基于电子舌的焙炒咖啡不同干燥模式判别

,,,, ,

(中国热带农业科学院香料饮料研究所,国家重要热带作物工程技术研究中心, 农业部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室,海南万宁 571533)

基于电子舌的焙炒咖啡不同干燥模式判别

胡荣锁,陆敏泉,吴桂苹,谷风林,初众,谭乐和*

(中国热带农业科学院香料饮料研究所,国家重要热带作物工程技术研究中心, 农业部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室,海南万宁 571533)

通过电子感官技术对三种干燥方式加工处理焙炒咖啡进行判别,对照三种干燥处理咖啡的杯品检验结果,判断各加工方式咖啡品质。结果表明：电子舌对三种干燥处理方式判别明显,热风干燥对咖啡风味造成显著的差异,但半热风干燥半自然干燥与自然干燥风味差异接近,经杯品检验无差异,可以认定一致。

咖啡,干燥,电子感官,电子舌

我国种植咖啡地区主要有海南省和云南省,海南省主要种植中粒种咖啡,以干法加工为主。云南省主要种植小粒种咖啡,以湿法加工为主。湿法加工过程中影响咖啡品质的因素较多,诸如发酵时间,冲洗、干燥等等[1]。其中发酵时间控制、冲洗等因素人为影响较为严重,而干燥则是受自然影响。2011年我国云南省咖啡采摘季节阴雨连绵,致使咖啡湿豆干燥不畅,大批量发霉,果农受损严重。热风干燥处理咖啡湿豆,可使咖啡湿豆短时间内干燥,加快干燥速率,打破咖啡湿豆干燥受自然条件的约束,对咖啡加工是一个极好的补充。咖啡热风干燥是否会对咖啡风味造成影响,是否会降低咖啡品质。明确咖啡热风干燥与自然干燥的差异区别,改进咖啡干燥工艺,从而降低热风干燥造成咖啡风味变化。本研究采用三种方式加工咖啡湿豆,对比咖啡热风干燥方式对咖啡风味造成影响,寻找在阴雨条件下咖啡湿豆干燥加工方式,缩短咖啡干燥时间,促进咖啡产业升级,对提高当地咖啡果农收入,具有重要意义。电子舌作为检测味觉品质的技术,能够获取液体样本的味觉特征的总体信息,具有高灵敏度、可靠性、重复性的特点[2],在食品[3]、医药[4]、环保[5]等领域使用越来越广泛。然而电子舌在咖啡检测方面的应用较少,本文利用电子舌来对不同干燥方式下咖啡口感判别,以判断不同干燥方式对咖啡口感的影响,同时与杯品结果对照,验证判别效果。该方法的实施是对咖啡生豆品质检测一项有意义的补充。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

实验用咖啡鲜果 云南省普洱市咖啡实验示范场；咖啡干燥设备 昊源咖啡种植场；干燥处理 普洱科飞咖啡有限公司协助完成。

HS-100型自动进样器 瑞士CTC公司；α-Astree型电子舌味觉分析系统 法国Alpha. MOS公司；PRE1Z型咖啡焙炒机 德国Probat公司；VTA6S3型咖啡粉碎机 德国Probat公司；KT-RO-20型全自动超纯水系统 台湾艾柯公司；AL104型电子天平 梅特勒托利多公司。

1.2实验方法

1.2.1 样品前处理 咖啡鲜果采摘自云南省普洱市咖啡实验场,经湿法加工,生产出咖啡湿豆,分别采用热风干燥,半热风干燥半自然干燥和太阳光自然干燥三种干燥方式,分别命名为1、2、3；实验重复三次,分别命名为A、B、C。热风干燥处理条件为40℃条件下,咖啡豆干燥至水分含量为12%,半干燥半自然干燥条件为40℃条件下,咖啡豆干燥至水分含量为18%,取出放置4d,然后太阳光自然干燥。太阳光自然干燥即咖啡湿豆在晒场上太阳光自然晒干。

