文/ Norbert Helle

咖啡的檢測分析

文/ Norbert Helle

咖啡檢測中需要對咖啡因、霉菌毒素等項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量控制

咖啡是德國乃至全世界人們最喜愛的飲料之一，據(jù)2013年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每個(gè)德國人平均每年喝下約162 L咖啡。在歐洲，咖啡產(chǎn)品要接受多重質(zhì)量控制的檢驗(yàn)，需要用到非常復(fù)雜的檢測技術(shù)。

全球范圍內(nèi)喜歡咖啡的人們不占少數(shù)，所以，咖啡是一種很流行的飲品。據(jù)國際咖啡組織ISO公布的數(shù)據(jù)顯示，2013～2014年度全球共生產(chǎn)了大約1.47億袋咖啡（每袋約60 kg）,其中約有1.043億袋咖啡用于出口，其中羅布斯塔咖啡大約4100袋，阿拉比卡咖啡大約6400袋，巴西出口的咖啡豆占總產(chǎn)量的31%左右，全球排名第二的咖啡豆出口國是越南，排名第三和第四的咖啡豆出口國分別是哥倫比亞和印度尼西亞。

與大多數(shù)人認(rèn)為的不同，喜歡咖啡的多是南方國家而非北方國家。排名靠前的是芬蘭（每人每年消費(fèi)12.1 Kg）和挪威（每人每年消費(fèi)9.08 Kg），其次，是奧地利（每人每年8.82 Kg）排名第三，瑞士（8.34 Kg）排名第五，德國排名第七（7.1 Kg）。

在德國，咖啡可以說是人人都喜歡的飲料，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在2013年，平均每個(gè)德國人約喝掉162 L的咖啡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他飲料如礦泉水（144 L）、啤酒（107 L）等的消耗量。

圖1.每個(gè)德國人平均每年要喝掉7公斤的咖啡。

圖2.霉菌毒素-Mix，5 ng/ml的赭曲霉毒素A（Nucleoshell RP18型色譜柱,150×2 mm 2.7 μm；Agilent Triple Quad 6495；MRM 404→385和404→239）。

復(fù)雜的檢測技術(shù)保證了質(zhì)量

初看起來，新鮮的咖啡果和其他果實(shí)沒有什么不同，但在咖啡果里面有兩棵種子，也就是被稱之為咖啡豆的種子。在一步步的加工過程中，先將咖啡果的果肉清除干凈，把得到的咖啡豆烘焙干燥。從咖啡豆到受人喜愛、芳香宜人的咖啡，中間還有很多的加工和檢測步驟。生產(chǎn)加工咖啡豆時(shí)所做的檢測分析是非常復(fù)雜的，除了要遵守常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)之外，還要遵守咖啡生產(chǎn)有關(guān)的法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范。在咖啡烘焙時(shí)，烘焙后每公斤咖啡豆中的雜質(zhì)不得超過2 g，含水量不得超過50 g，不含咖啡因的咖啡中咖啡因的最高含量不得超過1 g/kg。在常規(guī)的食品生產(chǎn)質(zhì)量保證基礎(chǔ)之上，例如，在微生物檢測中，要測定殘留濕度，還要進(jìn)行敏感性測試、有機(jī)無機(jī)污染物檢驗(yàn)、咖啡生產(chǎn)特有的色譜技術(shù)分析等。下文將著重介紹咖啡市場化和咖啡質(zhì)量控制中一些關(guān)鍵參數(shù)的檢測方法。

咖啡因含量的檢測

咖啡之所以受到歡迎是因?yàn)樗械目Х纫?，而咖啡因的檢測則是咖啡檢驗(yàn)中最重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目，尤其是不含咖啡因的咖啡，生產(chǎn)不含咖啡因的咖啡必須注意，規(guī)定允許的最高咖啡因含量不得超過重量的0.1%。一般情況下，在純咖啡的檢測中使用高效液相色譜-紫外檢測法是沒有問題的，此檢測方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

但在含有糖分和其他添加成分的成品咖啡中，此法則非常麻煩。不僅僅是因?yàn)樗目Х纫蚝亢艿停€因?yàn)樯V法會受到信號的干擾，阻礙準(zhǔn)確檢測。在這種情況下，建議利用質(zhì)譜檢測技術(shù)來選擇性測定咖啡中的咖啡因。

霉菌毒素的檢測

在霉菌毒素檢測中，赭曲霉毒素A（OTA）的檢測是另一個(gè)非常重要的檢測項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作中，各種樣本都含有這種毒素的殘留物，只不過有的有的含量在很低范圍內(nèi)罷了，但大多數(shù)情況下都在1μg/kg的范圍之內(nèi)。為了保障其數(shù)據(jù)可靠性，以及測定毒素殘留的靈敏度，常常對每一批次的咖啡豆都逐批次的進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。在Tela公司里霉毒毒素的檢測使用的是新的LCMS/MS分析法，沒有價(jià)格高昂的親和固相萃取樣品制備，但卻有著較高的檢測靈敏度。

這種檢測方法在使用了Gerstel公司研發(fā)生產(chǎn)的MPS多用途采樣系統(tǒng)之后實(shí)現(xiàn)了自動化。這一系統(tǒng)帶有自動化的SPE檢測單元和編程控制的稀釋劑控制裝置（Gestel公司稱之為mVAP的裝置）。

