趙 茜，苗 玥，季圣陽，閆 林，李 也，張 芳，龔加順，陸柏益,*

（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310058；2.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；3.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所，海南 萬寧 571533；4.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部，北京 100124；5.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，云南 昆明 650223）

咖啡豆是茜草科咖啡屬常綠小喬木咖啡樹的果仁，是全球交易量和消費(fèi)量最大的農(nóng)產(chǎn)品之一[1]。我國的主要產(chǎn)區(qū)為云南省、海南省[2]，其中云南省咖啡種植面積、產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值均占全國的98%以上[3]。近10 a中國咖啡消費(fèi)年增長率在15%左右，遠(yuǎn)高于全球市場2%的增長率[4]。當(dāng)前我國咖啡零售市場以速溶咖啡為主，但隨著消費(fèi)者對(duì)咖啡認(rèn)知度的提高，現(xiàn)磨咖啡也進(jìn)入高速增長階段。生豆質(zhì)量顯著影響咖啡風(fēng)味[5]，然而，我國咖啡豆的質(zhì)量受不同產(chǎn)區(qū)環(huán)境如氣溫、海拔、光照、作物管理、收獲方式和收獲后儲(chǔ)存條件的顯著影響[6-7]。同時(shí)，我國咖啡不同產(chǎn)區(qū)、不同研究之間選用的指標(biāo)存在差異大且雜亂的現(xiàn)象，同時(shí)部分指標(biāo)之間存在含義重疊現(xiàn)象[8]。除此之外，特征性指標(biāo)不明確也使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化困難。因此，我國咖啡產(chǎn)業(yè)存在品質(zhì)參差不齊、缺乏適用標(biāo)準(zhǔn)、深加工能力差、認(rèn)可度不高等問題，亟需構(gòu)建完整的品質(zhì)指標(biāo)體系。

近年來，對(duì)我國咖啡豆的品質(zhì)評(píng)價(jià)多集中在對(duì)不同地區(qū)、不同海拔、不同品種咖啡豆的性狀鑒定及橫向比較[9-12]。智美麗等[13]采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定了國內(nèi)外7 個(gè)產(chǎn)區(qū)深度烘焙咖啡豆中的10 種風(fēng)味有機(jī)酸成分，認(rèn)為綠原酸和葫蘆巴堿是咖啡豆中影響品質(zhì)的主要風(fēng)味物質(zhì)。于菲[14]通過頂空-氣相色譜離子遷移譜聯(lián)用技術(shù)建立了海南6 種咖啡的風(fēng)味指紋圖譜，利用電子鼻和電子舌結(jié)合分析得出總固形物、可滴定酸度、總可溶固形物及pH值為烘焙咖啡豆風(fēng)味呈現(xiàn)的關(guān)鍵因素。Bicho等[15]綜述了對(duì)阿拉卡比和羅布斯塔咖啡豆生豆及烘焙豆的質(zhì)量評(píng)估方法，主要指標(biāo)為顏色（色度參數(shù)）、粒徑、千粒質(zhì)量、表觀密度、缺陷豆、干燥質(zhì)量損失，香味和口感，以及綠原酸、咖啡因和葫蘆巴堿含量。堀口[16]根據(jù)蔗糖量對(duì)香味的影響、脂質(zhì)量對(duì)醇香的影響，嘗試對(duì)鮮豆進(jìn)行分級(jí)，并測(cè)定了14 個(gè)國家330 種咖啡豆的鮮豆樣品。國內(nèi)研究多考慮咖啡豆杯測(cè)評(píng)分與理化指標(biāo)相關(guān)性或利用品質(zhì)指標(biāo)對(duì)產(chǎn)地進(jìn)行溯源等，未有基于用途的特征品質(zhì)指標(biāo)的探討；國際咖啡貿(mào)易協(xié)會(huì)對(duì)咖啡豆的評(píng)價(jià)主要是生豆鑒定和感官評(píng)價(jià)，亦缺乏量化描述咖啡豆對(duì)生產(chǎn)影響的品質(zhì)評(píng)價(jià)體系。另一方面，其他大宗農(nóng)產(chǎn)品，如大豆[17]、水稻[18]等已有基于不同用途的特征性指標(biāo)體系，而咖啡豆作為我國特色農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)依然匱乏[19]，缺乏以用途為導(dǎo)向的特征性指標(biāo)評(píng)價(jià)。因此，包含感官指標(biāo)、規(guī)格指標(biāo)、安全指標(biāo)和營養(yǎng)指標(biāo)等層面[20]的咖啡豆特征性品質(zhì)指標(biāo)體系亟須構(gòu)建。

