水質因子對冷萃咖啡主要成分及風味的影響

陳詩宇，肖 瀛 ，姜 峰，蔣天寧，何笑叢，朱 婧，唐文瀟，周一鳴

（1.上海應用技術大學香料香精技術與工程學院，上海 201418；2.上海城建職業學院食品與旅游學院，上海 201415；3.上海市技師協會咖啡專業委員會，上海 200050；4.上海市貿易學校，上海 200092；5.上海臻致培訓學校，上海 200062）

咖啡豆是僅次于石油的全球第二大貿易商品，咖啡飲品是全球消費最廣泛的飲料之一[1]，是僅次于水的第二大消費飲品[2]。近年來，冷萃咖啡以其制備方式簡單，口感獨特等特點，深受消費者喜愛，具有廣闊的市場前景[3]。冷萃咖啡選用的水通常低于室溫，其在冷水中低溫萃取12～24 h，從而獲得更加溫和而又平衡的口感。然而，現有的研究主要還是集中在熱萃咖啡上，相較于熱萃咖啡，涉及冷萃咖啡理化特性與組分的研究相對較少。現有研究結果表明，與熱萃咖啡相比，冷萃咖啡具有獨特的風味特征，通常表現出強烈的甜味、果香和花香，較弱的苦味和較低的酸度[4-6]。冷萃咖啡的咖啡因和綠原酸含量更高，而熱萃咖啡的抗氧化活性更強[4,7]。研究發現，咖啡的研磨度和萃取時間對冷萃咖啡的風味及理化特性有很大影響[6]，烘焙程度、粉水比、萃取方法及其相互作用也會影響冷萃咖啡的感官特征[8]。

水質對咖啡或茶葉萃取的影響是很重要的，已有研究表明水中的HCO3-對意式濃縮咖啡油脂的豐富度有至關重要的影響[9]。Fibrianto 等[10]的研究表明，不同的沖泡水會影響熱萃咖啡甜味和巧克力的香味強度。而McGee[11]的報道稱，用軟化水沖泡咖啡和茶會導致過度萃取并帶來咸味。影響水質的因子有很多，包括水的pH、堿度、硬度、陰陽離子含量等。國際組織精品咖啡協會（Specialty coffee association，SCA）對精品咖啡萃取用水也有一定的標準，其中包括對氣味、氯含量、硬度、堿度和pH 的要求，但水中的K+、Ca2+、Na+、Mg2+、SiO32-等水質因子對咖啡萃取的影響國內外鮮有研究，尤其是水質因子對冷萃咖啡的影響尚未有研究報道，水中離子對冷萃咖啡主要成分及風味的影響尚不明確。

因此，本研究選擇6 種不同的市售水制備冷萃咖啡，對咖啡基本理化特性進行檢測；利用高效液相色譜（HPLC）技術和頂空固相微萃取-氣質聯用（HSSPME-GC-MS）對非揮發性成分和揮發性成分進行檢測，結合感官評價，通過相關性分析和主成分分析首次闡釋水質因子對冷萃咖啡理化特性、主要成分及風味的影響。本研究將對選擇合適的水沖泡冷萃咖啡以提升感官品質及對其質量評價分析提供了依據和參考，研究具有一定的理論價值和實踐指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

咖啡豆 上海焱焙咖啡有限公司，為中國云南省生產的水洗淺烘豆（卡蒂姆種，Catimor）；瓶裝水當地超市；咖啡因（純度99%）、綠原酸（純度99%）、咖啡酸（純度99%）、葫蘆巴堿標準品（純度99%）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（純度98%）上海源葉生物科技有限公司；2,2’-聯氮雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（2,2’-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid，ABTS）（純度99%）、2-辛醇標準品（純度99%）、甲基橙（純度為98%）上海泰坦科技股份有限公司；鉬酸銨（純度98%）旭碩生物；偏硅酸標準溶液（1000 mg/L）壇墨質檢科技股份有限公司；福林酚溶液（2N）美國Sigma 公司。

