Preparation and Flavor Quality Characteristics of Freeze-dried Coffee Powder

HU Rongsuo; DUAN Qizhan; DONG Wenjiang; CHEN Zhihua; JIANG Kuaile; SHAN Yunhui; ZONG Ying; LONG Yuzhou

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.08.024

Chinese Journal of Tropical Crops >

2019 , Vol. 40 >Issue 8: 1618 - 1625

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.08.024

Agricultural Product Processing, Preservation, Storage, Analysis and Detection

Preparation and Flavor Quality Characteristics of Freeze-dried Coffee Powder

HU Rongsuo ¹^,³^,⁴ ,
DUAN Qizhan ² ,
DONG Wenjiang ^,¹^,³^,⁴^,^* ,
CHEN Zhihua ² ,
JIANG Kuaile ² ,
SHAN Yunhui ⁵ ,
ZONG Ying ¹^,³^,⁴ ,
LONG Yuzhou ^,¹^,³^,⁴^,^*

Expand

1. Spice and Beverage Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Wanning, Hainan 571533, China
2. College of Tropical Crops, Yunnan Agriculture University, Puer, Yunan 665000, China
3. National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research, Wanning, Hainan 571533, China
4. Hainan Provincial Engineering Research Center of Tropical Spice and Beverage Crops, Wanning, Hainan 571533, China
5. Dehong Hougu Coffee Co., Ltd., Dehong, Yunnan 678400, china

^* DONG Wenjiang,E-mail：dongwenjiang.123@163.com;

^* LONG Yuzhou,E-mail： lyzh28007@163.com。

Received date: 2018-12-05

Request revised date: 2019-03-20

Online published: 2019-08-20

Copyright

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Fold

Abstract

The preparation of freeze-dried coffee powder can improve the commercial value and economic benefits of coffee industry. The optimal ideal parameters of the freeze-dried coffee powder were obtained: the heating plate temperature 76.19 ℃, the material loading thickness 1.58 cm, drying chamber pressure 76.84 Pa, the real drying rate 0.23 h ^-1, and the theory drying rate 0.22 h ^-1. The influencing order of the three factors on the drying rate was heating plate temperature>material loading thickness>drying chamber pressure. The quality analysis showed that the water content of the freeze-dried coffee powder reached 3.82%, and there were no significant differences in color, smell and taste (P<0.05). This study would provide technical support for the industrial production of freeze-dried coffee powder.

Key words： coffee; vacuum freeze drying; freeze-dried coffee powder; quality

Cite this article

HU Rongsuo , DUAN Qizhan , DONG Wenjiang , CHEN Zhihua , JIANG Kuaile , SHAN Yunhui , ZONG Ying , LONG Yuzhou . Preparation and Flavor Quality Characteristics of Freeze-dried Coffee Powder[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019 , 40(8) : 1618 -1625 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.08.024

咖啡是茜草科（Rubiaceae）咖啡属（Coffea）多年生常绿灌木或小乔木,咖啡依其独特迷人的香味风靡全世界。常见的速溶咖啡粉是以热加工喷雾干燥为主,在热加工过程中会造成热敏性芳香组分大量散失^[1,2]和发生美拉德反应生成丙烯酰胺等有害物质^[3],大约39%的食物中的丙烯酰胺摄入量来自咖啡^[4],因此冷加工咖啡粉的研制十分必要。我国己有冻干咖啡产品销售,主要产自国外和中国台湾地区;中国大陆速溶咖啡虽然也在逐渐发展^[5],但仍是以热加工喷雾干燥生产,真空冷冻干燥技术研制咖啡粉还未见报道。

国内外在真空冷冻干燥技术应用上已进行了广泛的研究,Ando等^[6]报道了用冻融预处理作用于胡萝卜微波真空冻干,对冻干的干燥速率、干燥物料的结构、复水速率和复水后的力学性能进行了评价;Kanwate等^[7]对比了喷雾干燥、冷冻干燥和真空干燥对鱼鳔明胶理化性质和功能的影响,得出冷冻干燥是一种较好的干燥方法;邹晓霜等^[8]报道了豆腐真空冻干最佳工艺为物料厚度9.00 mm、预冻降温速率0.70 ℃/min、冷阱温度-48.7 ℃、真空度70 Pa、加热板温度51.9 ℃。王治同等^[9]研究表明绿豆粉冷冻干燥最佳工艺条件为装料量10 kg/m²,加热温度95-75-45 ℃,真空度100-80-60 Pa;绿豆粉过140~160目筛,其速溶性最佳。综上所述,真空冻干技术在国内外食品行业中应用广泛,完全可以用于真空冻干咖啡粉的研制。

