烘焙度对冷萃咖啡理化指标与风味成分的影响_杏鑫娱信

杏鑫代理 www.etaoshi.com 1年前 (2023-02-22) 592次浏览

责任编辑:食品科学

近几年,个别冷萃咖啡的研究表明,咖啡豆品种(产地)、研磨度、萃取时间和萃取方式都会影响冷萃咖啡的萃取品质,冷萃咖啡的可滴定酸值低于热萃咖啡样品,冷萃咖啡相较于热萃咖啡具有更浓郁的甜味、果香和花香,而苦味和酸度更低。然而,咖啡豆烘焙度被认为是影响萃取品质的重要因素之一,而其对冷萃咖啡影响的相关研究鲜有报道。



上海应用技术大学的唐文潇和上海城建职业学院的肖 瀛*等以2种亚洲的中国云南与印度尼西亚苏门答腊产地的咖啡豆为研究对象,选择浅、中、深3种烘焙度,选用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)联用法测定挥发性成分,高效液相色谱(HPLC)法测定咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸等主要苦涩味成分,同时,这些物质对人体具有特殊的生理活性作用,咖啡因是一种中枢神经兴奋剂,具有抗疲劳功效;葫芦巴碱常见于豆科植物中,具有降血糖、抗肿瘤等功效;绿原酸常见于咖啡中的是3-咖啡酰奎尼酸,具有抗肿瘤、清除自由基等功效。因此,探究烘焙度对冷萃咖啡咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸含量的影响十分有意义。本研究拟从咖啡基本理化特性、非挥发性成分和挥发性成分等方面比较冷萃咖啡与热萃咖啡的差异,探究烘焙度对冷萃咖啡品质的影响。

1、烘焙度对冷萃咖啡萃取质量分数、萃取率的影响



如图1所示,本研究发现2种亚洲产区(云南、苏门答腊)咖啡豆通过冷萃与热萃方式获得的咖啡萃取液,均呈现随着烘焙度的增加,其萃取质量分数与萃取率均有显著上升(P<0.05)的趋势。这与Somporn等研究发现的热萃咖啡规律相似,该研究指出,将生咖啡豆在100~240 ℃下加热10 min左右,生咖啡豆的物质在高温下不断分解,并形成新的物质,随着烘焙温度上升,烘焙时间延长,美拉德反应、Strecker反应和焦糖化反应也在不断地进行,挥发性前体化合物(如糖、胺和绿原酸)的降解,从而产生大量水溶性化合物,因此萃取浓度和萃取率会不断上升。

2、烘焙度对冷萃咖啡非挥发性成分的影响



由表1可见,随云南与苏门答腊咖啡豆咖啡烘焙度增加,冷萃咖啡的可滴定酸含量、总糖含量以及总酚含量变化与热萃咖啡中的变化趋势相类似,呈下降趋势,其中可滴定酸均显著降低(P<0.05),深烘冷萃咖啡较浅烘冷萃咖啡可滴定酸含量下降约10%,总糖含量下降约10%,总酚含量下降约25%。本研究中亚洲豆热萃咖啡的非挥发性物质变化规律与非洲及美洲豆的研究结果是相似的,同时这些研究表明可滴定酸、总糖和总酚含量的减少,与高温烘焙过程中一系列的反应密不可分。

3、烘焙度对冷萃咖啡抗氧化能力的影响



如图2所示,随着云南与苏门答腊咖啡豆烘焙度增加,冷萃咖啡液中的DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除当量与热萃咖啡的变化趋势一致,均呈现显著降低(P<0.05)的趋势,这与Samsonowicz等关于美洲咖啡豆热萃咖啡抗氧化能力的研究结果相似。另一方面,本研究发现冷萃咖啡的DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除当量均显著低于同烘焙度下热萃咖啡(P<0.05),这可能与热萃咖啡中含有更多的具有抗氧化活性的非去质子酸有关。此外,深烘冷萃咖啡DPPH自由基清除当量较热萃方式下降幅度更为明显,这有可能与深烘咖啡豆中存在某些低温水溶性较差的抗氧化物质有关。

4、烘焙度对冷萃咖啡中挥发性化合物的影响

结果可知,无论冷萃还是热萃方式,云南豆咖啡萃取液中花果类挥发性成分相对占比约2%~4%,而苏门答腊豆咖啡萃取液中花果类香气占比更高,约5%~11%;2种亚洲豆咖啡液中的烘焙坚果类香气占比约75%~90%,剩余部分为约4%~19%的瑕疵类香气和约2%~5%的干蒸馏类香气。在相同烘焙度下,冷萃咖啡的挥发性成分总量多于热萃咖啡,各大类香气含量也分别高于热萃咖啡,同时,冷萃咖啡的花果香类挥发性成分相对占比更高,而烘焙坚果类挥发性成分相对占比较低。这与陈仲娜等关于云南小粒咖啡冷萃和热萃咖啡香气成分的研究结果相近,该研究发现云南冷萃在柑橘类香、甜香、水果香、坚果香均比热萃浓郁且丰富,而热萃在酸香、爆谷物香、烟熏香、焦香均比冷萃的浓郁且丰富。此外,本研究发现对于云南咖啡豆,冷萃相对于热萃的萃取液中瑕疵类挥发性成分更少,对于苏门答腊咖啡豆,冷萃的瑕疵类挥发性成分则多于热萃。