咖啡豆用作生產(chǎn)速溶咖啡、現(xiàn)磨咖啡兩種用途時(shí)，對(duì)其品質(zhì)的評(píng)價(jià)是一個(gè)綜合過程，各單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)上述兩種食用用途的品質(zhì)影響不同，單項(xiàng)指標(biāo)不能直觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)咖啡豆的品質(zhì)，我國國產(chǎn)咖啡豆用于速溶咖啡、現(xiàn)磨咖啡兩種用途生產(chǎn)時(shí)的品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)尚鮮見報(bào)道。本研究基于科學(xué)、實(shí)用、全面和獨(dú)立的原則，以用途為導(dǎo)向，從食用品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)等層面入手，結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，采用Delphi評(píng)價(jià)法和序關(guān)系分析法分別構(gòu)建用于速溶咖啡及現(xiàn)磨咖啡兩種用途的咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)體系；通過主成分分析和聚類分析對(duì)來自海南、云南的4 個(gè)品種53 個(gè)咖啡樣品品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，明確兩種用途的咖啡豆優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)及主栽品種，并篩選出不同用途咖啡豆的特征性指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

咖啡采樣地區(qū)為海南、云南，共4 個(gè)品種，分別為云南普洱卡蒂姆12 份、云南怒江卡蒂姆2 份、云南臨滄卡蒂姆5 份、云南德宏卡蒂姆9 份、云南保山卡蒂姆5 份、云南大理卡蒂姆4 份以及云南保山園豆3 份、云南保山鐵皮卡1 份、云南大理鐵皮卡2 份和海南羅布斯塔10 份，共計(jì)53 份樣品，樣品編號(hào)如表1所示。采樣規(guī)格為2～3 kg。樣品采集后真空密封寄送。

表1 咖啡豆樣品及編號(hào)Table 1 Numbering of coffee bean samples

咖啡酸（純度98%）、綠原酸（純度98%）、熱穩(wěn)定α-淀粉酶（≥5000 U/g）、堿性蛋白酶（200 U/mg）、氧化鎂、酒石酸鉀鈉 上海邁瑞爾生化科技有限公司；葫蘆巴堿（純度98%）、糖化酶（100000 U/mL）、2-(N-嗎啉代)乙烷磺酸 杭州邦易化工有限公司；甲酸（色譜純）、甲醇（色譜純）、乙醇（分析純）、三氯乙酸、硫酸銅、三羥甲基氨基甲烷、磺基水楊酸 阿拉丁試劑（上海）有限公司；鹽酸、重鉻酸鉀、乙腈（色譜純）、丙酮、高錳酸鉀 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

1200超高效液相色譜儀 美國Agilent Technologies有限公司；FTIR-8900紅外光譜儀 日本島津公司；BSA223S-CW電子天平 德國Sartorius公司；Allegra x-30離心機(jī) 美國Beckman Coulter公司；SK8210HP超聲波清洗器 上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司；VOS-90A電熱真空干燥箱 沈陽奇特爾科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 品質(zhì)指標(biāo)的初步篩選

通過查閱國家、行業(yè)、地方、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及文獻(xiàn)、著作、產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等，確定用于篩選的咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.2 Delphi評(píng)價(jià)法

