唐文瀟，肖 瀛，蔣天寧，姜 峰，朱 婧，周一鳴

（1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418；2.上海城建職業(yè)學(xué)院健康與社會(huì)關(guān)懷學(xué)院，上海 201415；3.上海市技師協(xié)會(huì)咖啡專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，上海 200050；4.上海臻致培訓(xùn)學(xué)校，上海 200062）

咖啡是世界三大飲料之一，其原材料咖啡豆原產(chǎn)于非洲的埃塞俄比亞，相繼被引入歐洲、美洲、亞洲已有數(shù)百年的歷史[1]。近年來(lái)，由于冷萃咖啡制備方式簡(jiǎn)單，口感獨(dú)特，格外受到全球咖啡愛(ài)好者的喜愛(ài)。在中國(guó)，冷萃咖啡年均復(fù)合增長(zhǎng)超150%，成為咖啡中增長(zhǎng)率最高的品類(lèi)[2]。相對(duì)于熱萃咖啡的制備方式，冷萃咖啡選用室溫或溫度更低的水，低溫萃取12～24 h，從而獲得更加溫和而又平衡的口感。但是，對(duì)于冷萃咖啡的研究遠(yuǎn)不如熱萃咖啡，對(duì)影響冷萃咖啡品質(zhì)的因素影響作用知之甚少。近幾年，個(gè)別冷萃咖啡的研究表明，咖啡豆品種（產(chǎn)地）、研磨度、萃取時(shí)間和萃取方式都會(huì)影響冷萃咖啡的萃取品質(zhì)[3-4]，冷萃咖啡的可滴定酸值低于熱萃咖啡樣品，冷萃咖啡相較于熱萃咖啡具有更濃郁的甜味、果香和花香，而苦味和酸度更低。然而，咖啡豆烘焙度被認(rèn)為是影響萃取品質(zhì)的重要因素之一，而其對(duì)冷萃咖啡影響的相關(guān)研究鮮有報(bào)道。

現(xiàn)有熱萃咖啡研究表明，不同烘焙度的咖啡豆熱萃飲品的風(fēng)味成分上往往有顯著差異[5-7]?？Х榷购姹哼^(guò)程發(fā)生了美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)，可產(chǎn)生令人愉快或不愉快的香氣物質(zhì)，直接決定咖啡萃取的品質(zhì)，同時(shí)，烘焙過(guò)程中咖啡豆的糖、酸、咖啡因和綠原酸等風(fēng)味及功能性物質(zhì)也在發(fā)生變化。此外，熱萃咖啡飲料的品質(zhì)還受到咖啡種類(lèi)、種植條件、處理方式等多種因素的影響[8-10]，在過(guò)去的幾十年，研究都集中在美洲、非洲咖啡豆?，F(xiàn)有關(guān)于冷萃咖啡研究往往也選用非洲埃塞俄比亞和南美洲巴西等產(chǎn)區(qū)咖啡豆[11-13]，而關(guān)于亞洲（咖啡產(chǎn)區(qū)三大洲之一）種植咖啡豆的研究鮮有涉及。

因此，本研究以2種亞洲的中國(guó)云南與印度尼西亞蘇門(mén)答臘產(chǎn)地的咖啡豆為研究對(duì)象，選擇淺、中、深3種烘焙度，選用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（head space-solid phase microextraction-gas chromatographymass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯(lián)用法測(cè)定揮發(fā)性成分，高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）法測(cè)定咖啡因、葫蘆巴堿、綠原酸等主要苦澀味成分，同時(shí)，這些物質(zhì)對(duì)人體具有特殊的生理活性作用，咖啡因是一種中樞神經(jīng)興奮劑，具有抗疲勞功效；葫蘆巴堿常見(jiàn)于豆科植物中，具有降血糖、抗腫瘤等功效；綠原酸常見(jiàn)于咖啡中的是3-咖啡?？崴?，具有抗腫瘤、清除自由基等功效[14]。因此，探究烘焙度對(duì)冷萃咖啡咖啡因、葫蘆巴堿、綠原酸含量的影響十分有意義。本研究擬從咖啡基本理化特性、非揮發(fā)性成分和揮發(fā)性成分等方面比較冷萃咖啡與熱萃咖啡的差異，探究烘焙度對(duì)冷萃咖啡品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

