黃 夢(mèng)，蘇麗媛，張麗紅，王桂瑛, ，趙世卓，葛長(zhǎng)榮，廖國周,

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)云南省畜產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心， 云南昆明 650201；3.云南中檢檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)有限公司，云南昆明 650200）

咖啡是茜草科常綠灌木或小喬木植物[1]，其產(chǎn)量、銷售量、消費(fèi)量都居世界三大飲料植物之首[2]。主要產(chǎn)于熱帶、亞熱帶的70多個(gè)國家和地區(qū)，來自巴西、哥倫比亞、印度尼西亞、埃塞俄比亞、越南等世界各地生產(chǎn)的咖啡都各有特點(diǎn)[3-4]。云南的保山、臨滄、德宏、普洱為國內(nèi)咖啡的主產(chǎn)區(qū)，其種植面積和產(chǎn)量占全國的98%以上[5]，云南小?？Х纫惨蚱渥匀粭l件，呈現(xiàn)出濃而不苦、香而不烈、略帶果酸味的獨(dú)特風(fēng)味，其質(zhì)量?jī)H次于哥倫比亞咖啡[6]?？Х鹊膿]發(fā)性化合物可能會(huì)因種植地點(diǎn)、植物種類，特別是咖啡烘焙的程度和類型而有所不同，對(duì)咖啡油的香氣有著巨大的影響[7-8]。另一方面，Martin等[9]認(rèn)為咖啡油的組成，特別是脂肪酸的含量，可作為區(qū)分不同種類咖啡的因素之一。除地質(zhì)條件外，烘焙工藝還可能影響咖啡油脂的脂質(zhì)分布[7]。

精油（essential oil，EOs）是植物資源最重要的天然產(chǎn)物之一，其化學(xué)成分復(fù)雜，主要由萜烯和一些芳香組分組成，這些化合物可存在于植物的各個(gè)部分：花、葉、根、莖、果實(shí)和種子，具有多種生物學(xué)特性和藥用價(jià)值[10-11]，如抗氧化活性[12]、抗菌活性[13]、抗炎活性[14]和抗癌活性[15]等。在植物精油的研究和開發(fā)中，提取方法多樣，每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)[16]，使用不同的方法提取同一種物質(zhì)，也會(huì)存在成分和氣味差異，功能也有一定變化[17]。根據(jù)不同需求，選用合適的提取方法尤為重要。超臨界CO2萃取技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種安全、環(huán)保的新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)提取率高、產(chǎn)品純度高、操作溫度低、活性成分不易被破壞、無溶劑殘留，且CO2相對(duì)惰性、不易燃、安全無毒[18]。因此，超臨界CO2技術(shù)被廣泛應(yīng)用于精油的萃取。

由于咖啡種植具有較強(qiáng)的地域性，種植氣候?qū)Х认銡庥绊戄^大。而國內(nèi)對(duì)咖啡的研究主要集中在適應(yīng)性栽培、豐產(chǎn)栽培、病蟲害、抗病選育研究等方面[19-20]，對(duì)咖啡精油萃取工藝研究較少，且烘焙處理對(duì)咖啡精油脂肪酸組成的影響尚不明確。因此，本研究以云南保山小?？Х榷篂樵?，采用超臨界CO2萃取技術(shù)對(duì)其精油進(jìn)行萃取，并對(duì)烘焙前后咖啡精油的理化指標(biāo)及脂肪酸進(jìn)行對(duì)比分析，為云南地區(qū)咖啡產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

咖啡豆 云南保山市售小?？Х龋皇炜Х?在240 ℃烤箱中，烘焙13 min，隨后粉碎過篩40目，儲(chǔ)存?zhèn)溆茫籆O2（純度＞99.99%）；37種混合脂肪酸甲酯色譜純，Sigma公司；其他試劑 均為國產(chǎn)分析純。

TH12-5型超臨界萃取設(shè)備 上海震樨機(jī)電科技發(fā)展有限公司；FW-400A型高速萬能粉碎機(jī) 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；7890A GC-5975C FID、DB-225毛細(xì)管柱（10 m×0.1mm×0.1 μm） 美國Agilent公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 生、熟咖啡豆?fàn)I養(yǎng)成分測(cè)定 參考國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生、熟咖啡豆的營養(yǎng)成分（水分[21]、粗蛋白[22]、粗脂肪[23]、粗纖維[24]、灰分[25]、水浸出物[26]、咖啡因[27]、總糖[28]）進(jìn)行測(cè)定分析。