本研究以单因素实验探讨加热板温度、物料装载厚度和干燥室压强对干燥速率的影响,从而分别确定最佳实验范围,在最佳实验范围内以干燥速率为衡量标准,利用Box-Behnken设计方案进行响应面实验,并对优化条件下的冻干咖啡粉进行品质分析。该项目的实施为冻干咖啡粉的研制提供更多的参考,促进咖啡行业深加工技术的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料实验原料为中粒种咖啡豆,种植于海南省万宁市南林镇咖啡庄园。采用传统日晒加工方式加工成咖啡生豆,将咖啡生豆利用电加工方式烘焙机加工成中深程度烘焙咖啡豆,使用咖啡研磨机研磨成统一粒度咖啡粉,密封保存备用。所有样品采用同一批处理的咖啡豆,冻干咖啡粉与咖啡烘焙豆比较均为该批实验原料,以减少误差。冻干咖啡粉对照样品采购自当地商城。

1.1.2 仪器与设备 MME4002E型电子天平,梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司;MB45型快速水份测定仪,奥豪斯仪器（上海）有限公司;DW-86L728J型超低温保存箱,青岛海尔特种电器有限公司;JDG-0.2型真空冷冻干燥机,兰州科近真空冻干技术有限公司;Xrite-SP62型色差分析仪,美国爱色丽公司。

1.2 方法

1.2.1 咖啡液的制备取烘焙研磨后的咖啡粉使用手冲的方法制备咖啡液,采用1:15（m/V）的比例,例如20 g咖啡粉和300 mL水,水温要求(92±2) ℃,冲泡时间(90±2)s,制备的咖啡低温保存备用。

1.2.2 咖啡液真空冷冻干燥工艺单因素实验以冻干咖啡粉干燥速率为指标,选取三因素为加热板温度、物料装载厚度、干燥室压强进行单因素实验^[10],每个因素选取5个水平。干燥速率公式^[11]如下：

$F=\frac{{{m}_{1}}-{{m}_{2}}}{t{{m}_{1}}}$

式中,F为冻干咖啡粉干燥速率（h^-1）;m₁为咖啡粉原料质量（g）;m₂为冻干咖啡粉质量（g）;t为总时间（h）。

（1）加热板温度对冻干咖啡粉干燥速率的影响：物料装载厚度1.5 cm,干燥室压强70 Pa,按照不同加热板温度（40、50、60、70、80 ℃）进行咖啡液真空冷冻干燥。

（2）物料装载厚度对冻干咖啡粉干燥速率的影响：加热板温度60 ℃,干燥室压强70 Pa ,按照不同物料装载厚度（1、1.25、1.5、1.75、2 cm）进行咖啡液真空冷冻干燥。

（3）干燥室压强对冻干咖啡粉干燥速率的影响：加热板温度60 ℃,物料装载厚度1.5 cm,按照不同干燥室压强（50、60、70、80、90 Pa）进行咖啡液真空冷冻干燥。

1.2.3 冻干咖啡粉干燥工艺响应面实验根据Box-Behnken设计方案,在单因素实验结果基础上,以加热板温度A、物料装载厚度B和干燥室压强C为变量,以冻干咖啡粉干燥速率Y为响应值,建立响应面模型^[12,13,14]。

1.2.4 冻干咖啡粉感官指标测定（1）色差：采用精密色差仪,主要测量L、a、b、C、h值。L表示亮度,0为黑,100为白,0~100为灰色。a表示红绿色之间的色泽,+a为红色,-a为绿色;b表示黄蓝之间的色泽,+b为黄色,-b为蓝色;C值指色度,h指色调角。本研究用ΔE表示被测冻干咖啡粉的色度（L、a、b）与标准白板色泽（L^*、a^*、b^*）的色差值,每个试验样品重复测10次,结果取平均值。ΔE越小说明色泽变化越不明显,相反ΔE值越大色泽变化越明显^[10]。计算公式^[2]如下:

