王一凡，廖鮮艷，姚 敏，王書慧，高海燕，*（.上海大學生命科學學院，上海00444；.愛普香料集團股份有限公司，上海0809）

基于感官評定和電子鼻技術(shù)對天然咖啡揮發(fā)性風味特征的研究

王一凡1，廖鮮艷1，姚 敏2，王書慧1，高海燕1，*
（1.上海大學生命科學學院，上海200444；2.愛普香料集團股份有限公司，上海201809）

為研究不同咖啡的風味特征，利用感官評定及電子鼻技術(shù)對常見的6種天然咖啡風味進行了測定，并對兩者的相關(guān)性進行了分析。研究結(jié)果表明，哥倫比亞咖啡具有最強烈的焦糖味和樹脂味；意式濃咖啡具有最強烈的巧克力味、花香味及草香味；肯尼亞咖啡具有最強烈的果香味；越南咖啡具有最強烈的堅果味、木炭味及辛香味。不同產(chǎn)地的咖啡氣味差異明顯，通過電子鼻技術(shù)利用主成分分析法（PCA）能夠?qū)ζ溥M行有效區(qū)分。在總體的揮發(fā)性風味特征方面，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這4種咖啡相似，而越南咖啡和哥倫比亞咖啡較為相似。相關(guān)性結(jié)果顯示傳感器S8與花香味、果香味、草香味相關(guān)性較好，傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S9、S10與木炭味有一定的相關(guān)性，其中S1、S2的相關(guān)性最強。

咖啡，感官評定，電子鼻，風味

咖啡原產(chǎn)于埃塞俄比亞，是特色熱帶農(nóng)產(chǎn)品。近幾年來，咖啡的貿(mào)易量值持續(xù)增長，消費市場巨大，其產(chǎn)量、消費量、產(chǎn)值均居世界三大飲料作物（咖啡、可可、茶）之首。咖啡風味濃郁、種類多樣，且功效獨特，其消費群體不斷擴大，正在逐步滲透到全球非傳統(tǒng)消費區(qū)，成為時下的流行飲品，在全球擁有廣大的市場空間[1]。由于天然咖啡粉風味較弱，在食品中用量較大，且天然咖啡的供應(yīng)關(guān)系日益緊張，因此許多研究人員致力于對咖啡風味的研究，以期尋找天然咖啡的替代品，并將其應(yīng)用于糖果、飲料等食品中，賦予食品咖啡特有的風味。

對于食品風味的研究方法有感官評定法、電子鼻技術(shù)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、氣相色譜-嗅聞聯(lián)用技術(shù)等，這些方法具有各自的特點，比如感官評定用于食品顏色、質(zhì)地、揮發(fā)性風味等的研究是一種簡單、快速、有效的方法，可解決一般理化分析所不能解決的復(fù)雜的生理感受問題，但由于感官評定是一種以人的感覺作評判的實驗，存在著易受干擾和結(jié)果不穩(wěn)定性等因素，使得實驗結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差[2]。而電子鼻是一種用來對食品中的復(fù)雜風味和很多揮發(fā)性成分進行分析、識別和檢測的儀器，具有客觀、快捷、重復(fù)性好的特點，其通過一個帶有部分特異性結(jié)合的模式識別系統(tǒng)的化學傳感器列陣進行簡單或復(fù)雜的氣味識別[3]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、氣相色譜-嗅聞聯(lián)用技術(shù)可精確地確定食品中的揮發(fā)性風味成分，但所需儀器昂貴，檢測時間相對較長。在咖啡風味的研究方面，研究人員利用感官評定、電子鼻、GCMS等方法對不同咖啡的進行了研究[4-8]。這些研究主要集中于咖啡風味的感官測定或者揮發(fā)性成分種類和數(shù)量的測定，所測咖啡種類有限，而有關(guān)電子鼻與感官評定相結(jié)合對咖啡風味進行的研究未見報道。

本研究通過感官評定與電子鼻系統(tǒng)對不同天然咖啡樣品之間揮發(fā)性風味的差異進行比較分析，確定不同咖啡樣品的風味特征，以期為咖啡香精的研究與生產(chǎn)提供一定的科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗材料 實驗選取的咖啡為商業(yè)咖啡中最為主要的兩大類，即阿拉比卡咖啡與羅布斯塔咖啡，其中四種阿拉比卡咖啡分別為：哥倫比亞咖啡、意式濃咖啡、曼特寧咖啡、肯尼亞咖啡，兩種羅布斯塔咖啡 爪哇咖啡、越南咖啡（以上咖啡均為市售），實驗時，六種咖啡均分為三個平行樣品。

