咖啡主要烘焙風(fēng)味物質(zhì)的形成及變化規(guī)律

呂文佳,劉 云,楊剴舟,2,翟曉娜,劉 飛,張春月,冷小京,*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué),食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083；2.北京茱古拉咖啡有限公司,北京 100085)

咖啡主要烘焙風(fēng)味物質(zhì)的形成及變化規(guī)律

呂文佳1,劉 云1,楊剴舟1,2,翟曉娜1,劉 飛1,張春月1,冷小京1,*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué),食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083；2.北京茱古拉咖啡有限公司,北京 100085)

咖啡以其獨(dú)特的風(fēng)味和功能特性受到人們的喜愛。烘焙溫度及烘焙時(shí)間決定了咖啡的烘焙程度,并對(duì)咖啡風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生及變化產(chǎn)生重要影響。咖啡主要烘焙風(fēng)味物質(zhì)是與咖啡風(fēng)味直接相關(guān)且代表性強(qiáng)的香氣成分,本文通過綜合分析烘焙程度與咖啡主要風(fēng)味物質(zhì)的形成和變化規(guī)律的關(guān)系,為系統(tǒng)了解和掌握精品咖啡烘焙工藝提供科學(xué)參考。

咖啡,烘焙,風(fēng)味物質(zhì),變化規(guī)律

隨著生活水平的提高,咖啡這一傳統(tǒng)的西方飲料逐漸受到國內(nèi)人們的關(guān)注。咖啡生豆風(fēng)味較差,不宜沖煮飲用[1],經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮姹禾幚?可引發(fā)咖啡生豆所含成分如綠原酸、葫蘆巴堿、多糖、脂肪和蛋白質(zhì)等物質(zhì)在不同程度上的美拉德、斯特克降解、焦糖化等系列化學(xué)反應(yīng)[2],生成包括呋喃類、吡嗪類、吡啶類、吡咯類、醛酮類、硫化物及酚類和有機(jī)酸等揮發(fā)性呈香物質(zhì)[3],形成為人所熟知和歡迎的咖啡特征風(fēng)味。

傳統(tǒng)烘焙工藝以淺度、中度和深度等色差詞匯,通過咖啡豆在加熱過程中顏色的變化來描述烘焙程度。然而有文獻(xiàn)指出,咖啡豆的顏色并不能準(zhǔn)確反映烘焙程度,因?yàn)椴煌暮姹簵l件也可使咖啡豆達(dá)到相同的顏色[4],但由于烘焙時(shí)間和溫度的不同,咖啡豆中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和風(fēng)味物質(zhì)的含量也不同,因此不能單純用顏色來判斷烘焙程度。同時(shí),由于烘焙設(shè)備存在差異性,烘焙條件應(yīng)用范圍也不統(tǒng)一,因此,通過測(cè)定不同烘焙條件下咖啡中風(fēng)味物質(zhì)含量變化來判斷烘焙程度較顏色更為準(zhǔn)確。

咖啡的特征風(fēng)味物質(zhì)只有經(jīng)過特定的烘焙程序才能較好地形成。控制烘焙條件對(duì)獲得良好的風(fēng)味非常重要,烘焙不足或過度,都會(huì)降低甚至破壞咖啡應(yīng)有的風(fēng)味品質(zhì)。本文通過綜合分析和總結(jié)烘焙條件與咖啡主要風(fēng)味物質(zhì)的形成和變化的關(guān)系,為系統(tǒng)了解和掌握咖啡烘焙工藝提供科學(xué)參考。

1 咖啡烘焙的階段特點(diǎn)

按物化性質(zhì)的綜合變化,咖啡的烘焙過程可分高溫脫水、高溫反應(yīng)以及常溫冷卻三個(gè)階段[5,7](圖1)。咖啡風(fēng)味物質(zhì)的形成主要發(fā)生在第二階段。

高溫脫水:在這個(gè)階段,由于咖啡生豆內(nèi)含10%～12%的水分,使得豆體溫度不會(huì)高于100℃。當(dāng)水分含量降低至6%左右,豆體溫度開始升高[8]。

圖1 咖啡烘焙過程的三個(gè)階段[5-7]Fig.1 Three stages during coffee roasting[5-7]

表1 咖啡主要風(fēng)味物質(zhì)的感官特點(diǎn)Table 1 Main flavour compounds in roasted coffee beans

