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(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所,國家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心, 農(nóng)業(yè)部香辛飲料作物遺傳資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fēng)林,初眾,譚樂和*

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所,國家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心, 農(nóng)業(yè)部香辛飲料作物遺傳資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南萬寧 571533)

通過電子感官技術(shù)對三種干燥方式加工處理焙炒咖啡進(jìn)行判別,對照三種干燥處理咖啡的杯品檢驗(yàn)結(jié)果,判斷各加工方式咖啡品質(zhì)。結(jié)果表明：電子舌對三種干燥處理方式判別明顯,熱風(fēng)干燥對咖啡風(fēng)味造成顯著的差異,但半熱風(fēng)干燥半自然干燥與自然干燥風(fēng)味差異接近,經(jīng)杯品檢驗(yàn)無差異,可以認(rèn)定一致。

咖啡,干燥,電子感官,電子舌

我國種植咖啡地區(qū)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(zhì)的因素較多,諸如發(fā)酵時(shí)間,沖洗、干燥等等[1]。其中發(fā)酵時(shí)間控制、沖洗等因素人為影響較為嚴(yán)重,而干燥則是受自然影響。2011年我國云南省咖啡采摘季節(jié)陰雨連綿,致使咖啡濕豆干燥不暢,大批量發(fā)霉,果農(nóng)受損嚴(yán)重。熱風(fēng)干燥處理咖啡濕豆,可使咖啡濕豆短時(shí)間內(nèi)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(gè)極好的補(bǔ)充?？Х葻犸L(fēng)干燥是否會對咖啡風(fēng)味造成影響,是否會降低咖啡品質(zhì)。明確咖啡熱風(fēng)干燥與自然干燥的差異區(qū)別,改進(jìn)咖啡干燥工藝,從而降低熱風(fēng)干燥造成咖啡風(fēng)味變化。本研究采用三種方式加工咖啡濕豆,對比咖啡熱風(fēng)干燥方式對咖啡風(fēng)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(shí)間,促進(jìn)咖啡產(chǎn)業(yè)升級,對提高當(dāng)?shù)乜Х裙r(nóng)收入,具有重要意義。電子舌作為檢測味覺品質(zhì)的技術(shù),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(fù)性的特點(diǎn)[2],在食品[3]、醫(yī)藥[4]、環(huán)保[5]等領(lǐng)域使用越來越廣泛。然而電子舌在咖啡檢測方面的應(yīng)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(shí)與杯品結(jié)果對照,驗(yàn)證判別效果。該方法的實(shí)施是對咖啡生豆品質(zhì)檢測一項(xiàng)有意義的補(bǔ)充。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

實(shí)驗(yàn)用咖啡鮮果 云南省普洱市咖啡實(shí)驗(yàn)示范場；咖啡干燥設(shè)備 昊源咖啡種植場；干燥處理 普洱科飛咖啡有限公司協(xié)助完成。

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

1.2實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)場,經(jīng)濕法加工,生產(chǎn)出咖啡濕豆,分別采用熱風(fēng)干燥,半熱風(fēng)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(shí)驗(yàn)重復(fù)三次,分別命名為A、B、C。熱風(fēng)干燥處理?xiàng)l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(jī)電源,預(yù)熱等溫度升到150℃,取咖啡樣品80g,倒入咖啡焙炒機(jī),在180℃溫度下,焙炒咖啡達(dá)到要求顏色時(shí)結(jié)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(jī)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(shí)間10s；攪動速度60r/min；采集溫度25℃；采集時(shí)間210s；傳感器類型：ZZ、BA、CA、HA、GA、BB、JB,重復(fù)8次[7]。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用的主要分析方法有：Lab色空間、狀態(tài)密度、主成分分析法(PCA)、判別因子分析(DFA)和統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析(SQC)。

2 結(jié)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(jìn)行簡單的方差分析,分析結(jié)果見表2。

表2 方差分析

對9個(gè)樣品Lab值進(jìn)行分析,得出平均值為46.85,組內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差、RSD、方差均較小,進(jìn)行方差分析,得F值為0.211,可以得出9個(gè)樣品的Lab值,差異不顯著,可以認(rèn)定一致。

2.2傳感器對咖啡響應(yīng)值

該實(shí)驗(yàn)所用的傳感器為非特異性、交互敏感型傳感器。7個(gè)傳感器分別是ZZ、JE、BB、CA、GA、HA和JB。各傳感器對風(fēng)味物質(zhì)普遍響應(yīng),沒有絕對的對應(yīng)關(guān)系[8]。圖1表示傳感器對咖啡樣品的響應(yīng)強(qiáng)度圖,其中JE和CA對咖啡樣品的響應(yīng)強(qiáng)度最大。表3為各傳感器對樣品的判別指數(shù)。

圖1 傳感器對咖啡樣品的響應(yīng)強(qiáng)度

傳感器響應(yīng)強(qiáng)度JE>CA>HA>JB,表3表示各傳感器對樣品的判別指數(shù),而判別指數(shù)JE>ZZ>GA>JB,可見傳感器響應(yīng)強(qiáng)度與對樣品的差異判別能力不是線性關(guān)系,如ZZ雖響應(yīng)強(qiáng)度較小但對咖啡樣品有較高的差異判別指數(shù),經(jīng)過判別指數(shù)和響應(yīng)強(qiáng)度綜合確定傳感器為JE、GA和ZZ。傳感器對咖啡樣品響應(yīng)強(qiáng)度值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)見表4。

