烘焙度对冷萃咖啡理化指标与风味成分的影响

 

　　咖啡是世界三大饮料之一，其原材料咖啡豆原产于非洲的埃塞俄比亚，相继被引入欧洲、美洲、亚洲已有 数百年的历史。近年来，由于冷萃咖啡制备方式简单， 口感独特，格外受到全球咖啡爱好者的喜爱。在中国，冷萃咖啡年均复合增长超150%，成为咖啡中增长率最高 的品类。相对于热萃咖啡的制备方式，冷萃咖啡选用室 温或温度更低的水，低温萃取12～24 h，从而获得更加温和而又平衡的口感。但是，对于冷萃咖啡的研究远不如热萃咖啡，对影响冷萃咖啡品质的因素影响作用知之甚少。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。

 

　　由于亚洲咖啡的研究较少，所以以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（head space-solid phase microextraction-gas chromatographymass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）联用法测定 挥发性成分，高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法测定咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸等主要苦涩味成分。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。

 

　　材料与方法

 

　　咖啡豆均购买于上海焱焙咖啡有限公司：中国云南生产的卡蒂姆种咖啡豆的浅烘豆、中烘豆和深烘豆，印度尼西亚苏门答腊生产的卡蒂姆种咖啡豆的浅烘豆、中 烘豆和深烘豆，使用高精度色度仪测定L值（代表白度 或明暗度），浅烘豆颜色L值范围为30～32；中烘豆颜色L值范围为26～29；深烘豆颜色L值范围为23～25。

 

　　咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸标准品（纯度均为 99%），1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl，DPPH）（纯度98%） 上海源叶生物 科技有限公司；2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸) （2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)， ABTS）、2-辛醇标准品（纯度均为99%） 上海泰坦科 技股份有限公司。

 

　　2、仪器与设备

 

　　UV-1800分光光度计、GCMS-TQ80 GC-MS联用仪、 LC-20A HPLC仪、SPD-M20A二极阵列检测器日本岛津公司；EK43s咖啡磨豆机 意大利Mahlkonig公司；Pal-Coffee TDS测定仪 日本ATAGO公司；HACA-3000 高精度分光测色仪 杭州远方光电信息股份有限公司。

 

　　3、咖啡样品制备

 

　　冷萃咖啡的制备条件：将咖啡豆磨粉（研磨度11，粒径范围200～600 μm），按照咖啡粉与水质量比1∶16的比例添加5 ℃冷水，置于容器中密封5 ℃浸泡16 h，浸泡完毕后过滤除去咖啡渣即可。热萃咖啡的制备条件：将咖啡豆磨粉（研磨度 11），按照咖啡粉与水质量比1∶16添加92 ℃热水，控制 注水和浸泡总时间为3 min，浸泡完毕后过滤除去咖啡渣即可。本研究冷萃和热萃条件下制备得到的咖啡萃取量均基本趋于饱和。

 

　　结果与分析

 

　　由下表可见，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。另一方面，相同烘焙度下，冷萃咖啡的可滴定酸含量和总酚含量均显著低于的热萃咖啡（P＜0.05），分别减少约13%、10%，这可能是由于高温水能更好地使酸类物质和酚类物质溶出。而总糖在冷萃咖啡中的含量均显著高于相同烘焙度的热萃咖啡（P＜0.05），约增高10%。

 

　　咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸是咖啡中主要的能带来苦的味觉感受的组分，研究指出咖啡中10%～30%的苦味由咖啡因贡献，而葫芦巴碱、绿原酸及其衍生产物也 是咖啡苦味的重要来源。本研究发现2 种亚洲豆随着烘焙度的上升，冷萃和热萃咖啡液中的葫芦巴碱、绿原酸含量均显著下降（P＜0.05），这是由于葫芦巴碱和绿原酸在200 ℃以上烘焙时会快速分解，以致含量降低，深烘咖啡较浅烘咖啡萃取液种的葫芦巴碱含量下降约50%，绿原酸含量下降约60%，而由于咖啡因热稳定性较强，其含量相对稳定。在咖啡感官认识中，烘焙度越高的咖啡豆，其萃取液越苦，但在本研究中3 种苦味物质总含量却呈下降趋势，这可能是因为随着咖啡豆烘焙度增加，由美拉德反应新产生的吡嗪、呋喃、吡咯类等苦味物质增强了咖啡的苦味。另一方面，在相同烘焙度下，冷萃咖啡的咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸含量略高于热萃咖啡，这与热萃咖啡比冷萃咖啡感官上更苦的通识相背，可能是与咖啡感官受入口温度影响有关。
 