續(xù)表

注:a給出的化合物名稱來自咖啡風(fēng)味物質(zhì)相關(guān)文獻(xiàn)；b相應(yīng)的化合物對(duì)應(yīng)的感官特點(diǎn)查閱于相關(guān)的文獻(xiàn)及香料香料辭典。高溫反應(yīng):當(dāng)豆表面溫度升至170℃左右,豆內(nèi)風(fēng)味物質(zhì)前體開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。多糖受熱分解形成有機(jī)酸,使咖啡產(chǎn)生酸味。低聚糖首先受熱分解為還原糖(葡萄糖和果糖等),之后與游離氨基酸的氨基發(fā)生美拉德反應(yīng)生成吡嗪類、呋喃類、醛類和酮類化合物等風(fēng)味物質(zhì)[8]。α-氨基酸與二羰基化合物受熱發(fā)生斯特克降解反應(yīng),生成相應(yīng)的醛類和酮類物質(zhì)。蛋白質(zhì)、綠原酸和葫蘆巴堿等物質(zhì)也會(huì)熱分解[9]。上述過程伴隨包括CO2在內(nèi)的大量氣體及揮發(fā)性呈香物質(zhì)的釋放(5～12L/kg),導(dǎo)致豆體內(nèi)壓過大,發(fā)生爆裂，咖啡豆呈現(xiàn)淡棕色。當(dāng)溫度繼續(xù)升至190℃左右時(shí),有機(jī)酸和部分風(fēng)味物質(zhì)過度受熱分解,纖維質(zhì)碳化,導(dǎo)致第二次爆裂,油脂開始滲出表面,咖啡酸味和香氣下降,類黑精增加,咖啡豆呈現(xiàn)深褐色[8,10]。

常溫冷卻:咖啡在烘焙結(jié)束之后立即離開熱源終止反應(yīng),在常溫下通風(fēng)冷卻,避免持續(xù)高溫過度破壞芳香物質(zhì)[5]。

2 烘焙過程中咖啡風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生及變化規(guī)律

在烘焙過程中,咖啡主要風(fēng)味物質(zhì)含量的變化是多樣的。例如,咖啡因、大馬酮等在整個(gè)烘焙過程中的含量幾乎不發(fā)生變化,吡啶類、吡咯類等隨著烘焙程度的加深呈線性增加,綠原酸隨烘焙程度加深而減少,而吡嗪類、醛酮類、含硫化合物等的含量隨烘焙程度的加深先增加后減少,呈鐘形變化。咖啡主要風(fēng)味物質(zhì)見表1。

2.1 烘焙過程中含量較為穩(wěn)定的風(fēng)味物質(zhì)

咖啡因是一種黃嘌呤生物堿化合物,呈典型的苦味[15],是咖啡中較為重要的風(fēng)味物質(zhì)。咖啡因熱穩(wěn)定性強(qiáng),在烘焙過程中含量較為穩(wěn)定。蔡瑞玲等研究表明,云南阿拉比卡小粒種咖啡豆在230℃條件下,烘焙5、10、15、20和25min,其咖啡因含量平均在1.45%左右,在15min后輕微下降,但無顯著性差異[16]。Casal等(2000)對(duì)巴西阿拉比卡和象牙海岸羅布斯塔兩種咖啡豆進(jìn)行不同程度的烘焙,發(fā)現(xiàn)在140、160、180、200、220、240℃條件下烘焙15min后,阿拉比卡咖啡豆中的咖啡因含量在13.3mg/kg左右,羅布斯塔咖啡豆中咖啡因含量在20.5mg/kg左右,在溫度高于200℃時(shí),含量由輕微下降,但無顯著性差異[17]。造成咖啡因含量輕微下降的原因可能是較強(qiáng)的烘焙程度使咖啡豆內(nèi)部壓力增大,同時(shí)具有多孔性,即使烘焙溫度高于咖啡因的沸點(diǎn)(178℃),也會(huì)阻礙咖啡因的升華,從而使咖啡因的含量只有輕微的下降[18]。

大馬酮是由β-胡蘿卜素降解形成的[19],具有果香味和花香味[20]。Mayer等對(duì)來自哥倫比亞和肯尼亞的三種不同阿拉比卡咖啡豆進(jìn)行不同程度的烘焙時(shí)產(chǎn)生的香氣成分分析時(shí)發(fā)現(xiàn),在淺、中和深度烘焙條件下產(chǎn)生的大馬酮的平均含量均在0.22、0.24、0.25mg/kg左右,沒有隨著烘焙程度的加深而發(fā)生顯著性變化[21]。