咖啡豆均購(gòu)買(mǎi)于上海焱焙咖啡有限公司：中國(guó)云南生產(chǎn)的卡蒂姆種咖啡豆的淺烘豆、中烘豆和深烘豆，印度尼西亞蘇門(mén)答臘生產(chǎn)的卡蒂姆種咖啡豆的淺烘豆、中烘豆和深烘豆，使用高精度色度儀測(cè)定L值（代表白度或明暗度），淺烘豆顏色L值范圍為30～32；中烘豆顏色L值范圍為26～29；深烘豆顏色L值范圍為23～25。

咖啡因、葫蘆巴堿、綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品（純度均為99%），1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（純度98%） 上海源葉生物科技有限公司；2,2’-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）、2-辛醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度均為99%） 上海泰坦科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-1800分光光度計(jì)、GCMS-TQ80 GC-MS聯(lián)用儀、LC-20A HPLC儀、SPD-M20A二極陣列檢測(cè)器 日本島津公司；EK43s咖啡磨豆機(jī) 意大利Mahlkonig公司；Pal-Coffee TDS測(cè)定儀 日本ATAGO公司；HACA-3000高精度分光測(cè)色儀 杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 咖啡樣品制備

冷萃咖啡的制備條件：將咖啡豆磨粉（研磨度11，粒徑范圍200～600 μm），按照咖啡粉與水質(zhì)量比1∶16的比例添加5 ℃冷水，置于容器中密封5 ℃浸泡16 h，浸泡完畢后過(guò)濾除去咖啡渣即可。

熱萃咖啡的制備條件：將咖啡豆磨粉（研磨度11），按照咖啡粉與水質(zhì)量比1∶16添加92 ℃熱水，控制注水和浸泡總時(shí)間為3 min，浸泡完畢后過(guò)濾除去咖啡渣即可。本研究冷萃和熱萃條件下制備得到的咖啡萃取量均基本趨于飽和。

1.3.2 咖啡液萃取濃度、萃取率的測(cè)定

咖啡液萃取濃度使用Pal-Coffee TDS折光率測(cè)定儀測(cè)定。取0.5 mL咖啡液，滴在測(cè)定儀上測(cè)定，讀取并記錄萃取濃度參數(shù)，此儀器用常溫咖啡沖泡水清零。

咖啡液萃取率計(jì)算方法參照Liang Jiexin等[15]，咖啡液萃取率按式（1）計(jì)算：

1.3.3 咖啡液可滴定酸、總糖及總酚的測(cè)定

咖啡液可滴定酸的測(cè)定參照Cordoba等[16]的方法。取稀釋10 倍的咖啡液10 mL，加入1～2 滴酚酞溶液，以0.1 mol/L NaOH溶液滴定至溶液黃褐色，加入5 mL 70 ℃蒸餾水，再滴定至溶液呈現(xiàn)微紅色即停止，記錄此時(shí)NaOH溶液滴定量。

咖啡液總糖的測(cè)定參照高文軍等[17]的方法。配制3,5-二硝基水楊酸溶液，靜置1 周；取稀釋3 倍的咖啡液3 mL，加入1 mL 6 mol/L HCl溶液，沸水浴加熱水解30 min。冷卻后，用6 mol/L NaOH溶液中和，定容至10 mL；取1 mL水解咖啡液2 倍稀釋?zhuān)尤?.5 mL 3,5-二硝基水楊酸溶液沸水浴5 min，定容至25 mL，使用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)540 nm處測(cè)吸光度，帶入葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線后×0.9得到總糖含量。

咖啡液總酚的測(cè)定參照Bilge[18]的方法。取稀釋50 倍咖啡液0.5 mL，加入等量0.25 mol/L福林-酚試劑，混勻靜置3 min后再加入1 mL 15% Na2CO3溶液，混勻后于25 ℃，以120 r/min避光離心1 h，使用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)765 nm處測(cè)定吸光度，根據(jù)焦性沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算總酚含量。