$\Delta E=\sqrt{{{(L-{{L}^{*}})}^{2}}+{{(a-{{a}^{*}})}^{2}}+{{(b-{{b}^{*}})}^{2}}}$

（2）气味和口感：分别称取5 g冻干咖啡粉与6个速溶咖啡商品,以相同的水粉比（15:1,V/m）,相同的冲泡温度（92 ℃）条件下冲泡,组建7人的风味品评小组（3男4女,年龄在18~35岁）,对气味和口感比较并进行盲评打分,其中气味40分,口感60分^[15]。

1.2.5 冻干咖啡粉理化指标测定（1）含水率：干燥咖啡粉含水率使用MB45型快速水分测定仪测定。

（2）溶解性：以4、25、50、75、100 ℃ 5个溶解水温对冻干咖啡粉和咖啡烘焙豆研磨粉进行冲泡,保证所有冲泡的咖啡液样品浓度相同,以冻干咖啡粉和咖啡烘焙豆研磨粉溶解速度及溶解情况判断溶解性^[16]。

1.3 数据处理

采用Design Expert 8.0.6 Trial统计软件中的Box-Behnken设计方案,并对冻干咖啡粉实验数据进行响应面方差及显著性分析并建立回归模型。利用SPSS 19.0软件进行平均值及差异显著性分析,以平均值±标准偏差的方式呈现数据。

2 结果与分析

2.1 冻干咖啡粉干燥工艺参数研究结果与分析

2.1.1 冻干咖啡粉干燥工艺单因素实验（1）加热板温度对冻干咖啡粉干燥速率的影响。由表1可知,加热板温度40、50、60、70、80 ℃中,干燥速率最大的是80 ℃,所以加热板温度最佳取值为60、70、80 ℃进行优化实验。在干燥室压强和物料装载厚度相同的条件下,干燥速率随着加热板温度的升高也逐渐增大,说明一定条件下温度越高干燥效果越好。

表1 不同加热板温度对冻干咖啡粉干燥速率的影响

Tab. 1 Influence of different heating plate temperatures on drying rate of freeze-dried coffee power

水平 Level	加热板温度 Heating plate temperatures/℃	冻干前咖啡粉 Coffee powder before freeze-drying		冻干后咖啡粉 Coffee powder after freeze-drying		时间 Time/h	干燥速率 Drying rate/h^-1
水平 Level	加热板温度 Heating plate temperatures/℃	质量 Quality/g	含水量 Water content/%	质量 Quality/g	含水量 Water content/%	时间 Time/h	干燥速率 Drying rate/h^-1
1	40.00	90.00	0.75±0.05	17.89±0.20	2.86±0.12	22.00	0.18±0.02
2	50.00	90.00	0.81±0.07	18.74±0.16	3.17±0.09	20.00	0.19±0.01
3	60.00	90.00	0.88±0.06	18.01±0.09	2.30±0.16	20.00	0.20±0.03
4	70.00	90.00	0.82±0.02	14.92±0.17	1.86±0.08	24.00	0.21±0.02
5	80.00	90.00	0.85±0.05	16.24±0.22	2.22±0.09	19.00	0.24±0.02

（2）物料装载厚度对冻干咖啡粉干燥速率的影响。由表2可知,不同物料装载厚度1.00、1.25、1.50、1.75、2.00 cm,料装载厚度为1.5 cm时干燥速率达到最大值,因此物料装载厚度最佳取值为1.25、1.50、1.75进行响应面优化实验。在干燥室压强和加热板温度一定的条件下,物料装载厚度对干燥速率的影响呈曲线先上升再下降又上升,最高点的干燥效果最好。陈树俊等^[17]研究得出,随着物料厚度增加,干燥速率呈现明显下降趋势,原因是物料厚度增加,水分向外传递越困难,升华时间长。

表2 不同物料装载厚度对冻干咖啡粉干燥速率的影响

Tab. 2 Influence of loading thickness of different materials on drying rate of freeze-dried coffee power