綠原酸是奎寧酸與肉桂酸鹽類(咖啡酸鹽,阿魏酸鹽,異阿魏酸鹽,芥子酸鹽等)合成的酯類物質(zhì)[22],同時(shí)也是一種酚類化合物,占咖啡物質(zhì)組成的6%～12%[23]。有研究表明,綠原酸與其降解產(chǎn)物奎寧酸會(huì)形成咖啡風(fēng)味中的澀感[24]。綠原酸不僅是風(fēng)味物質(zhì),同時(shí)也是前體物質(zhì)。在烘焙過程中,綠原酸受熱分解,酯鍵斷裂,形成奎寧酸及阿魏酸、肉桂酸、咖啡酸等物質(zhì),含量不斷減少,因此咖啡的澀感也會(huì)隨著烘焙程度的增加而降低。綠原酸受熱分解形成阿魏酸,之后阿魏酸脫羧形成的4-乙烯基愈創(chuàng)木酚具有丁香味和香辛料的氣味,4-乙烯基愈創(chuàng)木酚進(jìn)一步在受熱條件下發(fā)生氧化反應(yīng)[25],形成具有塑料味和煙熏味的愈創(chuàng)木酚,能引起深度烘焙咖啡中的煙熏味,愈創(chuàng)木酚進(jìn)一步受熱分解生成苯酚(圖2)。綠原酸中的5-FQA反應(yīng)路徑如圖2所示。Moon等研究表明,埃塞俄比亞、尼加拉瓜和蘇門答臘的阿拉比卡咖啡豆在經(jīng)230℃ 12min,240℃ 14min,250℃ 17min以及250℃ 21min四種條件下分別烘焙后,綠原酸的含量均隨烘焙程度的加深,由起始狀態(tài)的64.7mg/g平均值下降至0.5mg/g,其中在輕度烘焙時(shí),綠原酸含量已下降約50%[26]。蔡瑞玲等研究表明,將云南小粒種咖啡豆在230℃下烘焙5～25min,綠原酸的含量可由3.29%降至0.48%[16]。

圖2 5-FQA生成4-乙烯基愈創(chuàng)木酚 和愈創(chuàng)木酚反應(yīng)路徑[25]Fig.2 Proposed degradation pathway of 5-feruloylquinic acid[25]

2.2 烘焙過程中含量逐漸增加的風(fēng)味物質(zhì)

吡啶是含有一個(gè)氮原子的六元雜環(huán)化合物。咖啡烘焙過程中產(chǎn)生的烷基吡啶具有烘烤和焦糊味,而酰基吡啶具有餅干風(fēng)味[27]。Bakes等研究表明葫蘆巴堿受熱分解是吡啶類化合物的一條產(chǎn)生途徑[28],Batltes等研究表明羥基氨基酸的熱分解是吡啶的又一形成途徑[29],而Flament等注意到脯氨酸與糖類物質(zhì)發(fā)生的美拉德反應(yīng)也可形成吡啶類物質(zhì)[30]。Baggenstoss等在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),吡啶的生成需要較高的溫度,一旦開始生成,由于咖啡中存在大量的前體物質(zhì),其含量會(huì)隨著時(shí)間的延長不斷上升,即在低溫長時(shí)(228℃持續(xù)660s)烘焙中的最大生成量會(huì)高于高溫短時(shí)(260℃持續(xù)160s)最大生成量；而在228℃下持續(xù)烘焙時(shí),吡啶的含量也會(huì)不斷上升,在40min時(shí)可達(dá)到586mg/kg[31]。Moon 等人對(duì)埃塞俄比亞耶加雪啡、尼加拉瓜和蘇門答臘的兩支咖啡豆進(jìn)行230℃ 12min,240℃ 14min,250℃ 17min以及250℃ 21min條件下的烘焙,同樣證明吡啶的含量隨著烘焙程度的上升而不斷升高,并導(dǎo)致咖啡焦糊味和苦味的加深[32]。

吡咯是含有一個(gè)氮原子的五元雜環(huán)化合物,呈堅(jiān)果香和烘烤味。目前在咖啡的風(fēng)味物質(zhì)中鑒別出的吡咯類化合物主要有2-甲基吡咯、N-糠基吡咯、2-甲酰基-1-甲基吡咯和2-乙酰基-1-甲基吡咯等。吡咯類物質(zhì)在咖啡烘焙過程中產(chǎn)生途徑有3條,其一是葫蘆巴堿的熱分解,其二是羥脯氨酸可與美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物反應(yīng)生成烷基吡咯、酰基吡咯[37],另外Baltes等人通過實(shí)驗(yàn)證明,羥基氨基酸的熱分解也可形成烷基吡咯。Baggenstoss等人實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,N-甲基吡咯的生成不僅受到時(shí)間的影響,溫度也可影響其濃度,高溫短時(shí)烘焙(HTST)生成的最大濃度高于低溫長時(shí)烘焙(LTLT),即提高烘焙時(shí)間和烘焙溫度都可增加N-甲基吡咯的生成量。當(dāng)在232℃條件下延長烘焙時(shí)間到35min時(shí),N-甲基吡咯的含量會(huì)持續(xù)升高至約5.0mg/kg,隨后保持平穩(wěn)[31]。Moon等人對(duì)埃塞俄比亞、尼加拉瓜和蘇門答臘的三種咖啡豆采用四種由淺到深的條件進(jìn)行烘焙,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,1-甲基-2-乙酰基吡咯和2-乙酰基吡咯的含量會(huì)隨著烘焙程度的加深顯著提高,但加深烘焙程度時(shí),其含量輕微下降[32]。這可能與烘焙設(shè)備以及烘焙程度定義存在差異有關(guān)。

