咖啡豆的烘焙条件对其成分含量的影响研究

Tran Van Cuong，张宗玲，郭康权，夏南，商晋，陈贤情（.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌7200；2.陕西省农业装备工程技术研究中心，陕西杨凌7200；3.一号越俄职业技术学院，永福（越南）福安（越南）28300；.西北农林科技大学食品工程学院，陕西杨凌7200）



咖啡豆的烘焙条件对其成分含量的影响研究

Tran Van Cuong1，3，张宗玲4，郭康权1，2，*，夏南4，商晋1，陈贤情4
（1.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100；2.陕西省农业装备工程技术研究中心，陕西杨凌712100；3.一号越俄职业技术学院，永福（越南）福安（越南）283400；4.西北农林科技大学食品工程学院，陕西杨凌712100）

摘要：用凯氏定氮法、可见分光光度法、滴定管法、马弗炉法和索氏抽提法等分析检测手段及SPSS17.0数据统计分析软件，研究了烘焙条件对越南罗巴斯达咖啡生豆和烘焙豆的蛋白质、总糖、淀粉、脂肪和灰分等品质成分的影响。结果表明，越南罗巴斯达咖啡属于蛋白质含量较高、脂肪含量低的咖啡豆品种，随烘焙程度和烘焙温度的增加，其蛋白质和淀粉含量先升高后稍下降、总糖含量却显著降低、脂肪和灰分含量明显增高，各成分变化范围：蛋白质含量14.50%~17.20%、淀粉含量16.30%~25.30%、总糖含量0.687%~4.340%、脂肪含量7.64%~12.50%，灰分含量3.47%~5.23%。

关键词：罗巴斯达咖啡；烘焙程度；烘焙温度；蛋白质；总糖；淀粉；脂肪；灰分

咖啡是热带发展中国家重要的经济作物，饮用咖啡具有提神、助消化、生津止渴、利尿等功效[1]。随着人们生活水平的不断提高，咖啡已逐渐成为日常饮品，人们对其品质的要求也越来越高[2]。咖啡的品质取决于众多因素，而烘焙是决定咖啡品质的关键因素。咖啡的烘焙程度如烘焙温度和烘焙时间决定了咖啡饮品的味道、香气和颜色等品质指标[3]。烘焙过程是烘焙时间和烘焙温度的共同作用的加工过程，在此过程中，咖啡豆的有机物热解，外部颜色逐渐从浅褐色变成深褐色[4]，咖啡生豆的银皮也随之被去除[5]，形成了独特的风味。咖啡的香气和滋味成分来源于咖啡豆烘焙过程中成分的变化，其中蛋白质、总糖、淀粉、脂肪和灰分是烘焙过程中发生显著变化的成分，这些是形成咖啡饮品香气的重要前体物质[6]。

在烘焙过程中，蛋白质含量随咖啡品种及烘焙条件而变。有报道表明，有缺陷咖啡豆的蛋白质含量比无缺陷咖啡豆的稍高[7]。脂质是决定咖啡饮品质量和品味的重要指标之一[8]。咖啡饮品中糖分的含量也是判断咖啡烘焙质量的重要指标。近年来的研究表明，咖啡的品种、烘焙程度对咖啡饮品的糖分的种类和含量均有影响[9-11]。Rogers等发现，罗布斯塔咖啡和阿拉比卡咖啡的总糖，糖醇，肌醇，羧酸和无机阴离子含量显著不同[12]，Nunes等报道了咖啡豆在不同烘焙程度下糖的种类和含量存在显著差异[13]。咖啡中灰分也是评价咖啡饮品品质的重要因素。灰分含量随着咖啡烘焙程度增加[7，9，14-15]。分析咖啡中灰分含量与烘焙条件之间的关系，是研究咖啡加工中重要的环节之一。但截至目前，尚未见到有关罗布斯塔咖啡豆在不同烘焙条件下蛋白质、总糖、淀粉、脂肪和灰分含量等成分含量变化的报告。为此，本文研究了越南罗布斯塔咖啡生豆的营养组成，及在不同烘焙条件下，咖啡饮品的蛋白质、淀粉、糖分、脂肪和灰分等成分含量的变化，以期为越南产罗布斯塔咖啡的烘焙加工提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1原料