1.2.2 咖啡豆精油的超臨界CO2萃取工藝 咖啡豆→（熟咖啡：烘焙）→粉碎過篩→超臨界CO2萃取→減壓分離→咖啡精油

熟咖啡前處理：將生咖啡豆在240 ℃烤箱中，烘焙13 min，取出涼至室溫。

將咖啡豆利用高速萬能粉碎機(jī)粉碎，過篩不同目數(shù)的篩子。稱取一定重量粉碎過篩的咖啡粉，裝入萃取釜，通過控制面板設(shè)置萃取條件，CO2流量控制在25 kg/h，分離釜壓力8 MPa，溫度25 ℃，保持一定的萃取溫度、壓力，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)開始計(jì)時(shí)，保證一定的萃取時(shí)間，停機(jī)，開萃取器的出口閥，開始取樣，以咖啡精油萃取得率為指標(biāo)。

1.2.3 超臨界CO2萃取咖啡豆精油的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 一次性投料量對(duì)咖啡精油萃取得率的影響保持CO2流量在25 kg/h，分離釜壓力8 MPa，溫度25 ℃。設(shè)置粉碎粒度為40目，萃取壓力為25 MPa，萃取溫度為50 ℃，萃取時(shí)間為150 min，考察一次性投料量（1200、1300、1400、1500、1600、1700 g）對(duì)咖啡精油萃取得率的影響，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.3.2 粉碎粒度對(duì)咖啡精油萃取得率的影響 保持CO2流量在25 kg/h，分離釜壓力8 MPa，溫度25 ℃，設(shè)置一次性投料量為1500 g，萃取壓力為25 MPa，萃取溫度為50 ℃，萃取時(shí)間為150 min，考察粉碎粒度（20、40、60目）對(duì)咖啡精油萃取得率的影響，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.3.3 萃取壓力對(duì)咖啡精油萃取得率的影響 保持CO2流量在25 kg/h，分離釜壓力8 MPa，溫度25 ℃，設(shè)置一次性投料量為1500 g，粉碎粒度為40目，萃取溫度為50 ℃，萃取時(shí)間為150 min，考察萃取壓力（20、25、30、35 MPa）對(duì)咖啡精油萃取得率的影響，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.3.4 萃取溫度對(duì)咖啡精油萃取得率的影響 保持CO2流量在25 kg/h，分離釜壓力8 MPa，溫度25 ℃，設(shè)置一次性投料量為1500 g，粉碎粒度為40目，萃取壓力為25 MPa，萃取時(shí)間為150 min，考察萃取溫度（40、45、50、55、60 ℃）對(duì)咖啡精油萃取得率的影響，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.3.5 萃取時(shí)間對(duì)咖啡精油萃取得率的影響 保持CO2流量在25 kg/h，分離釜壓力8 MPa，溫度25 ℃，設(shè)置一次性投料量為1500 g，粉碎粒度為40目，萃取壓力為25 MPa，萃取溫度為50 ℃，考察萃取時(shí)間（30、60、90、120、150 min）對(duì)咖啡精油萃取得率的影響，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取咖啡豆精油條件 以咖啡精油萃取得率作為響應(yīng)值，依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，利用響應(yīng)面Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)3因素（萃取壓力、溫度和時(shí)間）3水平試驗(yàn)，優(yōu)化超臨界CO2萃取咖啡精油的工藝參數(shù)，因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of RSM

1.2.5 咖啡精油萃取得率計(jì)算方法

式中：W表示咖啡精油萃取得率，%；m表示咖啡精油質(zhì)量，g；M表示咖啡質(zhì)量，g。

1.2.6 咖啡精油常規(guī)理化指標(biāo)分析 參考國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)咖啡精油的常規(guī)理化指標(biāo)（相對(duì)密度[29]、折光指數(shù)[30]、酸值[31]、皂化值[32]、過氧化值[33]）進(jìn)行測(cè)定分析。