采用Delphi評(píng)價(jià)法，對(duì)云南咖啡相關(guān)的產(chǎn)業(yè)專家、用戶（生產(chǎn)商、經(jīng)銷商及消費(fèi)者等產(chǎn)業(yè)參與人員）進(jìn)行問卷調(diào)查。根據(jù)專家意見，刪除不重要指標(biāo)，同時(shí)補(bǔ)充體系中未包含的重要指標(biāo)，完善后形成第2份指標(biāo)體系，再次進(jìn)行專家問卷調(diào)查，直至各專家對(duì)指標(biāo)體系形成統(tǒng)一意見；第2輪問卷按表2將各指標(biāo)劃分為5 個(gè)重要性等級(jí)，請(qǐng)各位專家對(duì)各指標(biāo)的重要程度進(jìn)行打分，以進(jìn)行定量評(píng)價(jià)；并根據(jù)表3和公式（1）構(gòu)造判斷矩陣，評(píng)價(jià)各指標(biāo)的相對(duì)重要性。

表2 重要性等級(jí)劃分Table 2 Importance classification

表3 判斷矩陣的兩兩比較標(biāo)度Table 3 Pairwise comparison scale of judgment matrix

式中：bij為第i個(gè)橫向指標(biāo)與第j個(gè)縱向指標(biāo)相比的相對(duì)重要性得分。

1.3.3 序關(guān)系分析法（G1-法）

使用G1-法分別計(jì)算咖啡豆用作生產(chǎn)速溶咖啡和現(xiàn)磨咖啡時(shí)各指標(biāo)的重要性。運(yùn)用G1-法判斷數(shù)據(jù)矩陣的隨機(jī)一致性比率，根據(jù)W值對(duì)指標(biāo)按重要性進(jìn)行排序。

1）確定序關(guān)系

若評(píng)價(jià)指標(biāo)xi相對(duì)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的重要性程度大于（或不小于）xj，記為xi＞xj。

若評(píng)價(jià)指標(biāo)x1、x2…xm相對(duì)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的重要程度為：

則稱評(píng)價(jià)指標(biāo)x1、x2…xm之間按“＞”確立了序關(guān)系，這里xi*表示{xi*}按序關(guān)系“＞”排定序列后的第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo){i＝1、2…m}。

2）給出xk-1與xk間相對(duì)重要程度的比較判斷

設(shè)專家關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)xk-1與xk的重要性程度之比Wk-1/Wk的理性判斷分別為：

當(dāng)m較大時(shí)，取rm＝1。

關(guān)于rk之間的數(shù)量約束，有以下關(guān)系。

若x1、x2…xm具有序關(guān)系（2），則rk-1與rk必滿足

rk賦值參考如表4所示。

表4 rk賦值參考表Table 4 rk assignment

3）權(quán)重系數(shù)Wk的計(jì)算

若專家給出r k的理性賦值滿足關(guān)系式（4），則Wm為：

1.3.4 實(shí)驗(yàn)方法

口感得分：杯品法[21-24]；香味得分：杯品法[21-23]；色澤得分：客觀評(píng)價(jià)法[25]；粒度測(cè)定：篩分法[26]；脫皮率：將曬干的咖啡豆稱質(zhì)量100 g，咖啡豆脫皮后稱質(zhì)量記為M1，脫皮率記為W，；千粒質(zhì)量：稱取1000 粒咖啡豆的質(zhì)量，即為千粒質(zhì)量M；干燥度：咖啡豆稱100 g，烘焙后稱質(zhì)量記為m1，干燥度記為；雜質(zhì)率：撿出所有雜質(zhì)和缺陷的咖啡豆并將其分組按不同種類堆放或置于不同的容器中，將每一種雜質(zhì)和缺陷稱質(zhì)量，精確至0.1 g，計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，通過系數(shù)換算表[27]的系數(shù)乘以每種缺陷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算其質(zhì)量損失百分率即雜質(zhì)率；還原糖含量測(cè)定：直接滴定法[28]；咖啡因含量測(cè)定：高效液相色譜法[29]；碳水化合物含量測(cè)定：酶重量法[30]；揮發(fā)物質(zhì)總含量測(cè)定：近紅外光譜法[31]；綠原酸含量測(cè)定：高效液相色譜法[32]；葫蘆巴堿含量測(cè)定：近紅外光譜法[31]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel軟件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)輸入和整理，采用SPSS 25.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析聚類分析等多元統(tǒng)計(jì)分析，Origin 2022繪圖軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 品質(zhì)指標(biāo)整理