罗巴斯达咖啡豆：产自越南得乐省邦美蜀市，干燥到含水率约为12 %，抛光，手工剔除伤残豆后备用。

1.1.2化学试剂

盐酸标准溶液、氢氧化钠溶液、浓硫酸、含溴甲酚绿和甲基红指示剂的1 %硼酸吸收溶液、硫酸铵，基尔特克催化剂、苯酚、乙醇、硫酸，1，2-硝基水杨酸、NaOH、丙三醇、乙酸镁[（CH3COO）2Mg4H2O]、乙酸镁溶液（分析纯）：产于国家有色金属及电子材料分析测试中心。

1.1.3主要仪器设备

SX2-4-10箱式电阻炉：上海跃进医疗器械厂；MJ-04多功能粉碎机：上海市浦恒信息科技有限公司；KJELTEC2300全自动定氮仪、基尔特克消化器：瑞典FOSS TECATOR公司；722型可见分光光度计：上海分析仪器总厂；766型远红外烘箱：上海跃进医疗器械厂；BHXL智能马弗炉：上海佰衡仪器科技有限公司；SZF-06B脂肪抽提仪：浙江托普仪器有限公司。

1.2试验方法

1.2.1咖啡豆烘焙方法

随机选择咖啡豆100 g放入烘盘中，平铺一层，放入箱式电阻炉烘焙。烘焙程度的评定采用烘焙业常规方法，即质量检测法（焙烧前后质量变化百分比）和咖啡豆视觉检查法（观察外部颜色）[6]。每次将烘焙盘放置于烤箱中同一位置，以确保烘焙条件相同。烘焙完成后，立即用风扇冷却。

定温烘焙设定的烘焙温度250℃，烘焙时间分别为8、12、14、18 min和20 min；分别对应的烘焙程度为美式，维也纳式，法式，意式和西班牙式；定时烘焙设定的烘焙时间为20 min，烘焙温度分别为210、220、230、240℃和250℃。将上述烘焙完成的咖啡豆分别制样，测量其蛋白质、总糖、淀粉、脂肪和灰分含量。

制样前将烘焙完成的咖啡样品在密封容器中室温保存，在超过24 h内用多功能粉碎机粉碎至50目（粒径0.30 mm）试样，用塑料袋密封冷藏，以备测试分析用。

1.2.2检测方法

咖啡样品中的蛋白质的测定采用凯氏定氮法，按GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》规定执行[16]；总糖的测定采用可见分光光度计法，检测波长为480 nm[17-18]；灰分的测定采用马弗炉法，按GB 5009.4-2010《食品安全国家标准食品中灰分的测定》规定执行[19]。淀粉的测定采用滴定管法，按GB/T5009.9-2008《食品中淀粉的测定》执行[20]。脂肪的测定采用索氏抽提法，按GB/T5009.6-2003《食品中脂肪的测定》执行[21]。

1.2.3数据处理

每个指标进行重复做5次实验，数据采用SPSS17.0统计分析软件进行处理。（平均价值与同一行相同的种类不显著差异的Duncan测试以5 %的概率计）。

2试验结果与讨论

2.1咖啡生豆的成分含量分析

对越南罗巴斯达咖啡生豆生中蛋白质、总糖、淀粉、脂肪和灰分含量进行检测结果见表1。

表1越南罗巴斯达咖啡生豆中的各成分含量Table 1 Levels of each component contents of green Vietnam Robusta coffee %

越南罗巴斯达咖啡生豆中的蛋白质总量在14.13% 到14.90%之间，平均值为14.50%。此结果与Macrae[22]，Vasconcelos等[7]检测的阿拉比卡咖啡生豆的平均值相近。根据Oliveira等的检测结果发现，巴西阿拉比卡咖啡生豆中的蛋白质含量比越南罗巴斯达咖啡生豆中蛋白质含量多0.4 %[23]。其它研究者检测的咖啡生豆中的蛋白质含量都比越南罗巴斯达咖啡豆低[14-15，24-25]。其中Mussatto等检测的樱桃咖啡生豆中蛋白质含量最低为8.5 %[25]。这说明咖啡种类、产地、初加工处理方法对咖啡生豆的蛋白质含量都有影响。也可以看到，越南罗巴斯达咖啡生豆属于蛋白质含量较高的咖啡豆品种。