UV-1800 分光光度計、LC-20A 高效液相色譜儀、GCMS-TQ80 氣相-質譜聯用儀、SPD-M20A 二級管陣列檢測器 日本島津公司；EK43s 咖啡磨豆機 意大利Mahlkonig 公司；Pal-Coffee TDS 測定儀 日本ATAGO 公司；FE28 梅特勒pH 計 北京聯合科儀科技有限公司；ICAP QC 電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）賽默飛世爾科技；BEC-6800實驗室TDS 儀 貝爾分析儀器（大連）有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 咖啡樣品制備 冷萃咖啡的制備方法及溫度參考唐文瀟等[12]的方法，將咖啡豆磨粉（研磨度11，粒徑范圍400～600 μm），選用1 款飲用純凈水（W1）、2 款飲用天然水（W2、W3）、2 款飲用天然礦泉水（W4、W6）和經凈化自來水（上海市奉賢區，W5）作為咖啡萃取用水，根據TDS 值從小到大編號為W1、W2、W3、W4、W5、W6，按照咖啡粉:水=1:16 的比例添加5 ℃冷水，置于容器中密封，并于5 ℃中冷藏浸泡16 h，浸泡完畢后過濾除去咖啡渣即可。本研究制備得到的咖啡萃取量均趨于飽和。

1.2.2 水樣理化指標測定 水樣的溶解性固體總量（Total dissolved solids，TDS）采用實驗室TDS 儀（按照電導率的原理）測定；水樣的pH 采用pH 計測定。水樣中K+、Ca2+、Na+、Mg2+、HCO3-、SiO32-的測定參照GB 8538-2016《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水檢驗方法》[13]。

1.2.3 咖啡液萃取濃度、萃取率的測定 咖啡液萃取濃度使用Pal-Coffee TDS 測定儀測定，咖啡液萃取率計算參照Liang 等[14]的方法，按公式（1）計算。

1.2.4 咖啡液可滴定酸及總酚的測定 咖啡液可滴定酸的測定參照Córdoba 等[5]的方法。取稀釋10 倍的咖啡液10 mL，加入1～2 滴酚酞溶液，以0.1 mol/L NaOH 溶液滴定至溶液黃褐色，加入5 mL 70 ℃蒸餾水，再滴定至溶液呈現微紅色即停止，記錄此時NaOH 溶液滴定量。

咖啡液總酚的測定參照Bilge[15]的方法。取稀釋50 倍咖啡液0.5 mL，加入等量0.25 mol/L 福林酚試劑，混勻靜置3 min 后再加入1 mL 15% Na2CO3溶液，混勻后于25 ℃，以120 r/min 避光離心1 h，使用紫外分光光度計在波長765 nm 處測定吸光度，根據焦性沒食子酸標準曲線y=11.741x+0.120 (R2=0.9998)，計算總酚含量。

1.2.5 咖啡液咖啡因、葫蘆巴堿及綠原酸的測定咖啡因含量的測定參照GB 5009.139-2014《食品安全國家標準 飲料中咖啡因的測定》[16]，葫蘆巴堿含量的測定參照NY/T 3012-2016《咖啡及制品中葫蘆巴堿的測定》[17]，綠原酸含量的測定參照GB/T 22250-2008《保健食品中綠原酸的測定》[18]，均采用高效液相色譜法（HPLC）。色譜柱選用島津WondaSilTMC18柱（150 mm×3.9 mm，5 μm）；使用外標法定量。

1.2.6 咖啡液抗氧化能力的測定 咖啡液DPPH 自由基當量測定參照Bilge[15]的方法。樣品組：取稀釋50 倍咖啡液0.25 mL 和0.75 mL 蒸餾水，再加入DPPH 試劑（0.2 mmol/L，1 mL），于室溫下避光30 min，使用紫外分光光度計在517 nm 處測吸光度為Ai；樣品對照組：實驗方法同上，無水乙醇代替DPPH 試劑，測得吸光度為Aj；空白對照組：實驗方法同樣品組，蒸餾水代替稀釋后的咖啡液，測得吸光度為Ac。咖啡液DPPH 自由基清除率R1按公式（2）計算。

