云南咖啡熟豆主要成分分析

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　　华夏的出生地-渖阳有很多地道的美食。那裡是一个文化的大熔炉，有著5000多年历史的古城，清朝的第一都，曾经叫做渖水、奉天、盛京等等。那裡有回族的群居地、鲜族的群居地、日本人的群居地等等，所以饮食文化特别发达。上小学时，班裡有很多朝鲜族同学和日本混血儿，我就是个日本混血儿。可到了杭州以后，很多人都不能理解，觉得很新鲜，殊不知在东北是一件习以为常的事儿。从小我爸妈就经常带我去西塔(渖阳朝鲜人的地盘)吃烤肉，那迷人的焦香，这辈子都忘不了，在东北朝鲜烤肉火得不得了，而杭州人却不怎麽喜欢。自打15岁去英国后，每次回渖阳，爸爸妈妈都会带我去吃福云龙烧烤。现在才知道，在烧烤的过程中，出现了一种化学反应，叫做【美拉德反应】

　　对咖啡烘焙有一些了解的朋友们一定都知道咖啡豆为什麽烘焙度越深、颜色就越深。华夏以前在【食话】演讲中提到过，是由于咖啡在烘焙的过程中，会发生很多物理和化学反应。其中最著名的就是【美拉德反应(Maillard Reaction)】。通过我们人类的嗅觉可以发现食物中迷人的焦香，视觉可以看它的颜色，因为因其生成了一种褐色物质叫做【类黑精】

　　【美拉德反应(Maillard reaction)】，又称麦拉德反应、梅拉德反应、梅纳反应、羰胺反应，是广泛分佈于食品工业的非酶褐变反应，指的是食物中的还原糖(碳水化合物)与胺基酸/蛋白质在常温或加热时发生的一系列複杂反应，其结果是生成了棕黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素。除产生类黑精外，反应过程中还会产生成百上千个有不同气味的中间体分子，包括还原酮、醛和杂环化合物，这些物质为食品提供了宜人可口的风味和诱人的色泽。

　　【美拉德反应】由法国化学家Louis Camille Maillard于1912年发现，1953年John Hodge等人将这个反应正式命名为美拉德反应。1912年时，美拉德把自己将胺基酸和糖类水溶液混合加热后溶液产生黄棕色的发现讲给法国科学院的其他科学家听，但当时在座者中几乎没有人能意识到这个反应背后的潜在意义。然而时至今日，美拉德反应已经成为与现代食品工业密不可分的一项科技，在肉类加工、食品储藏、香精生产、中药研究等领域处处可见。现时的研究也显示出其与机体的生理和病理过程密切相关。咱们路过麵包房或者撸串的时候，都会问到迷人的焦香，便是美拉德反应的产物，烘焙咖啡过程中也非常的香甜，亦是如此。

　　蛋炒饭也是一种美拉德反应，蛋液与米饭表面在加热时产生焦糖化反应，米粒会因结晶化而变得较硬且易粒粒分离，才能炒出粒粒分明的炒饭，不必要使用冰箱冷藏煮熟的饭。传统中菜上，用糖醃肉类或先撒淀粉质在肉类才炒，也会把食材味道的精华锁住，炒出来的料理带焦香却不见烧焦的痕迹，看起来漂漂亮亮，且集色、香、味于一盘。

　　【类黑精】是美拉德反应后期形成的一类棕褐色的,结构複杂的大分子化合物,在食品中普遍存在.食品类黑精是指碳水化合物(一般指糖类) 与带有自由氨基的含氮化合物(如氨基酸、肽、蛋白质等)之间发生美拉德反应的后期形成的一种棕褐色物质。普遍的观点认为，食品类黑精是由一些不同种类的高分子量化合物组成的混合物， 其颜色的形成原因，除了那些高分子量的类黑精物质，也与一些低分子量的有色化合物有关，有时也包括一些低分子量的类黑精物质。

　　类黑精具有抗氧化功能，结合风味物质，具有抗癌和预防龋齿的作用。喜欢吃日料的亲们都知道，日料理的味增汤非常好喝。味增汤中便含有类黑精，这也就是为什麽，经常喝味增汤具有轻体的作用，乃日本女人减肥之锺爱良品。类黑精排毒又健康，具有预防血糖急速上升的神奇成份。每天一碗味增汤，超强排毒，抗癌效果极好。

　　其实，类黑精这种物质，咖啡中所含份量要比味增汤多得多!烘焙咖啡时的美拉德反应所生成的类黑精，我们喝了咖啡，咖啡中的类黑精抑制我们人体内的氧化物、疲累、疼痛等状况的产生，可以成为【排毒大王】了!