另外，越南罗巴斯达咖啡生豆中，脂肪含量为7.35 %到7.90 %之间，平均值为7.64 %。对比Vasconcelos等在2007年的检测发现巴西咖啡生豆的脂肪含量比本研究中咖啡的生豆脂肪含量高出2.46 %[7]，O－liveira等[23]在2006年及Franca等[9]在2005年报道的巴西阿拉比卡咖啡生豆中检出脂肪含量为9.65 %到11.13 %，Folstar[26]和Speer等[23]在2001年检测阿拉比卡咖啡生豆的脂肪含量最高为16 %，都比越南罗巴斯达咖啡生豆中的脂肪含量要高。Marcone[15]检测埃塞俄比亚和印度尼西亚狸猫咖啡生豆中的脂肪含量也比越南罗巴斯达咖啡生豆中的多。只有Mussatto等[25]检测罗巴斯达咖啡生豆中脂肪含量和本研究检测的结果差别不大。这说明阿拉比卡咖啡生豆各产地的脂肪含量都比罗巴斯达咖啡生豆中脂肪含量高，越南罗巴斯达咖啡生豆中脂肪含量低。

越南罗巴斯达咖啡生豆中淀粉含量为20.74 %到21.52 %之间，平均值为21.10 %。此淀粉含量比Damatt[27]研究中罗巴斯达咖啡生豆中淀粉含量少5.1 %，然而Ramalakshmi[14]检测阿拉比卡咖啡生豆中的淀粉比本研究检测的咖啡豆少11.1 %。这结果说明咖啡种类和产地及初加工对淀粉含量都有影响。

越南罗巴斯达咖啡生豆中的灰分的含量检测结果平均值为3.47 %，与Ramalakshmi[25]检测阿拉比卡咖啡生豆和Marcone[15]检测埃塞俄比亚和印度尼西亚狸猫咖啡生豆中的灰分含量相似。但Clarke & Walker[28]，Vasconcelos等[7]，Franca等[9]和Oliveira等[23]在阿拉比卡咖啡生豆中检测出的灰分含量均比本研究所检测的咖啡豆灰分含量高。目前已检测咖啡生豆中的灰分值最大的是Oliveira等的研究，在巴西阿拉比卡咖啡生豆中检出的含量为5.2 %[23]，比本研究越南罗巴斯达咖啡生豆的灰分含量高出1.73 %。

越南罗巴斯达咖啡生豆中总糖的含量检测结果，平均值为4.34 %。Farah[11]报告在巴西阿拉比卡咖啡生豆中的总糖检测值4.88 %，比越南罗巴斯达咖啡生豆中总糖含量要高。而Nunes等报告在巴西和哥斯达黎加阿拉比卡咖啡生豆中总糖为0.41 %～0.575 %[24]，Nunes等报告，在乌干达罗巴斯达咖啡生豆中总糖检测值为0.536 %[29]，均比越南罗巴斯达咖啡生豆总糖含量少。其它品种如Nunes等报告，在巴西阿拉比卡咖啡生豆中总糖检测值为2.92 %[30]，也比本研究少。然而Sven Knopp等报告在奇堡阿拉比卡咖啡生豆中总糖检测值为7.79 %[10]，比本研究的咖啡生豆中总糖含量多。

2.2烘焙时间对咖啡豆品质指标的影响

咖啡豆烘焙过程中，随着烘焙时间的延长和烘焙温度的升高，咖啡豆内水分降低，体积膨胀，其它成分也陆续散失，使咖啡豆的总体质量减少。烘焙前后，南罗巴斯达咖啡豆的质量损失分别为美式7.05 %，维也纳式12.34 %，法式15.7 %，意式21.8 %，西班牙式24.27 %。其结果与文献[31，32]中报道的结果相似。

烘焙过程中的质量变化分两个阶段。在前12min，重量损失是由于水分和挥发性组分的缓慢释放；在此阶段后，重量损失是因为热解过程中有机化合物的分解和CO2的释放[33]。咖啡烘焙过程中的重量变化是评价咖啡品质的重要方法，是比颜色检验更为可靠的烘焙品质检验方法[34]。

图1不同烘焙程度与各成分含量关系Fig.1 The relationship between roasting degree and each component contents

