王 霞,王 偉,李忠榮,楊葉昆,周 琳,邱明華
(中國科學院昆明植物研究所植物化學與西部植物資源持續(xù)利用國家重點實驗室,昆明 650201)
云南省咖啡產量占中國的98%以上,隨著國內咖啡消費需求和生產規(guī)模的日益增大,許多關于云南小粒種咖啡的研究也正在展開。云南小粒種咖啡具有濃而不苦、香而不烈、略帶果酸味的風味特點[1],對云南小粒種咖啡的揮發(fā)性風味研究主要集中于利用不同的提取方法獲取咖啡揮發(fā)性風味組成成分[2-4],不同產地的咖啡揮發(fā)性風味成分的組成及差異[5-7],不同處理方式下咖啡揮發(fā)性風味的組成及差異[8-9]等方面。周斌等[2]利用氣相色譜-質譜技術鑒定了云南小粒種咖啡的88 種揮發(fā)性成分。張豐等[5]利用頂空固相微萃取法結合氣相色譜-質譜聯(lián)用技術對云南3 個地區(qū)(普洱、保山、臨滄)烘焙咖啡的揮發(fā)性成分進行分析,共鑒定出65 種揮發(fā)性成分,建立了揮發(fā)性物質與生產地區(qū)的相關性,可通過不同揮發(fā)性物質區(qū)分3 個產區(qū)的咖啡。
上述關于云南小粒種咖啡揮發(fā)性風味的研究僅關注了水沖泡咖啡后所產生的揮發(fā)性風味物質,而日常生活中經常遇到這樣的情況,在咖啡制作過程中,相較于沖泡好的咖啡水提液,剛研磨出的咖啡揮發(fā)性風味更加濃郁豐富。針對咖啡的這一特點,結合云南本地特色,筆者利用頂空氣相色譜-質譜法對云南小粒種咖啡的干香和濕香成分組成及差異進行分析,結果表明云南小粒種咖啡的干香與濕香成分組成存在差異,此結果有助于進一步了解云南小粒種咖啡的揮發(fā)性風味成分。
1.1.1 主要樣品及試劑
云南小粒種咖啡烘焙豆:咖啡生豆產自云南普洱,品種為Coffea arabica,實驗前經烘焙冷卻后備用;蒸餾水。
1.1.2 儀器及色譜條件
Agilent 7890A/5975C 氣相色譜-質譜聯(lián)用儀;Agilent 7694E 頂空進樣器。
(1)氣相色譜條件。氣相色譜柱:HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)熔融石英毛細管柱;載氣:氦氣(純度為99.999%);流速:1 mL/min;進樣口溫度:280℃;分流比:20∶1;氣相色譜升溫程序:起始溫度 40℃,保持 5 min,以 5℃/min 升至150℃(保持3 min),以15℃/min,升到240℃(保持2 min)。
(2)質譜條件。離子源:電子轟擊離子源(EI),電子能量 70 eV;質量掃描范圍:45~550 amu;接口溫度:280℃;離子源溫度:230℃。
(3)頂空進樣器條件。樣品瓶溫度:100℃;傳送管線溫度:210℃。
(1)干香分析:取40 g 經烘焙后冷卻的咖啡烘焙豆經研磨后,稱取1 g 樣品粉末放入樣品瓶中,樣品瓶溫度100℃,加熱時間1 min,用HS-GC/MS分析。
(2)濕香分析:稱取1 g 樣品粉末放入樣品瓶中,加入10 mL 蒸餾水,樣品瓶溫度100℃,加熱時間 1 min,用 HS-GC/MS 分析。
云南小粒種咖啡干香和濕香成分GC-MS 分析總離子流圖見圖1 和圖2。
圖1 云南小粒種咖啡干香成分總離子流圖
圖2 云南小粒種咖啡濕香成分總離子流圖
