咖啡属于茜草科（Rubiaceae）咖啡属（Coffea）多年生常绿灌木或小乔木,原产于非洲东部,现有约2500万人从事咖啡种植,广泛分布在南纬30°和北纬25°之间的76个国家和地区。咖啡产业为全球约2.5亿人提供了就业机会,饮用咖啡的人口达15亿以上。作为世界三大饮料作物之首,咖啡以其独特迷人风味和口感,风靡全世界。毋容置疑,风味和口感是评价一杯咖啡品质的关键指标之一[1],然而影响咖啡品质的因素很多,诸如种植区域、品种、海拔、气候、种植区土壤及加工方式等[2,3],都会对咖啡风味和口感造成一定的影响,其中种植区域是最重要的因素之一。
普洱产区咖啡作为我国咖啡的代表,其风味和口感及其风味物质基础历来是研究的热点。陈云兰等[4]研究了普文镇咖啡不同初加工工艺对生豆化学物质基础和烘焙豆感官风味的影响;董文江等报道了普洱、保山、德宏和临沧4个地区生咖啡挥发性成分的含量及组成方式,生咖啡中共检出42种风味组分,主要以酸类为主[5];同时也报道了4个地区烘焙咖啡豆（浅度、中度、深度烘焙）的挥发性物质种类及成分,得出不同地区烘焙豆的浅度、中度和深度样品分别鉴定出60、65和67种挥发性成分[6]。Cheong等[7]研究了包括云南普洱咖啡在内的亚洲4种咖啡的挥发性风味物质,并将其与感官数据相关联分析,得出普洱咖啡挥发性化合物的总浓度为1239.04 μg/g,具有独特的硫磺味;Dong等[8]报道了利用不同干燥方式处理咖啡样品风味和感官特性的差异。可见,虽然对普洱咖啡进行了众多的研究,但研究重点均在风味物质基础构成、风味组分结构组成和风味差异等方面,在咖啡杯测方面均未涉及,对普洱咖啡干香风味物质构成含量和杯测各指标得分差异均未有明确提出。
在前期研究的基础上,本研究在云南普洱地区广泛采样,采用统一的初加工和烘焙方式处理,利用HS-SPME-GC/MS技术和OAVs法明确普洱咖啡干香风味特征,同时邀请专业咖啡质量品鉴师团队,按照精品咖啡协会（Specialty Coffee Association,简称SCA）标准五杯杯测法,对普洱咖啡口感进行杯测评价,明确普洱咖啡各指标得分趋势和整体得分级别。研究结果可为云南不同地域咖啡风味物质分析提供方法参考,为普洱咖啡产品的开发及销售提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
表1 咖啡样品采集区域及信息Tab. 1 Coffee sample collection area and information |
| 样品编号 Sample No. | 采集区域 Collection area | 采集地点 Collection location | 位置坐标 Position coordinates | |
|---|---|---|---|---|
| 经度 Longitude | 纬度 Latitude | |||
| A | 思茅区 | 思茅港镇 | 100.34° E | 22.33° N |
| B | 思茅区 | 倚象镇 | 101.03° E | 22.44° N |
| C | 孟连傣族拉祜族佤族自治县 | 芒信镇 | 99.53° E | 22.14° N |
| D | 孟连傣族拉祜族佤族自治县 | 富岩镇 | 99.24° E | 22.23° N |
| E | 孟连傣族拉祜族佤族自治县 | 勐马镇 | 99.28° E | 22.16° N |
| F | 澜沧拉祜族自治县 | 拉巴乡 | 99.38° E | 22.30° N |
| G | 澜沧拉祜族自治县 | 东回乡 | 99.47° E | 22.25° N |
| H | 西盟佤族自治县 | 勐梭镇 | 99.31° E | 22.41° N |