咖啡液ABTS+自由基當量測定參照Górecki等[19]的方法。取稀釋50 倍咖啡液0.1 mL 和1.9 mL ABTS 試劑，于室溫下避光6 min，使用紫外分光光度計在734 nm 處測吸光度為Ax，并以蒸餾水代替咖啡液測得A0。咖啡液ABTS+自由基清除率R2按公式（3）計算。

將R1、R2分別帶入水溶性VE配制的標準曲線，分別得到DPPH 自由基當量和ABTS+自由基當量。

1.2.7 感官評定 感官評定是按照美國精品咖啡協會（SCA）制定的感官評價標準進行的[20]。感官評價小組由10 人組成（5 名男性和5 名女性），均具有三年以上的咖啡感官分析經驗，能夠準確識別咖啡的香氣。在小組成員討論之后，參照世界咖啡研究所（WCR）制定的《咖啡感官詞典》[21]確定樣品風味的屬性，包括堅果味、果味、花香、焦糖味、烘焙味、甜味、酸味、澀味、苦味、風味、醇厚度、余韻、總體評價（表1）。所有樣本在室溫（19±2）℃下提供，并按隨機順序評估，一式兩份。小組成員用0～15 分的等級評估屬性強度，0.5 分為一個增量（0=無；15=極度強烈）[21]。其中，0 代表“無強度”，2 代表“難以察覺”，4 代表“可識別到但并不強烈”，6 代表“稍有強度的”，8 代表“適中的強度”，10 代表“強烈的”，12 代表“非常強”，15 代表“極度強烈的”。

表1 感官評價指標Table 1 Sensory evaluation index

1.2.8 咖啡液揮發性化合物的測定 咖啡液揮發性化合物的測定參照Cheong 等[22]的方法，采用頂空固相微萃取氣質聯用技術（HS-SPME-GC-MS）。

SPME 條件：采用1 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex 固相微萃取頭，準確量取咖啡液5 mL，加入內標20 μL，水浴60 ℃，平衡15 min，吸附30 min。

GC 條件：RTX-WAX 聚乙二醇強極性毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：起始40 ℃保持2 min，以2 ℃/min 升至130 ℃，以4 ℃/min 升至220 ℃，保持4 min，以10 ℃/min 升至250 ℃，保持5 min；載氣（He）（純度99.999%）流速1.6 mL/min，壓力2.4 kPa；進樣方式：進樣口溫度200 ℃，SPME 頂空進樣2 min；不分流。

MS 條件：電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度275 ℃；離子源溫度230 ℃；母離子285 m/z；激活電壓1.5 V；質量掃描范圍35～350 m/z。

定量方式：參考Bonino 等[23]的方法使用2-辛醇作為內標物質，結果根據每個化合物峰面積相對于內標物峰面積之比，按照內標物質濃度換算，按如下公式（4）計算。

1.3 數據處理

所有實驗重復3 次，數據采用平均值±標準差表示；采用SPSS 19.0 軟件進行單因素方差（0.01＜P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著）及Pearson 相關性分析；采用Origin 2021 軟件進行相關性熱圖的繪制，采用SIMCA 14.1 軟件進行PCA圖的繪制。