1.2.7 氣相色譜火焰離子化檢測(cè)器（GC-FID）分析咖啡精油脂肪酸組成 前處理：稱量樣本5 mg至頂空瓶；加入5%濃硫酸-甲醇溶液 2 mL，0.2%BHT-甲醇25 μL；用壓蓋器將頂空瓶用帶聚四氟乙烯墊的鋁蓋封好，將上述混合物輕微晃動(dòng)混勻后，于90～95 ℃恒溫水浴鍋中提取1.5 h，然后取出冷卻至室溫，依次加入飽和食鹽水 2 mL、正己烷1 mL，渦旋1 min；低速離心機(jī)離心（4 ℃，3500 r/min）5 min，；取50 μL上清并加入145 μL正己烷和5 μL十九碳酸甲酯，渦旋10 s；取60 μL至進(jìn)樣瓶中上機(jī)檢測(cè)。

色譜條件：Agilent DB-225毛細(xì)管柱（10 m×0.1 mm×0.1 μm）；檢測(cè)器 FID；進(jìn)樣口溫度250 ℃；FID接口溫度250 ℃；進(jìn)樣量1 μL；載氣：氦氣；分流比15:1；柱流量0.3 mL/min。

升溫程序：初始55 ℃保持1 min，以30 ℃/min升至205 ℃，保持1 min，最后以5 ℃/min升至230 ℃，保持1 min。

采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行脂肪酸定量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間進(jìn)行定性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析，利用SPSS18.0進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

GC-FID分析咖啡精油脂肪酸組成所有數(shù)據(jù)通過 FID Chem Station（G1701EA.02.00.493）和ACD/Spectrus Processor 2015（S30S41）軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 咖啡豆主要營養(yǎng)成分測(cè)定結(jié)果

生、熟咖啡豆的營養(yǎng)成分測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 云南保山小?？Х榷?fàn)I養(yǎng)成分分析結(jié)果Table 2 The main nutrients of Baoshan small grain coffee bean in Yunnan

由表2可知，水分、粗脂肪、粗纖維、水浸出物、咖啡因及總糖的測(cè)定結(jié)果均為生咖啡高于熟咖啡；灰分的含量為熟咖啡高于生咖啡，粗蛋白在焙烤前后無明顯差異。焙烤對(duì)咖啡豆?fàn)I養(yǎng)成分影響最大的是水分，其次是粗脂肪、總糖、咖啡因和水浸出物。生咖啡的水分含量、粗脂肪、粗纖維、水浸出物、咖啡因及總糖含量均顯著高于熟咖啡，分別是熟咖啡的4.71倍（P＜0.05）、3.43倍（P＜0.05）、1.21倍（P＜0.05）、1.36倍（P＜0.05）、1.02倍（P＜0.05）與1.47（P＜0.05）。在焙烤后，熟咖啡的灰分含量為4.12 g/100 g，與生咖啡相比，高出了4.30%（P＞0.05）。

2.2 超臨界二氧化碳萃取咖啡精油的工藝優(yōu)化

2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1.1 不同投料量對(duì)咖啡精油萃取得率的影響由圖1可知，隨著一次性投料量的增加咖啡精油的萃取得率呈先增加后下降的趨勢(shì)，當(dāng)一次性投料量為1500 g時(shí)萃取得率最高為12.99%，分別是1200、1300、1400、1600 g和1700 g的2.41倍（P＜0.05）、1.71倍（P＜0.05）、1.34倍（P＜0.05）、1.16倍（P＜0.05）與1.22倍（P＜0.05）。在投料量為1600 g時(shí)萃取得率反而開始下降，且在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后倒出物料發(fā)現(xiàn)有結(jié)塊的現(xiàn)象。這是由于原料過多導(dǎo)致傳質(zhì)阻力加大，CO2流動(dòng)不均勻造成的，但當(dāng)投料量為1200、1300、1400 g時(shí)占萃取釜空間少，不能充分發(fā)揮萃取能力。綜合以上因素，本試驗(yàn)選擇一次性投料量為1500 g。

圖1 一次性投料量對(duì)咖啡精油萃取得率的影響Fig.1 Effects of one-time material mass on the extraction yield of the essential oil of coffee