　　今天，深职院乔教授推送我了一片题目为《云南不同地区烘焙咖啡豆主要成分分析及类黑精组成成分》的学术报告。此篇报告出自《食品科学週刊》，该报告以云南3个咖啡主产区(普洱、怒江、德宏)的生咖啡豆为原料，通过不同程度(轻度、中度、重度)烘焙，对其主要成分进行分析，并选取类黑精，採用热裂解-气相色谱-质谱(pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry，Py-GC-MS)联用技术分析咖啡类黑精的化学组成。结果显示：随著烘焙程度加深，咖啡豆的蛋白质和粗脂肪含量新增，总胺基酸含量降低，其中蛋白质含量最高为重度烘焙后的普洱咖啡豆(16.3 g/100 g)，胺基酸含量最高为普洱生咖啡豆(9.41%)，粗脂肪含量最高为中度烘焙后的德宏咖啡豆(13.85 g/100 g)，矿物质元素中含量较高的为K、Mg、P、Ca，普洱咖啡豆经重度烘焙后K含量最高(2.2 g/100 g)。Py-GC-MS分析结果表明：不同产地、不同烘焙程度咖啡豆的类黑精组成差异明显，但也存在共性特徵，咖啡因和酸类相对含量最高，其次是胺类、酯类、酚类、吡咯类、呋喃类、吡啶类、醛类、醇类、酮类等。

　　以下是和大家分享的该报告中所得出的结果和结论摘要：

　　通过该报告组织者们的化学实验，得出了云南不同产地咖啡豆经过不同条件烘焙后，研究包含生咖啡在内的共12种咖啡豆的成分，矿物质元素、蛋白质、粗脂肪、胺基酸含量都不尽相同。普洱和怒江地区生咖啡豆中矿物质元素含量由高到低均为K>Mg>P>Ca>Mn>Fe>Na>Cu>Zn;矿物质元素Mg、P、Ca、Mn、Zn含量都随著烘焙程度加深呈升高趋势，原因可能是咖啡豆在烘焙过程中，一方面是淀粉转化为焦糖，水分也随著二氧化碳而蒸发，另一方面是有些成分如纤维质也会被碳化掉，从而导致同等质量条件下矿物质元素含量升高;普洱咖啡豆经轻度烘焙后，Fe(64.8 mg/kg)、Cu(20.2 mg/kg)、Na(17.2 mg/kg)、Zn(9.08 mg/kg)含量与其他地区咖啡豆相比最高，经重度烘焙后，K(2.20 g/100 g)、Mg(0.272 g/100 g)含量与其他地区咖啡豆相比最高;德宏咖啡豆经重度烘焙后，P(0.242 g/100 g)、Ca(0.188 g/100 g)含量与其他地区咖啡豆相比最高;怒江咖啡豆经中度和重度烘焙后Mn(118 mg/kg)含量与其他地区咖啡豆相比最高。

　　蛋白质在美拉德反应中与含羧基的糖类化合物反应生成醛、酮等物质，但研究结果显示蛋白质含量在烘焙后反而新增，可能是因为类黑精主要有3种结构，其中一种是蛋白质与低分子质量著色化合物交联产生的以蛋白质为基本成分的类黑精，所以咖啡经过烘焙后蛋白质总体含量新增;经过重度烘焙后的咖啡豆蛋白质含量由高到低依次为：普洱(16.3 g/100 g)>怒江(15.9 g/100 g)>德宏(15.0 g/100 g)。普洱和德宏咖啡豆经重度烘焙后蛋白质含量均比生咖啡豆新增3.3 g/100 g。