JJ-1型精密增力電動攪拌器 上海浦東物理光學儀器廠；YH—II型調(diào)溫電熱套 江蘇省建湖縣近湖鎮(zhèn)教學儀器廠；BS124S型電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；電子鼻系統(tǒng) 上海昂申智能科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 將每一種咖啡粉，稱取10g咖啡粉末并量取90g蒸餾水置于三口燒瓶中，并控制溫度在100℃，加熱攪拌30min。得到六種不同種類的液體咖啡并置于樣品瓶中，放入冰箱冷藏，待分析。

眾將都懷疑自己聽錯了。一將領(lǐng)跪下，說：“元帥，我知道你投降，是想保全全城百姓，可你想過沒有，你投降了，家人怎么辦？他們都要被殺頭！不能降??！”

實驗開始前，將樣品從冰箱取出，使其升至室溫，每種咖啡樣品用樣品瓶呈送，并用3位隨機數(shù)字編號，同表1一并隨機呈送給品評人員。品評人員三男三女共六名，平均年齡22歲，每名品評人員在實驗前都經(jīng)過專業(yè)訓練。實驗時，六名評價員單獨品評咖啡，對每種樣品就各種風味指標的強度進行打分。

1.2.2 評分標尺的建立 實驗采用線性標度為評分標尺。參考馬永強等的方法[9]，在一根長度為15cm的線段上，以距離兩端各1.5cm的地方作為起止點，在此線段上，根據(jù)風味強度的不同，在相應(yīng)的地方作上標記。數(shù)據(jù)錄入電腦時，以整條長15cm線段的0點為起點，以0點到標記處的距離作為數(shù)值錄入電腦進行分析。

1.2.3 描述詞匯的建立 品評人員各自對樣品進行品評，然后獨立記錄能反映樣品感官特征的不同參數(shù)（即描述詞匯），并參考咖啡風味輪，最終確定9個參數(shù)分別是堅果香、巧克力香、焦糖、木炭、辛香、樹脂、花香、果香、草香。

1.3 數(shù)據(jù)處理

收集每個品評員對6種咖啡的評價結(jié)果，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取各咖啡樣品的不同風味指標的平均值作為強度，并繪制風味蛛形圖。

表1 咖啡風味指標評價表Table 1 Evaluation of flavor index of coffee

1.4 電子鼻測定

電子鼻測定的咖啡樣品前處理方法與感官評定的一致。測定時，取置于樣品瓶中的六種咖啡樣品于室溫下進行數(shù)據(jù)采集。以潔凈干燥空氣為載氣，設(shè)置電子鼻測定儀采樣時間為180s，氣體流量為0.3L/min，等待時間為10s，清洗時間為60s。每個樣品重復(fù)采集5次，取穩(wěn)定后的3次數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析主要包括主成分分析、系統(tǒng)聚類分析。通過對數(shù)據(jù)的分析，找出感官屬性與傳感器之間的相關(guān)性。采用電子鼻自帶軟件進行主成分分析，利用PEW軟件分析感官屬性與傳感器之間的相關(guān)性，并用統(tǒng)計分析軟件SPSS19.0進行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與討論

對六種咖啡的感官屬性進行評定，結(jié)果如表2所示。

從表2中可看出，不同咖啡樣品同種風味指標（堅果味、巧克力味、焦糖味、木炭味、辛香味、樹脂味、花香味、果香味、草香味）之間都具有極顯著差異（p＜0.01）。哥倫比亞咖啡焦糖味最強，果香味最弱。意式濃咖啡草香味最強，焦糖味最弱。爪哇咖啡焦糖味最強，花香味最弱?？夏醽喛Х炔菹阄蹲顝?，巧克力味最弱。越南咖啡木炭味最強，花香味最弱。曼特寧咖啡堅果味最強，辛香味最弱。九種風味屬性能較好地解釋不同咖啡樣品的風味特征。