 

　　02、烘焙度对冷萃咖啡中挥发性化合物的影响

 

　　本研究从12 组咖啡样品中筛选出76 种主要的挥发性风味成分，这些物质中包括多种酮、醛、酚、醇、酯、 酸、吡嗪、吡咯和呋喃等。参考精品咖啡协会的咖啡风味分类，将筛选出的76 种香气成分分为酶促反应香气 （花果香类）、美拉德反应香气（烘焙坚果类）、干蒸 馏类、瑕疵类四大类。由下表可知，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。

 

　　值得注意的是，随着烘焙度的增加，冷萃与热萃咖啡中的挥发性成分总量均呈现增加趋势，尤其是2-甲基丁醛、2-乙基吡嗪、榛子吡嗪、糠基甲基硫醚和乙酸糠醇酯等呈现烘焙坚果类、瑕疵类和干蒸馏类香气成分含量呈现增加的趋势（P＜0.05），而花果香类挥发性成分含量较为稳定。而从相对占比上看，随着烘焙度的增加，花果香类和烘焙坚果类挥发性成分相对占比均呈现下降趋势，而瑕疵类和干蒸馏类相对占比均上升趋势，这种趋势在云南豆冷萃的咖啡中更为明显。特别是深烘咖啡相较于浅烘咖啡，冷萃液中醚类、酚类、酮类和杂环类物质含量有50%以上的增加，这些成分主要呈烘焙 坚果类、瑕疵类和干蒸馏类香气，尤其是呈现烘焙坚果类香气的糠基甲醚、2-(呋喃-2-基甲基)呋喃，瑕疵类香气的1-甲基吡咯、苯酚和邻甲酚，干蒸馏类香气的糠基甲基硫醚、2-乙酰-1-甲基吡咯等物质增加显著，这可能是消费者品尝使用深度烘焙豆冷萃的咖啡时感受到香气更加浓郁的主要原因。
 

　　结论

 

　　以亚洲咖啡豆为研究对象，探究不同烘焙度对冷萃咖啡的理化性质、非挥发性成分、挥发性成分的影响， 并与热萃咖啡进行比较分析。总体来说，烘焙度对冷萃与热萃咖啡的理化性质与非挥发性成分的影响较为相似，随着烘焙度增加，咖啡萃取液的浓度、萃取率均显著上升，可滴定酸、总酚、总糖、葫芦巴碱、绿原酸水平和抗氧化活性均显著下降（P＜0.05），特别是深烘冷萃咖啡的DPPH自由基清除活性较热萃下降更为明显。在相同烘焙度下，冷萃咖啡的可滴定酸、总酚含量、抗氧化活性显著低于热萃咖啡，萃取率与总糖显著高于热萃咖啡，而冷萃与热萃不同萃取方式对咖啡因、葫芦巴 碱、绿原酸含量的影响较弱。

 

　　萃取方式（冷萃、热萃）与烘焙度等因素均会影响咖啡萃取液中的挥发性成分组成，具有较明显差异。浅烘咖啡萃取液中的2-丁酮、2-丁烯醛等花果香类物质对冷萃方式的贡献率更高，而2-甲基吡嗪、糠醇等烘焙坚果类香气物质对热萃方式的贡献率更高。中烘咖啡萃取液中2,6-二乙基吡嗪、川芎嗪等以烘焙坚果类香气为主物质对冷萃和热萃方式均有较更高的贡献率。深烘咖啡萃取液中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冷萃方式有较高的贡献率，二甲基二硫、对甲酚、1-甲基吡咯等物质对热萃方式的贡献率更高。在相同烘焙度下，冷萃咖啡中呈现花果香类的挥发性成分含量显著高于热萃咖啡。而随着烘焙度增加，咖啡中花果香类成分占比下降，烘焙坚果类、瑕疵类和干蒸馏类成分占比增加，尤其瑕疵类香气相对占比上升显著，且这种影响趋势在深烘冷萃咖啡中更为明显。因此，相较于热萃方式，烘焙度对冷萃咖啡挥发性成分具有更大的影响。