趙鉅陽，李欣，范婷婷

1. 哈爾濱商業(yè)大學旅游烹飪學院（哈爾濱 150000）；2. 榕城海關（福州 350001）

咖啡香氣濃郁，口感醇厚，不同的咖啡豆經(jīng)烘焙、研磨后的風味各不相同?？Х蕊L味的研究較為片面化，僅檢測及鑒定風味物質的成分，對于不良氣味物質無法分離去除；檢測技術較為新穎，但多采用單一技術進行檢測；通過分子感官科學技術，可以較全面地對咖啡風味系統(tǒng)的分析，定量地分析咖啡的感官品質特征及其強度，客觀準確地評價咖啡的風味品質。

分子感官科學由Steinhaus and Schieberle首次提出[1]，它是一門集食品風味化學、分析化學、感官鑒評科學等學科交叉知識于一體的系統(tǒng)性科學，從分子層面定性、定量地研究食品的感官品質及描述風味，揭示食品特征氣味的化學本質，構建出風味重組物[2]。分子感官科學也稱為感官導向風味分析[3]。分子感官科學技術包括感官鑒評方法與檢測技術，結合氣相色譜-質譜檢測技術的香氣提取物稀釋分析、氣相色譜-嗅聞檢測技術對香味物質定性定量測定[4]，且利用高效液相色譜技術、液相色譜-質譜聯(lián)用技術及核磁共振技術結合定量描述分析法與滋味稀釋分析法對滋味物質檢測。如對氣味物質提取、分離、分析的每一操作中，分子感官科學始終將儀器分析與人的感官評價相結合，以人為主，儀器為輔，得到已確定成分的氣味重組物[45]。

時代的進步和科學技術的發(fā)展帶來分子感官科學技術的成熟和更新?lián)Q代，研究的深度及范圍不斷地擴大，研究表明該技術成功應用于咖啡，不僅能提供理論基礎，便于科研工作者，更是咖啡行業(yè)的領先技術，越來越多學者使用該項技術，但卻沒有真正掌握、理解分子感官科學。研究咖啡風味應從分子層面出發(fā)，預測其出現(xiàn)的感官現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象背后的機理，開發(fā)更多不同風味、適應市場需求的咖啡飲品。

1 咖啡風味物質

咖啡豆，指由2顆橢圓形的種子相對組成的咖啡的果實。最早生長在非洲，咖啡豆含有咖啡因、單寧酸和含氮化合物等[5]?？Х扰c可可、茶稱為世界三大飲料，被分為阿拉比卡和羅布斯塔兩大品系[6]。新鮮的咖啡果采摘后，將過熟果、干果、霉菌果及異物分揀出來，使用曬床輕微初始干燥24 h，用脫皮機脫外果皮，手動分揀未脫果皮的豆子、果皮及異物最后晾曬架自然干燥，保持通風，夜晚移至口袋內(nèi)密封儲存，干燥時間8 d[7]。得到初加工的咖啡豆，經(jīng)過高溫烘焙，經(jīng)過咖啡研磨機地研磨，得到粉質細膩的咖啡粉，經(jīng)熱水沖泡，得到香味濃郁、口感純正的咖啡[8]。咖啡的香氣和滋味是評價咖啡風味的重要指標，也是評價咖啡優(yōu)劣的指標，風味物質雖然大多沒有營養(yǎng)價值，但構成食品質量必不可少的因素之一[9]。

生咖啡豆本沒有香氣，與烘焙豆相比缺少顏色和風味特性[10]，咖啡豆產(chǎn)香的3個階段，即吸熱干燥階段、烘焙階段、快速冷卻階段[11]。由不同焙炒時間可將其劃分為極淺、淺、淺中、中、中深、深、極深和法式重度八類[12]。產(chǎn)香物質有呋喃類、吡嗪類、吡啶類、吡咯類、醛酮類及酚類和有機酸等揮發(fā)性物質[13]。優(yōu)質的咖啡香氣豐富濃郁、口感順滑、層次感強[14]。

咖啡滋味主要包括酸度、苦味及口感，因此，水果般的酸度、自然的苦味和醇厚的口感通常被認為是一種優(yōu)質的咖啡風味?？Х榷怪屑姿岬扔袡C酸，其含量的多少對咖啡pH和可滴定酸度影響較大，Basavaraj等[15]使用pH計檢測酸度；咖啡因是一種生物堿化合物，也是一種較為重要的苦味物質風味物質[16]；口感描述咖啡滋味，食物的適口性尤其重要，因此說口感是評價咖啡風味的重要指標，最明顯的感官即為稠度，常與總固形物、可溶性固形物含量相關，也與脂肪或脂肪酸含量組成有關[17]。