1.3.4 咖啡液咖啡因、葫蘆巴堿及綠原酸的測(cè)定

咖啡因含量的測(cè)定：參照GB 5009.139—2014《飲料中咖啡因的測(cè)定》[19]，采用HPLC法。色譜條件：WondaSilTMC18色譜柱（150 mm×3.9 mm，5 μm）；流動(dòng)相：甲醇-水（24∶76，V/V），等度洗脫，流速1.0 mL/min；柱溫30 ℃；進(jìn)樣量10 μL。檢測(cè)器條件：二級(jí)陣列檢測(cè)器，波長(zhǎng)為272 nm。樣品處理：取稀釋10 倍咖啡液5 mL，加入0.5 g MgO，振搖，靜置，取上清液經(jīng)22 μm微孔濾膜過(guò)濾。定量方式：使用咖啡因標(biāo)準(zhǔn)品外標(biāo)定量。

葫蘆巴堿含量的測(cè)定：參照NY/T 3012—2016《咖啡及制品中葫蘆巴堿的測(cè)定》[20]，采用HPLC法。色譜條件：SHIMADAZU-GL WondaCract ODS-2色譜柱（150 mm×3.9 mm，5 μm）；流動(dòng)相：甲醇-水（12∶88，V/V），等度洗脫，流速1.0 mL/min；柱溫30 ℃；進(jìn)樣量10 μL。檢測(cè)器條件：二級(jí)陣列檢測(cè)器，波長(zhǎng)260 nm。樣品處理：取稀釋2 倍咖啡液5 mL，經(jīng)22 μm微孔濾膜過(guò)濾。定量方式：使用葫蘆巴堿標(biāo)準(zhǔn)品外標(biāo)定量。

綠原酸含量的測(cè)定：參照GB/T 22250—2008《保健食品中綠原酸的測(cè)定》[21]，采用HPLC法。流動(dòng)相：乙腈-0.5%乙酸（15∶85，V/V），等度洗脫。檢測(cè)器條件：二級(jí)陣列檢測(cè)器，波長(zhǎng)為327 nm。其他條件同葫蘆巴堿。定量方式：使用綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品外標(biāo)定量。

1.3.5 咖啡液抗氧化能力的測(cè)定

咖啡液DPPH自由基當(dāng)量測(cè)定參照Bilge[18]的方法。樣品組：取稀釋50 倍咖啡液0.25 mL，再取0.75 mL蒸餾水，再加入DPPH試劑（0.2 mmol/L，1 mL），于室溫下避光30 min，使用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)517 nm處測(cè)吸光度為Ai；樣品對(duì)照組：實(shí)驗(yàn)方法同上，無(wú)水乙醇代替DPPH試劑，測(cè)得吸光度為Aj；空白對(duì)照組：方法同樣品組，蒸餾水代替稀釋后的咖啡液，測(cè)得吸光度為Ac。

咖啡液DPPH自由基清除率（R1）按式（2）計(jì)算：

咖啡液ABTS陽(yáng)離子自由基當(dāng)量測(cè)定參照Gorecki等[22]的方法。取稀釋50 倍咖啡液0.1 mL，再加入1.9 mL ABTS試劑，于室溫下避光6 min，使用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)734 nm處測(cè)吸光度為Ax，并以蒸餾水代替咖啡液測(cè)得A0。

咖啡液ABTS陽(yáng)離子自由基清除率（R2）按式（3）計(jì)算：

將R1、R2分別帶入水溶性VE配制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別得到DPPH自由基當(dāng)量和ABTS陽(yáng)離子自由基當(dāng)量。

1.3.6 咖啡液揮發(fā)性化合物的測(cè)定

參照Cheong等[23]的方法，采用HS-SPME-GCMS法。

對(duì)歐米茄而言，精準(zhǔn)是制表工藝的核心。對(duì)腕表用戶而言，這細(xì)微的幾秒則代表了品牌對(duì)卓越品質(zhì)的雋永追求、對(duì)前沿制表技術(shù)的巨大投入與研發(fā)、更代表了對(duì)創(chuàng)新制表工藝的不竭激情。

SPME條件：采用1 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex固相微萃取頭，咖啡液5 mL，加入內(nèi)標(biāo)10 μL，水浴60 ℃，預(yù)熱15 min，吸附30 min。

