咖啡研究分享:云南咖啡豆挥发性成份解析

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  我国云南的普洱、保山、临沧、德宏为国内咖啡的主产区，其种植面积和产量占全国的98%以上。生咖啡豆中的化学组分由於烘焙发生一系列反应如美拉德和焦糖化反应等才能形成咖啡特有的风味。现时，国外科学工作者已经鉴定出咖啡中绝大部分的挥发性物质，并对咖啡的特徵香气物质进行了研究。Gonzalez-Rios O等采用溶剂选取结合GC /MS对生咖啡豆中的挥发性物质进行分析，共鉴定出62种挥发性物质；CzernyM等通过对咖啡中28种强效香气物质进行分析，利用稳定同位素稀释分析法进行定量，结果表明：2，3-丁二酮，2，3-戊二酮和香兰素的缺失对整体的香气并没有表现出较大的影响。而国内对咖啡的研究主要集中在适应性栽培研究、丰产栽培研究、病虫害研究、抗病选育研究等方面，对咖啡挥发性成分研究较少，尤其是对引起云南各主产区咖啡香气差异的化学物质基础以及烘焙咖啡豆的特徵香气物质不明确。

　　

　　由於咖啡种植具有较强的地域性，种植气候对咖啡香气影响较大。本研究以云南普洱、保山、临沧三大不同气候特徵咖啡为原料，采用HS-SPME/GC-MS对挥发性成分进行分析，利用主成分分析和聚类分析统计学方法对样品进行区分，寻找对不同地区咖啡香气影响较大的特徵化合物，为云南地区咖啡产业发展提供理论基础。

　　

　　实验方法：

　　

　　烘焙豆的制备称量100.00g生咖啡豆於滚筒式咖啡烘焙机中，初始入锅温度为150°C，保持恒定火力为6.5，烘焙时间为12min得到中度烘焙豆，快速冷却至室温。粉碎，过40目筛，色差仪测定色度值L为42.00。将烘焙咖啡豆置於-40°C冰柜中保存备用。HS-SPME条件优化称量1.00g粉末样品於20mL采样瓶中，加盖密封，置於恒温水浴中预热20min。将萃取头插入采样瓶中吸附特定时间，取出於GC-MS进样口解吸3min。采用单因素实验选择HS-SPME最佳萃取条件：萃取头：在样品量为0.80g，萃取温度50°C，萃取时间40min时，其它条件不变，考察65μmPDMS/DVB、75μm CAR/PDMS、50/30μm DVB /CAR /PDMS三种萃取头对萃取效果的影响；萃取温度：在萃取头为75μm CAR/PDMS，样品量0.80g，萃取时间40min，其它条件不变，考察萃取温度40、50、60、70、80°C对萃取效果的影响；萃取时间：在萃取头为75μm CAR /PDMS，样品量0.80g，萃取温度60°C时，其它条件不变，考察萃取时间10、20、30、40、50min对萃取效果的影响；样品量：在萃取头为75μm CAR /PDMS，萃取温度60°C，萃取时间30min，其它条件不变，考察样品量0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50g对萃取效果的影响。同时进行重现性实验以检验方法的可靠性。

　　

　　通过与NIST 08谱库对照，选择匹配度大於85%的化合物，并计算其保留指数与文献对照，实现对挥发性物质的定性分析。采用峰面积归一化法进行定量分析。统计学分析在MATLAB R2010a平台上运行。

　　

　　通过一系列学术实验，进行对云南不同产区主成份分析（PCA）。PCA应用於挥发性物质组成的数据矩阵（9样品×10变数）以实现数据集的降维及探索不同地区间样品存在差异的来源，PCA投影图及载荷图如图7所示，前两个主成分的方差贡献率为96.3%，其中PC1和PC2的贡献率分别为60.8%和35.5%。在PC1方向上，普洱地区样品得分为负、临沧和保山地区得分为正，PC1方向上投影普洱（蓝色上三角）和临沧（品红色右三角）、保山样品（绿色下三角）分界明显，而临沧和保山样品部分重叠；在PC2方向上，临沧样品得分为负、普洱和保山样品得分为正，PC2方向上投影可将三个地区样品区分开来。依据载荷图可找出对不同地区样品分类贡献较大的香气物质，从图7可知，酸类物质同普洱地区样品相关性较高，可作为区分普洱同保山、临沧地区样品的判断名额，而吡嗪类、呋喃类和酮类与临沧地区样品相关性较高，与保山地区样品相关性较高物质主要为吡啶类，上述几类物质基本上可作为不同地区烘焙咖啡豆区分的鉴别依据。