基于電子舌的焙炒咖啡不同干燥模式判別

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(中國熱帶農業科學院香料飲料研究所,國家重要熱帶作物工程技術研究中心, 農業部香辛飲料作物遺傳資源利用重點實驗室,海南萬寧 571533)

基于電子舌的焙炒咖啡不同干燥模式判別

胡榮鎖,陸敏泉,吳桂蘋,谷風林,初眾,譚樂和*

(中國熱帶農業科學院香料飲料研究所,國家重要熱帶作物工程技術研究中心, 農業部香辛飲料作物遺傳資源利用重點實驗室,海南萬寧 571533)

通過電子感官技術對三種干燥方式加工處理焙炒咖啡進行判別,對照三種干燥處理咖啡的杯品檢驗結果,判斷各加工方式咖啡品質。結果表明：電子舌對三種干燥處理方式判別明顯,熱風干燥對咖啡風味造成顯著的差異,但半熱風干燥半自然干燥與自然干燥風味差異接近,經杯品檢驗無差異,可以認定一致。

咖啡,干燥,電子感官,電子舌

我國種植咖啡地區主要有海南省和云南省,海南省主要種植中粒種咖啡,以干法加工為主。云南省主要種植小粒種咖啡,以濕法加工為主。濕法加工過程中影響咖啡品質的因素較多,諸如發酵時間,沖洗、干燥等等[1]。其中發酵時間控制、沖洗等因素人為影響較為嚴重,而干燥則是受自然影響。2011年我國云南省咖啡采摘季節陰雨連綿,致使咖啡濕豆干燥不暢,大批量發霉,果農受損嚴重。熱風干燥處理咖啡濕豆,可使咖啡濕豆短時間內干燥,加快干燥速率,打破咖啡濕豆干燥受自然條件的約束,對咖啡加工是一個極好的補充。咖啡熱風干燥是否會對咖啡風味造成影響,是否會降低咖啡品質。明確咖啡熱風干燥與自然干燥的差異區別,改進咖啡干燥工藝,從而降低熱風干燥造成咖啡風味變化。本研究采用三種方式加工咖啡濕豆,對比咖啡熱風干燥方式對咖啡風味造成影響,尋找在陰雨條件下咖啡濕豆干燥加工方式,縮短咖啡干燥時間,促進咖啡產業升級,對提高當地咖啡果農收入,具有重要意義。電子舌作為檢測味覺品質的技術,能夠獲取液體樣本的味覺特征的總體信息,具有高靈敏度、可靠性、重復性的特點[2],在食品[3]、醫藥[4]、環保[5]等領域使用越來越廣泛。然而電子舌在咖啡檢測方面的應用較少,本文利用電子舌來對不同干燥方式下咖啡口感判別,以判斷不同干燥方式對咖啡口感的影響,同時與杯品結果對照,驗證判別效果。該方法的實施是對咖啡生豆品質檢測一項有意義的補充。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

實驗用咖啡鮮果 云南省普洱市咖啡實驗示范場；咖啡干燥設備 昊源咖啡種植場；干燥處理 普洱科飛咖啡有限公司協助完成。

HS-100型自動進樣器 瑞士CTC公司；α-Astree型電子舌味覺分析系統 法國Alpha. MOS公司；PRE1Z型咖啡焙炒機 德國Probat公司；VTA6S3型咖啡粉碎機 德國Probat公司；KT-RO-20型全自動超純水系統 臺灣艾柯公司；AL104型電子天平 梅特勒托利多公司。

1.2實驗方法

1.2.1 樣品前處理 咖啡鮮果采摘自云南省普洱市咖啡實驗場,經濕法加工,生產出咖啡濕豆,分別采用熱風干燥,半熱風干燥半自然干燥和太陽光自然干燥三種干燥方式,分別命名為1、2、3；實驗重復三次,分別命名為A、B、C。熱風干燥處理條件為40℃條件下,咖啡豆干燥至水分含量為12%,半干燥半自然干燥條件為40℃條件下,咖啡豆干燥至水分含量為18%,取出放置4d,然后太陽光自然干燥。太陽光自然干燥即咖啡濕豆在曬場上太陽光自然曬干。