水平 Level	物料装载厚度 Material loading thickness/cm	冻干前咖啡粉 Coffee powder before freeze-drying		冻干后咖啡粉 Coffee powder after freeze-drying		时间 Time/h	干燥速率 Drying rate/h^-1
水平 Level	物料装载厚度 Material loading thickness/cm	质量 Quality/g	含水量 Water content/%	质量 Quality/g	含水量 Water content/%	时间 Time/h	干燥速率 Drying rate/h^-1
1	1.00	60.00	0.77±0.03	16.88±0.23	3.34±0.09	19.50	0.13±0.01
2	1.25	75.00	0.79±0.02	12.58±0.14	3.37±0.12	19.50	0.25±0.02
3	1.50	90.00	0.85±0.06	12.64±0.11	3.84±0.16	19.50	0.31±0.03
4	1.75	105.00	0.89±0.04	16.23±0.16	2.80±0.13	21.00	0.26±0.01
5	2.00	120.00	0.88±0.03	17.17±0.18	3.17±0.10	21.00	0.28±0.02

（3）干燥室压强对冻干咖啡粉干燥速率的影响。由表3可知,干燥室压强50.00、60.00、70.00、80.00、90.00 Pa,干燥速率最大值为干燥室压强80 Pa时,选取3个水平70.00、80.00、90.00 Pa进行响应面优化实验。在加热板温度和物料装载厚度一定的条件下,干燥室压强低于80.00 Pa时,干燥速率随压强增加而增加;高于80.00 Pa时干燥速率随压强增加而降低,80.00 Pa时干燥速率达到最大,为0.30 h^-1。尹秀莲等^[18]研究得出工作压力低于55.00 Pa时,综合评价值随工作压力增加而增加;工作压力大于55.00 Pa时,综合评价值随工作压力增加而降低,工作压力55.00 Pa时,综合评价值达到最大,为7.29。

表3 不同干燥室压强对冻干咖啡粉干燥速率的影响

Tab. 3 Influence of different drying chamber pressure on drying rate of freeze-dried coffee power

水平 Level	干燥室压强 Drying chamber pressure/Pa	冻干前咖啡粉 Coffee powder before freeze-drying		冻干后咖啡粉 Coffee powder after freeze-drying		时间 Time/h	干燥速率 Drying rate/h^-1
水平 Level	干燥室压强 Drying chamber pressure/Pa	质量 Quality/g	含水量 Water content/%	质量 Quality/g	含水量 Water content/%	时间 Time/h	干燥速率 Drying rate/h^-1
1	50.00	90.00	1.05±0.07	16.10±0.11	4.05±0.12	22.00	0.21±0.02
2	60.00	90.00	1.54±0.06	12.42±0.18	2.37±0.04	22.00	0.28±0.02
3	70.00	90.00	1.13±0.10	13.85±0.23	4.33±0.08	19.00	0.29±0.04
4	80.00	90.00	1.15±0.05	13.17±0.13	3.26±0.07	19.00	0.30±0.03
5	90.00	90.00	1.15±0.08	19.80±0.15	2.26±0.15	21.00	0.17±0.01

2.1.2 冻干咖啡粉干燥工艺响应面实验（1）响应面实验因素和水平表。在单因素的基础上,确定加热板温度（A）、物料装载厚度（B）和干燥室压强（C）的实验范围,以冻干咖啡粉干燥速率为实验指标,采用Box-Behnken法对冻干咖啡粉进行综合优化,因素水平及其编码见表4。

表4 响应面因素水平表

Tab. 4 Response surface factor levels

水平 Level	因素 Factors
水平 Level	A/℃	B/cm	C/Pa
-1	60.00	1.25	70.00
0	70.00	1.50	80.00
1	80.00	1.75	90.00

（2）响应面实验设计及结果。由响应面实验结果得到（表5）,加热板温度为70.00 ℃,物料装载厚度为1.50 cm,干燥室压强为80.00 Pa,干燥速率实际最高值为0.23 h^-1时,理论值干燥速率最高值为0.22 h^-1。刘璇等^[15]经响应面分析得到真空冷冻干燥河套蜜瓜片的最佳工器参数为物料装载量100.00 g,升华温度42.00 ℃,解析温度61.00 ℃,实际干燥速率为9.23 h^-1,理论干燥速率为9.25 h^-1。存在误差的原因可能是在干燥过程中干燥时间引起的误差,若能缩短时间上可能存在的判断误差,干燥速率实际值与预测值将会比较接近。