含硫化合物是咖啡烘焙過程中較為重要的芳香物質(zhì),如2-糠基硫醇、甲基硫醇[13]、二甲基三硫、2-甲基-3-呋喃硫醇、3-甲基-2-丁烯醛-1-硫醇等[33]。其中2-糠基硫醇是咖啡較為主要的風(fēng)味物質(zhì),具有烘烤味和肉湯味[14]。Luigi等通過生物模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),戊糖(核糖、木糖等)或己糖(葡萄糖、鼠李糖等)與半胱氨酸在烘焙條件下進(jìn)行美拉德反應(yīng)會(huì)生成較高含量的糠基硫醇[34]。有文獻(xiàn)報(bào)道,咖啡中含硫風(fēng)味物質(zhì)的前體大多是含硫氨基酸[23],如蛋氨酸受熱分解可形成類似甘藍(lán)味的甲基硫醇,隨后可進(jìn)一步生成具有同樣味道的二甲基三硫醚[35]。Baggenstoss等發(fā)現(xiàn),由于咖啡中存在其大量的前體物質(zhì),糠基硫醇的濃度在烘焙過程中隨著烘焙程度的增加而不斷上升,在低溫長時(shí)烘焙(228℃ 11min)后達(dá)到6.5mg/kg。高溫短時(shí)烘焙(260℃ 160s)能產(chǎn)生最大含量的甲基硫醇,說明甲基硫醇在較高溫度下更容易形成[31],因此較深的烘焙會(huì)引起咖啡中強(qiáng)烈的令人不愉悅的焦糊氣味。

2.3 烘焙過程中含量先增加后下降的風(fēng)味物質(zhì)

呋喃是由四個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子組成的五元芳環(huán)雜環(huán)有機(jī)物。含有此五元芳環(huán)的化合物通常是呋喃的同系物。呋喃類化合物在咖啡豆中的含量約為3.6～6.1mg/kg[36]。呋喃甲醇、糠醛、5-甲基糠醛、糠醛乙酸酯、糠醛甲酸、2-甲基呋喃,具有令人愉悅的焦香味,是咖啡的重要風(fēng)味物質(zhì)[37]。咖啡呋喃類物質(zhì)的形成機(jī)制涉及蔗糖、鼠李糖[38]及阿拉伯半乳聚糖的熱分解[39]、美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、多不飽和脂肪酸的氧化[40],如亞油酸和亞麻酸,以及抗壞血酸及其衍生物的分解等,其中糖類物質(zhì)的熱分解是呋喃主要的產(chǎn)生途徑。謝明勇等綜述了食品中呋喃形成的主要機(jī)制,如圖4所示[41]。Moon 等人對(duì)埃塞俄比亞耶加雪啡、尼加拉瓜和蘇門答臘的兩支咖啡豆進(jìn)行230℃ 12min,240℃ 14min,250℃ 17min以及250℃ 21min條件下的烘焙,發(fā)現(xiàn)糠醛、2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛和呋喃甲醇在240℃ 14min條件下達(dá)到最高含量,糠醛乙酸酯在250℃ 17min條件下達(dá)到最高,之后都會(huì)隨著烘焙程度的加深而降低。但5-羥甲基糠醛的含量會(huì)隨著烘焙程度的加深而不斷下降,進(jìn)一步生成5-甲基糠醛[26]。糠醛及其衍生物在受熱條件下進(jìn)一步分解形成糠酸,隨后脫羧產(chǎn)生CO2[42]。而Altaki等對(duì)巴西咖啡豆在140、170和200℃烘焙6min后測(cè)量,注意到呋喃的含量分別為22、52、138ng/mL,并隨著烘焙程度的增強(qiáng)不斷上升[3]。

圖3 幾種主要的前體物形成呋喃的途徑[41]Fig.3 Proposed pathways and precursors of furan[41]