2 分子感官科學技術在咖啡香氣分析的應用

2.1 感官評價技術的應用

2.1.1 香氣提取物稀釋分析法

儀器分析技術所得結果并不能較為準確地解釋某一感官的總體狀況，也不能解釋各感官間的相互作用關系，因此感官評定在食品檢測中有著不可替代的作用。儀器分析技術的手段只是輔助驗證的手段，因此感官評價為主體。

香氣提取物稀釋分析法（AEDA）最初是由Grosch[18]提出。主要的操作是將香氣提取物按一定的稀釋率進行逐步稀釋[19]，逐步分析稀釋后的樣品，評價員通過嗅聞，聞不到香氣為止，記錄此時的稀釋度，最低濃度時仍可以聞到的香氣成分即為樣品的關鍵香氣物質[20]。AEDA法可得每種香氣物質的香氣稀釋因子（FD因子）和貢獻度，F(xiàn)D因子與香氣濃度成正比，即FD因子越大，貢獻度越大[21]。Mareike等[44]利用香氣提取分析法研究酶解綠原酸對咖啡消化率的影響，發(fā)現(xiàn)4種香氣活性成分：乙基吡嗪（霉味）、麥芽酚（焦糖味）、1-糠基吡咯（焦味）及2, 5-二甲基苯酚（皮革味）具有較高的FD因子，結果表明酶處理對烘焙咖啡粉的整體香氣有著微弱的影響。Aileen等[42]檢測到咖啡氣味中酚類（堅果和甜味）物質具有最高FD，如愈創(chuàng)木酚（煙熏，也是強效氣味劑）；且微量的巴西咖啡特有的2-苯乙醇（花，蜂蜜）、埃塞俄比亞咖啡獨有的正己醇（果味）、危地馬拉咖啡獨特的2-甲氧基-3-異丙基吡嗪（泥土味）等被測出。

香氣提取物稀釋法是一種操作手段，需與儀器結合使用；同時，可用于香氣重組，即通過識別待測樣品的氣味成分，利用不同劑量化學物質的結合，使得咖啡或其他產(chǎn)品的氣味更加濃郁，推動開發(fā)不同的香氣類型產(chǎn)品，如含咖啡風味的果飲、面點制品等。

2.2 檢測分析技術的應用

2.2.1 氣相色譜-質譜聯(lián)用技術

氣相色譜利用待分離的各種氣體物質的吸附能力的不同進行分析檢測；質譜則是一種測量離子荷質比的分析方法；氣相色譜-質譜聯(lián)用技術（GC-MS）結合2種分析技術，發(fā)揮色譜的快速、高效分離與質譜的高度特異性、高靈敏度特點，達到精確檢測與分析咖啡揮發(fā)性風味化合物的目的[22]。

氣相色譜-質譜聯(lián)用技術可用來分析易揮發(fā)、小分子的化合物。因此，首選GC-MS檢測復雜的咖啡樣品的香氣成分。董文江等[23]結合GC-MS的檢測技術分析云南咖啡豆中揮發(fā)性成分分析，共鑒定出酸類8種、酮類3種、醇類10種、碳氫類2種等42種揮發(fā)性物質，而云南咖啡香氣物質的差異低于滋味物質。

GC-MS的美國國家標準與技術研究所（NIST）的標準譜庫尚不完善，在某一峰值可查的化合物存在多種，無法精確待測的氣味；質譜也無法分辨很多異構體（尤其是位置異構），干擾氣味物質的分析。因此需要在標準圖譜庫里檢索保留指數(shù)KI*，與計算保留指數(shù)KI相比較，以明確該化合物。GC-MS常結合HSSPME使用，分析效率更高，結果更為精準。

2.2.2 氣相色譜-嗅聞技術

氣相色譜-嗅聞技術（GC-O）由Fuller等[24]發(fā)明。GC-O技術可以解決GC-MS局限性，它是一種氣味檢測法，人的鼻子作為檢測器。它不但可以檢測復雜樣品的香氣物質，而且能直接檢測出相應的香氣物質的氣味強度，最終確定貢獻度[25]。Aileen等[42]利用GC-O發(fā)現(xiàn)哥倫比亞咖啡中的2-甲基-2-四氫呋喃酮（含堅果、甜香風味）的存在，解釋咖啡具有堅果香味。Sung-tong等[43]通過GC-O證實2-甲基-2-丁烯醛、Z-2-辛烯醛和3-甲基-1-丁醇等氣味物質的存在，且含量較多。