圖1 六種咖啡風味剖面圖Fig.1 Flavor profiles of six kinds of coffee

表2 咖啡樣品感官評定結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of coffee

通過風味剖面圖對六種咖啡的風味進行整體評價，從圖1中可看出，六種咖啡的不同風味指標構(gòu)成的咖啡綜合風味不盡相同，九個風味指標之間存在差異。哥倫比亞咖啡具有最強烈的焦糖味和樹脂味；意式濃咖啡具有最強烈的巧克力味、花香味及草香味；肯尼亞咖啡具有最強烈的果香味；越南咖啡具有最強烈的堅果味、木炭味及辛香味。

2.2 電子鼻對不同咖啡風味特征的研究

2.2.1 電子鼻雷達圖響應(yīng)結(jié)果 圖2為電子鼻對六種咖啡揮發(fā)性風味的傳感器響應(yīng)雷達圖。由圖2可知，傳感器S1、S2、S4、S6、S8對六種咖啡的揮發(fā)性氣味響應(yīng)值較高。哥倫比亞咖啡、越南咖啡這兩種咖啡與意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這四種咖啡在傳感器S1、S2、S5、S6、S7、S10上的響應(yīng)值有較大差異，響應(yīng)值差異越大，表明傳感器對六種咖啡揮發(fā)性氣味的區(qū)分效果越好。其中越南咖啡在各傳感器上的感應(yīng)值最為顯著，其在S1、S2、S4、S6、S9、S10上有最高的響應(yīng)值，分別為2.08、1.64、1.40、1.54、1.38、1.50。意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡四種咖啡的雷達圖響應(yīng)曲線重合度較高，說明上述四種咖啡整體的揮發(fā)性氣味較為相似，但根據(jù)圖1所示，此四種咖啡在部分風味指標存在顯著差異，因此電子鼻結(jié)果所示的相似的原因可能是由于不同揮發(fā)性成分之間的相互作用產(chǎn)生的。

圖2 六種咖啡揮發(fā)性風味的傳感器響應(yīng)雷達圖Fig.2 Radar charts of volatile flavor of six kinds of coffee

2.2.2 主成分分析 主成分分析是將提取的傳感器多指標的信息進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，并對降維后的特征向量進行線性分類，最后在PCA分析散點圖上顯示主要的兩維散點圖[10]。

對電子鼻采集得到的數(shù)據(jù)進行主成分分析，結(jié)果如圖3所示。第一主成分為96.8%，第二主成分為3.2%，第一、第二主成分之和為100%，表明不同咖啡的揮發(fā)性氣味差異明顯，而此差異能在這第一、第二主成分構(gòu)成的平面上充分展示。圖3顯示電子鼻區(qū)分指數(shù)（DI）為91.2%，區(qū)分指數(shù)最大值為100%，其值越大表明不同組數(shù)據(jù)之間區(qū)分度越好，一般≥80%表示能夠有效區(qū)分。圖3中DI值為91.2%，表明不同咖啡的電子鼻數(shù)據(jù)之間無重疊，區(qū)分度較好。進一步分析圖3可以看出，六種咖啡樣品主要分布在兩個區(qū)域，其中意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡分布在左半?yún)^(qū)，每個樣品的三個平行均能很好地聚在一起形成獨立的區(qū)域，部分樣品雖然接近但無重疊，區(qū)分度較高，說明這四種咖啡的揮發(fā)性氣味雖有不同，但存在一定的相似性；越南咖啡和哥倫比亞咖啡分布在右半?yún)^(qū)，但兩者距離較遠，與其他四種咖啡也距離較遠，說明越南咖啡和哥倫比亞咖啡與其他咖啡的揮發(fā)性氣味差異較大，氣味比較特殊，而這兩種咖啡之間的氣味差異也比較容易區(qū)分。

圖3 六種咖啡主成分分析圖Fig.3 PCA charts of six kinds of coffee

2.2.3 系統(tǒng)聚類分析 聚類分析（CA）是按“物以類聚”原則研究事物分類的一種多元統(tǒng)計分析方法，根據(jù)樣品的多指標、多個觀察數(shù)據(jù)，定量地確定樣品、指標之間存在的相似性或親疏關(guān)系，并據(jù)此連結(jié)這些樣品或指標歸成大小類群[11]。由圖4可知，當標度為5時，可將六種咖啡樣品的揮發(fā)性氣味分為3類，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡聚為一類，相似度最高；越南咖啡和哥倫比亞咖啡各自為一類。而當標度為10時，越南咖啡和哥倫比亞咖啡聚為一類，此結(jié)果與主成分分析結(jié)果相一致。因此，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這4種咖啡揮發(fā)性風味特征相似，在傳感器上響應(yīng)值相近，而越南咖啡和哥倫比亞咖啡較為相似，在傳感器上的響應(yīng)值較前4種咖啡高。