| I | 西盟佤族自治县 | 翁嘎科镇 | 99.28° E | 22.31° N |
| J | 宁洱哈尼族彝族自治县 | 黎明乡 | 101.31° E | 22.50° N |
| K | 宁洱哈尼族彝族自治县 | 同心镇 | 101.05° E | 22.58° N |
| L | 景谷傣族彝族自治县 | 凤山镇 | 100.50° E | 23.39° N |
| M | 景东彝族自治县 | 大朝山东镇 | 100.28° E | 24.02° N |
| N | 墨江哈尼族自治县 | 龙坝镇 | 101.85° E | 23.27° N |
7890B-5977B气相色谱质谱联用仪,配CTC自动进样器,美国Agilent公司;Probatino咖啡样品烘焙机,德国Probat公司;萃取头为50/30 μm CAR/DVB/PDMS复合萃取头,上海安谱公司。
1.2 方法
1.2.1 样品烘焙 咖啡样品烘焙采用1 kg咖啡烘焙机进行烘焙,该烘焙机使用液化天然气作为燃料。样品烘焙前先开机预热半小时,以使设备稳定,减少实验误差。咖啡烘焙机预热至175 ℃加入咖啡样品,燃气火力设定为1.75,且保持不变,整个烘焙过程约为618~638 s之间,出炉温度在194~195 ℃之间,确定咖啡样品烘焙度一致。
1.2.2 挥发性风味组分定量分析 （1）HS-SPME-GC/MS检测方法[9]。烘焙咖啡样品采用统一粒度研磨,取样品1.00 g装入SPME样品瓶,用于挥发性风味组分检测。色谱柱为HP-5MS（30 m×0.25 mm,0.25 μm）,进样口温度250 ℃;升温程序为40 ℃保持2 min,以13 ℃/min升至100 ℃,保持2 min,以3 ℃/min升至200 ℃,保持1 min,以8 ℃/min升至230 ℃,保持2 min;载气（He）流量1.00 mL/min,压力48.75 kPa,采用不分流方式进样。电子轰击（EI）离子源;离子源温度为230 ℃;电子能量70 eV;ACQ方式为Scan,扫描范围m/z 30~350,扫描速度为781 u/s。
（2）化合物定量方法。使用3-辛醇外标半定量法,默认每个化合物对3-辛醇的相对响应因子为1,为计算准确使用二氯甲烷为溶剂绘制3-辛醇标准曲线[10],得到回归方程y=1.05×10-5x-8.58,其中y表示化合物浓度（单位：μg/g）,x表示化合物峰面积,R2=0.9996,呈线性相关。
（3）香气活度值（OAVs）计算方法。香气活度值表示各香气化合物对主体香气成分的贡献程度,采用下列公式[11]进行计算
$OAVs=\frac{{{C}_{i}}}{{{T}_{i}}}$
式中：Ci表示化合物的含量,μg/g;Ti表示该化合物的香气阈值浓度,μg/g。
1.2.3 咖啡杯品测评 将统一炒好的咖啡豆样品分别寄往雀巢咖啡云南分公司、云南农业大学热带作物学院和云南保山市景兰咖啡师职业培训学校,请三方分别组织专业咖啡质量品鉴师（获得Q-grande证书的国际质量咖啡品鉴师或专业从事咖啡杯测工作人员）,对咖啡质量杯品按照SCA规定的操作流程进行评判。即采用五杯杯测法,每个咖啡杯放入13.75 g咖啡粉,倒入约250 mL干净无味的热水（约93 ℃）,然后质量品鉴师进行杯测,得到的数据进行整理分析[3]。
1.3 数据分析
所有实验重复3次,结果采用平均值±标准差表示。使用SPSS 19.0软件进行数据统计分析,采用Origin 2017软件做图。
2 结果与分析
2.1 普洱产区咖啡干香组分分析
表2 普洱产区咖啡干香风味组分表Tab.2 Flavor components of coffee in Pu' er producing area |
 |