經(jīng)文獻(xiàn)查閱和產(chǎn)業(yè)調(diào)研，初步確定咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)23 項(xiàng)，其中包括食味品質(zhì)3 項(xiàng)、營養(yǎng)品質(zhì)9 項(xiàng)、加工品質(zhì)4 項(xiàng)、商品品質(zhì)7 項(xiàng)，各指標(biāo)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)范圍和評(píng)價(jià)方法見表5。其中，食味品質(zhì)是對(duì)咖啡豆食用過程種呈現(xiàn)出的色、香、味和口感的評(píng)價(jià)；營養(yǎng)品質(zhì)是對(duì)咖啡豆中氨基酸、植物化學(xué)素等含量的評(píng)價(jià)；加工品質(zhì)是對(duì)咖啡豆加工可行性、效率及加工產(chǎn)物品質(zhì)的評(píng)價(jià)；商品品質(zhì)則是對(duì)咖啡豆商品價(jià)值、外觀和儲(chǔ)運(yùn)價(jià)值的評(píng)價(jià)。

表5 咖啡品質(zhì)指標(biāo)選用表Table 5 Selection of coffee quality indexes

2.2 品質(zhì)指標(biāo)體系構(gòu)建

從上述24 項(xiàng)指標(biāo)中，經(jīng)3 輪問卷調(diào)查及G1-法計(jì)算，最終篩選出10 項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建不同用途的咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)體系，速溶咖啡用咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)體系見圖1，現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)體系見圖2。經(jīng)G1-法計(jì)算，速溶咖啡品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)按重要性排序分別為香味、口感、脫皮率、干燥度、還原糖含量、咖啡因含量、粒度、碳水化合物含量、千粒質(zhì)量、綠原酸含量。現(xiàn)磨咖啡品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)按重要性排序分別為口感、粒度、揮發(fā)物質(zhì)總含量、香味、還原糖含量、雜質(zhì)率、色澤、千粒質(zhì)量、葫蘆巴堿含量、咖啡因含量。

圖1 速溶咖啡用咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)體系占比圖Fig.1 Proportion of coffee bean quality index system for instant coffee

圖2 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)體系占比圖Fig.2 Proportion of quality index system of coffee beans for freshly ground coffee

2.3 主要品質(zhì)指標(biāo)成分差異

測(cè)定不同品種不同產(chǎn)地的樣品的上述篩選品質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果如圖3所示。還原糖是咖啡進(jìn)行美拉德反應(yīng)及焦糖化反應(yīng)并產(chǎn)生風(fēng)味的重要前體物質(zhì)[33]，53 個(gè)樣品中還原糖的含量絕大部分超過8.85 mg/g，高于國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)8.0 mg/kg[34]，僅有云南臨滄市耿馬卡蒂姆（6.61 mg/g）、海南瓊中羅布斯塔（6.63 mg/g）、德宏盈江卡蒂姆（7.36 mg/g）、保山潞江壩鐵皮卡（7.56 mg/g）5 個(gè)樣品達(dá)不到該指標(biāo)要求，占總樣品的9.4%，其中，卡蒂姆1-37號(hào)含量為40.335 mg/g，遠(yuǎn)超其余品種。從粒度看，絕大部分樣品大于5.6 mm，屬二級(jí)以上級(jí)別豆[35]，從千粒質(zhì)量（130～180 g）看，92.4%的樣品符合要求，僅有4 個(gè)樣品達(dá)不到要求，分別是大理賓川卡蒂姆和鐵皮卡、興隆沉香灣、羅布斯塔。從揮發(fā)物質(zhì)總含量來看，如圖3G所示，鐵皮卡3-1、卡蒂姆1-13和卡蒂姆1-25號(hào)含量最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為26.460%、26.320%和24.467%，其余品種質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過16%。所有樣品均符合小于0.2%的雜質(zhì)率要求。