表1 樣品色度表

1.2.2 樣品焙炒 打開咖啡焙炒機電源,預熱等溫度升到150℃,取咖啡樣品80g,倒入咖啡焙炒機,在180℃溫度下,焙炒咖啡達到要求顏色時結束,其他8組樣品同樣處理。將焙炒好的咖啡使用咖啡粉碎機粉碎,粉碎粒度為1,使用色差儀檢測咖啡色度,其色度用L值來表示,色度值見表1。

1.2.3 電子舌檢測

1.2.3.1 樣品處理 取樣品15g加入38mm的過濾器,用約96℃開水100mL沖泡浸提21s,過濾、冷卻后取液80mL加入150mL樣品杯[6]。

1.2.3.2 檢測條件 清洗時間10s；攪動速度60r/min；采集溫度25℃；采集時間210s；傳感器類型：ZZ、BA、CA、HA、GA、BB、JB,重復8次[7]。

1.2.4 統計分析 采用的主要分析方法有：Lab色空間、狀態密度、主成分分析法(PCA)、判別因子分析(DFA)和統計質量控制分析(SQC)。

2 結果與分析

2.1焙炒咖啡色度

用色差儀鑒別粉碎后咖啡粉顏色,咖啡色度見表1。并對色差儀檢測的L值進行簡單的方差分析,分析結果見表2。

表2 方差分析

對9個樣品Lab值進行分析,得出平均值為46.85,組內標準偏差、RSD、方差均較小,進行方差分析,得F值為0.211,可以得出9個樣品的Lab值,差異不顯著,可以認定一致。

2.2傳感器對咖啡響應值

該實驗所用的傳感器為非特異性、交互敏感型傳感器。7個傳感器分別是ZZ、JE、BB、CA、GA、HA和JB。各傳感器對風味物質普遍響應,沒有絕對的對應關系[8]。圖1表示傳感器對咖啡樣品的響應強度圖,其中JE和CA對咖啡樣品的響應強度最大。表3為各傳感器對樣品的判別指數。

圖1 傳感器對咖啡樣品的響應強度

傳感器響應強度JE>CA>HA>JB,表3表示各傳感器對樣品的判別指數,而判別指數JE>ZZ>GA>JB,可見傳感器響應強度與對樣品的差異判別能力不是線性關系,如ZZ雖響應強度較小但對咖啡樣品有較高的差異判別指數,經過判別指數和響應強度綜合確定傳感器為JE、GA和ZZ。傳感器對咖啡樣品響應強度值、標準偏差和相對標準偏差(RSD)見表4。

表3 傳感器對樣品的判別指數

2.3主成分分析(PCA)

PCA分析的主要工作原理是在樣品特性未知的前提下,通過變換觀察視角來尋找樣品間差異的一種算法。該算法不丟失任何樣品信息,僅通過改變坐標軸來達到區分樣品的目的[9]。

圖2 不同干燥處理咖啡PCA分析圖

PCA分析能較好的區分樣品,主成分1的貢獻率高達97.418%,主成分2的貢獻率為1.669%,主成分3的貢獻率為0.913%。三組實驗均能較好區分樣品,且樣品2與樣品3之間的距離遠小于樣品1與樣品3之間的距離,說明熱風干燥會造成咖啡風味變化,其與太陽光自然風味相差較遠,半熱風干燥半自然干燥雖也會造成風味變化,但與太陽光自然干燥風味相差不大。說明半熱風干燥半自然干燥是咖啡在惡劣環境下,咖啡濕豆干燥有效的補充。

表4 傳感器對樣品反應強度值、標準偏差及RSD

2.4判別因子分析(DFA)

DFA是一種用來構建模型、并識別未知試樣的算法。DFA通過數學變換能夠使同類組群數據間的差異盡可能縮小,使不同類組群數據間的差異盡可能的擴大,以建立數據識別模型。該實驗中假設咖啡處理樣品為未知試樣,進行DFA分析,分析結果見圖3。

圖3 不同干燥處理咖啡DFA分析圖

DFA分析能較好的區分相同處理樣品與不同處理樣品,且具有明顯差異。判別因子1的貢獻率為91.144%,判別因子2的貢獻率為8.247%,判別因子3的貢獻率為0.609%。在已知處理的條件下,可以看出DFA分析也能較好的區分不同處理樣品。

2.5統計質量控制分析(SQC)