GC條件：RTX-WAX聚乙二醇強(qiáng)極性毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：起始40 ℃保持2 min，以2 ℃/min至130 ℃，以4 ℃/min至220 ℃，保持4 min，以10 ℃/min至250 ℃，保持5 min；載氣（He）（純度99.999%）流速1.6 mL/min，壓力2.4 kPa；進(jìn)樣方式：進(jìn)樣口溫度200 ℃，SPME頂空進(jìn)樣2 min；分流比為不分流。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度275 ℃；離子源溫度230 ℃；母離子m/z285；激活電壓1.5 V；質(zhì)量掃描范圍m/z35～350。

定量方式：參考Bonino等[24]使用2-辛醇作為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，內(nèi)標(biāo)量44 μg/kg，結(jié)果根據(jù)每個(gè)化合物峰面積相對(duì)于內(nèi)標(biāo)物峰面積之比，按照內(nèi)標(biāo)物質(zhì)濃度換算，按式（4）計(jì)算：

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果以 ±s表示，采用GraphPad Prism 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）、單因素方差分析，P＜0.05，差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘焙度對(duì)冷萃咖啡萃取質(zhì)量分?jǐn)?shù)、萃取率的影響

如圖1所示，本研究發(fā)現(xiàn)2種亞洲產(chǎn)區(qū)（云南、蘇門(mén)答臘）咖啡豆通過(guò)冷萃與熱萃方式獲得的咖啡萃取液，均呈現(xiàn)隨著烘焙度的增加，其萃取質(zhì)量分?jǐn)?shù)與萃取率均有顯著上升（P＜0.05）的趨勢(shì)。這與Somporn等[25]研究發(fā)現(xiàn)的熱萃咖啡規(guī)律相似，該研究指出，將生咖啡豆在100～240 ℃下加熱10 min左右，生咖啡豆的物質(zhì)在高溫下不斷分解，并形成新的物質(zhì)，隨著烘焙溫度上升，烘焙時(shí)間延長(zhǎng)，美拉德反應(yīng)、Strecker反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)也在不斷地進(jìn)行，揮發(fā)性前體化合物（如糖、胺和綠原酸）的降解，從而產(chǎn)生大量水溶性化合物，因此萃取濃度和萃取率會(huì)不斷上升。另一方面Cantaragiu等[26]的研究指出隨著烘焙度增加，咖啡豆組織結(jié)構(gòu)變得蓬松，空腔變大，更有利于物質(zhì)溶出和萃取率上升。本研究還發(fā)現(xiàn)相同烘焙度下，熱萃咖啡的萃取率顯著低于冷萃咖啡（P＜0.05），這可能是因?yàn)樵谙嗤姹憾认拢Х确墼诟邷亟輹r(shí)的吸水率也有所提高，同樣質(zhì)量的咖啡粉，加入同等水后，冷萃咖啡往往能得到更多的咖啡液[25]，因此冷萃咖啡擁有更高的萃取率。

圖1 不同烘焙度冷萃和熱萃亞洲咖啡萃取質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）和萃取率（B）Fig. 1 Extract concentration (A) and extraction efficiency (B) of hot and cold brew coffee with different roasting degrees

2.2 烘焙度對(duì)冷萃咖啡非揮發(fā)性成分的影響

由表1可見(jiàn)，隨云南與蘇門(mén)答臘咖啡豆咖啡烘焙度增加，冷萃咖啡的可滴定酸含量、總糖含量以及總酚含量變化與熱萃咖啡中的變化趨勢(shì)相類(lèi)似，呈下降趨勢(shì)，其中可滴定酸均顯著降低（P＜0.05），深烘冷萃咖啡較淺烘冷萃咖啡可滴定酸含量下降約10%，總糖含量下降約10%，總酚含量下降約25%。本研究中亞洲豆熱萃咖啡的非揮發(fā)性物質(zhì)變化規(guī)律與非洲及美洲豆的研究結(jié)果是相似的，同時(shí)這些研究表明可滴定酸、總糖和總酚含量的減少，與高溫烘焙過(guò)程中一系列的反應(yīng)密不可分[16-18]。另一方面，相同烘焙度下，冷萃咖啡的可滴定酸含量和總酚含量均顯著低于的熱萃咖啡（P＜0.05），分別減少約13%、10%，這可能是由于高溫水能更好地使酸類(lèi)物質(zhì)和酚類(lèi)物質(zhì)溶出[27]。而總糖在冷萃咖啡中的含量均顯著高于相同烘焙度的熱萃咖啡（P＜0.05），約增高10%。