圖3 53 個(gè)樣品主要品質(zhì)指標(biāo)Fig.3 Major quality indexes of 53 samples

從口感上來看，卡蒂姆1-13、羅布斯塔4-8和卡蒂姆1-38號(hào)口感最佳，評(píng)分分別為7.844、7.778 分和7.578 分。羅布斯塔4-10號(hào)評(píng)分最低，僅有1.113 分，其余品種口感評(píng)分均在5.8 分以上。從香味上來看，卡蒂姆1-13、羅布斯塔4-8和卡蒂姆1-38號(hào)香味最佳，分別為7.511、7.311 分和7.289 分，同樣是羅布斯塔4-10號(hào)評(píng)分最低，僅為1.134 分。從色澤上來看，所有樣品的色澤都在5.5 分以上，卡蒂姆1-3、鐵皮卡3-2和卡蒂姆1-4色澤評(píng)分最高，分別為8.111、7.867 分和7.733 分。從雜質(zhì)率來看，如圖3F所示，卡蒂姆1-32、園豆2-3和羅布斯塔4-1號(hào)的雜質(zhì)率最低，分別為0.5%、1.0%和1.0%。雜質(zhì)率最高的是羅布斯塔4-7號(hào)，為13.0%，均符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2%）[26]。

咖啡因是一種中樞神經(jīng)興奮劑，可以短暫地消除困倦，振奮精神且具有伸進(jìn)保護(hù)、改善血管功能等多種生物活性作用。從咖啡因含量來看，如圖3所示，所有樣品的咖啡因質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在1.1%以上，羅布斯塔4-7、4-2和4-10號(hào)含量最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到2.520%、2.455%和2.376%?？傮w來看，羅布斯塔品種中的咖啡因含量均高于其他品種，也符合NY/T 604—2020《生咖啡》中對(duì)阿拉卡比種≥0.6%、羅布斯塔種≥1.5%的規(guī)定[35]?？Х纫蚝砍Ｕ几少|(zhì)量的1%～4%，種內(nèi)和種間均有很大差異[36]。但是咖啡因含量越高，口感往往也越苦澀，因此咖啡因含量與綜合得分負(fù)相關(guān)，與口感得分也呈強(qiáng)烈負(fù)相關(guān)。綠原酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.28%（1-27）至0.93%（3-3），綠原酸的測(cè)定結(jié)果與一般烘焙咖啡豆測(cè)定結(jié)果[37-38]類似，綠原酸和咖啡因一起賦予咖啡特殊的風(fēng)味。

2.4 相關(guān)性分析

對(duì)53 個(gè)樣品的15 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)性矩陣見圖4，指標(biāo)之間存在相關(guān)性。其中，口感和香味呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），粒度＞7.1 mm和千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，和咖啡因含量呈顯著負(fù)相關(guān)，粒度＞6.7 mm和咖啡因含量以及雜質(zhì)率呈顯著負(fù)相關(guān)，粒度＞5.6 mm和咖啡因含量呈顯著正相關(guān)，咖啡因含量和碳水化合物含量、揮發(fā)物質(zhì)總含量呈顯著負(fù)相關(guān)，和雜質(zhì)率呈顯著正相關(guān)，碳水化合物含量和揮發(fā)物質(zhì)總含量呈顯著正相關(guān)，還原糖含量和葫蘆巴堿含量呈顯著正相關(guān)，綠原酸含量也與揮發(fā)物質(zhì)總含量、香味和口感顯著負(fù)相關(guān)。15 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)之間相關(guān)性復(fù)雜且信息相互重疊，需要通過多元統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行進(jìn)一步綜合分析。

圖4 主要品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析圖Fig.4 Correlation analysis among major quality indexes

