焙咖啡区分度较好，尤其是普洱和德宏咖啡区分度明显，而保山和临沧咖啡相距较近；对于同一烘焙度咖啡而言，4个地区深度咖啡均与浅度和中度咖啡区分明显，而中度和浅度相距较近，其中德宏浅度和中度咖啡差异最小，而保山浅度、中度咖啡和临沧浅度、中度咖啡差异也比较小。 2017-07-26 16:59:40