　　烘焙后的咖啡豆粗脂肪含量升高，可能是由于烘焙过程中新产生一些油溶性物质，随著咖啡豆表面油脂的生成而溶解于其中，使得粗脂肪含量升高;而脂肪在高温条件下容易被氧化，囙此怒江和德宏咖啡豆的粗脂肪含量随著烘焙程度加深先升高后降低;经过重度烘焙后的咖啡豆，粗脂肪含量由高到低依次为：德宏(13.77 g/100 g)>普洱(11.96 g/100 g)>怒江(11.38 g/100 g)。德宏咖啡豆经中度烘焙后粗脂肪含量比生咖啡豆新增8.35 g/100 g。

　　胺基酸总量随著烘焙程度加深而降低，是由于美拉德反应中胺基酸参与合成类黑精，在加热过程中分解为呋喃、吡啶等物质。生咖啡豆中胺基酸总量从高到低依次为普洱(9.41%)>德宏(8.49%)>怒江(6.90%);其中谷氨酸含量最高，其次为天冬氨酸和亮氨酸，蛋氨酸含量最低;赖氨酸和精氨酸含量变化较大，烘焙后的咖啡豆与生咖啡豆相比明显降低;脯氨酸在普洱咖啡豆中未检测到;怒江咖啡豆的胺基酸含量变化不明显，普洱咖啡豆和德宏咖啡豆胺基酸含量变化均呈降低趋势。

　　【轻度烘焙咖啡类黑精】中，普洱咖啡类黑精共检测出115种裂解产物，匹配度不小于50%的有19种，其中相对含量较高的有咖啡因(47.01%)、棕榈酸(6.99%)、油酸醯胺(5.11%)、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮(1.80%);怒江咖啡类黑精共检测出159种裂解产物，匹配度不小于50%的有30种，其中相对含量较高的有咖啡因(23.77%)、棕榈酸(22.85%)、硬脂酸(6.09%)、油酸醯胺(1.09%)、(S)-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(1.03%);德宏咖啡类黑精共检测出78种裂解产物，匹配度不小于50%的有10种，其中相对含量较高的有咖啡因(27.94%)、棕榈酸(19.00%)、油酸醯胺(2.04%)。

　　【中度烘焙咖啡类黑精裂解】产物中，普洱咖啡类黑精共检测出168种裂解产物，匹配度不小于50%的有26种，其中相对含量较高的有咖啡因(37.57%)、棕榈酸(8.86%)、油酸醯胺(2.45%)、硬脂酸(2.11%)、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮(2.08%)、(S)-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(1.14%)、吡咯并(2,1-F)吡嗪-1,4-二酮(1.05%);怒江咖啡类黑精共检测出102种裂解产物，匹配度不小于50%的有19种，其中相对含量较高的有咖啡因(39.36%)、棕榈酸(15.02%)、硬脂酸(2.80%)、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮(1.89%)、2-甲基-3-羟基-4-吡喃酮(1.18%)、3-羟基吡啶(1.14%);德宏咖啡类黑精共检测出112种裂解产物，匹配度不小于50%的有17种，其中相对含量较高的有咖啡因(36.25%)、棕榈酸(16.46%)、硬脂酸(4.54%)。

　　【重度烘焙咖啡类黑精】裂解产物中，普洱咖啡类黑精共检测出174种裂解产物，匹配度不小于50%的有32种，其中相对含量较高的有咖啡因(37.24%)、棕榈酸(9.14%)、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮(6.50%)、(2-氨基乙基)苄基氨基甲酸叔-丁基酯(2.45%)、吡咯并(2,1-F)吡嗪-1,4-二酮，2,3,6,7,8,8A-六氢-3-苄(2.35%)、(S)-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(1.70%)、3-氰基-4-氧代吡咯烷-1-甲酸叔丁酯(1.18%)、六氢吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮(1.00%);怒江咖啡类黑精共检测出83种裂解产物，匹配度不小于50%的有14种，其中相对含量较高的有咖啡因(22.25%)、棕榈酸(21.89%)、硬脂酸(5.04%);德宏咖啡类黑精共检测出93种裂解产物，匹配度不小于50%的有35种，其中相对含量较高的有咖啡因(26.52%)、棕榈酸(14.23%)、硬脂酸(3.30%)、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮(1.97%)。