吡嗪是1,4位含兩個(gè)氮雜原子的六元雜環(huán)化合物,是一種有較強(qiáng)氣味的芳香類化合物[14],在咖啡香氣中已經(jīng)鑒別出的吡嗪類化合物多達(dá)81種,包括2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪,三甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪等[16]。根據(jù)Baltes等的研究表明,咖啡烘焙過程中產(chǎn)生的烷基吡嗪,主要是由含羥基的氨基酸,如絲氨酸和蘇氨酸受熱分解而形成的[29]。同時(shí),吡嗪和烷基吡嗪也是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物[27]。Amrani等人通過不同的生物模型表明戊糖和己糖(例如果糖、葡萄糖和阿拉伯糖)是生成烷基吡嗪的重要前體。蔗糖的分解產(chǎn)物(如二羰基化合物)與α-氨基酸發(fā)生斯特克降解反應(yīng),生成二氫吡嗪,隨后被氧化成為相應(yīng)的烷基吡嗪。其中,丙氨酸和甘氨酸的斯特克降解產(chǎn)物乙醛和甲醛,在形成烷基吡嗪分子的側(cè)鏈時(shí)發(fā)揮了重要的作用[43-44]。Hashim等人對(duì)阿拉比卡咖啡豆在187、199、205、207及213℃烘焙10min后,顯示吡嗪及幾種烷基吡嗪的含量在205℃時(shí)達(dá)到最大,之后隨溫度上升而下降。感官評(píng)價(jià)結(jié)果顯示在199℃下的中度烘焙咖啡最受評(píng)價(jià)者喜歡,而213℃下過度烘焙的咖啡則評(píng)價(jià)很低。對(duì)羅布斯塔咖啡豆在185℃下分別烘焙9min 30s、10min 25s、11min、11min 45s及13min后,顯示吡嗪及烷基吡嗪在10min 25s下含量最高,之后隨著烘焙時(shí)間的延長而降低,感官評(píng)價(jià)結(jié)果顯示烘焙11min的咖啡受喜愛程度顯著高于其他的烘焙條件,而在烘焙13min后,因咖啡已被過度烘焙,最不受喜歡[45]。Schenker等人的研究結(jié)果顯示,對(duì)阿拉比卡咖啡豆進(jìn)行高溫短時(shí)(260℃ 160s)和低溫長時(shí)(228℃ 660s)烘焙時(shí),2-乙基-3,5-二甲基吡嗪和丙基吡嗪的最大含量無顯著差別,但隨著烘焙時(shí)間的延長,二者的含量都是先上升后下降。2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪和2-乙基-3-甲基吡嗪的含量在中度烘焙之前已達(dá)到最大隨后降低,說明生成吡嗪所需要的反應(yīng)活化能較低[14]。吡嗪類化合物之所以含量減少有可能是因?yàn)槭軣崾沽h(huán)結(jié)構(gòu)斷裂,生成含氮的烯烴類二碳和三碳化合物,進(jìn)一步揮發(fā)[46]。

在咖啡烘焙過程中,α-氨基酸與α-二羰基化合物反應(yīng)失去一分子CO2而成為少一個(gè)碳原子的醛類及氨基酮,這一過程叫做斯特克降解反應(yīng)[47]。該反應(yīng)所生成的酮類和醛類物質(zhì)如2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、甲硫基丙醛、乙酰基丙酮等是產(chǎn)生香氣的重要因素[48]。不僅斯特克降解反應(yīng)可以生成醛類和酮類的風(fēng)味物質(zhì),美拉德反應(yīng)也可形成。Yaylayan等的模型實(shí)驗(yàn)提出2,3-丁二酮可以由葡萄糖和甘氨酸或脯氨酸發(fā)生美拉德反應(yīng)形成,2,3-戊二酮可由葡萄糖和丙氨酸發(fā)生的美拉德反應(yīng)形成,這兩者都具有黃油的風(fēng)味[49],而咖啡中具有青草香的己醛則是通過脂質(zhì)氧化反應(yīng)形成的。Baggenstoss等通過實(shí)驗(yàn)表明,斯特克醛類和酮類物質(zhì)的含量在烘焙的起始階段快速上升,隨后隨著溫度的繼續(xù)升高而下降,并且兩類物質(zhì)在高溫短時(shí)烘焙條件(260℃ 160s)下生成的最大量明顯高于低溫長時(shí)間的烘焙(228℃ 660s)。例如甲基丁醛、乙醛、2,3-丁二酮、2,3-戊二酮等,在此階段其含量可上升50%～200%,而己醛的含量在烘焙起始的2min內(nèi)會(huì)快速上升至最大值,約為4mg/kg,隨后降低[31]。由于醛類和酮類物質(zhì)具有羰基結(jié)構(gòu),性質(zhì)較為活潑,容易在高溫條件下與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),因此繼續(xù)受熱會(huì)使得醛類和酮類物質(zhì)含量下降。所以在中度烘焙的條件下,咖啡具有更多的果香味、花香和奶油味,隨著烘焙程度的加深,這類的香氣逐漸減少。