由图1可以看出，随着烘焙时间的延长，蛋白质含量增加，在西班牙式烘焙程度时达到最高值为17.203%，后稍有下降，其含量的变化规律为从14.499%升到17.203 %，再降到16.988 %，比未烘焙的咖啡生豆的蛋白质含量增高。在已有的研究中，Vasconcelos等发现巴西阿拉比卡咖啡烘焙后，蛋白质含量为13.1% 到13.2 %，比本研究咖啡生豆中蛋白质含量要少，其变化规律也与越南罗巴斯达咖啡不同[7]。Oliveira等检测巴西阿拉比卡咖啡烘焙后，蛋白质含量为14.0 %到14.4 %[29]，Feldman等[35]检测哥伦比亚和巴西罗巴斯达咖啡烘焙后的蛋白质含量为5.8 %到9.24 %，比其咖啡生豆中蛋白质含量少。而Martins等测得巴西罗巴斯达咖啡烘焙后蛋白质含量为14.10 %到14.78 %之间，也比越南罗巴斯达咖啡豆蛋白质含量少，但蛋白质含量随着烘焙时间的延长而增加，这与越南罗巴斯达咖啡豆的变化规律相同[32]。这说明咖啡烘焙程度与蛋白质含量之间的关系随着咖啡种类、产地的不同而不同。

如图1所示，咖啡豆脂肪含量从8.14 %增加到12.50 %。随着烘焙时间的延长，脂肪含量显著增加。其最高值为在西班牙式烘焙下的12.50 %。据报道，随着烘焙时间延长，脂肪含量增加的原因，可能是由于部分新产生的物质溶解于油脂之中的结果[7]。Vasconcelos等检测巴西阿拉比卡咖啡烘焙过程中，脂肪含量最高时比咖啡生豆高11.18 %[7]。此结果与越南罗巴斯达咖啡豆的脂肪变化规律相类似，但脂肪增加幅度没有越南罗巴斯达咖啡豆的高。Franca等检测烘焙的巴西阿拉比卡咖啡脂肪含量为10.36 %到10.94 %[9]，但烘焙过程中脂肪含量变化无显著差异。Folstar[26]检测的脂肪含量变化规律与本研究的检测结果相似。

如图1所示，检测的咖啡豆淀粉含量变化范围为16.30 %到24.90 %。随着烘焙时间的延长，淀粉含量先增高后下降，在维也纳式烘焙条件下含量最高为24.90 %，比咖啡生豆的淀粉含量高118 %。随后下降显著，在西班牙式烘焙降到最低值为16.30 %，比咖啡生豆仅高77.3 %。这是因为在烘焙程度过高，使淀粉成分有些被烧毁，使淀粉含量降低。Vasconcelos等检测巴西阿拉比卡咖啡淀粉含量为9.3 %到11.3 %[7]。Damatt研究的罗巴斯达咖啡烘焙中淀粉含量为11.1 %到18.4 %，其值比本研究中越南罗巴斯达咖啡烘焙中的淀粉含量少，但与越南罗巴斯达咖啡烘焙过程中淀粉含量变化规律相似[27]。

如图1所示，检测的越南罗巴斯达咖啡豆烘焙过程中总糖的变化为从2.440 %降到0.738 %，随着咖啡豆随烘焙时间的延长，总糖微量增加。在美式烘焙总糖含量为2.440 %，约为咖啡生豆的56 %，在维也纳式烘焙方式下总糖含量达到最小值，仅为咖啡生豆总糖含量的17 %，随后含量少量增加，至西班牙式烘焙为0.825 %。在罗巴斯达咖啡烘焙过程中，随着烘焙时间的延长，除了咖啡豆质量损失，还有许多物质也跟着损失，总糖的烘焙损失尤为明显。糖中的物质有机化合物多分解成CO2，对烘焙温度很敏感[30]。Nunes等检测的巴西和哥斯达黎加阿拉比卡咖啡烘焙中的总糖为0.74 %到0.939 %[36]，但报告检测的总糖含量比咖啡生豆含量多0.33 %～0.364 %。而Nunes检测乌干达罗巴斯达咖啡烘焙中总糖为0.138 %到0.237 %[29]，而都比咖啡生豆总糖含量少，且随烘焙时间的延长总糖减少，这与本文的检测结果相似。而Nunes等[30]和Oosterveld 等[37]检测的阿拉比卡咖啡烘焙中的总糖含量比本研究的检测结果多，但总糖的变化规律变化与本文的检测结果相似。