2 結果與分析

2.1 水樣的理化指標與主要離子含量

如表2 所示，對比不同市售水，從pH 看，六種水樣pH 差異顯著（P＜0.05），除了W6呈堿性外，其它樣品均接近中性。進一步分析其離子組成發現，水中離子含量與TDS 數值變化趨勢一致，6 種水樣的離子含量各有差別，其中W5和W6中離子含量相對較多，W3和W4中離子含量處于相對中等水平。水中Ca2+、Mg2+、HCO3-會影響水質的硬度，硬度過高的水會對咖啡風味產生不利影響[9]；K+、Na+是水中常見的離子；而SiO32-是《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》[13]中重要的一項。W5含有較多的K+、Na+、Ca2+、HCO3-等離子，其中K+、Na+的含量在所有水樣中最高，W6主要含有Ca2+、Mg2+、HCO3-、SiO32-等離子，其中Ca2+、Mg2+、HCO3-含量在所有水樣中最高，而W4是SiO32-離子含量最高的水樣。此外，W1和W2離子含量相對較少，但W2中的SiO32-相對較多。由此可見，6 種水樣離子含量差別大且具有代表性。

表2 水樣的pH、TDS 值及主要離子含量Table 2 pH,TDS and major ion content in water samples

2.2 不同水樣對冷萃咖啡理化指標的影響

本研究運用二次多項式曲線模型將水的TDS 與咖啡萃取濃度、萃取率、pH、可滴定酸進行擬合的曲線如圖1 所示，模型決定系數（R2）均大于0.98，說明模型擬合能力較好。由圖1（a）可知，隨著水樣TDS 值上升，冷萃咖啡的萃取濃度和萃取率均呈現顯著上升趨勢（P＜0.05），由此可見水中溶解的離子在促進萃取過程中的重要作用，已有相似的研究結果表明，咖啡中有機化合物的溶解和提取依賴于水中溶解的礦物質總含量[24]。由圖1（b）可得，隨著水樣TDS 值上升，冷萃咖啡的pH 呈現顯著上升趨勢（P＜0.05），與可滴定酸的先上升后下降趨勢并不完全相對應，可能是因為水中的Ca2+、Mg2+、HCO3-等離子會與溶液中H+、OH-結合，從而影響咖啡溶液的pH，而可滴定酸是對樣品中所有酸性質子的測量，包括非電離質子[25]。這與先前的研究結果相似，該研究結果表明pH 與不同烘焙度咖啡的萃取濃度只有弱相關，而可滴定酸與咖啡的萃取濃度呈顯著正線性相關[26]。

圖1 不同水樣對冷萃咖啡理化指標的影響Fig.1 Effects of different water samples on physicochemical indexes of cold brew coffee

2.3 不同水樣對冷萃咖啡非揮發性成分和抗氧化能力的影響

由圖2 可見，不同水樣對冷萃咖啡中葫蘆巴堿、綠原酸、咖啡酸含量的影響較為顯著（P＜0.05）。其中W6水樣沖泡的冷萃咖啡的咖啡因和葫蘆巴堿含量最高，分別為0.72、0.49 mg/mL，W2和W4水樣沖泡的冷萃咖啡的綠原酸含量較高，分別為0.81、0.84 mg/mL，W4和W6水樣沖泡的冷萃咖啡的咖啡酸含量均較高，分別為11.670、11.672 μg/mL。此外，結果表明不同水樣對冷萃咖啡中咖啡因含量的影響較小，先前的研究已有相似發現，研究表明咖啡因不易受萃取條件的影響，水對咖啡因的提取沒有顯著影響[27]。在水質對綠茶浸提的研究中，李小滿[28]研究了不同水質對綠茶茶湯的影響，用TDS 值較高的水樣萃取的茶湯活性成分更豐富，但是對咖啡堿的浸出并無顯著差異，與本研究結果相近。

圖2 不同水樣對冷萃咖啡非揮發性成分的影響Fig.2 Effects of different water samples on non-volatile components of cold brew coffee