表3 普洱产区咖啡干香特征组分风味描述及OAVs值Tab. 3 Sensory properties and OAVs values of characteristic components of coffee dry aroma in Pu’er producing area |
| 序号No. | 化合物Compounds | 阈值Threshold/(μg·g-1) | 感官特征Sensory properties | OAVs |
|---|---|---|---|---|
| 1 | furfural | 5 | 甜味和类似烤面包的焦糖味。 | 1157.07±193.57 |
| 2 | 2-furanmethanol | 5 | 非常温和的焦糖风味。 | 748.31±99.94 |
| 3 | acetic acid | 54 | 气味刺鼻,发酸,醋味。 | 52.45±4.70 |
| 4 | ethanone, 1-(2-furanyl)- | 80 | 具有浓郁的香醋甜味,带有类似烟草的辛辣味和香脂肉桂味的花香底色[14, 17]。 | 19.92±5.50 |
| 5 | butanoic acid, 3-methyl- | 1.6 | 呈酸性,奶酪风味[14, 17]。 | 471.43±72.69 |
| 6 | 2,3-pentanedione | 0.005 | 具有蜂蜜、黑巧克力、奶油、焦糖香气,并带有坚果底香;它在酿造过程中具有很高的香气影响[18]。 | 75825.22±42070.79 |
| 7 | 2-propanone, 1-hydroxy- | 0.2 | 气味是刺激性的,焦糖味,甜的[14, 17]。 | 14305.09±2250.87 |
| 8 | maltol | 20 | 温暖的水果味,焦糖甜味,显示出菠萝,草莓型的明显果味,果酱状气味[14, 17]。 | 17.85±3.04 |
| 9 | acetoin | 10 | 具有强烈的奶油、脂肪、白脱样香气,高度稀释后有令人愉快的奶香气。 | 23.27±9.45 |
| 10 | 1,2-cyclopentanedione, 3-methyl- | 2 | 甜而强烈的焦糖味,像枫糖浆[14, 16-17]。 | 101.75±7.27 |
| 11 | 2(5H)-Furanone | 0.01 | 具有强烈的焦糖水果味和果酱般的气味,可联想到煮熟的菠萝[14, 17]。 | 14732.23±3782.98 |
| 12 | phenol, 3-methyl- | 0.085 | 皮革[17]。 | 1242.37±570.73 |
| 13 | 2-methoxy-4-vinylphenol | 80 | 具有强烈的辛辣,丁香般的气味[14, 17]。 | 1.64±0.15 |
| 14 | benzeneacetaldehyde | 0.004 | 花香和风信子型甜味[14, 17],蜂蜜[16]。 | 25068.98±7393.35 |
| 15 | butanoic acid, 2-methyl- | 1.6 | 酸奶酪[14, 17]。 | 59.77±25.99 |
| 16 | phenol, 2-methoxy- | 0.003 | 烟味,木质[17]。 | 19281.50±7768.34 |
| 17 | benzaldehyde | 1.5 | 具有强烈的甜味,略苦杏仁,经过适当稀释却很甜[14, 17]。 | 25.84±1.57 |
| 18 | phenethyl alcohol | 10 | 类似玫瑰蜂蜜的气味[14, 17]。 | 1.75±0.76 |
| 19 | linalool | 0.006 | 带有淡淡的柑橘味[14, 17]。 | 1746±548.91 |