　　经过分析发现，不同地区、不同烘焙程度咖啡豆类黑精热裂解产物存在明显差异，也有共性特徵。咖啡因是类黑精中含量最高的物质，原来咖啡因属于类黑精啊!咖啡因热稳定性强，在烘焙过程中含量较稳定。普洱咖啡类黑精中咖啡因相对含量较高，轻度烘焙后咖啡类黑精相对含量为47.01%;相对含量最低的是重度烘焙后的怒江咖啡类黑精，为22.25%。

　　酸类化合物主要影响咖啡的酸味，在怒江咖啡类黑精中相对含量较高，重度烘焙后相对含量为56.93%;相对含量最低的是轻度烘焙后的普洱咖啡类黑精，为6.99%;所有类黑精中相对含量最高的酸类化合物都是棕榈酸和硬脂酸。

　　胺类化合物是咖啡的基本香气物质，相对含量最高的是重度烘焙后的德宏咖啡类黑精，为7.04%，其次是轻度烘焙后的普洱咖啡类黑精，为5.11%;中度烘焙后的怒江咖啡类黑精中不含有;所有类黑精中相对含量最高的胺类化合物都是油酸醯胺。

　　酯类化合物在轻度烘焙后的怒江咖啡类黑精中相对含量为5.66%，其次是重度烘焙后的普洱咖啡类黑精(4.78%)和德宏咖啡类黑精(2.85%)。

　　酚类化合物主要表现为愉悦的丁香风味，相对含量最高的是中度烘焙后的普洱咖啡类黑精，其中4-乙烯基-2-甲氧基苯酚相对含量最高(0.25%)，它也是类黑精中主要的酚类化合物。

　　酮类化合物在重度烘焙后的普洱咖啡类黑精相对含量为0.36%;只在重度烘焙后的德宏咖啡类黑精中相对含量为0.10%，轻度和中度烘焙后的咖啡类黑精中不含有。

　　醇类化合物在怒江咖啡类黑精中相对含量最高，经过重度烘焙后相对含量为0.51%;相对含量最少的是中度烘焙后的普洱咖啡类黑精，为0.04%，而轻度和重度烘焙后的普洱咖啡类黑精中不含有。

　　醛类化合物对咖啡忌廉味贡献较大。只有轻度烘焙后的普洱咖啡类黑精和怒江咖啡类黑精中含有，相对含量分别为0.30%和0.06%，仅含有的一种醛类化合物分别是5-羟甲基糠醛(0.30%)和壬醛(0.06%)。

　　呋喃、吡咯、吡啶类化合物在咖啡中主要表现为烧焦味和焦糖化味。在经过重度烘焙后普洱咖啡类黑精中相对含量最高，为11.42%;而经过重度烘焙后怒江咖啡类黑精中相对含量最低，为0.32%。

　　不同地区、不同烘焙温度咖啡类黑精中也有共存成分，相对含量最高的共存成分是咖啡因和棕榈酸。研究结果表明，不同烘焙度对咖啡成分及其类黑精组成有较大影响，而且不同产地咖啡差异明显，这为不同产地咖啡豆的烘焙工艺提供了理论指导和依据。

　　本实验以云南3个主产区咖啡豆为原料，经过不同程度烘焙后，对其主要成分进行分析，并选取了类黑精，採用Py-GC-MS技术分析了类黑精的组成成分及差异。由于种植区域、环境及土壤条件的不同，普洱咖啡中矿物质元素总体含量和蛋白质含量较高;德宏咖啡豆中粗脂肪含量最高;胺基酸总量随著烘焙程度加深而降低，最高的是普洱咖啡豆。在类黑精组成成分中，普洱和德宏咖啡类黑精中相对含量最高的为咖啡因;怒江咖啡类黑精中相对最高的为酸类化合物，其中相对含量最高的是棕榈酸和硬脂酸。类黑精组成成分中还有胺类、酯类、酚类、吡咯类、呋喃类、吡啶类、醛类、醇类、酮类等。

　　NB：以上实验数据和结果，出自《云南不同地区烘焙咖啡豆主要成分分析及类黑精组成成分》的学术报告。《食品科学週刊》2017, Vol.38, No.02，176页～183页。