表5 Box-Behnken 实验设计与结果

Tab. 5 Program and result of Box-Behnken design

序号 Number	A	B	C	实际干燥速率 Drying rate/h^-1	理论干燥速率 Theoretical drying value/h^-1
1	-1	-1	0	0.19	0.20
2	-1	0	-1	0.18	0.16
3	-1	0	1	0.20	0.20
4	-1	1	0	0.16	0.17
5	0	-1	-1	0.20	0.20
6	0	-1	1	0.20	0.19
7	0	0	0	0.21	0.22
8	0	0	0	0.20	0.22
9	0	0	0	0.23	0.22
10	0	1	-1	0.18	0.19
11	0	1	1	0.20	0.20
12	1	–1	0	0.20	0.19
13	1	0	-1	0.21	0.21
14	1	0	1	0.16	0.18
15	1	1	0	0.23	0.21

（3）模型的建立与显著性分析。利用Design Expert 8.0.6软件对响应面因素水平表进行多元回归拟合,得到干燥速率对加热板温度、物料装载厚度和干燥室压强的回归方程^[19]：

Y=0.22+0.00768A-0.00172B-0.000459C+0.013AB-0.017AC+0.00528BC-0.014A²-0.00744B²-0.015C²

响应面实验结果方差分析见表6。

表6 响应面方差分析

Tab. 6 Analysis of response surface variance

来源 Source	平方和 Sum of Squares	自由度 df	均方 Mean Square	F值 F value	P值 P-value Prob>F	显著性 Significance
模型	3.90E-03	9	4.33E-04	1.10	0.48	不显著
A加热板温度	4.71E-04	1	4.71E-04	1.20	0.32
B物料装载厚度	2.38E-05	1	2.38E-05	0.06	0.82
C干燥室压强	1.68E-06	1	1.68E-06	0.00	0.95
AB	6.68E-04	1	6.68E-04	1.69	0.25
AC	1.14E-03	1	1.14E-03	2.88	0.15
BC	1.11E-04	1	1.11E-04	0.28	0.62
A²	6.97E-04	1	6.97E-04	1.77	0.24
B²	2.05E-04	1	2.05E-04	0.52	0.50
C²	7.88E-04	1	7.88E-04	2.00	0.22
残差	1.97E-03	5	3.94E-04
失拟项	1.52E-03	3	5.05E-04	2.22	0.33	不显著
纯误差	4.56E-04	2	2.28E-04
总和	5.87E-03	14

各因素的P值可以反映出各因素对实验指标的重要性,P值越小,表明该因素对实验结果影响越大;由回归分析结果可以看出,3个因素对干燥速率的影响排序为A>B>C,即加热板温度>物料装载厚度>干燥室压强。刘璇等^[15]分析得出各因素对冻干河套蜜瓜片干燥速率影响的大小顺序为：加热板温度>解析温度>物料装载量。失拟项P=0.33>0.05,不显著,表明本模型与实际拟合较好,说明实验具有很高的可信性和准确性,可以用于冻干咖啡粉对干燥速率的理论预测。（4）结果分析及验证实验。根据回归方程预测3个因素对干燥速率的响应面图及等高线图直观的反映了各因素对响应值的影响（图1,图2,图3）,为了验证Box-Behnken实验设计在咖啡液的真空冷冻干燥工艺方面是否可靠,使用Design Expert 8.0.6软件进行优化分析,得通过软件分析可得：冻干咖啡粉的最优组合是加热板温度76.19 ℃,物料装载厚度1.58 cm,干燥室压强76.84 Pa,得到的干燥速率为0.22 h^-1;考虑实际可操作性,选定调整后的工艺为加热板温度70.00 ℃,物料装载厚度1.50 cm,干燥室压强80.00 Pa进行验证性实验。重复三次实验取平均值实际测得0.22 h^-1,干燥速率实际值与理论值相近,说明该模型很好的反映了咖啡粉的冻干效果。

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图1 加热板温度和物料装载厚度对干燥速率影响的曲面图和等高线

Fig. 1 Surface diagram and contour line of influence of heating plate temperature and material loading thickness on drying rate

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图2 加热板温度和干燥室压强对干燥速率影响的曲面图和等高线

Fig. 2 Surface and contour lines of the influence of heating plate temperature and drying chamber pressure on drying rate

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图3 物料装载厚度和干燥室压强对干燥速率影响的曲面图和等高线

Fig. 3 Surface and contour lines of material loading thickness and drying chamber pressure on drying rate