咖啡烘焙過程中還會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸,如甲酸[50]、乙酸、檸檬酸和蘋果酸等,使咖啡風(fēng)味中帶有辛辣感和酸味[51]。咖啡中的有機(jī)酸是由多糖受熱分解而來[52],Ginz等對(duì)咖啡豆在不同溫度下烘焙3min后發(fā)現(xiàn),當(dāng)烘焙溫度從140上升到240℃時(shí),甲酸和乙酸的含量分別由0、0.4g/kg上升到最大值2、2.4g/kg,但當(dāng)溫度繼續(xù)升高到280℃,兩者的含量都下降到0.5g/kg[53]。Moon對(duì)埃塞俄比亞、尼加拉瓜和蘇門答臘的三種咖啡豆進(jìn)行不同程度的烘焙,之后測(cè)定各揮發(fā)性組分含量,發(fā)現(xiàn)乙酸的含量在中度烘焙(240℃ 14min)時(shí)達(dá)到最大,當(dāng)烘焙程度增大時(shí),含量逐漸減少[32]。甲酸和乙酸在高溫條件下易揮發(fā),而檸檬酸會(huì)受熱分解為檸康酸、戊二酸和琥珀酸等,蘋果酸受熱分解成富馬酸和馬來酸[54],所以中度烘焙的咖啡豆酸味明顯,而深度烘焙的咖啡酸味會(huì)降低。

3 總結(jié)與展望

在烘焙過程中,咖啡的前體物質(zhì)受熱會(huì)發(fā)生系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而形成大量復(fù)雜的風(fēng)味物質(zhì),目前可檢測(cè)出的約1000余種揮發(fā)性物質(zhì)[26],與咖啡風(fēng)味直接相關(guān)且代表性強(qiáng)的香氣成分約30余種。此外還存在不少規(guī)律性不強(qiáng)的風(fēng)味物質(zhì),如二甲基二硫醚、二甲基三硫化物等。對(duì)于咖啡風(fēng)味物質(zhì)的研究,在單一品種、單一組分的變化規(guī)律有不少較集中的數(shù)據(jù),但對(duì)于不同風(fēng)味物質(zhì)在形成過程中的相互作用規(guī)律、特定風(fēng)味物質(zhì)的變化與咖啡整體風(fēng)味相關(guān)性等方面的研究還比較少。另外,國際上對(duì)于精品咖啡烘焙程度并沒有統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn),常以烘焙后咖啡豆的顏色作為經(jīng)驗(yàn)衡量指標(biāo),因此構(gòu)建一種“咖啡主要成分含量-烘焙時(shí)間、烘焙溫度-風(fēng)味物質(zhì)含量和種類”的模型,對(duì)于精準(zhǔn)控制烘焙條件,優(yōu)化適合不同產(chǎn)地不同品種的咖啡豆烘焙工藝,以獲得最佳的咖啡風(fēng)味很有幫助。

[1]丁勝,周婀,王艷萍. 印尼羅布斯塔咖啡豆應(yīng)用于咖啡飲料開發(fā)的研究[J]. 飲料工業(yè),2010(4):18-22.

[2]Petisca C,Pérez-Palacios T,Farah A,etal. Furans and other volatile compounds in ground roasted and espresso coffee using headspace solid-phase microextraction:Effect of roasting speed[J]. Food and Bioproducts Processing,2013,91(3):233-241.

[3]Altaki M S,Santos F J,Galceran M T. Occurrence of furan in coffee from Spanish market:Contribution of brewing and roasting[J]. Food Chemistry,2011,126(4):1527-1532.

[4]Dutra E R,Oliveira L S,Franca A S,etal. A preliminary study on the feasibility of using the composition of coffee roasting exhaust gas for the determination of the degree of roast[J]. Journal of Food Engineering,2001,47(3):241-246.

[5]Franca A S,Mendon?a J C F,Oliveira S D. Composition of green and roasted coffees of different cup qualities[J]. LWT-Food Science and Technology,2005,38(7):709-715.

[6]Dorfner R,Ferge T,Yeretzian C,etal. Laser mass spectrometry as on-line sensor for industrial process analysis:process control of coffee roasting[J]. Analytical Chemistry,2004,76(5):1386-1402.

[7]Gonzalez-Rios O,Suarez-Quiroz M L,Boulanger R,etal. Impact of “ecological” post-harvest processing on coffee aroma:II. Roasted coffee[J]. Journal of Food Composition and Analysis,2007,20(3):297-307.

[8]Yeretzian C,Jordan A,Badoud R,etal. From the green bean to the cup of coffee:investigating coffee roasting by on-line monitoring of volatiles[J]. European Food Research and Technology,2002,214(2):92-104.

[9]Goodman B A,Pascual E C,Yeretzian C. Real time monitoring of free radical processes during the roasting of coffee beans using electron paramagnetic resonance spectroscopy[J]. Food chemistry,2011,125(1):248-254.

[10]Bhumiratana N,Adhikari K,Chambers IV E. Evolution of sensory aroma attributes from coffee beans to brewed coffee[J]. LWT-Food Science and Technology,2011,44(10):2185-2192.