表1 样品色度表

1.2.2 样品焙炒 打开咖啡焙炒机电源,预热等温度升到150℃,取咖啡样品80g,倒入咖啡焙炒机,在180℃温度下,焙炒咖啡达到要求颜色时结束,其他8组样品同样处理。将焙炒好的咖啡使用咖啡粉碎机粉碎,粉碎粒度为1,使用色差仪检测咖啡色度,其色度用L值来表示,色度值见表1。

1.2.3 电子舌检测

1.2.3.1 样品处理 取样品15g加入38mm的过滤器,用约96℃开水100mL冲泡浸提21s,过滤、冷却后取液80mL加入150mL样品杯[6]。

1.2.3.2 检测条件 清洗时间10s；搅动速度60r/min；采集温度25℃；采集时间210s；传感器类型：ZZ、BA、CA、HA、GA、BB、JB,重复8次[7]。

1.2.4 统计分析 采用的主要分析方法有：Lab色空间、状态密度、主成分分析法(PCA)、判别因子分析(DFA)和统计质量控制分析(SQC)。

2 结果与分析

2.1焙炒咖啡色度

用色差仪鉴别粉碎后咖啡粉颜色,咖啡色度见表1。并对色差仪检测的L值进行简单的方差分析,分析结果见表2。

表2 方差分析

对9个样品Lab值进行分析,得出平均值为46.85,组内标准偏差、RSD、方差均较小,进行方差分析,得F值为0.211,可以得出9个样品的Lab值,差异不显著,可以认定一致。

2.2传感器对咖啡响应值

该实验所用的传感器为非特异性、交互敏感型传感器。7个传感器分别是ZZ、JE、BB、CA、GA、HA和JB。各传感器对风味物质普遍响应,没有绝对的对应关系[8]。图1表示传感器对咖啡样品的响应强度图,其中JE和CA对咖啡样品的响应强度最大。表3为各传感器对样品的判别指数。

图1 传感器对咖啡样品的响应强度

传感器响应强度JE>CA>HA>JB,表3表示各传感器对样品的判别指数,而判别指数JE>ZZ>GA>JB,可见传感器响应强度与对样品的差异判别能力不是线性关系,如ZZ虽响应强度较小但对咖啡样品有较高的差异判别指数,经过判别指数和响应强度综合确定传感器为JE、GA和ZZ。传感器对咖啡样品响应强度值、标准偏差和相对标准偏差(RSD)见表4。

表3 传感器对样品的判别指数

2.3主成分分析(PCA)

PCA分析的主要工作原理是在样品特性未知的前提下,通过变换观察视角来寻找样品间差异的一种算法。该算法不丢失任何样品信息,仅通过改变坐标轴来达到区分样品的目的[9]。

图2 不同干燥处理咖啡PCA分析图

PCA分析能较好的区分样品,主成分1的贡献率高达97.418%,主成分2的贡献率为1.669%,主成分3的贡献率为0.913%。三组实验均能较好区分样品,且样品2与样品3之间的距离远小于样品1与样品3之间的距离,说明热风干燥会造成咖啡风味变化,其与太阳光自然风味相差较远,半热风干燥半自然干燥虽也会造成风味变化,但与太阳光自然干燥风味相差不大。说明半热风干燥半自然干燥是咖啡在恶劣环境下,咖啡湿豆干燥有效的补充。

表4 传感器对样品反应强度值、标准偏差及RSD

2.4判别因子分析(DFA)

DFA是一种用来构建模型、并识别未知试样的算法。DFA通过数学变换能够使同类组群数据间的差异尽可能缩小,使不同类组群数据间的差异尽可能的扩大,以建立数据识别模型。该实验中假设咖啡处理样品为未知试样,进行DFA分析,分析结果见图3。

图3 不同干燥处理咖啡DFA分析图

DFA分析能较好的区分相同处理样品与不同处理样品,且具有明显差异。判别因子1的贡献率为91.144%,判别因子2的贡献率为8.247%,判别因子3的贡献率为0.609%。在已知处理的条件下,可以看出DFA分析也能较好的区分不同处理样品。

2.5统计质量控制分析(SQC)