咖啡中的抗氧化活性成分較多，其中酚類、綠原酸和葫蘆巴堿是主要的抗氧化活性成分[29]。本研究發現不同水樣對冷萃咖啡的總酚含量影響不大，這與水樣對茶水中酚類物質的影響不同，茶多酚對水中離子比較敏感，受水樣中離子含量的影響較大[30]。另外，不同水樣對冷萃咖啡的抗氧化活性（ABTS+自由基和DPPH 自由基清除能力）有一定的影響（表3），W3水樣沖泡的冷萃咖啡的ABTS+自由基清除能力和DPPH 自由基清除能力均最弱。同時，該冷萃咖啡中綠原酸、咖啡酸的含量均較低，綠原酸是咖啡酸與奎寧酸生成的縮酚酸，是主要的咖啡多酚之一，具有較強的抗氧化特性[31]，這可能是導致W3水樣沖泡的冷萃咖啡的ABTS+自由基清除能力和DPPH 自由基清除能力較弱的主要原因。

表3 不同水樣對冷萃咖啡抗氧化能力的影響Table 3 Effects of different water samples on antioxidant capacity of cold brew coffee

2.4 不同水樣對冷萃咖啡感官的影響

用不同水樣沖泡的咖啡具有不同的感官特征，表4 感官評價結果表明，不同水樣沖泡的冷萃咖啡總體評價存在明顯差異。隨著水樣TDS 值的上升，冷萃咖啡的焦糖味、澀味、苦味的感官得分總體呈現上升趨勢（C6除外），其中C5的這些感官指標得分最高，果味、花香味、酸味、余韻的感官得分總體呈現下降趨勢，說明水中的離子會加強冷萃咖啡中焦糖味、苦澀味的呈現，但會弱化花果味、酸味的呈現。冷萃咖啡堅果味、甜味、風味和總體評價的感官評分會隨著水樣TDS 值的增加呈現先上升后下降趨勢，其中C3的評分在六組樣品中最高，具有較強的甜味、堅果風味和較好的總體評價。本研究發現水樣TDS 值的增加會提高冷萃咖啡的總體感官得分，但是水樣過高的TDS 值反而會降低對冷萃咖啡的總體評價，這與Cao 等[32]在茶水中的研究相似，該研究表明高TDS 值水樣沖泡的茶水具有較低的總體感官可接受性。此外水質對啤酒釀造感官評價也有類似現象，如高欣[33]發現水中陰陽離子適量存在的時候對啤酒釀造幾乎沒有負面影響，甚至是有利的，但一旦過量存在，則或多或少會對釀造過程的生化變化和啤酒口味產生不利的影響。因此，在咖啡沖泡用水的選擇上，應選擇適中TDS 值的水樣沖泡咖啡。除此之外，水中各種離子組成也是影響感官的重要因素，對冷萃咖啡的感官起作用的具體離子還需進一步分析。

表4 不同水樣對冷萃咖啡感官得分的影響Table 4 Effects of different water samples on sensory evaluation of cold brew coffee

2.5 水質因子與咖啡理化特性和非揮發性成分的相關性分析

為了進一步探究水質因子與咖啡品質之間的關聯程度，進行了Pearson 相關性分析，結果如圖3 所示。相關性分析表明，水樣的pH 與冷萃咖啡的萃取濃度、萃取率呈顯著正相關（P＜0.05）。本研究的數據顯示，6 種水樣的pH 位于6.4～8.2 之間（表2），冷萃咖啡的萃取濃度和萃取率可能會隨著水樣堿性的增加而顯著增加，這與水樣pH 對茶水萃取率的影響相似[34]。此外，相關性分析還表明水中的Ca2+、Mg2+、HCO3-與冷萃咖啡的萃取濃度、萃取率、咖啡因含量和葫蘆巴堿含量呈顯著正相關（P＜0.05），與可滴定酸值呈顯著負相關（P＜0.05），而K+、Na+對冷萃咖啡中活性成分的萃取沒有顯著影響（P＞0.05）。已有研究表明，水中溶解的陽離子會與咖啡中咖啡因、咖啡酸等成分的親核基團相互作用，其中Ca2+、Mg2+的相對結合能與其他離子相比較高[24]。因此，Ca2+、Mg2+會顯著增加一些化合物的萃取，而K+、Na+與咖啡豆中大多數化合物的結合能力都很弱[24]。從咖啡的抗氧化能力看，除K+、Na+與ABTS+自由基清除能力呈顯著正相關（P＜0.05）外，水質其他指標與抗氧化活性均未呈現顯著相關性。