[11]Buffo R A,Cardelli,Freire C. Coffee flavour:an overview[J].Flavour and Fragrance Journal,2004,19(2):99-104.

[12]Blank I,Sen A,Grosch W. Potent odorants of the roasted powder and brew of Arabica coffee[J]. Zeitschriftfür Lebensmittel-Untersuchung und Forschung,1992,195(3):239-245.

[13]Silwar R,Lüllmann C. Investigation of aroma formation in Robusta coffee during roasting[J]. Café,cacao,thé,1993,37(2):145-152.

[14]Schenker S,Heinemann C,Huber M,etal. Impact of roasting conditions on the formation of aroma compounds in coffee beans[J]. Journal of Food Science,2002,67(1):60-66.

[15]韓洪波,楊春琳,李敏杰. HPLC 測(cè)定小粒種咖啡不同部位咖啡因含量[J]. 食品研究與開發(fā),2013,34(6):85-88.

[16]蔡瑞玲,韓英素,趙晉府,等. 焙炒條件對(duì)咖啡風(fēng)味影響的研究[J]. 飲料工業(yè),2004,6(6):32-37.

[17]Casal S,Beatriz Oliveira M,Ferreira M A. HPLC/diode-array applied to the thermal degradation of trigonelline,nicotinic acid and caffeine in coffee[J]. Food Chemistry,2000,68(4):481-485.

[18]Macrae R. Nitrogenous components[M]//Coffee. Springer Netherlands,1985:115-152.

[19]Yang Z,Baldermann S,Watanabe N. Formation of Damascenone and its Related Compounds from Carotenoids in Tea[J]. Tea in Health and Disease Prevention,2012.

[20]Silwar R,Lüllmann C. Investigation of aroma formation in Robusta coffee during roasting[J]. Café,cacao,thé,1993,37(2):145-152.

[21]Mayer F,Czerny M,Grosch W. Influence of provenance and roast degree on the composition of potent odorants in Arabica coffees[J]. European Food Research and Technology,1999,209(3-4):242-250.

[22]Jaiswal R,Patras M A,Eravuchira P J,etal. Profile and characterization of the chlorogenic acids in green Robusta coffee beans by LC-MS n:Identification of seven new classes of compounds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,58(15):8722-8737.

[23]Farah A,Monteiro M C,Calado V,etal. Correlation between cup quality and chemical attributes of Brazilian coffee[J]. Food Chemistry,2006,98(2):373-380.

[24]Grosch W. Flavour of coffee. A review[J]. Food/Nahrung,1998,42(06):344-350.

[25]Dorfner R,Ferge T,Kettrup A,etal. Real-time monitoring of 4-vinylguaiacol,guaiacol,and phenol during coffee roasting by resonant laser ionization time-of-flight mass spectrometry[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(19):5768-5773.

[26]Moon J K,Yoo H S,Shibamoto T. Role of roasting conditions in the level of chlorogenic acid content in coffee beans:correlation with coffee acidity[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(12):5365-5369.

[27]Van Boekel M. Formation of flavour compounds in the Maillard reaction[J]. Biotechnology advances,2006,24(2):230-233.

[28]Bakes W,Bochmann,G Bochmann G. Model reactions on roast aroma formation. 1. Reaction of serine and threonine with sucrose under the conditions on coffee roasting and identification of new coffee aroma compounds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1987,35(3):340-346.

[29]Baltes W,Bochmann G.Model reactions on roast aroma formation. IV:Mass spectrometric identification of pyrazines from the reaction of serine and threonine with sucrose under the conditions of coffee roasting[J]. ZeitschriftfürLebensmittel-Untersuchung und-Forschung.1987,184:485-493.

[30]Flament I,Bessière-Thomas Y. Coffee flavor chemistry[M]. Chichester,UK:Wiley,2002.

[31]Baggenstoss J,Poisson L,Kaegi R,etal. Coffee roasting and aroma formation:Application of different time-temperature conditions[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2008,56(14):5836-5846.

[32]Moon J K,Shibamoto T. Role of roasting conditions in the profile of volatile flavor chemicals formed from coffee beans[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(13):5823-5831.

[33]Czerny M,Mayer F,Grosch W. Sensory study on the character impact odorants of roasted Arabica coffee[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1999,47(2):695-699.

[34]Poisson L,Schmalzried F,Davidek T,etal. Study on the role of precursors in coffee flavor formation using in-bean experiments[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(21):9923-9931.

[35]Parliment T H,Kolor M G,Rizzo D J. Volatile components of Limburger cheese[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1982,30(6):1006-1008.

[36]Crews C,Castle L. A review of the occurrence,formation and analysis of furan in heat-processed foods[J]. Trends in Food Science & Technology,2007,18(7):365-372.