| 20 | phenol, 2-methyl- | 0.26 | 药味[14, 17]。 | 35.27±10.24 |
| 21 | d-limonene | 0.2 | 具有柑橘味,柠檬味,和甜味[14, 17]。 | 38.94±29.05 |
| 22 | 1-hexanol | 0.5 | 酒香,略带脂肪和果味[14, 17]。 | 6.44±3.56 |
注：阈值来自文献[17, 19]。 | |
Note: Threshold is queried from reference [17, 19]. |
从表2可以看出,共检出共有挥发性风味组分78种,不同地区咖啡在主要挥发性组分含量上差异较小,可见普洱产区挥发性风味（即干香）基本是一致的,基本上可以使用统一的风味描述其干香。含量最多的10种组分分别为糠醛、2-呋喃甲醇、过氧化乙酰丙酮、羟丙酮、醋酸、2-乙酰基呋喃酮、3-甲基丁酸、2,3-戊二酮、2-呋喃甲醇乙酸酯和1-乙酰氧基-2-丁酮,这10种化合物占了总挥发性风味组分的(78.79±1.77)%。糠醛是含量最高的组分(5785.33±967.85)μg/g,占总含量的(22.11±3.52)%,OAVs值为1157.07±193.57,为普洱咖啡贡献甜味和类似烤面包的焦糖味[13,14];2-呋喃甲醇含量(3741.53±499.71)μg/g仅次于糠醛,OAVs值为748.31±99.94,为其赋予非常温和的焦糖风味,同时深度烘焙时会为咖啡赋予苦味[14]。醋酸在干香中含量较高(2832.15±253.98)μg/g,但由于其阈值为54 ug/g,OAVs值仅为52.45±4.70,使其为普洱咖啡赋予的酸味风味特征并不明显。
苯乙醛、羟丙酮、呋喃酚和2-甲氧基苯酚这4种组分的OAVs值也在20000左右,仅次于2,3-戊二酮。苯乙醛、羟丙酮和呋喃酚为普洱咖啡赋予花香、蜂蜜、焦糖和热带水果的优良风味;2-甲氧基苯酚为负面风味,具有烟感和木质感的风味表现,在杯品检测中未出现烟感和木质感的风味描述,可能是咖啡烘焙后直接粉碎、装瓶再进行风味检测,未充分醒豆造成的[15]。
芳樟醇的OAVs值也高达1746±548.91,该组分为咖啡赋予了柑橘风味[14],经过正规培训的咖啡质量品鉴师,应该可以从普洱咖啡中感知到该风味。其他组分如糠醛、2-呋喃甲醇等强化了2,3-戊二酮的焦糖、蜂蜜等风味;但也有如甲基环戊烯醇酮为普洱赋予了枫糖浆的风味[16,17],同时使2-甲氧基苯酚的木质感向枫糖浆的方向转化,但由于甲基环戊烯醇酮OAVs值仅为101.75±7.27,致使枫糖浆风味较淡,也可能会被专业质量品鉴师感知到。2-甲基丁酸和3-甲基丁酸在哥伦比亚咖啡风味描述时是重要的,会呈现出强烈的醋酸风味和酸奶酪风味,使咖啡风味有发酵感[16,17],但在普洱咖啡中这2种风味OAVs值（分别为59.77±25.99、471.43±72.69）并不高,使感官风味并不明显。毋容置疑,OAVs值较低的特征风味组分的存在,丰富了普洱咖啡风味特征,提升了普洱咖啡的品质。
2.2 干香感官风味差异性分析
以普洱产区咖啡干香风味组分为基础绘制聚类热图,结果见图1,通过图中颜色差异可以直观看出不同区域咖啡风味组分含量间的差异。2,3-戊二酮是咖啡最主要干香组分之一,为普洱咖啡赋予黑巧克力、蜂蜜、奶油、焦糖和烤坚果风味,思茅、西盟、澜沧等地咖啡样品中2,3-戊二酮的含量明显高于宁洱、墨江、景东等区域咖啡样品含量,意味着产自思茅、西盟、澜沧等区域的咖啡在甜巧克力、焦糖和烤坚果风味比产自宁洱、墨江、景东的咖啡更明显;构成咖啡主要干香的苯乙醛、羟丙酮和呋喃酚在思茅、孟连、澜沧和西盟主产区咖啡样品中并未表现出明显的颜色变化,而在宁洱、墨江,景东和景谷区域样品中与思茅、西盟、孟连和澜沧主产区样品相比有明显的颜色变化;其他特征感官组分也有类似的变化趋势,由此可知,思茅、西盟、孟连和澜沧主产区咖啡风味较为接近,而宁洱、墨江、景东和景谷区域咖啡样品整体与思茅、西盟、孟连和澜沧主产区咖啡风味有较大差异,甚至能出现热带水果调性或枫糖浆风味显著的咖啡,该结论在咖啡杯测中也有较好的体现。