圖3 水質指標與冷萃咖啡理化特性和非揮發性成分相關性分析Fig.3 Correlation analysis of water quality indexes with physical and chemical properties and non-volatile components of cold extracted coffee

2.6 不同水樣對冷萃咖啡中揮發性化合物的影響

本研究采用HS-SPME-GC-MS 技術分析6 種水樣沖泡的冷萃咖啡，通過香氣數據庫篩選出匹配度均大于90%的57 種主要揮發性成分，包括酮類化合物9 種、醛類化合物8 種、醇類化合物4 種、吡嗪類化合物11 種、呋喃類化合物12 種、含氮類化合物7 種、酚類化合物4 種和含硫化合物2 種。6 種水樣沖泡的冷萃咖啡中含量較高的化合物均為糠醇、5-甲基糠醛、乙酸糠醇酯、2,6-二乙基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和1-甲基-2-吡咯甲醛。

隨著水樣TDS 值的上升，揮發性化合物含量總體呈同步增加趨勢（圖4a），表明冷萃咖啡揮發性化合物含量會隨著水樣TDS 值的上升而逐漸增加，對茶湯風味研究也有類似結果，水中的礦物質離子能促進茶湯特征風味的釋放[35]。但從占比角度來看，隨著水樣TDS 值的增加，大多數揮發性化合物的相對含量占比呈下降趨勢，但5-甲基糠醛、糠醇、1-糠基吡咯、糠基甲基硫醚的相對含量占比呈上升趨勢（圖4b），表明這幾種化合物可能與水中總離子含量有較大關聯。5-甲基糠醛為呋喃甲醛衍生物，主要由還原糖和氨基酸發生美拉德反應而生成，具有令人愉悅的焦糖味[36]。糠醇屬于呋喃類化合物，具有烘烤味，是咖啡中主要的呈香物質[37]。另外，乙酸糠醇酯相對含量占比呈先下降后上升趨勢（圖4b），其具有香蕉樣的甜果香氣；2-異丁基-3-甲氧基吡嗪的含量占比呈先上升后下降趨勢（圖4b），其具有綠豌豆、堅果、甜椒樣香氣。本研究發現隨著水樣TDS 值的增加，咖啡中相對含量占比上升的化合物多為呋喃類的化合物，這些化合物是咖啡巧克力味、焦糖味、堅果味、焙烤味的主要來源[38]，說明水中總離子含量的增加會促進冷萃咖啡焦糖、焙烤風味的呈現，乙酸糠醇酯、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪含量的增加也會增加冷萃咖啡的甜果樣風味的豐富度。但值得注意的是，隨著水樣TDS 值的上升，1-糠基吡咯、糠基甲基硫醚這類具有辛辣蔬菜等瑕疵風味的成分也會隨之出現，這可能會讓消費者感受到濃郁咖啡香氣的同時也感受到一些令人不悅的氣味。所以，合理地控制咖啡沖泡用水的TDS 值能對冷萃咖啡的香氣品質產生積極的影響。

圖4 6 種水樣冷萃咖啡主要揮發性成分熱圖分析Fig.4 Heat map analysis of the main volatile components of six kinds of water cold brew coffee