2.2 冻干咖啡粉品质分析

2.2.1 感官指标（1）色差参数。色泽是能够直观反映出样品差异性的重要指标,色变产生的主要原因是物料冻干过程中的酶促褐变、非酶促褐变或物料本身色素物质被破坏^[20],以本研究咖啡粉和其冻干咖啡粉为例,色差参数结果见表7。

表7 冻干咖啡粉与咖啡粉的色泽指标比较

Tab. 7 Comparison of color indexes between freeze-dried coffee powder and coffee baked beans grinding powder

色泽参数 Color parameters	明亮度L^* Brightness L^*	红绿度a^* Redness a^*	黄蓝度b^* Yellow b^*	色度c^* Chromaticity c^*	色调角h Tonal angle h	ΔE
烘焙豆研磨粉1	39.93±0.09^d	3.36±0.09^bc	4.34±0.14^c	5.48±0.17^c	52.21±0.30^b	6.64
烘焙豆研磨粉2	39.65±0.18^d	3.33±0.05^b	4.40±0.07^bc	5.52±0.08^bc	52.84±0.11^b	6.92
烘焙豆研磨粉3	39.69±0.23^d	3.50±0.07^b	4.62±0.10^b	5.79±0.13^b	52.88±0.13^b	6.89
冻干咖啡粉1	44.85±0.18^c	3.26±0.19^cd	3.84±0.23^d	5.04±0.31^d	49.68±0.50^c	1.79
冻干咖啡粉2	48.43±0.48^a	4.06±0.28^a	6.00±0.09^a	7.27±0.22^a	56.12±1.88^a	2.59
冻干咖啡粉3	45.65±0.73^b	3.17±0.19^d	4.28±0.58^c	5.27±0.65^cd	53.20±2.38^b	0.97

	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level (data is expressed as mean ± standard deviation, n = 10).
	注：同列不同小写字母表示0.05水平上差异显著（数据为平均值±标准偏差,重复数n=10）。

表7结果表明明亮度L冻干咖啡粉与烘焙豆研磨粉有显著性差异,红绿度a值、黄蓝度b值、色度C和色调角h冻干咖啡粉与咖啡烘焙豆略有变化,但不显著。咖啡烘焙豆与冻干咖啡粉色泽ΔE发生显著变化。由此可见冻干咖啡粉亮度明显增加无褐变^[16],根据色变因素可知咖啡冻干造成色变是咖啡本身色素物质被破坏造成的。

（2）气味和口感。咖啡气味和口感评分标准如下：风味差（1~10）;风味一般（11~25）;风味较好（26~40）。口感粗糙（1~20）;口感一般（21~45）;口感较好（46~60）。

由表8可得,冻干咖啡粉与6个速溶咖啡成品经过感官评价后冻干咖啡无论气味还是口感都能让人接受,说明冻干咖啡的品质有保障。由于是冻干咖啡纯粉,未添加任何辅料,但在口感得分上仅比对照2低,可见冻干咖啡粉的口感较好;得分差异主要体现在气味上,对照2~4的气味得分均比冻干咖啡粉高,因此后续实验将会对冻干咖啡粉的风味开展相关研究。

表8 冻干咖啡粉与速溶咖啡气味和口感的对比

Tab. 8 Comparison of smell and taste between freeze-dried coffee powder and instant coffee

质量参数 Mass parameters	得分（100分） Score (100 points)
质量参数 Mass parameters	冻干咖啡粉 Freeze-dried coffee powder	对照1 Reference 1	对照2 Reference 2	对照3 Reference 3	对照4 Reference 4	对照5 Reference 5	对照6 Reference 6
气味(40分)	29.40±0.14	25.76±0.09	38.23±0.19	33.20±0.21	32.56±0.04	26.80±0.11	30.00±0.10
口感(60分)	49.43±0.25	30.00±0.16	53.23±0.15	48.56±0.12	44.23±0.05	28.03±0.19	33.76±0.08
总分	78.83±0.23	55.76±0.14	91.46±0.16	81.76±0.17	76.79±0.05	54.83±0.15	63.76±0.09

2.2.2 理化指标（1）含水率。对优化条件下的冻干咖啡粉进行含水率的测定,在温度设定为105.00 ℃时重复测3次,样品的含水率为别4.83%、3.14%、3.50%,最终取平均值为3.82%,标准差为0.73。