通过图1中的聚类分析,可以将咖啡按地域进行区分,该结果为利用风味组分含量差异区分咖啡地域提供了新的思路。普洱咖啡主要集中种植在思茅、西盟、孟连和澜沧4个区域,四者紧密相连,其气候类型和种植品种均相似,因此聚类中将思茅区域样品（A和B）、西盟区域样品（H和I）、孟连区域样品（C）和澜沧区域样品（F和G）聚为一类是合理的。而孟连区域样品（D和E）与上述7个咖啡样品风味组分含量整体差异较大,聚类热图上显示颜色差异显著,并未与其聚为一类,咖啡样品（E）与宁洱区域样品（K）和景谷区域样品（L）聚为一类,而样品（D）单独聚为一类,可能是由于孟连区域多山,形成独特区域小气候造成的。
墨江、宁洱、景东和景谷均在普洱市东部和北部,其气候条件和种植环境与思茅、孟连、澜沧和西盟主要种植区域存在较大的差异,相对而言空气湿度小、年均降雨量减少,而日光照射量增加。独特的小生境也会产生独特风味的咖啡,特别是宁洱区域咖啡（J）和墨江区域咖啡（N）,根据图1,14个样品聚为2大类,样品J和N（即宁洱和墨江）单独聚为一类,其他样品为另一类,可见二者虽然也属于普洱产区,其风味与区域咖啡风味有了较大改变,该结论在杯测指标中也得到证实。
2.3 咖啡杯品质量分析
咖啡杯品质量与咖啡价格密切相关,然而如何评价咖啡杯品质量,除了咖啡质量品鉴师评定外,国内外并未有更好的办法。为了更为准确评判咖啡的杯品质量,减少人为误差和降低偏好影响,课题组邀请了3个专业的咖啡质量品鉴师团队（共15人以上）,严格按照SCA标准进行杯测[3],结果见图2。通过图2可以看出咖啡质量品鉴师对咖啡进行了专业的评测,以香气（湿香）指标为例,咖啡样品C评分主要集中在7.00和7.25,少数得分为7.50;而咖啡样品I评分主要集中在7.75和7.50,少数得分为8.00和7.25。当然某些指标也存在较大的得分差距,这可能是咖啡本身具有独特风味,咖啡质量品鉴师对该风味具有偏好造成的。整体而言,质量品鉴师团队对咖啡杯品质量的评测是准确的、可信的。
普洱产区咖啡具有良好的品质,各指标平均得分（除样品J以外）均在7.25上下,精品级咖啡样品（80分以上）有12个,占总数的85.71%;81分以上的样品3个,分别是西盟区域咖啡样品I（81.78±1.79）、孟连区域咖啡样品D（81.46±1.61）和孟连区域样品C（81.05±2.62）。未达到精品级的咖啡样品2个,分别是景谷区域咖啡样品L和宁洱区域咖啡样品J,得分分别为79.89±0.99和78.74±1.54,虽然未达到精品级,但也取得了较高的得分。
在聚类分析中,孟连区域样品（D和E）、宁洱区域样品（J）和墨江区域样品（N）种植存在独特的区域小环境,该结论在杯品评测中从部分指标的变化趋势也可以看出。4个区域咖啡样品的杯测得分分别为81.46±1.61、80.48±2.62、78.74±1.54和80.84±2.69,可见在独特区域小环境下生产的咖啡可以有较好的杯品质量。由于其具有独特的风味,如墨江咖啡在湿香和风味指标具有较高得分,可以进一步开发出具有独特风味的咖啡产品。
3 讨论
普洱产区气候条件优越,适宜咖啡种植生长,生产的咖啡品质较高,但同时普洱产区地形复杂,存在较多的区域小气候。从本研究结果可以看出,独特区域小环境下生产的咖啡同样具有较好的杯品质量,但同时具有独特风味,可以进一步开发出独特风味的咖啡产品。