表3 傳感器對樣品的判別指數(shù)

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(biāo)軸來達(dá)到區(qū)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(qū)分樣品,主成分1的貢獻(xiàn)率高達(dá)97.418%,主成分2的貢獻(xiàn)率為1.669%,主成分3的貢獻(xiàn)率為0.913%。三組實(shí)驗(yàn)均能較好區(qū)分樣品,且樣品2與樣品3之間的距離遠(yuǎn)小于樣品1與樣品3之間的距離,說明熱風(fēng)干燥會造成咖啡風(fēng)味變化,其與太陽光自然風(fēng)味相差較遠(yuǎn),半熱風(fēng)干燥半自然干燥雖也會造成風(fēng)味變化,但與太陽光自然干燥風(fēng)味相差不大。說明半熱風(fēng)干燥半自然干燥是咖啡在惡劣環(huán)境下,咖啡濕豆干燥有效的補(bǔ)充。

表4 傳感器對樣品反應(yīng)強(qiáng)度值、標(biāo)準(zhǔn)偏差及RSD

2.4判別因子分析(DFA)

DFA是一種用來構(gòu)建模型、并識別未知試樣的算法。DFA通過數(shù)學(xué)變換能夠使同類組群數(shù)據(jù)間的差異盡可能縮小,使不同類組群數(shù)據(jù)間的差異盡可能的擴(kuò)大,以建立數(shù)據(jù)識別模型。該實(shí)驗(yàn)中假設(shè)咖啡處理樣品為未知試樣,進(jìn)行DFA分析,分析結(jié)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(qū)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(xiàn)率為91.144%,判別因子2的貢獻(xiàn)率為8.247%,判別因子3的貢獻(xiàn)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(qū)分不同處理樣品。

2.5統(tǒng)計(jì)質(zhì)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(shí)驗(yàn)以太陽光自然干燥為參照對象,由于三組重復(fù),均有自然干燥。此采用A3為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行SQC分析,經(jīng)電子舌檢測得出圖4。

圖4 不同干燥方式咖啡統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析

從圖中可以看出三組樣品差異顯著,各重復(fù)之間差異不顯著,太陽光自然干燥均在可接受范圍內(nèi),風(fēng)味可認(rèn)定一致。半熱風(fēng)干燥半自然干燥雖不在可接受范圍內(nèi),但距離不是太遠(yuǎn),而熱風(fēng)干燥氣味單元距離較遠(yuǎn),說明風(fēng)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(jìn)行杯品檢驗(yàn),選取十?dāng)?shù)人進(jìn)行杯品檢驗(yàn),經(jīng)檢驗(yàn)得出,經(jīng)過熱風(fēng)干燥處理的咖啡部分可以接受,半熱風(fēng)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(jié)論

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

熱風(fēng)干燥三次平行實(shí)驗(yàn)存在較大的差異,第三次實(shí)驗(yàn)對咖啡風(fēng)味造成的差異最小,對照咖啡熱風(fēng)干燥過程中咖啡溫度,發(fā)現(xiàn)第一次實(shí)驗(yàn)存在溫度波動,第二次實(shí)驗(yàn)溫度平均為42℃且穩(wěn)定,但比第三次實(shí)驗(yàn)平均溫度高5℃,造成風(fēng)味差異的原因可能是溫度過高,在咖啡濕豆干燥過程中產(chǎn)生化學(xué)變化,第三次溫度較小風(fēng)味物質(zhì)變化小,與自然干燥風(fēng)味接近。

咖啡杯品檢驗(yàn)結(jié)果可以得知,咖啡濕豆熱風(fēng)干燥是咖啡初加工有效的補(bǔ)充。熱風(fēng)干燥對咖啡風(fēng)味造成顯著的差異,但半熱風(fēng)干燥半自然干燥與自然干燥風(fēng)味差異接近,經(jīng)杯品檢驗(yàn)無差異,可以認(rèn)定一致。

[1]徐文靜. 無公害小粒種咖啡豆初加工技術(shù)和分級標(biāo)準(zhǔn)[J].云南農(nóng)業(yè),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(zhì)基礎(chǔ)[J]. 現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志,2008,17(18):2778-2780.

[5]潘躍峰,吝濤,付靜. 水污染動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測的便攜式電子舌分析儀[J]. 微納電子技術(shù),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(fēng)林,宗迎. 不同研磨時(shí)間對咖啡感官風(fēng)味的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2012(9):259-263.

[8]吳從元,王俊,葉盛. 電子舌響應(yīng)信號與牛奶理化指標(biāo)的典型相關(guān)分析[J]. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào),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(lián)系人

胡榮鎖(1982-),男,碩士,研究實(shí)習(xí)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(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(1630052012017)；海南省自然科學(xué)基金(311083)。

TS201.1

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：1002-0306(2014)01-0304-04