咖啡濕豆干燥通常以太陽光自然干燥為主,該實驗以太陽光自然干燥為參照對象,由于三組重復,均有自然干燥。此采用A3為標準進行SQC分析,經電子舌檢測得出圖4。

圖4 不同干燥方式咖啡統計質量控制分析

從圖中可以看出三組樣品差異顯著,各重復之間差異不顯著,太陽光自然干燥均在可接受范圍內,風味可認定一致。半熱風干燥半自然干燥雖不在可接受范圍內,但距離不是太遠,而熱風干燥氣味單元距離較遠,說明風味差異明顯。

2.6杯品檢測

對不同干燥方式處理的咖啡樣品進行杯品檢驗,選取十數人進行杯品檢驗,經檢驗得出,經過熱風干燥處理的咖啡部分可以接受,半熱風處理半自然干燥的咖啡與自然干燥的咖啡雖然存在差異,但在杯品中感受不到,也是完全可以接受的。

3 結論

電子舌能夠較好的區分不同干燥處理方式的咖啡,主成分1的貢獻率及判別因子1的貢獻率,均達到90%以上,PCA分析與DFA分析證明結論一致,說明兩種分析方式對咖啡樣品均具有良好的區分。

熱風干燥三次平行實驗存在較大的差異,第三次實驗對咖啡風味造成的差異最小,對照咖啡熱風干燥過程中咖啡溫度,發現第一次實驗存在溫度波動,第二次實驗溫度平均為42℃且穩定,但比第三次實驗平均溫度高5℃,造成風味差異的原因可能是溫度過高,在咖啡濕豆干燥過程中產生化學變化,第三次溫度較小風味物質變化小,與自然干燥風味接近。

咖啡杯品檢驗結果可以得知,咖啡濕豆熱風干燥是咖啡初加工有效的補充。熱風干燥對咖啡風味造成顯著的差異,但半熱風干燥半自然干燥與自然干燥風味差異接近,經杯品檢驗無差異,可以認定一致。

[1]徐文靜. 無公害小粒種咖啡豆初加工技術和分級標準[J].云南農業,2002(10):23-24.

[2]Toko K. Taste Sensor[J]. Sensors and Actuator B,2000,64:205-215.

[3]Schmidtke LM,Rudnitskaya A,Saliba AJ,etal. Sensory,Chemical and Electronic Tongue Assessment of Micro-oxygenated Wines and Oak Chip Maceration:Assessing the Commonality of Analytical Techniques[J]. Agric. Food Chem,2010,58(8):5026-5033.

[4]盛良.用電子鼻、電子舌檢測中西藥物共同藥效物質基礎[J]. 現代中西醫結合雜志,2008,17(18):2778-2780.

[5]潘躍峰,吝濤,付靜. 水污染動態實時監測的便攜式電子舌分析儀[J]. 微納電子技術,2007(7):351-352,362.

[6]Schenker S. Investigations on the Hot Air Roasting of Coffee Beans[Z]. Dissertation No. 13620,Eidgenoessische Technische Hochschule Zuerich(ETH),Switzerland,2000.

[7]胡榮鎖,谷風林,宗迎. 不同研磨時間對咖啡感官風味的影響[J]. 中國農學通報,2012(9):259-263.

[8]吳從元,王俊,葉盛. 電子舌響應信號與牛奶理化指標的典型相關分析[J]. 傳感技術學報,2010,23(1):5-9.

[9]Maeztu L,Sanz C,Andueza S. Characterization of Espresso Coffee Aroma by Static Headspace GC-MS and Sensory Flavor Profile[J]. Agric. Food Chem,2001,49:5437-5444.

Drying mode discrimination of roasted coffee by electronic tongue

HURong-suo,LUMin-quan,WUGui-ping,GUFeng-lin,CHUZong,TANLe-he*

(Spice and Beverage Research Institute,CATAS,National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research,Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops,Ministry of Agriculture,Wanning 571533,China)

The qualities of the baked coffee made from three different drying ways were distinguished by electronic sensor technology. The results showed that the electronic tongue was sensitive to three drying method. The hot air drying played an important effect on flavor of the coffee. However,there were no differences between semi-hot air drying and air drying for the flavor of the coffee. This could be considered the same after cupping tests.

coffee;drying;electronic sensory;electronic tongue

2012-12-17 *通訊聯系人

胡榮鎖(1982-),男,碩士,研究實習員,研究方向：熱帶作物加工。

中央級公益性科研院所基本科研業務費專項(1630052012017)；海南省自然科學基金(311083)。

TS201.1

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：1002-0306(2014)01-0304-04