2.5 主成分分析

2.5.1 速溶咖啡用咖啡豆

主成分分析是通過對(duì)指標(biāo)體系的內(nèi)在結(jié)構(gòu)研究進(jìn)行降維，將多個(gè)指標(biāo)簡化為若干相互獨(dú)立且能反映原有指標(biāo)大部分信息的綜合指標(biāo)，適用于對(duì)各咖啡豆品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比較，從而確定各類農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)與優(yōu)質(zhì)品種，通過旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣荷載值的絕對(duì)值的大小篩選云南咖啡特征性品質(zhì)指標(biāo)。通過對(duì)海南、云南不同產(chǎn)地的咖啡豆樣品11 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到速溶咖啡用咖啡豆的方差貢獻(xiàn)分析表、碎石圖及其成分矩陣，如表6、圖5和表7。

圖5 速溶咖啡用咖啡豆主成分分析碎石圖Fig.5 Gravel diagram for principal component analysis of coffee beans for instant coffee

表6 速溶咖啡用咖啡豆總方差解釋Table 6 Explanation of total variance of coffee beans for instant coffee

表7 速溶咖啡用咖啡豆成分矩陣Table 7 PC matrix of coffee beans for instant coffee

以特征值λ＞1的方差貢獻(xiàn)率確定最優(yōu)的主成分?jǐn)?shù)，由表6及圖5可知，前4 個(gè)主成分的特征值大于1，貢獻(xiàn)率分別為29.363%、19.704%、13.992%、9.204%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到72.26%，可以基本反映原始指標(biāo)的信息，由初始的11 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)降為4 個(gè)互不相關(guān)的主成分。提取前4 個(gè)主成分代替原11 個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)速溶咖啡用咖啡豆的品質(zhì)指標(biāo)。由表7可得，第1主成分主要綜合了粒度、千粒質(zhì)量，第2主成分主要綜合了口感、香味，第3主成分影響最大的為咖啡因含量，第4主成分主要反映干燥度和還原糖含量。

2.5.2 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆

同上可得現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆的方差貢獻(xiàn)分析表、碎石圖及其成分矩陣，見表8、圖6和表9。由表8和圖6知，前4 個(gè)主成分的特征值大于1，貢獻(xiàn)率分別為27.071%、17.117%、15.209%、10.185%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到69.582%，由初始的12 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)降為4 個(gè)不相關(guān)的主成分。其中，第1主成分主要綜合了粒度和千粒質(zhì)量，第2主成分主要綜合了口感與香味，第3主成分主要反映咖啡因含量和雜質(zhì)率，第4主成分則是葫蘆巴堿含量和還原糖含量。

圖6 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆主成分分析碎石圖Fig.6 Gravel diagram for principal component analysis of coffee beans for freshly ground coffee

表8 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆總方差解釋Table 8 Explanation of total variance of coffee beans for freshly ground coffee

表9 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆成分矩陣Table 9 PC matrix of coffee beans for freshly ground coffee

2.6 聚類分析

根據(jù)主成分分析結(jié)果，采用組間聯(lián)接和平方Euclidean距離分別對(duì)咖啡豆用作速溶咖啡和現(xiàn)磨咖啡用途的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，通過聚類把不同品質(zhì)指標(biāo)中相關(guān)性較強(qiáng)的指標(biāo)優(yōu)先聚在一起，單獨(dú)分為一類的指標(biāo)具有相對(duì)獨(dú)立性。速溶咖啡用咖啡豆的指標(biāo)聚類分析結(jié)果見圖7，現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆的指標(biāo)聚類分析結(jié)果見圖8。

圖7 速溶咖啡主要品質(zhì)指標(biāo)聚類分析圖Fig.7 Cluster analysis of major quality indexes of coffee beans for instant coffee

圖8 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆主要品質(zhì)指標(biāo)聚類分析圖Fig.8 Cluster analysis of major quality indexes of coffee beans for freshly ground coffee