咖啡湿豆干燥通常以太阳光自然干燥为主,该实验以太阳光自然干燥为参照对象,由于三组重复,均有自然干燥。此采用A3为标准进行SQC分析,经电子舌检测得出图4。

图4 不同干燥方式咖啡统计质量控制分析

从图中可以看出三组样品差异显著,各重复之间差异不显著,太阳光自然干燥均在可接受范围内,风味可认定一致。半热风干燥半自然干燥虽不在可接受范围内,但距离不是太远,而热风干燥气味单元距离较远,说明风味差异明显。

2.6杯品检测

对不同干燥方式处理的咖啡样品进行杯品检验,选取十数人进行杯品检验,经检验得出,经过热风干燥处理的咖啡部分可以接受,半热风处理半自然干燥的咖啡与自然干燥的咖啡虽然存在差异,但在杯品中感受不到,也是完全可以接受的。

3 结论

电子舌能够较好的区分不同干燥处理方式的咖啡,主成分1的贡献率及判别因子1的贡献率,均达到90%以上,PCA分析与DFA分析证明结论一致,说明两种分析方式对咖啡样品均具有良好的区分。

热风干燥三次平行实验存在较大的差异,第三次实验对咖啡风味造成的差异最小,对照咖啡热风干燥过程中咖啡温度,发现第一次实验存在温度波动,第二次实验温度平均为42℃且稳定,但比第三次实验平均温度高5℃,造成风味差异的原因可能是温度过高,在咖啡湿豆干燥过程中产生化学变化,第三次温度较小风味物质变化小,与自然干燥风味接近。

咖啡杯品检验结果可以得知,咖啡湿豆热风干燥是咖啡初加工有效的补充。热风干燥对咖啡风味造成显著的差异,但半热风干燥半自然干燥与自然干燥风味差异接近,经杯品检验无差异,可以认定一致。

[1]徐文静. 无公害小粒种咖啡豆初加工技术和分级标准[J].云南农业,2002(10):23-24.

[2]Toko K. Taste Sensor[J]. Sensors and Actuator B,2000,64:205-215.

[3]Schmidtke LM,Rudnitskaya A,Saliba AJ,etal. Sensory,Chemical and Electronic Tongue Assessment of Micro-oxygenated Wines and Oak Chip Maceration:Assessing the Commonality of Analytical Techniques[J]. Agric. Food Chem,2010,58(8):5026-5033.

[4]盛良.用电子鼻、电子舌检测中西药物共同药效物质基础[J]. 现代中西医结合杂志,2008,17(18):2778-2780.

[5]潘跃峰,吝涛,付静. 水污染动态实时监测的便携式电子舌分析仪[J]. 微纳电子技术,2007(7):351-352,362.

[6]Schenker S. Investigations on the Hot Air Roasting of Coffee Beans[Z]. Dissertation No. 13620,Eidgenoessische Technische Hochschule Zuerich(ETH),Switzerland,2000.

[7]胡荣锁,谷风林,宗迎. 不同研磨时间对咖啡感官风味的影响[J]. 中国农学通报,2012(9):259-263.

[8]吴从元,王俊,叶盛. 电子舌响应信号与牛奶理化指标的典型相关分析[J]. 传感技术学报,2010,23(1):5-9.

[9]Maeztu L,Sanz C,Andueza S. Characterization of Espresso Coffee Aroma by Static Headspace GC-MS and Sensory Flavor Profile[J]. Agric. Food Chem,2001,49:5437-5444.

Drying mode discrimination of roasted coffee by electronic tongue

HURong-suo,LUMin-quan,WUGui-ping,GUFeng-lin,CHUZong,TANLe-he*

(Spice and Beverage Research Institute,CATAS,National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research,Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops,Ministry of Agriculture,Wanning 571533,China)

The qualities of the baked coffee made from three different drying ways were distinguished by electronic sensor technology. The results showed that the electronic tongue was sensitive to three drying method. The hot air drying played an important effect on flavor of the coffee. However,there were no differences between semi-hot air drying and air drying for the flavor of the coffee. This could be considered the same after cupping tests.

coffee;drying;electronic sensory;electronic tongue

2012-12-17 *通讯联系人

胡荣锁(1982-),男,硕士,研究实习员,研究方向：热带作物加工。

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1630052012017)；海南省自然科学基金(311083)。

TS201.1

：A

：1002-0306(2014)01-0304-04