（2）溶解性。咖啡溶解性的评分标准如下：溶解较慢,不溶颗粒较多（1~30）;基本溶解,有少数不溶颗粒（31~70）;全部溶解,无不溶解颗粒（71~100）。由表9可知,咖啡烘焙豆在相同的研磨度和水粉比不同的冲泡温度下溶解性不同,温度越高咖啡粉的溶解性^[16]越好,溶解速度越快;冻干咖啡粉在不同的溶解温度中都能完全溶解,温度越高冻干咖啡的溶解速度越快。烘焙豆研磨粉粗糙,流动性差,溶解速度慢;冻干咖啡粉疏松、摩擦小,易流动,溶解速度相对较快。

表9 冻干咖啡粉与咖啡烘焙豆研磨粉溶解性比较

Tab. 9 Comparison of solubility between freeze-dried coffee powder and coffee baked beans grinding powder

水平 Level	溶解温度 Solution temperature/℃	咖啡烘焙豆研磨粉（100分） Roasted coffee beans grinding powder (100 points)	冻干咖啡粉（100分） Freeze-dried coffee powder (100 points)
1	4.00	20.40±0.06^e	70.40±0.11^c
2	25.00	25.20±0.08^d	80.80±0.09^b
3	50.00	30.00±0.12^c	82.00±0.17^b
4	75.00	46.00±0.05^b	87.20±0.22^a
5	100.00	58.00±0.21^a	86.40±0.16^a

	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level (data is expressed as mean ± standard deviation, n = 10).
	注：同列不同小写字母表示0.05水平上差异显著（数据均为平均值±标准偏差,重复数n=10）。

3 讨论

本研究选用干燥速率为指标评价冻干咖啡的干燥效果,通过响应面分析得出冻干咖啡粉理想参数条件为：加热板温度76.19 ℃,物料装载厚度1.58 cm,干燥室压强76.84 Pa,实际干燥速率为0.23 h^-1,理论干燥速率为0.22 h^-1;对干燥速率的影响排序为A>B>C,即加热板温度>物料装载厚度>干燥室压强。邹晓霜等^[8]得出豆腐真空冷冻干燥对质量的影响因素是冷阱温度>真空度>加热板温度>物料厚度>预冻降温速率,刘璇等^[15]分析得出各因素对冻干河套蜜瓜片干燥速率影响的大小顺序为加热板温度>解析温度>物料装载量,可见加热板温度对干燥速率的影响较物料装载量大,这可能与3种物料的水分含量较大有关,而在西洋参^[21]、蓝莓^[22]和白菊^[23]等水分含量少的物料干燥过程中,加热板温度和装载量并非其重点考虑的内容。

咖啡冻干后亮度增加而不褐变,说明咖啡中未发生褐变反应^[16]。烘焙咖啡液中主要的呈色物质是蛋白黑素^[24],蛋白黑素对咖啡冻干过程中风味物质具有保存作用^[25],同时具有潜在的生理功能,如抗氧化、抗菌、抗高血压等^[26]。色度降低可能是干燥过程中加热板温度过高使蛋白黑素结构破坏^[27],也可能是冻干过程中蛋白黑素结构被破坏,但具体是什么原因造成色度降低还需要进一步验证。

为了得到最佳的口感,本研究使用滴滤法制得咖啡液,结果表明冻干咖啡的口感较好,在未添加辅料的情况下得分较大多市售速溶咖啡高,但气味得分略低,因此下一步将开展低温加压萃取法提取咖啡内容物,以增加咖啡风味物质萃取率。

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1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 冻干咖啡粉干燥工艺参数研究结果与分析

表1 不同加热板温度对冻干咖啡粉干燥速率的影响

表2 不同物料装载厚度对冻干咖啡粉干燥速率的影响

表3 不同干燥室压强对冻干咖啡粉干燥速率的影响

表4 响应面因素水平表

表5 Box-Behnken 实验设计与结果

表6 响应面方差分析

图1 加热板温度和物料装载厚度对干燥速率影响的曲面图和等高线

图2 加热板温度和干燥室压强对干燥速率影响的曲面图和等高线

图3 物料装载厚度和干燥室压强对干燥速率影响的曲面图和等高线

2.2 冻干咖啡粉品质分析

表7 冻干咖啡粉与咖啡粉的色泽指标比较

表8 冻干咖啡粉与速溶咖啡气味和口感的对比

表9 冻干咖啡粉与咖啡烘焙豆研磨粉溶解性比较

3 讨论

References