5、咖啡香气成分PCA



由图3A可知,12 组冷萃和热萃咖啡样品在PC1和PC2维度上有较好区分,PC1和PC2的贡献度分别为46.34%%和24.15%,浅烘咖啡(红线以上)主要分布于第1象限附近,中烘咖啡(红、绿线中间)主要分布于原点两侧,深烘咖啡(绿线以下)主要分布于第3象限附近,表明浅、中和深烘咖啡的挥发性物质贡献率具有明显差异,可以根据挥发性成分有效区分不同烘焙度的咖啡。与浅烘咖啡分布较近的主要挥发性成分有2-丁烯醛、香叶醇、糠醇、辛酸、亚油酸等,这些物质呈现香气以花香、甜味、油脂味为主;与中烘咖啡分布较近的主要挥发性成分有己醛、2,6-二乙基吡嗪、5-甲基糠醛等,呈现了花香、果味、坚果等香气;与深烘咖啡分布较近的主要挥发性成分明显多于前两者,3-乙基吡啶、甲基糠硫醇、2,5-二乙基吡嗪、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、1-甲基-2-吡咯甲醛、异戊酸肉桂酯、2,5-二甲基吡嗪等富含烟味、香料、焙烤、坚果类香气成分。

由图3B可知,咖啡样品在PC1和PC3两个维度上有所区分,能反映原始数据的变异信息,其中PC1和PC3的贡献度分别为46.34%和14.19%。热萃咖啡(红圈)主要分布于PC1、PC3的正半轴而冷萃咖啡(绿圈)主要分布于PC1、PC3负半轴附近,而挥发性成分的分布规律是PC1负半轴明显高于正半轴,表明冷萃和热萃咖啡的挥发性物质贡献率具有差异,可以根据挥发性成分有效区分不同萃取方式的咖啡。

此外,对冷萃咖啡样品和热萃咖啡样品分别进行PCA(图3C、D),从而分析不同烘焙度的咖啡豆在冷萃与热萃萃取液中挥发性成分影响的差异。由图3C可知,6 组冷萃咖啡样品在PC1和PC2维度上有明显区分,PC1和PC2的贡献度分别为54.65%和32.52%。浅烘冷萃咖啡(红线以上)主要分布于第2象限附近,中烘冷萃咖啡(红、绿线中间)主要分布于原点两侧,深烘冷萃咖啡(绿线以下)主要分布于第4象限附近,挥发性成分主要分布于PC1正半轴,表明不同烘焙度的冷萃咖啡的挥发性物质贡献率具有明显差异。

结论

结果表明,随着烘焙度增加,冷萃咖啡的萃取浓度、萃取率均显著上升,可滴定酸、总酚、葫芦巴碱、绿原酸、抗氧化活性均显著下降(P<0.05)。冷萃咖啡较热萃咖啡拥有更高的萃取浓度、萃取率与总糖含量(P<0.05),而可滴定酸、总酚含量、抗氧化活性较热萃显著偏低(P<0.05)。经顶空固相微萃取-气相色谱-质谱检测分析发现,浅烘咖啡豆萃取液中的挥发性成分含量显著低于烘焙度高的咖啡萃取液,深烘咖啡豆萃取液中挥发性成分种类与总含量最多。进一步通过主成分分析能较好区分冷萃和热萃咖啡,两者挥发性成分贡献率具有较大差异。2-丁酮、2-丁烯醛等花香类物质对浅烘冷萃咖啡贡献率更高,而2-甲基吡嗪、糠醇等呈现烘焙坚果类香气物质对浅烘热萃咖啡贡献率更高;2,6-二乙基吡嗪、川芎嗪等烘焙坚果类香气物质对中烘冷萃和热萃咖啡具有较高的贡献率;2-乙烯基呋喃、甲基糠硫醇、2,5-二乙基吡嗪、糠基甲基硫醚等物质对深烘冷萃咖啡有较高贡献率,二甲基二硫、对甲酚、1-甲基吡咯等物质对深烘热萃咖啡贡献率更高。相对于热萃咖啡,烘焙度对冷萃咖啡抗氧化能力与挥发性成分的影响更大。

肖瀛(1981年),男,博士(江南大学 食品营养与安全专业),教授,硕士生导师,上海城建职业学院健康与社会关怀学院食品营养与检测专业学科带头人(原上海应用技术大学食品科学与工程系主任),兼任上海食品学会儿童营养食品专委会委员、乳酸菌专委会委员,获CQI(Coffee Quality Institute) Q-grader 认证。主要研究方向:分子与应用营养学、咖啡科学、食品生化、功能性食品等。主持完成 1 项国家自然科学基金青年项目,承担2项上海市地方项目,多项横向课,并参与多项国家自然科学基金与省部级项目研究。相关研究论文先后发表在Food and Chemical Toxicology Journal of Functional FoodsFrontiers in PharmacologyJournal of the Science of Food and Agriculture、《食品科学》等国内外学术期刊,一作者或通讯作者发表论文20余篇,其中 SCI收录10余篇。

本文《烘焙度对冷萃咖啡理化指标与风味成分的影响》来源于《食品科学》2022年43卷24期239-248页,作者:唐文潇,肖瀛,蒋天宁,姜峰,朱婧,周一鸣。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220211-058。

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