[37]Buffo R A,Cardelli-Freire C. Coffee flavour:an overview[J].Flavour and Fragrance Journal,2004,19(2):99-104.

[38]Poisson L,Kerler J,Schmalzried F,etal. Coffee Flavour Modulation-Favouring the Formation of Key Odorants upon Roasting[C]//22nd International Conference on Coffee Science,ASIC 2008,Campinas,SP,Brazil,14-19 September,2008. Association ScientifiqueInternationale du Café(ASIC),2009:360-363.

[39]De Maria C A B,Trugo L C,Neto F R,etal. Composition of green coffee water-soluble fractions and identification of volatiles formed during roasting[J]. Food Chemistry,1996,55(3):203-207.

[40]Fisk I D,Kettle A,Hofmeister S,etal. Discrimination of roast and ground coffee aroma[J]. Flavour,2012,1(1):14.

[41]謝明勇,黃軍根,聶少平. 熱加工食品中呋喃的研究進(jìn)展[J]. 食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2010,29(1).

[42]Petisca C,Pérez-Palacios T,Pinho O,etal. Optimization and Application of a HS-SPME-GC-MS Methodology for Quantification of Furanic Compounds in Espresso Coffee[J]. Food Analytical Methods,2014,7(1):81-88.

[43]Amrani-Hemaimi M,Cerny C,Fay L B. Mechanisms of formation of alkylpyrazines in the Maillard reaction[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1995,43(11):2818-2822.

[44]Müller R,Rappert S. Pyrazines:occurrence,formation and biodegradation[J]. Applied Microbiology and Biotechnology,2010,85(5):1315-1320.

[45]Hashim L,Chaveron H. Use of methylpyrazine ratios to monitor the coffee roasting[J]. Food Research International,1995,28(6):619-623.

[46]Kiefer J H,Zhang Q,Kern R D,etal. Pyrolyses of aromatic azines:pyrazine,pyrimidine,and pyridine[J]. The Journal of Physical Chemistry A,1997,101(38):7061-7073.

[47]Dart S K,Nursten H E,Clarke R J,etal. Coffee chemistry[J]. Coffee Chemistry,1985,1.

[48]馮大炎,周運(yùn)友. Maillard反應(yīng)與Strecker降解及其對(duì)食品風(fēng)味與食品營養(yǎng)的影響[J]. 安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1993,16(2):79-84.

[49]Yaylayan V A,Keyhani A. Origin of 2,3-pentanedione and 2,3-butanedione in D-glucose/L-alanine Maillard model systems[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1999,47(8):3280-3284.

[50]Gdel Campo G,Berregi I,Caracena R,etal. Quantitative determination of caffeine,formic acid,trigonelline and 5-(hydroxymethyl)furfural in soluble coffees by H1NMR spectrometry[J]. Talanta,2010,81(1):367-371.

[51]Ky C L,Louarn J,Dussert S,etal. Caffeine,trigonelline,chlorogenic acids and sucrose diversity in wild Coffee arabica and canephora accessions[J]. Food Chemistry,2001,75(2):223-230.

[52]Moreira A S P,Coimbra M A,Nunes F M,etal. Roasting-induced changes in arabinotriose,a model of coffee arabinogalactan side chains[J]. Food chemistry,2013,138(4):2291-2299.

[53]Ginz M,Balzer H H,Bradbury A G W,etal. Formation of aliphatic acids by carbohydrate degradation during roasting of coffee[J]. European Food Research and Technology,2000,211(6):404-410.

[54]B?hre F,Maier H G. Electrophoretic clean-up of organic acids from coffee for the GC/MS analysis[J]. Fresenius’ journal of analytical chemistry,1996,355(2):190-193.

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Formation and characteristics of themain roasted coffee flavour compounds

LV Wen-jia1,LIU Yun1,YANG Kai-zhou1,2,ZHAI Xiao-na1,LIU Fei1,ZHANG Chun-yue1,LENG Xiao-jing1,*

(1.College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China；2.Beijing Chocolat Coffee Co.,Ltd.,Beijing 100085,China)

Coffee is a popular beverage for its unique flavour and functional properties. Roasting degree,influenced by roasting temperature and roasting time,has significant effect on the formation and variation of the coffee flavor compounds. Main roasted coffee flavour compounds is directly related to coffee flavour,and has a great representativeness of coffee flavour. Through analysis of the relationships between the roasting degree and the roasted coffee flavour compounds,this review provided a scientific reference to utilize speciality coffee roasting process.

coffee;roasting;flavour compounds;variation

2014-06-10

呂文佳(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。

*通訊作者:冷小京(1966-)，男，博士，副教授，研究方向：可食用膜、食品微膠囊及納米膠囊、功能性乳品。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31171771)。

TS273

A

1002-0306(2015)03-0394-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.077