2.2.1.2 粉碎粒度對(duì)咖啡精油萃取得率的影響 圖2表明，當(dāng)粉碎粒度為40目時(shí)，萃取得率最高為11.98%，分別比20目和60目高出34.73%（P＜0.05）與21.83%（P＜0.05）。當(dāng)粉碎粒度為60目時(shí)，萃取得率稍有下降，并且隨著粉碎粒度的增加，物料結(jié)塊現(xiàn)象越嚴(yán)重，造成萃取不充分。這是由于原料粒度越細(xì)，與CO2的接觸越充分，越有利于萃取。但是，當(dāng)咖啡粉碎粒度是60目時(shí)，物料過細(xì)就會(huì)增加其堆積密度，在高壓環(huán)境下容易造成物料結(jié)塊、引起萃取不均勻等現(xiàn)象，反而使得萃取率降低。綜合分析，本試驗(yàn)選擇咖啡豆的粉碎粒度為40目。

圖2 粉碎粒度對(duì)咖啡精油萃取得率的影響Fig.2 Effects of particle size on the extraction yield of the essential oil of coffee

2.2.1.3 不同萃取壓力對(duì)咖啡精油萃取得率的影響

由圖3可知，萃取壓力從20 MPa增加到25 MPa時(shí)，最終萃取得率由11.50%增加至14.14%，并達(dá)到最大，隨后萃取得率隨著萃取壓力的增加呈下降趨勢(shì)。與20、30 MPa和35 MPa相比，25 MPa的萃取得率分別高出了22.99% （P＜0.05）、2.89% （P＞0.05）與10.47%（P＜0.05）。萃取壓力增大，CO2選擇性會(huì)降低，在萃取過程中會(huì)把雜質(zhì)和色素等物質(zhì)萃取出來，影響精油品質(zhì)。因此，選擇25～30 MPa進(jìn)行萃取。

圖3 萃取壓力對(duì)咖啡精油萃取得率的影響Fig.3 Effects of extraction pressure on the extraction yield of the essential oil of coffee

2.2.1.4 不同萃取溫度對(duì)咖啡精油萃取得率的影響

從圖4顯示，萃取溫度的升高，有利于增強(qiáng)油脂在流體中的溶解度，最終提高了出油率。在萃取時(shí)間為150 min時(shí)，萃取得率隨著萃取溫度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)，在50 ℃下達(dá)到最高（14.23%），分別比40、45、55 ℃和60 ℃高出40.66%（P＜0.05）、19.55%（P＜0.05）、4.25%（P＞0.05）與14.11%（P＜0.05）。綜合萃取得率以及高溫會(huì)影響萃取產(chǎn)物中某些物質(zhì)的活性，故萃取溫度范圍選擇在50～55 ℃。

圖4 萃取溫度對(duì)咖啡精油萃取得率的影響Fig.4 Effects of extraction temperature on the extraction yield of the essential oil of coffee

2.2.1.5 不同萃取時(shí)間對(duì)咖啡精油萃取得率的影響

從圖5可以看出，咖啡精油總萃取得率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，而單位時(shí)間內(nèi)的萃取得率在90 min后呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)直至趨零。在萃取時(shí)間為150 min時(shí)總萃取得率最高，分別是30、60、90 min和120 min總萃取得率的4.55倍（P＜0.05）、2.56倍（P＜0.05）、1.36倍（P＜0.05）與1.09倍（P＞0.05）。在120 min時(shí)，總萃取得率增加緩慢，單位時(shí)間內(nèi)萃取得率出現(xiàn)下降趨勢(shì)，萃取已進(jìn)入最后階段，在150 min后再無萃取物接出，萃取完成。為避免造成萃取操作消耗的增加和過多CO2的消耗，綜合考慮將萃取時(shí)間范圍確定為120～150 min。

圖5 萃取時(shí)間對(duì)咖啡精油萃取得率的影響Fig.5 Effects of extraction time on the extraction yield of the essential oil of coffee

2.2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化超臨界CO2萃取咖啡豆精油試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立Box-Behnken Design的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停M(jìn)行二次方程的擬合計(jì)算，得出最好的工藝組合并且咖啡精油的出油率可以達(dá)到最理想的萃取量。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface experiment

2.2.2.1 模型建立及顯著性檢驗(yàn) 利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表3即響應(yīng)面分析方案及結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合，得到咖啡精油萃取得率與萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間的二次方程模型為：Y=12.43+0.89 X1+0.31X2+1.28X3-0.080X1X2-0.95X1X3+1.01X2X3-0.85X12-0.041X22-0.70X32；回歸模型的方差分析結(jié)果見表4。