結(jié)果表明，咖啡豆用作速溶咖啡時(shí)，在類間距離為20時(shí)，上述指標(biāo)被分為4 類，第1類主要綜合了口感、香味和干燥度，第2類則是粒度和千粒質(zhì)量，第3類是碳水化合物含量，第4類則為還原糖、咖啡因、綠原酸含量。用作現(xiàn)磨咖啡時(shí)，在類間距離為20時(shí)，同樣可被分為4 類，第1類為口感、香味，第2類是粒度千粒質(zhì)量，第3類則為還原糖與葫蘆巴堿含量，第4類是咖啡因含量、色澤和雜質(zhì)率。

2.7 綜合評(píng)價(jià)與特征性指標(biāo)篩選

2.7.1 綜合評(píng)價(jià)

用表6中各指標(biāo)變量的主成分載荷除以載荷初始特征值的平方根，得到4 個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的系數(shù)，即特征向量。以每個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)矩陣的特征向量為權(quán)重構(gòu)建4 個(gè)主成分得分Fn（n＝1～4）的函數(shù)表達(dá)式，如下式：

將上述選定的第1、2、3、4主成分的方差貢獻(xiàn)率α1、α2、α3、α4與前4 個(gè)主成分的總貢獻(xiàn)率之比當(dāng)成權(quán)數(shù)，按主成分綜合得分模型（式（11））計(jì)算主成分綜合得分F總（F總越高說明該品種用于速溶咖啡加工時(shí)品質(zhì)越好，反之越差）：

在主成分分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)綜合得分模型計(jì)算不同品種和產(chǎn)地適用于速溶咖啡用咖啡豆的綜合得分，見圖9。

圖9 速溶咖啡用咖啡豆主成分綜合得分圖Fig.9 Comprehensive scores of principal components for coffee beans for instant coffee

如圖9所示，云南臨滄、云南怒江、云南保山的卡蒂姆品種以及云南大理的鐵皮卡品種的綜合得分最高，分別為1.310、1.298、1.176和0.958，亦即適用于速溶咖啡用咖啡豆的優(yōu)質(zhì)品種為卡蒂姆和鐵皮卡，主產(chǎn)區(qū)為云南。

同上，根據(jù)表8構(gòu)建用于現(xiàn)磨咖啡加工時(shí)4 個(gè)主成分得分的函數(shù)表達(dá)式Fn（n＝1～4），如下式：

將上述選定的第1、2、3、4主成分的方差貢獻(xiàn)率α1、α2、α3、α4與前4 個(gè)主成分的總貢獻(xiàn)率之比當(dāng)成權(quán)數(shù)，按主成分綜合模型（式（16））計(jì)算主成分綜合得分：

在主成分分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)綜合得分模型計(jì)算不同品種和產(chǎn)地適用于現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆的綜合得分，見圖10。結(jié)果表明云南普洱、云南怒江、云南德宏的卡蒂姆品種的綜合得分最高，分別為1.148、1.131、0.990，適用于現(xiàn)磨咖啡的主產(chǎn)區(qū)為云南，優(yōu)質(zhì)品種為卡蒂姆。

圖10 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆主成分綜合得分圖Fig.10 Comprehensive scores of principal components for coffee beans for freshly ground coffee

綜合以上，總結(jié)不同用途咖啡豆的優(yōu)質(zhì)品種與產(chǎn)區(qū)，如表10所示。對(duì)于同一個(gè)咖啡豆品種，咖啡豆品質(zhì)差異主要由不同產(chǎn)區(qū)的土壤條件、海拔差異引起：咖啡豆的千粒質(zhì)量、總糖含量與海拔呈顯著正相關(guān)關(guān)系[39]，咖啡因含量則與海拔呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[40]，土壤肥力與營養(yǎng)元素差異也會(huì)影響咖啡豆品質(zhì)[41]。除此之外，同一個(gè)品種的遺傳因素也會(huì)對(duì)感官品質(zhì)造成較大影響[12]。因此，綜合計(jì)算得出的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)僅為該批樣品得出的參考地，實(shí)際種植需更多考慮農(nóng)藝因素的影響。

表10 不同用途咖啡豆優(yōu)質(zhì)品種與產(chǎn)區(qū)Table 10 Dominant production areas and high-quality varieties of coffee beans for different purposes