表1 不同烘焙度冷萃和熱萃亞洲咖啡非揮發(fā)性成分Table 1 Non-volatile components of cold and hot brew coffee with different roasting degrees

2.3 烘焙度對(duì)冷萃咖啡抗氧化能力的影響

咖啡中的酚類(lèi)、綠原酸與葫蘆巴堿類(lèi)等都具有抗氧化活性[34]，并且咖啡豆在烘焙過(guò)程中由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的類(lèi)黑精也具有抗氧化活性[35]，因此咖啡中的抗氧化體系是相對(duì)復(fù)雜的。本研究通過(guò)DPPH自由基和ABTS陽(yáng)離子自由基清除能力，探究烘焙度對(duì)冷萃咖啡抗氧化能力的影響。如圖2所示，隨著云南與蘇門(mén)答臘咖啡豆烘焙度增加，冷萃咖啡液中的DPPH自由基和ABTS陽(yáng)離子自由基清除當(dāng)量與熱萃咖啡的變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)顯著降低（P＜0.05）的趨勢(shì)，這與Samsonowicz等[34]關(guān)于美洲咖啡豆熱萃咖啡抗氧化能力的研究結(jié)果相似。另一方面，本研究發(fā)現(xiàn)冷萃咖啡的DPPH自由基和ABTS陽(yáng)離子自由基清除當(dāng)量均顯著低于同烘焙度下熱萃咖啡（P＜0.05），這可能與熱萃咖啡中含有更多的具有抗氧化活性的非去質(zhì)子酸有關(guān)[35]。此外，深烘冷萃咖啡DPPH自由基清除當(dāng)量較熱萃方式下降幅度更為明顯，這有可能與深烘咖啡豆中存在某些低溫水溶性較差的抗氧化物質(zhì)有關(guān)。

圖2 不同烘焙度冷萃和熱萃亞洲咖啡DPPH自由基（A）和ABTS陽(yáng)離子自由基（B）清除當(dāng)量Fig. 2 DPPH radical (A) and ABTS radical cation (B) scavenging effects of hot and cold brew coffee with different roasting degrees

2.4 烘焙度對(duì)冷萃咖啡中揮發(fā)性化合物的影響

本研究從12 組咖啡樣品中篩選出76種主要的揮發(fā)性風(fēng)味成分，這些物質(zhì)中包括多種酮、醛、酚、醇、酯、酸、吡嗪、吡咯和呋喃等。參考精品咖啡協(xié)會(huì)的咖啡風(fēng)味分類(lèi)，將篩選出的76種香氣成分分為酶促反應(yīng)香氣（花果香類(lèi)）、美拉德反應(yīng)香氣（烘焙堅(jiān)果類(lèi)）、干蒸餾類(lèi)、瑕疵類(lèi)四大類(lèi)。由表2可知，無(wú)論冷萃還是熱萃方式，云南豆咖啡萃取液中花果類(lèi)揮發(fā)性成分相對(duì)占比約2%～4%，而蘇門(mén)答臘豆咖啡萃取液中花果類(lèi)香氣占比更高，約5%～11%；2種亞洲豆咖啡液中的烘焙堅(jiān)果類(lèi)香氣占比約75%～90%，剩余部分為約4%～19%的瑕疵類(lèi)香氣和約2%～5%的干蒸餾類(lèi)香氣。在相同烘焙度下，冷萃咖啡的揮發(fā)性成分總量多于熱萃咖啡，各大類(lèi)香氣含量也分別高于熱萃咖啡，同時(shí)，冷萃咖啡的花果香類(lèi)揮發(fā)性成分相對(duì)占比更高，而烘焙堅(jiān)果類(lèi)揮發(fā)性成分相對(duì)占比較低。這與陳仲娜等[36]關(guān)于云南小?？Х壤漭秃蜔彷涂Х认銡獬煞值难芯拷Y(jié)果相近，該研究發(fā)現(xiàn)云南冷萃在柑橘類(lèi)香、甜香、水果香、堅(jiān)果香均比熱萃濃郁且豐富，而熱萃在酸香、爆谷物香、煙熏香、焦香均比冷萃的濃郁且豐富。此外，本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于云南咖啡豆，冷萃相對(duì)于熱萃的萃取液中瑕疵類(lèi)揮發(fā)性成分更少，對(duì)于蘇門(mén)答臘咖啡豆，冷萃的瑕疵類(lèi)揮發(fā)性成分則多于熱萃。