圖4 六種咖啡揮發(fā)性氣味的聚類分析圖Fig.4 CA charts of volatiles of six kinds of coffee

2.3 感官屬性與傳感器響應(yīng)的相關(guān)性分析

為更好地研究咖啡的風味特征，將感官評定與電子鼻的分析相結(jié)合，對兩者進行PLS分析，以電子鼻10個不同的傳感器（S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10）作為x變量，感官屬性（堅果味、巧克力味、焦糖味、木炭味、辛香味、樹脂味、花香味、果香味、草香味）作為y變量，如圖5所示。在圖5上傳感器與感官屬性距離越近，說明樣品與傳感器的相關(guān)性越強[10]。由圖5可知，傳感器S8與花香味、果香味、草香味相關(guān)性較好；傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S9、S10都與木炭味有一定的相關(guān)性，但S1、S2相關(guān)性最強。

圖5 感官評定結(jié)果與10根傳感器的PLS分析圖Fig.5 PLS charts of correlations between sensory evaluation and 10 sensors

3 結(jié)論

采用感官評定與電子鼻測定兩種方法，對哥倫比亞咖啡、意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、越南咖啡、曼特寧咖啡六種天然咖啡的揮發(fā)性風味特征進行了分析。主要結(jié)論如下：

3.1 六種咖啡具有不同的風味特征，哥倫比亞咖啡具有最強烈的焦糖味和樹脂味；意式濃咖啡具有最強烈的巧克力味、花香味及草香味；肯尼亞咖啡具有最強烈的果香味；越南咖啡具有最強烈的堅果味、木炭味及辛香味。

3.2 電子鼻技術(shù)能夠?qū)Σ煌a(chǎn)地的咖啡氣味進行有效區(qū)分，PCA分析法可用于不同咖啡揮發(fā)性氣味的模式識別分析，能將不同咖啡樣品明顯區(qū)分開來，說明電子鼻具有辨別不同咖啡樣品的能力。

3.3 在總體的揮發(fā)性風味特征方面，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這4種咖啡相似，而越南咖啡和哥倫比亞咖啡較為相似。

3.4 相關(guān)性結(jié)果顯示傳感器S8與花香味、果香味、草香味相關(guān)性較好；傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S9、S10都與木炭味有一定的相關(guān)性，其中S1、S2相關(guān)性最強。

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Study on the character of volatile flavor of natural coffee based on sensory evaluation and electronic nose technology

WANG Yi-fan1，LIAO Xian-yan1，YAO Min2，WANG Shu-hui1，GAO Hai-yan1，*
（1.School of Life Sciences，Shanghai University，Shanghai 200444，China；2.Apple Flavor and Fragrance Group Co.，Ltd.，Shanghai 201809，China）

The study investigated 6 kinds of natural coffees based on sensory evaluation and electronic nose technology to study on the character of flavor of different coffees，which correlation was also analyzed.The result showed that there were the strongest caramel and resin flavor in Colombian coffee.Espresso released the most intense chocolate flavor，fragrance of flowers and grass fragrance.The most obvious fruit aroma appeared in Kenya coffee as well as nutty flavor and spice flavor，charcoal in Vietnam coffee.The coffee aroma of different origin was obviously different，which could be effectively distinguished by electronic nose and the PCA analysis method could be used as pattern recognition analysis for identifying different volatile coffee odor evidently，which illustrated that the electronic nose had the capability of distinguishing of different coffee samples.In terms of general characteristics of volatile flavor，espresso，Javan coffee，Kenya coffee and mandheling coffee were similar，and Vietnam coffee and Colombian coffee were similar.Results of correlation revealed there were good correlations between sensors S8 with fragrance of flowers，fruit aroma，grass fragrance，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S9，S10 with charcoal.S1 and S2 had the best correlations with charcoal.

coffee；sensory evaluation；electronic nose technology；volatile flavor

TS273

A

1002-0306（2014）14-0166-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.028

2013－11－11 *通訊聯(lián)系人

王一凡（1988-），男，碩士研究生，主要從事美拉德反應(yīng)型香精制備方面的研究。