2.7.2 速溶用咖啡豆特征性指標(biāo)篩選

將11 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)與咖啡豆樣品的綜合得分值進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表11。綜合評(píng)分與口感、香味呈極顯著正相關(guān)，與粒度＞7.1 mm、千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，與咖啡因含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。以11 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)為自變量，53 個(gè)樣品的綜合得分值為因變量進(jìn)行逐步線性回歸分析，得到的擬合方程為F＝0.440x1+0.017x2-0.078x3-1.582x4-0.971（R2＝0.740，P＜0.001），其中x1、x2、x3、x4分別為口感、千粒質(zhì)量、碳水化合物總含量、咖啡因含量。由表7旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣可知，對(duì)于生產(chǎn)速溶咖啡用咖啡豆，第1主成分影響最大的是粒度，第2主成分影響最大的是口感和香味，第3主成分影響最大的是碳水化合物含量。綜合以上，考慮千粒質(zhì)量和粒度為強(qiáng)相關(guān)指標(biāo)且粒度在生產(chǎn)中更為常用，故選取粒度、口感、香味、碳水化合物含量為速溶咖啡用咖啡豆的特征性品質(zhì)指標(biāo)。

表11 速溶咖啡用咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)和綜合評(píng)分相關(guān)度Table 11 Correlation between quality indexes and comprehensive scores of coffee beans for instant coffee

2.7.3 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆特征性指標(biāo)篩選

將12 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)與咖啡豆樣品的綜合得分值進(jìn)行相關(guān)性分析，見表12。綜合得分值F與口感、粒度＞7.1 mm、千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與粒度＞6.7 mm、香味呈顯著正相關(guān)，與粒度＞5.6 mm、咖啡因含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。以12 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)為自變量，53 個(gè)樣品的綜合得分值為因變量進(jìn)行逐步線性回歸分析，得到的擬合方程為F＝0.214x1+0.018x2-1.482x3-1.883（R2＝0.640，P＜0.001），其中x1、x2、x3分別為口感得分、千粒質(zhì)量、咖啡因含量，亦即綜合得分與口感、千粒質(zhì)量、咖啡因含量3 個(gè)因素相關(guān)。由表9旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣可知，對(duì)于現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆，第1主成分的中影響最大的為粒度，第2主成分影響最大的為口感和香味，第3主成分影響最大的為咖啡因含量。綜合以上結(jié)果，最終選取粒度、口感、香味、咖啡因含量作為特征性品質(zhì)指標(biāo)。

表12 現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)和綜合評(píng)分相關(guān)度Table 12 Correlation between quality indexes and comprehensive scores of coffee beans for freshly ground coffee

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了基于速溶、現(xiàn)磨兩種用途的咖啡豆品質(zhì)評(píng)價(jià)體系：文獻(xiàn)調(diào)研初篩得到的23 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)經(jīng)過Delphi評(píng)價(jià)法和序關(guān)系計(jì)算法后，得出速溶咖啡用咖啡豆包括香味、口感、脫皮率等在內(nèi)10 個(gè)主要品質(zhì)指標(biāo)及現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆包括口感、粒度、揮發(fā)性物質(zhì)總含量在內(nèi)的10 個(gè)主要品質(zhì)指標(biāo)。通過主成分分析、聚類分析、多元線性回歸分析進(jìn)行特征性品質(zhì)指標(biāo)篩選，篩選出粒度、口感、香味、碳水化合物含量為速溶咖啡用咖啡豆特征性品質(zhì)指標(biāo)；粒度、口感、香味、咖啡因含量為現(xiàn)磨咖啡用咖啡豆的特征性品質(zhì)指標(biāo)。確定適用于速溶咖啡的咖啡豆主栽品種為卡蒂姆和鐵皮卡，主產(chǎn)區(qū)為云南；適用于現(xiàn)磨咖啡的咖啡豆主栽品種為卡蒂姆，主產(chǎn)區(qū)為云南。構(gòu)建的品質(zhì)指標(biāo)體系有助于咖啡豆品質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的更新，以便實(shí)現(xiàn)咖啡產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。