氣相色譜-嗅聞技術雖然能夠很好地將感官與技術相結合即人與儀器的結合，但是仍然存在缺陷，如評價員的嗅覺敏感度、記憶能力存在差異，需要在限定的時間內(nèi)對分離的所有餾分進行嗅聞，對嗅覺與記憶能力的要求嚴苛，且氣相色譜儀不能完全分離所有的揮發(fā)性氣體，結果可靠性低。因此，對于氣相色譜應盡快改進它的性能，嗅聞方面應加強評價員的嗅覺訓練，使得科研結果更精準。

3 分子感官科學技術在咖啡滋味分析的應用

3.1 感官評價技術的應用

3.1.1 定量描述分析法

定量描述分析法（QDA）是常用的一種描述型感官評定方法，評定咖啡樣品的風味特征與風味強度，繼而系統(tǒng)研究咖啡的感官品質與風味組分、儀器分析結果之間的關系。Kreuml等[30]利用定量描述分析評定儲存9個月和18個月后30種烘焙咖啡感官質量。結果顯示烘焙咖啡豆儲存9個月后，正相關氣味和風味屬性的強度降低，而負相關氣味和風味屬性顯著增加，18個月后，氧化過程的腐臭氣味和味道甚至更為明顯。Ribeiro等[31]利用定量描述性感官分析法分析51個阿拉比卡烘焙咖啡樣品的NIR光譜產(chǎn)生數(shù)學模型，預測咖啡飲料的酸度、苦味、風味、清潔度、本體和整體質量的分數(shù)。結果表明，咖啡因和綠原酸與苦味有關；綠原酸與酸度和風味有關；清潔度和整體質量與咖啡因、葫蘆巴堿、綠原酸、多糖、蔗糖和蛋白質有關。

定量描述分析法不僅將樣品進行定性分析，還能將定量與定性結合起來。定量描述分析在咖啡的滋味感官評價中未得到深入研究，對咖啡的呈味物質還存在盲區(qū)，因此定量描述分析在咖啡中的應用有意義，有助于深入全面地了解咖啡豆在烘焙過程中變化的機理。

3.1.2 滋味稀釋分析法

滋味稀釋分析法（TDA）最初是由Hofmann[26]在鑒定食品中苦味物質時開創(chuàng)的，利用舌頭評定對滋味物質的稀釋溶液，標度評級滋味的強度，確定滋味物質的閾值，計算樣品溶液的滋味稀釋因子（TD）[27]。Frank等[32]為闡明咖啡中強烈的苦味分子，通過滋味稀釋分析篩選形成的反應產(chǎn)物中的苦味化合物，并分離和純化最苦味的物質。結果鑒定出10種苦味化合物，分別為1，3-雙（3’，4’-二羥基苯基）丁烷、反式-1, 3-雙（3’，4’-二羥基苯基）-1-丁烯和8種多羥基化苯基茚滿，其中5種衍生物是首次報道。Frank等[33]利用滋味稀釋法篩選和鑒定烘焙咖啡中的苦味物質，結果表明咖啡的苦味物質是3-O-咖啡酰-γ-奎寧、4-O-咖啡酰-γ-奎寧、4-O-咖啡酰-毛霉酰-γ-奎寧、5-O-咖啡酰-毛霉酰-γ-奎寧、5-O-咖啡酰-epi-δ-奎寧、3-O-阿魏酰-γ-奎寧、4-O-阿魏酰-γ-奎寧、3, 4-O-二咖啡酰-γ-奎寧、4, 5-O-二咖啡酰-毛霉酰-γ-奎寧、3, 5-O-二咖啡酰-epi-δ-奎寧。

通過滋味稀釋分析法可以篩選出咖啡中的主要滋味活性物質，如生物堿呈苦味物質，能使咖啡中已知或未知滋味化合物的濃度得到有效控制。但人的主觀因嚴重素影響整個評定，味覺靈敏度各有差異，易受環(huán)境影響，造成稀釋分析的結果不精確。因此，在使用此方法前，應對測試人員進行培訓，減少誤差。