整個(gè)系統(tǒng)是利用Maestro軟件進(jìn)行控制的；而這一控制軟件又可以直接與儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家的色譜數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)。利用這一檢測技術(shù)也可以檢測例如黃曲霉毒素和伏馬菌素等霉菌毒素（參見圖2）。

圖3.農(nóng)藥殘留10 ng/ml（Macherey-Nagel公司Nucleoshel PFP型色譜柱，150×3 mm 2.7 μm）。

聚焦農(nóng)藥殘留

世界各地在食品檢驗(yàn)中最經(jīng)常檢查的項(xiàng)目也許就是農(nóng)藥殘留了。農(nóng)藥殘留檢查時(shí)使用的檢測設(shè)備常常是美國農(nóng)業(yè)部Anastassiades教授發(fā)明的將高效液相色譜和GC-MS/MS多級質(zhì)譜分析聯(lián)用的檢驗(yàn)方式（QUEChERS）。這種檢驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，與傳統(tǒng)檢測方法相比較明顯的縮短了樣本制備所需的時(shí)間，但它需要執(zhí)行一些像離心分離這樣的操作步驟。目前，Tela公司正在開發(fā)一種特殊的SPE固相萃取技術(shù)方法：在第一個(gè)萃取步驟中就使用Gerstel公司研發(fā)生產(chǎn)的MPS多用途采樣器的全自動、在線控制的技術(shù)方案。采用這一方法之后，咖啡中的各種殘留檢測就再也不是問題了，因?yàn)榻?jīng)過了烘焙過程之后大部分農(nóng)藥殘留都可以被熱降解了。

令人恐慌的丙烯酰胺

當(dāng)食品加熱溫度升到180℃以上時(shí)會產(chǎn)生丙烯酰胺，它是一種會致癌的物質(zhì)。正因如此，在歐洲有相關(guān)規(guī)定，例如在加工面包、餅干和咖啡等食品的過程中，都不得設(shè)置加工溫度過高，要明顯的低于180℃，這樣才能保證不會產(chǎn)生丙烯酰胺。最合適的檢測方法，無非是HPLC-MS/MS方法。但這里化合物中較低的分子質(zhì)量對LC-MS反應(yīng)有著不利的影響，這同時(shí)也成為咖啡檢驗(yàn)中的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。一般情況下，只要采用了標(biāo)準(zhǔn)的添加方法才能得到有意義的檢測結(jié)果。農(nóng)藥殘留的多少隨著烘焙持續(xù)的時(shí)間和溫度而減少，而時(shí)間和溫度對咖啡的芳香有著重要的意義。從另一個(gè)角度來講就是，如果你買了咖啡就等于說是也買了一定量的丙烯酰胺。不過，定期檢測咖啡中的丙烯酰胺含量仍是一項(xiàng)不會被取消的檢測項(xiàng)目。

羅布斯還是阿拉比卡？

經(jīng)濟(jì)性最好的咖啡種類是阿拉比卡咖啡（Coffea Arabica）和羅布斯咖啡（Caffea Canephora）。世界各地都包括在內(nèi)，阿拉比卡咖啡的種植面積幾乎是羅布斯咖啡種植面積的三倍。兩種咖啡之間有何明顯區(qū)別？數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，阿拉比卡咖啡中的咖啡因含量在1.1%～1.7%之間，屬于芳香性美味可口的咖啡類型；羅布斯咖啡較前者有更高的咖啡因（2%～4.5%）含量，并且咖啡果中的咖啡豆也更多，并且羅布斯咖啡植物有著較強(qiáng)的耐受性，而不僅僅是抵抗寄生蟲和疾病那么簡單，甚至可以很好的適應(yīng)溫度的驟變。而阿拉比卡咖啡則需要特殊的種植條件，也就是說，外部不利的環(huán)境的變化都會對咖啡的生長帶來不利的影響。

人們對阿拉比卡咖啡常常有這樣的印象：100%由阿拉比卡咖啡豆制成，其定價(jià)相較羅布斯咖啡要貴一些。一些不法商販可能會選擇把羅布斯咖啡混入阿拉比卡咖啡中販賣，以取得高額利潤。為了把可能摻入到阿拉比卡咖啡中的羅布斯咖啡檢測出來，最好是利用HPLC-MS法證明烘焙咖啡中的16-O-Methylcafestol，因?yàn)檫@種物質(zhì)只存在于羅布斯咖啡中。 LP

利用自動化的潛力

本文介紹了咖啡檢驗(yàn)中的一些重要參數(shù)：咖啡因含量、霉菌毒素、農(nóng)藥殘留、丙烯酰胺和咖啡的純度等等。采用手工檢驗(yàn)時(shí)，樣本制備和檢驗(yàn)分析既耗費(fèi)時(shí)間又增加了工作的復(fù)雜程度。本文所使用的檢測技術(shù)為HPLC-MS/MS方法，此法很大程度上保證了自動化，解放人工雙手的同時(shí)，也能夠最大程度上保證檢測精度和數(shù)據(jù)的重復(fù)性。對于分析實(shí)驗(yàn)室來講，能夠像Tela公司這樣把研究重點(diǎn)放眼于食品生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，是有著決定性意義的好事。

本文作者來自Tela有限責(zé)任公司。