值得注意的是，隨著烘焙度的增加，冷萃與熱萃咖啡中的揮發(fā)性成分總量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，尤其是2-甲基丁醛、2-乙基吡嗪、榛子吡嗪、糠基甲基硫醚和乙酸糠醇酯等呈現(xiàn)烘焙堅(jiān)果類(lèi)、瑕疵類(lèi)和干蒸餾類(lèi)香氣成分含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)（P＜0.05），而花果香類(lèi)揮發(fā)性成分含量較為穩(wěn)定。而從相對(duì)占比上看，隨著烘焙度的增加，花果香類(lèi)和烘焙堅(jiān)果類(lèi)揮發(fā)性成分相對(duì)占比均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而瑕疵類(lèi)和干蒸餾類(lèi)相對(duì)占比均上升趨勢(shì)，這種趨勢(shì)在云南豆冷萃的咖啡中更為明顯。特別是深烘咖啡相較于淺烘咖啡，冷萃液中醚類(lèi)、酚類(lèi)、酮類(lèi)和雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)含量有50%以上的增加，這些成分主要呈烘焙堅(jiān)果類(lèi)、瑕疵類(lèi)和干蒸餾類(lèi)香氣，尤其是呈現(xiàn)烘焙堅(jiān)果類(lèi)香氣的糠基甲醚、2-(呋喃-2-基甲基)呋喃，瑕疵類(lèi)香氣的1-甲基吡咯、苯酚和鄰甲酚，干蒸餾類(lèi)香氣的糠基甲基硫醚、2-乙酰-1-甲基吡咯等物質(zhì)增加顯著，這可能是消費(fèi)者品嘗使用深度烘焙豆冷萃的咖啡時(shí)感受到香氣更加濃郁的主要原因。

表2 不同烘焙度冷萃和熱萃亞洲咖啡揮發(fā)性化合物含量Table 2 Volatile compound contents of hot and cold brew coffee with different roasting degrees

續(xù)表2

2.5 咖啡香氣成分PCA

現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)不同烘焙度冷萃咖啡揮發(fā)性成分的研究鮮有報(bào)道，為進(jìn)一步探究不同烘焙度冷萃和熱萃咖啡揮發(fā)性成分的差異，將76種具有香氣的揮發(fā)性化合物進(jìn)行PCA。由圖3A可知，12 組冷萃和熱萃咖啡樣品在PC1和PC2維度上有較好區(qū)分，PC1和PC2的貢獻(xiàn)度分別為46.34%%和24.15%，淺烘咖啡（紅線以上）主要分布于第1象限附近，中烘咖啡（紅、綠線中間）主要分布于原點(diǎn)兩側(cè)，深烘咖啡（綠線以下）主要分布于第3象限附近，表明淺、中和深烘咖啡的揮發(fā)性物質(zhì)貢獻(xiàn)率具有明顯差異，可以根據(jù)揮發(fā)性成分有效區(qū)分不同烘焙度的咖啡。與淺烘咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有2-丁烯醛、香葉醇、糠醇、辛酸、亞油酸等，這些物質(zhì)呈現(xiàn)香氣以花香、甜味、油脂味為主；與中烘咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有己醛、2,6-二乙基吡嗪、5-甲基糠醛等，呈現(xiàn)了花香、果味、堅(jiān)果等香氣；與深烘咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分明顯多于前兩者，3-乙基吡啶、甲基糠硫醇、2,5-二乙基吡嗪、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、1-甲基-2-吡咯甲醛、異戊酸肉桂酯、2,5-二甲基吡嗪等富含煙味、香料、焙烤、堅(jiān)果類(lèi)香氣成分。此外，揮發(fā)性成分對(duì)蘇門(mén)答臘豆咖啡的貢獻(xiàn)率總體高于云南豆咖啡，且影響主要揮發(fā)性成分也不同。另一方面，中烘與深烘豆咖啡冷萃的樣品點(diǎn)之間的離散度較熱萃啡樣品點(diǎn)的離散度更大，表明深烘咖啡豆對(duì)冷萃咖啡香氣成分的影響更大。