2.7 水質因子與冷萃咖啡感官品質的相關性分析

6 種不同水樣沖泡的冷萃咖啡在感官品質上有顯著差異，圖5 評估了水樣的TDS 值、pH 以及水中的K+、Ca2+、Na+、Mg2+、HCO3-、SiO32-與冷萃咖啡堅果味、果味、花香味、焦糖味、烘焙味、甜味、酸味、澀味、苦味、風味、醇厚度、余韻、總體評價之間的相關性。相關性結果顯示，水樣的TDS 值、Ca2+、Mg2+、HCO3-、pH 與冷萃咖啡的花香味、酸味呈顯著負相關（P＜0.05），TDS 值、Ca2+與冷萃咖啡的果味呈顯著負相關（P＜0.05），Mg2+與冷萃咖啡的甜味呈顯著負相關（P＜0.05）。可見水中金屬離子的增多會對冷萃咖啡的花果味、酸味、甜味產生不同程度的負面影響，這可能是導致總體感官評價下降的主要原因，在水質對茶水的研究中也有相似的發現，具有較高pH 和TDS 值的水沖泡的茶水會有較低的總體感官評價[32]。Kiki 等[40]在水質硬度對咖啡葉茶的研究中發現，較低的水硬度有增強冷泡咖啡葉茶甜味的趨勢，依次可以推斷出Ca2+、Mg2+對減弱冷泡咖啡葉茶甜味有影響，與本研究中Mg2+與冷萃咖啡甜味呈顯著負相關（P＜0.05）的結果相似。也有研究發現，Ca2+濃度的增加會減弱茶水的苦味、鮮味和甜味，增加澀味[41]，本研究在這方面的結果雖不顯著，但值得關注的相同點是Ca2+濃度的增加會減弱冷萃咖啡的甜味且增加澀味。另外，K+、Na+與冷萃咖啡的焦糖味、澀味、苦味、醇厚度呈顯著正相關（P＜0.05），龔芝萍等[30]關于水質對茶湯品質研究發現，離子含量較高的水沖泡的茶水帶有澀味，可能是水樣中K+、Na+作用的結果。

圖5 水質指標與冷萃咖啡感官的相關性分析Fig.5 Correlation analysis of water quality index and sensory properties of cold brew coffee

2.8 主成分分析

現有文獻中關于水質因子對冷萃咖啡的影響未曾報道，為進一步探究水質因子對冷萃咖啡主要成分的影響，將具有代表性的揮發性成分、理化指標、感官及水質指標進行主成分分析（PCA）。主成分1 的方差貢獻率為70.7%，主成分2 的方差貢獻率為12.3%，兩者總方差貢獻率為83.0%。由圖6 可知，6 組不同TDS 值水樣沖泡的冷萃咖啡樣品在PC1 維度上有很好的分離，較低TDS 水樣沖泡的咖啡樣品（C1、C2）在PC1 負軸上，較高TDS 水樣沖泡的咖啡樣品（C5、C6）在PC1 正軸上，而中等TDS 水樣沖泡的咖啡樣品（C3、C4）位于PC1 軸中點附近。

圖6 6 種水樣冷萃咖啡主成分分析圖Fig.6 Principal component analysis of 6 kinds of water cold brew coffee

較低TDS 水樣沖泡的咖啡樣品點（C1、C2）均位于第二象限，附近的感官特點是果味、余韻、酸味和花香味（藍圈），可見水中較少的離子有利于咖啡中花果味、酸味物質的萃出，并且會增加咖啡的余韻。已有研究發現，缺乏電解質離子的水樣會凸顯咖啡的酸味，本研究結果與之相似[42]。C5咖啡樣品點附近的感官特點是澀味、焦糖味、苦味，且與Na+、K+距離較近（黃圈），可見咖啡沖泡用水中較多的Na+、K+會促進咖啡中苦味、澀味和焦糖味的物質萃出，可能是因為含量過高的Na+會提升萃取效率[43]，從而導致更多苦味物質的萃出。從ABTS+自由基當量和C5咖啡樣品點的距離來看，水中的Na+、K+可能會提高咖啡的ABTS+自由基清除能力，一定程度上增強咖啡的抗氧化能力，可能是Na+、K+有利于綠原酸、咖啡酸等具有較強抗氧化能力物質的萃出[31]，從而影響到冷萃咖啡抗氧化能力的提升。C6咖啡沖泡用水是6 個水樣中TDS 值最高的水樣，且水中的Mg2+、HCO3-、Ca2+含量在6 個水樣中最高（紅圈），由圖6 可得水中的離子會提高咖啡中活性物質的萃取率，尤其是咖啡因、葫蘆巴堿的含量。咖啡因、葫蘆巴堿是咖啡中主要的的苦味物質[44]，這也是導致較高TDS 值水樣沖泡的咖啡苦味明顯的重要原因。中等TDS 水樣沖泡的咖啡樣品點（C3、C4）附近分布的感官評價都趨于正面，C3、C4的咖啡樣品具有較好的總體評價、烘焙味、甜味、堅果味和風味（綠圈），說明中等TDS 值水樣沖泡的咖啡總體感官品質較好。