對云南小粒種咖啡中的干香和濕香成分進行GC-MS 分析,與質譜數(shù)據(jù)庫匹配,最終確定了干香21 種化學成分和濕香17 種化學成分,結果見表 1 和表 2。
從表1 中可以看到,云南小粒種咖啡的21 種干香成分中主要為2-糠醇(10.72%)、3-甲基呋喃(5.63%)、吡啶(4.29%)、甲基吡嗪(2.20%)、2-甲基丙醛(1.23%)、糠醛(1.22%)等化合物。在這21種化合物中引起咖啡風味的有11 種,包括了3-甲基丁醛(0.76%,甜香、果香),3-己酮(0.78%,甜香、果香),3-羥基-2-丁酮(0.92%,奶香),吡嗪(0.48%,堅果香),甲基吡嗪(2.2%,堅果香),糠醛(1.22%,面包香,烘烤香),乙基吡嗪(0.32%,堅果香),5-甲基-2-糠醛(0.83%,辛香,焦糖香),2-呋喃甲醇乙酯(0.85%,果香),6-甲基-2-乙基吡嗪(0.24%,堅果香,烘烤香),2,5-二甲基-3-乙基吡嗪(0.09%,炒堅果香),占干香成分的8.69%。雖然2-糠醇(10.72%)所占成分比例最大,但對咖啡干香并沒有貢獻。其他的成分中,甲基吡嗪和糠醛為干香成分中主要的風味化合物。同時,干香中存在的風味化合物類別主要為吡嗪類,因此干香的主要風味為烤堅果風味。
表1 云南小粒種咖啡干香成分
從表2 可以看出,云南小粒種咖啡濕香成分則主要由咖啡因(61.52%)、2-糠醇(5.66%)、棕櫚酸(5.44%)、乙酸(4.97%)、吡啶(2.16%)、甲基吡嗪(1.13%)等化合物組成。在這17 種化合物中引起咖啡風味的有9 種,分別是2-丁酮(0.38%,果香),3-甲基丁醛(0.39%,甜香),2-甲基丁醛(0.58%,甜香、果香),甲基吡嗪(1.13%,堅果香),糠醛(0.96%,面包香,烘烤香),2-呋喃甲基酮(0.4%,杏仁香,熏香),2,6-二甲基吡嗪(0.94%,堅果香),5-甲基-2-糠醛(0.75%,辛香,焦糖香),2-呋喃甲醇乙酯(0.70%,果香),占濕香成分的6.23%??Х纫蛘急雀哌_61.52%,但對咖啡濕香沒有貢獻。甲基吡嗪和糠醛也是濕香風味的主要化合物,但醛類是濕香中風味化合物的主要類型,因此過甜果香和烤堅果風味為濕香的主要風味。
表2 云南小粒種咖啡濕香成分
將干香成分和濕香成分進行比較發(fā)現(xiàn),2-甲基丙醛、3-甲基呋喃、3-甲基丁醛、吡啶、甲基吡嗪、2-糠醇、糠醛、5-甲基2-糠醛、2-呋喃甲醇乙酯、咖啡因是共有成分,其余化合物均不一致。除了咖啡因外,其他共有化合物在干香中所占比例都大于濕香,個別化合物出現(xiàn)2~3 倍的含量差異。這是由不同化合物的揮發(fā)性和在水中的溶解度差異造成的。共有化合物中,有5 種咖啡的風味物質呈現(xiàn)出的風味是果香、堅果香和烘焙香,因此干香與濕香之間的風味存在相似性,但由于含量的差異,干香風味較濕香風味更為濃郁。
實驗結果顯示,云南小粒種咖啡干香和濕香在成分上存在著相似性,也存在著差異性,由此導致的干香和濕香在風味上也各有側重,干香主要是烤堅果風味,而濕香為烤堅果風味與甜果香的混合。在咖啡沖泡過程中,干香中總的風味物質比例比濕香的更高,而對于相同的風味物質,干香中所含比例也比濕香的高,這可能是干香比濕香更為芳香濃郁的原因之一。另一方面,即使干香中風味成分的總量大于濕香,但不同風味物質的氣味閾值對風味的形成也存在巨大影響,而這需要進一步的研究。