表4 咖啡精油萃取得率回歸模型方差分析表Table 4 Variance analysis of regression model of the extraction yield of the essential oil of coffee

方差分析可知：咖啡精油萃取得率回歸模型顯著性檢驗(yàn)P=0.0006＜0.05，說明該二次多元回歸模型極顯著；失擬性檢驗(yàn)P=0.3458＞0.05認(rèn)為咖啡精油萃取得率二次回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合性充分模型失擬不顯著。萃取率回歸診斷表明，決定系數(shù)R2=0.9550，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj= 0.8971，信噪比Adeq precisior=17.948，這表明方程的擬合度和可信度均很高，可用于預(yù)測(cè)咖啡精油的萃取得率。離散系數(shù)CV（Y 的變異系數(shù)）定義為標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，表示實(shí)驗(yàn)本身的精確度，CV值越小，實(shí)驗(yàn)的可靠性越高，萃取得率擬合CV值為4.05%。綜上所述，回歸模型擬合程度良好，實(shí)驗(yàn)誤差小，能夠準(zhǔn)確的分析和預(yù)測(cè)咖啡精油的萃取得率，說明實(shí)驗(yàn)操作可信度高，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。由回歸系數(shù)顯著性表明，在所取因素水平范圍內(nèi)，各因素對(duì)咖啡精油萃取得率影響的順序?yàn)椋狠腿r(shí)間＞萃取壓力＞萃取溫度。

2.2.2.2 響應(yīng)曲面分析 圖6是通過二次回歸模型擬合的響應(yīng)面變化三維曲面。響應(yīng)面和等高線的稀疏程度可直觀地反映萃取壓力（MPa）、萃取溫度（℃）、萃取時(shí)間（min）之間交互作用對(duì)咖啡精油萃取得率的影響，當(dāng)?shù)雀呔€呈圓形時(shí)表示兩因素交互作用不顯著，而呈橢圓形或馬鞍形時(shí)則表示兩因素交互作用顯著。

由圖6可看出，隨著萃取壓力的增加萃取得率呈先上升后下降的趨勢(shì)，而此萃取溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的不斷提高萃取得率呈逐漸上升的趨勢(shì)，在等高線圖中，等高線沿壓力軸方向逐漸稀疏，沿溫度軸方向逐漸密集，說明壓力對(duì)萃取率的影響比溫度大，表4方差分析顯示，萃取溫度與萃取壓力交互作用不顯著，P=0.7450＞0.05；隨著萃取壓力及萃取時(shí)間的增加，萃取率先迅速上升后增長(zhǎng)變得緩慢，并逐漸趨于平緩，表4方差分析顯示，萃取時(shí)間與萃取壓力交互作用顯著，P=0.0052＜0.05；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，萃取率受溫度升高的影響較小，變化不明顯；萃取時(shí)間與萃取溫度交互作用顯著，P=0.0036＜0.05。通過上述分析，結(jié)論與方差分析結(jié)果一致：各因素對(duì)咖啡精油萃取得率影響的順序?yàn)椋狠腿r(shí)間＞萃取壓力＞萃取溫度。

圖6 各因素交互作用對(duì)咖啡精油萃取得率的影響Fig.6 Interactive effects of extraction efficiency on the extraction yield of the essential oil of coffee by response surface and contour plots

2.2.3 最佳條件的確定和回歸模型的驗(yàn)證 回歸模型通過響應(yīng)面法得到咖啡精油萃取得率最高值所需要的參數(shù)條件為萃取壓力24.59 MPa，萃取溫度54.20 ℃，萃取時(shí)間148.71 min，在此工藝條件下，通過擬合方程計(jì)算出咖啡精油萃取得率為14.05%，根據(jù)實(shí)際情況以萃取壓力25 MPa，萃取溫度54 ℃，萃取時(shí)間150 min進(jìn)行萃取，重復(fù)3次，得到的咖啡精油萃取得率為（13.98%±0.32%），與理論值相接近，說明模型準(zhǔn)確可靠（表5）。以上為響應(yīng)面優(yōu)化生咖啡精油的萃取工藝，熟咖啡精油與之有相同的最優(yōu)萃取工藝，在萃取得率上有所區(qū)別，在此條件下熟咖啡精油的萃取得率為（12.76%±0.24%），與生咖啡精油萃取得率差異不顯著（P＞0.05）。