從揮發性化合物含量占比看，大多數揮發性化合物都與較低TDS 水樣沖泡的咖啡樣品點相聚集，分布于第二、三象限，可見大多數揮發性化合物的含量受離子變化影響較小。但1-糠基吡咯、5-甲基糠醛、糠基甲基硫醚與C6樣品點分布較近，糠醇、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪與C5樣品點分布較近，分布于第一、四象限。因此，1-糠基吡咯、5-甲基糠醛、糠基甲基硫醚、糠醇、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪受水中離子變化的影響較大，隨著水樣中離子含量的增加，這些揮發性化合物含量增幅明顯。5-甲基糠醛、糠醇都是典型具有焦糖風味的揮發性成分[37]，因此隨著水樣TDS 值的上升，咖啡樣品焦糖味、苦味、澀味、烘焙味會逐漸明顯。1-糠基吡咯、糠基甲基硫醚具有洋蔥、蔬菜樣的刺激性氣味，接近于C6樣品點，說明隨著水樣TDS 值的上升，一些負面的瑕疵風味也會隨之產生。從與離子的距離看，Ca2+、Mg2+、HCO3-、TDS 值對1-糠基吡咯、5-甲基糠醛、糠基甲基硫醚含量的影響較大，Na+、K+對糠醇含量的影響較大。已有文獻報道，富含 Ca2+、Mg2+的水會與咖啡中更多的理想風味結合，實現更好的風味平衡[24]，與本研究結果不同，可能是過高的離子含量反而會導致瑕疵類風味的產生。

因此，適度地調整水樣中的離子含量可能對改善冷萃咖啡的風味與感官品質有積極影響，較低的離子含量能促進咖啡花果風味的體現，較高的離子含量能促進咖啡焦糖、焙烤風味的體現。但由于水質因子的復雜性，沒有一種特定的離子能使咖啡產生所有令人愉悅的風味，多個離子共同作用冷萃咖啡的復雜體系需要更系統地研究驗證。

3 結論

以往對咖啡的研究主要集中在萃取方式或烘焙度對咖啡液成分的影響上，本研究探究了水質因子對冷萃咖啡的理化性質、抗氧化活性、非揮發性成分、揮發性成分和感官評價的影響。本研究發現水質因子對冷萃咖啡的萃取濃度、萃取率、pH、可滴定酸、咖啡因、葫蘆巴堿和呋喃類揮發性成分有較大影響，主要影響的離子指標是Ca2+、Mg2+、HCO3-，但對總酚、綠原酸、咖啡酸、抗氧化活性影響較弱。結合PCA 結果分析表明，Ca2+、Mg2+、HCO3-有利于冷萃咖啡中葫蘆巴堿、咖啡因的萃出，同時對咖啡的花果味、酸味、甜味等風味會有不同程度的減弱，水中Na+、K+對糠醇含量的影響較大，能促進咖啡焦糖味、苦澀味的體現。本研究對選擇適合的沖泡水提升冷萃咖啡的感官品質提供了參考依據，但研究僅采用感官評價的方式對冷萃咖啡的風味進行評價，具有一定的局限性，后續可通過GC-O、電子鼻、電子舌等技術鑒定冷萃咖啡的特征風味。此外，鑒于水質因子的復雜性，需要進一步深入探究水中各種離子對冷萃咖啡共同作用的影響及其機制。