由圖3B可知，咖啡樣品在PC1和PC3兩個(gè)維度上有所區(qū)分，能反映原始數(shù)據(jù)的變異信息，其中PC1和PC3的貢獻(xiàn)度分別為46.34%和14.19%。熱萃咖啡（紅圈）主要分布于PC1、PC3的正半軸而冷萃咖啡（綠圈）主要分布于PC1、PC3負(fù)半軸附近，而揮發(fā)性成分的分布規(guī)律是PC1負(fù)半軸明顯高于正半軸，表明冷萃和熱萃咖啡的揮發(fā)性物質(zhì)貢獻(xiàn)率具有差異，可以根據(jù)揮發(fā)性成分有效區(qū)分不同萃取方式的咖啡。其中與熱萃咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有甲基糠硫醇、榛子吡嗪、5-甲基糠醛、辛酸、吲哚、亞油酸、肉豆蔻酸等，這些物質(zhì)主要呈現(xiàn)焙烤、油脂、蠟質(zhì)、焦糖、動(dòng)物味，與冷萃咖啡分布較近的揮發(fā)性成分更多，主要有2-丁酮、2-乙烯基呋喃、丙酮醇、2,6-二乙基吡嗪、2,5-二乙基吡嗪、香葉醇等，這些物質(zhì)呈現(xiàn)果味、花香、甜味、堅(jiān)果味等，因此冷萃和熱萃咖啡在主要揮發(fā)性成分方面有較大差異，且香氣呈現(xiàn)類(lèi)型也有較大差別。另外，3-乙基吡啶、2,5-二乙基吡嗪等物質(zhì)含量變化明顯受到到烘焙度的影響，這與Caporaso等[37]關(guān)于25種非洲、美洲和亞洲豆的熱萃咖啡香氣成分研究結(jié)果相似。

此外，對(duì)冷萃咖啡樣品和熱萃咖啡樣品分別進(jìn)行PCA（圖3C、D），從而分析不同烘焙度的咖啡豆在冷萃與熱萃萃取液中揮發(fā)性成分影響的差異。由圖3C可知，6 組冷萃咖啡樣品在PC1和PC2維度上有明顯區(qū)分，PC1和PC2的貢獻(xiàn)度分別為54.65%和32.52%。淺烘冷萃咖啡（紅線以上）主要分布于第2象限附近，中烘冷萃咖啡（紅、綠線中間）主要分布于原點(diǎn)兩側(cè)，深烘冷萃咖啡（綠線以下）主要分布于第4象限附近，揮發(fā)性成分主要分布于PC1正半軸，表明不同烘焙度的冷萃咖啡的揮發(fā)性物質(zhì)貢獻(xiàn)率具有明顯差異。與淺烘冷萃咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有2-丁酮、香葉醇、辛酸（蘇門(mén)答臘豆）和2-丁烯醛、亞油酸（云南豆）；與中烘冷萃咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有2,3-戊二酮、己醛、(Z)-芳樟醇氧化物（蘇門(mén)答臘豆）和2,6-二乙基吡嗪、川芎嗪、吲哚（云南豆）；與深烘冷萃咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有2-乙烯基呋喃、2-乙酰呋喃、2-丙?；秽ㄌK門(mén)答臘豆）和甲基糠硫醇、2,5-二乙基吡嗪、糠基甲基硫醚、異戊酸肉桂酯（云南豆）。由圖3D可知，6 組熱萃咖啡樣品在PC1和PC2維度上有明顯區(qū)分，PC1和PC2的貢獻(xiàn)度分別為50.66%和34.33%。淺烘熱萃咖啡（紅線以下）主要分布于第3象限附近，中烘熱萃咖啡（紅、綠線中間）主要分布于原點(diǎn)兩側(cè)，深烘熱萃咖啡（綠線以上）主要分布于第2象限附近，揮發(fā)性成分主要分布于PC1正半軸。與淺烘熱萃咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有香葉醇、糠醇、辛酸（蘇門(mén)答臘豆）和丙酮醇、亞油酸（云南豆）；與中烘熱萃咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有2,4,5-三甲基惡唑、2,3-戊二酮、苯酚（蘇門(mén)答臘豆）和2,6-二乙基吡嗪、川芎嗪、吲哚（云南豆）；與深烘熱萃咖啡分布較近的主要揮發(fā)性成分有榛子吡嗪、乙酸糠醇酯、3,4-己烷二酮、2-甲基吡嗪（蘇門(mén)答臘豆）和二甲基二硫、對(duì)甲酚、1-甲基吡咯、肉桂丙烯醛（云南豆）。