表5 最佳條件的確定和回歸模型的驗(yàn)證Table 5 Determination of the best conditions and verification of the regression model

2.3 咖啡精油理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

由表6可知，生、熟咖啡精油理化指標(biāo)都在國家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明，超臨界CO2萃取咖啡精油具有淡淡的咖啡特征香氣。從上表可得，熟咖啡的相對(duì)密度、折光指數(shù)、酸值略高于生咖啡，分別高出了8.30%（P＞0.05）、0.01%（P＞0.05）、14.30%（P＞0.05），其余值（皂化值、過氧化值）均低于生咖啡，分別低了0.58%（P＞0.05）、18.75%（P＞0.05）。過氧化值是油脂被氧化的指標(biāo)，表明了油脂腐壞的程度，過氧化值越高油脂酸敗程度越高，生咖啡的過氧化值稍高于熟咖啡，但兩者不存在顯著差異（P＞0.05），并且均符合國家植物油的標(biāo)準(zhǔn)。

表6 咖啡油的理化特性Table 6 Physicochemical property of essential oil from coffee

2.4 GC-FID測(cè)定咖啡精油脂肪酸結(jié)果分析

圖7為37種脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)品混合物的GC-FID檢測(cè)色譜圖，可見37種脂肪酸甲酯互相分開，峰形較好，適合于進(jìn)行定量分析。

圖7 37種脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)品混合物的氣相色譜圖Fig.7 Gas chromatogram of the mixture of 37 standard fatty acids

圖8和圖9分別為生、熟咖啡精油樣本中脂肪酸的氣相色譜圖，該圖橫坐標(biāo)為保留時(shí)間，縱坐標(biāo)為色譜峰的強(qiáng)度。在生、熟咖啡樣本中分別檢測(cè)到15和16種脂肪酸，主要為亞油酸甲酯、棕櫚酸、硬脂酸、油酸甲酯等，各組分含量和比例結(jié)果見表7。

圖8 生咖啡精油樣本中脂肪酸的氣相色譜圖Fig.8 Gas chromatography of fatty acids in the sample of raw coffee essential oil

圖9 熟咖啡精油樣本中脂肪酸的氣相色譜圖Fig.9 Gas chromatogram of fatty acids in the sample of roasted coffee essential oil

在生、熟咖啡精油組中分別檢測(cè)到15和16種脂肪酸，包括11種飽和脂肪酸、2種單不飽和脂肪酸、3種多不飽和脂肪酸，各組分含量結(jié)果見表7。不同試驗(yàn)組中脂肪酸組成大致相同，但含量存在一定的差異。就脂肪酸總含量而言，焙烤使總脂肪酸含量降低，兩組間存在顯著差異。生咖啡組的總脂肪酸含量最高，為599.78 μg/mg，比熟咖啡組高出了32.81%（P＜0.05）。飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸在生咖啡精油組中，分別占總脂肪酸含量的46.54%、8.79%與44.67%；在熟咖啡組中，分別占總脂肪酸含量的48.08%、8.67%與43.25%。與生咖啡相比，熟咖啡的SFA、MUFA和PUFA含量分別降低了22.22%（P＜0.05）、25.73%（P＜0.05）與27.10%（P＜0.05）。生、熟咖啡精油組的脂肪酸構(gòu)成均為飽和脂肪酸＞多不飽和脂肪酸＞單不飽和脂肪酸。

對(duì)生、熟咖啡組中檢測(cè)出的脂肪酸進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，亞油酸（C18:2n6c）、棕櫚酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1n9c）和花生酸（C20:0）是咖啡精油中主要的脂肪酸，并且各主要脂肪酸均在生咖啡組中含量最高，分別比熟咖啡組高出37.31%（P＜0.05）、25.17%（P＜0.05）、42.53%（P＜0.05）、34.17%（P＜0.05）與44.63%（P＜0.05）。此外，在生、熟咖啡精油兩試驗(yàn)組中，亞油酸是含量最高的多不飽和脂肪酸，達(dá)258.65 μg/mg和188.37 μg/mg，分別占各組總脂肪酸含量的43.13%與41.71%；棕櫚酸是含量最高的飽和脂肪酸，達(dá)205.53 μg/mg和164.20 μg/mg，分別占各組總脂肪酸含量的34.27%與36.36%；油酸是含量最高的單不飽和脂肪酸，達(dá)50.67 μg/mg和37.77 μg/mg，分別占各組總脂肪酸含量的8.45%與8.36%。己酸在熟咖啡精油中含量較少，為0.70 μg/mg，占總脂肪酸含量的0.16%，但在生咖啡精油中并未檢測(cè)出。