3.2 檢測分析技術的應用

3.2.1 高效液相色譜技術

傳統(tǒng)的液相色譜主要是用于分離分析大量的熱不穩(wěn)定的化合物，引入氣相色譜的理論后，液相色譜有了更快的檢測效率、更高的靈敏度、更準確的分析結果，最終成為高效液相色譜技術（HPLC）[28]。胡浩等[34]利用高效液相色譜技術測定咖啡在不同烘焙風味下6種綠原酸含量規(guī)律，在生咖啡豆中總綠原酸含量最高，意式烘焙后最低。Tran等[35]采用高效液相色譜法測定不同烘焙條件下6種生物活性胺的含量，結果表明，在咖啡生豆中存在4種生物活性胺，烘焙處理使咖啡豆生物活性胺含量先減少后增加；其中維也納式烘焙方式產(chǎn)生的生物胺總含量最低，法式烘焙時產(chǎn)生組胺物質，組胺含量隨烘焙程度的加深而增高。組胺具有難聞的氣味和不好的口感，不利于咖啡香氣的形成。Viapiana等[36]通過建立高效液相色譜與指紋圖譜測定生物活性成分，試驗結果表明香豆酸和可可堿的含量最低，而可可堿是呈酸物質，說明咖啡口感偏中性。Giulia等[37]用高效液相色譜比較2種冷提取方法——冷釀造法和冷滴注法提取咖啡因和肉桂酸進行定量。

高效液相色譜是一項較為可信的技術，用于分離各組分，進行定量定性分析，由于技術的限制，對未知成分不能較好的定性，推動了咖啡呈味物質的檢測發(fā)展，對咖啡風味飲料的開發(fā)有積極的影響，為其他液體飲品提供了參考依據(jù)。

3.2.2 液相色譜-質譜聯(lián)用技術

液相色譜-質譜聯(lián)用技術（LC-MS）是用液相色譜進行分離，質譜進行檢測的技術，咖啡風味化合物分離分析常使用這項技術用于分離熱不穩(wěn)定、高沸點的風味化合物，鑒定風味物質的組分[29]。Perrone等[38]通過液相色譜-質譜法，檢測并利用信噪比計算烘焙咖啡中咖啡因、胡蘆巴堿、煙酸和蔗糖的檢出限分別為11.9，36.4，18.5 ng/mL和5.0 ng/mL。對11個咖啡樣品（普通或不含咖啡因的綠咖啡、磨碎的烤咖啡和速溶咖啡）的分析結果與文獻相符。結果表明，該方法適用于市場上不同類型的咖啡，是一種快速可靠的常規(guī)咖啡分析方法。

現(xiàn)階段，液相色譜-質譜聯(lián)用技術已進化為高效液相色譜-質譜聯(lián)用技術，其精準度、檢測速度得到有效提高。Caprioli等[39]首次將高效液相色譜-串聯(lián)質譜聯(lián)用技術應用于濃縮咖啡中5種異黃酮的提取，異黃酮為苦味的呈味物質，也是生物活性物質，該方法證實高效液相色譜-質譜聯(lián)用系統(tǒng)用于檢測咖啡等復雜基質中生物活性物質的高度特異性和選擇性。

3.2.3 核磁共振技術

質譜分析可鑒定咖啡中一般滋味化合物結構，但由于部分滋味化合物活性相差很大，結構較復雜、存在同分異構體，質譜分析技術無法鑒別，核磁共振技術（NMR）可以檢測這類難以鑒定的滋味物質?？Х戎锌Х纫?、甲酸和三角堿通過使用核磁共振技術進行定量分析[40]。DEL CAMPO G G等[41]利用核磁共振描述對咖啡中一些主要或次要化合物的滴定測定。這些咖啡的核磁共振譜顯示，它們含有4.2%咖啡因、2.6%甲酸、2.4%三瓜氨酸和7.3% 5-HMF。

核磁共振技術不僅能定性分析，還可以定量分析，且較為精準，因此咖啡中未知的呈味物質可以較好確定，推動咖啡成分的確定、提取、分離等技術的進步，為不同成分的呈味物質定性定量分析提供技術性的指導。

4 結語與展望

分子感官科學技術被用于描述咖啡風味特征物質和感官品質，將其用于咖啡風味的品質控制、消費者喜好的把握尚未開展深入研究，開發(fā)的咖啡產(chǎn)品較少，大多為飲品。

此外分子感官科學技術存在局限性，如咖啡在感官評價時，會出現(xiàn)時效性和主觀性，由于咖啡內(nèi)含物質豐富，大多數(shù)的咖啡帶有苦味、酸味等，少數(shù)咖啡還有澀味等，評價咖啡某一特定滋味時，易受到其他滋味的影響，因此感官評價是需要一定的時間間隔；人們的喜好略有不同，因此評價員在評價時易受到主觀意識影響，所以需要更精密的儀器輔助。隨著時間的推移，分子感官科學技術的發(fā)展也越來越成熟，科研人員可以利用其改善咖啡的口感，滿足消費者喜好，推進咖啡市場的發(fā)展，該技術將會更廣泛地應用于咖啡風味品質的研究，以及一些新功能、新領域的開發(fā)。