綜合PCA結(jié)果表明，冷萃和熱萃咖啡中代表性的揮發(fā)性成分差異較大。隨著烘焙度增加，咖啡中烘焙堅(jiān)果類(lèi)、瑕疵類(lèi)和干蒸餾類(lèi)成分含量增加，這些成分對(duì)各組咖啡風(fēng)味成分差異特征的貢獻(xiàn)率也在增加，尤其瑕疵類(lèi)香氣占總香氣成分比例上升顯著，且這種影響在冷萃咖啡中更為明顯，尤其是深度烘焙豆冷萃的咖啡液。

圖3 不同烘焙度冷萃和熱萃亞洲咖啡揮發(fā)性成分PCAFig. 3 PCA plots of volatile components in hot and cold brew coffee with different roasting degrees

3 結(jié) 論

以亞洲咖啡豆為研究對(duì)象，探究不同烘焙度對(duì)冷萃咖啡的理化性質(zhì)、非揮發(fā)性成分、揮發(fā)性成分的影響，并與熱萃咖啡進(jìn)行比較分析?？傮w來(lái)說(shuō)，烘焙度對(duì)冷萃與熱萃咖啡的理化性質(zhì)與非揮發(fā)性成分的影響較為相似，隨著烘焙度增加，咖啡萃取液的濃度、萃取率均顯著上升，可滴定酸、總酚、總糖、葫蘆巴堿、綠原酸水平和抗氧化活性均顯著下降（P＜0.05），特別是深烘冷萃咖啡的DPPH自由基清除活性較熱萃下降更為明顯。在相同烘焙度下，冷萃咖啡的可滴定酸、總酚含量、抗氧化活性顯著低于熱萃咖啡，萃取率與總糖顯著高于熱萃咖啡，而冷萃與熱萃不同萃取方式對(duì)咖啡因、葫蘆巴堿、綠原酸含量的影響較弱。

萃取方式（冷萃、熱萃）與烘焙度等因素均會(huì)影響咖啡萃取液中的揮發(fā)性成分組成，具有較明顯差異。淺烘咖啡萃取液中的2-丁酮、2-丁烯醛等花果香類(lèi)物質(zhì)對(duì)冷萃方式的貢獻(xiàn)率更高，而2-甲基吡嗪、糠醇等烘焙堅(jiān)果類(lèi)香氣物質(zhì)對(duì)熱萃方式的貢獻(xiàn)率更高。中烘咖啡萃取液中2,6-二乙基吡嗪、川芎嗪等以烘焙堅(jiān)果類(lèi)香氣為主物質(zhì)對(duì)冷萃和熱萃方式均有較更高的貢獻(xiàn)率。深烘咖啡萃取液中2-乙烯基呋喃、甲基糠硫醇、2,5-二乙基吡嗪、糠基甲基硫醚等物質(zhì)對(duì)冷萃方式有較高的貢獻(xiàn)率，二甲基二硫、對(duì)甲酚、1-甲基吡咯等物質(zhì)對(duì)熱萃方式的貢獻(xiàn)率更高。在相同烘焙度下，冷萃咖啡中呈現(xiàn)花果香類(lèi)的揮發(fā)性成分含量顯著高于熱萃咖啡。而隨著烘焙度增加，咖啡中花果香類(lèi)成分占比下降，烘焙堅(jiān)果類(lèi)、瑕疵類(lèi)和干蒸餾類(lèi)成分占比增加，尤其瑕疵類(lèi)香氣相對(duì)占比上升顯著，且這種影響趨勢(shì)在深烘冷萃咖啡中更為明顯。因此，相較于熱萃方式，烘焙度對(duì)冷萃咖啡揮發(fā)性成分具有更大的影響。