3 討論

在焙烤后，除咖啡豆的水分、粗脂肪、粗纖維、水浸出物、咖啡因和總糖外，其余指標(biāo)無顯著差異。主要是由于咖啡豆焙烤受熱，水分的蒸發(fā)導(dǎo)致熟咖啡水分的減少，部分油脂溢出引起粗脂肪含量減少。烘焙使咖啡豆發(fā)生焦糖化反應(yīng)，這可能是引起總糖變化的原因[34]，咖啡中羥甲基糠醛是Millard反應(yīng)中最中間的呋喃化合物，是在酸性條件下己糖熱分解的結(jié)果，可以導(dǎo)致熱處理食品的棕色增加，同時(shí)生成不同分子量的風(fēng)味化合物[35]，從而增加焙烤咖啡豆的香氣。有文獻(xiàn)資料顯示[36]，咖啡因的增加或減少主要是由于其在焙燒過程中熱穩(wěn)定性和熱不穩(wěn)定的化合物的質(zhì)量損失。此外，在烘焙條件下，咖啡因的熱穩(wěn)定性可能是因?yàn)樗娜埸c(diǎn)（238 °C）高于綠原酸（207 °C）和咖啡酸（223 °C）[37-38]。在本研究中，焙烤后咖啡豆中的咖啡因含量顯著降低，這可能是試驗(yàn)過程中所用的焙烤溫度為240 ℃，已達(dá)到咖啡因的熔點(diǎn)，因此造成了部分咖啡因含量的損失。利用超臨界CO2萃取咖啡精油，萃取壓力、萃取溫度和萃取時(shí)間等因素共同影響著精油的萃取得率[39]。合適的萃取條件可以增加CO2密度使其溶解能力增強(qiáng)，從而提高了萃取效率。本試驗(yàn)在最佳條件下，獲得咖啡精油的萃取得率為13.98%，劉麗娜[40]通過超臨界CO2萃取紅樹莓籽精油，得到紅樹莓籽精油的萃取率為12.20%，表明咖啡精油的萃取率與紅樹莓籽精油的萃取率相近。生、熟咖啡中含量最高的脂肪酸為亞油酸（C18:2n6c），其次棕櫚酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1n9c）和花生酸（C20:0）是咖啡精油中主要的脂肪酸，4種脂肪酸之和占總脂肪酸組成約95%，與曾凡逵等[41]的研究結(jié)果一致?？Х染椭衼営退岷?，遠(yuǎn)高于棕櫚油[42]，作為一種多不飽和脂肪酸對(duì)人體健康及其重要，它能調(diào)節(jié)人體的脂質(zhì)代謝，治療和預(yù)防心腦血管疾病，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，此外對(duì)抗癌、免疫調(diào)節(jié)、延緩衰老、減肥、美容等方面均具有重要的生理作用[43]。己酸在熟咖啡精油中含量較低，占總脂肪酸的0.16%，但在生咖啡精油中并未檢測(cè)出，可能是咖啡豆在烘焙過程中，發(fā)生焦糖化反應(yīng)，產(chǎn)生了少量己酸。除此之外，焙烤對(duì)咖啡脂肪酸組成影響并不大，前人對(duì)此也有同樣的報(bào)道[44]。

4 結(jié)論

經(jīng)單因素和響應(yīng)曲面法優(yōu)化，超臨界CO2萃取咖啡精油的最佳工藝條件為萃取壓力25 MPa，萃取溫度54 ℃，萃取時(shí)間150 min，在此條件下咖啡精油萃取得率為13.98%。烘焙處理前后，咖啡精油各常規(guī)理化指標(biāo)無顯著差異，且均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且通過GC-FID分別檢測(cè)到15和16種脂肪酸，其中亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸和油酸等為主要脂肪酸，烘焙對(duì)咖啡豆脂肪酸組成影響不明顯，但各脂肪酸的含量存在一定差異。