如图1所示，咖啡烘焙过程中的灰分含量在不同烘焙程度下平均值从4.38 %变化到5.23 %。随着咖啡烘焙时间的延长，咖啡灰分含量增高。这是因为随着烘焙程度的增加，咖啡中的有机化合物热解，以CO2的形式释放，使灰分含量慢慢增高。魻zdestan检测的土耳其咖啡烘焙粉末中的灰分从3.89 %增加至4.89 %[38]，此变化规律与本文的检测结果相似。Vasconcelos等[7]检测巴西阿拉比卡咖啡烘焙过程中灰分含量由4.4 %增加到4.6 %，但他也发现一些烘焙过程中灰分含量减少的特例。然而Franca等[9]和Oliveira等[23]检测阿拉比卡咖啡烘焙中的灰分都比本研究的检测结果少，而且灰分含量变化规律也与本研究变化规律不同。

2.3烘焙温度对咖啡豆成分的影响

图2不同烘焙温度与各成分含量关系Fig.2 The relationship between roasting temperature and each component contents

如图2所示，咖啡豆在不同烘焙温度下蛋白质、总糖、脂肪、淀粉和灰分等成分含量也发生变化。在固定时间烘焙为20 min，温度从210℃增加至250℃的烘焙过程中，越南罗巴斯达咖啡豆质量损失分别为8.54 %，11.0 %，12.74 %，18.12 %和24.27 %，这与文献[31，32]报道的结果相似。

随着烘焙温度升高，蛋白质和脂肪的含量不断增高，并在烘焙温度250℃时达到最高值。蛋白质和脂肪含量最大值分别为16.99 %和12.5 %，比咖啡生豆的蛋白质和脂肪含量分别高了17.2 %和63.6 %。在不同烘焙温度下淀粉含量为16.30 %到25.30 %。开始淀粉含量随着烘焙温度升高稍增高，230℃时达到最高值的25.30 %，为咖啡生豆的120.5 %，随后稍有下降，在240℃降为24.70 %，但在最高烘焙温度250℃时，淀粉含量突然降到最低值16.30 %，为咖啡生豆的77.3 %。在不同烘焙温度下总糖含量不断降低，从1.870 %降到0.602%，在烘焙温度210℃时，总糖含量为1.870 %，占咖啡生豆总糖含量的43 %。随着温度增高，总糖含量减少很快，在240℃条件下达到最小值0.602 %，在250℃时稍增到0.825 %。在不同烘焙温度下，灰分平均值在4.41 %和5.23 %之间。随着咖啡烘焙温度增高灰分含量增高。这是因为随着烘焙温度增加，许多物质慢慢被烧化，使灰分含量增高。

3　结论

1）越南罗巴斯达咖啡生豆中的蛋白质总量平均值为14.50 %，属于蛋白质含量较高的咖啡豆品种；脂肪含量平均值为7.64 %，较其它品种咖啡生豆中脂肪含量低；淀粉含量平均值为21.10 %，灰分含量平均值为3.47 %，与埃塞俄比亚和印度尼西亚狸猫咖啡生豆中的灰分含量相似；总糖的含量平均值为4.34 %，与其它品种生豆接近。

2）咖啡豆烘焙过程中，随着烘焙时间的延长，咖啡豆的质量减少。咖啡豆烘焙后的质量损失分别为美式7.05 %，维也纳式12.34 %，法式15.7 %，意式21.8 %和西班牙式24.27 %。随着烘焙程度的上升，蛋白质含量随之增加，达到最高值为17.203 %后稍有下降，比未烘焙的咖啡生豆的蛋白质含量高。脂肪含量也显著地增加，在西班牙式烘焙程度下其最高值为12.50 %。淀粉含量随着烘焙程度增高而增高，在维也纳式烘焙条件下含量最高为24.90 %，后显著下降。总糖含量为0.738 %到2.440 %，较咖啡生豆减少，在美式烘焙下总糖含量仅为2.440 %。灰分含量则随着烘焙程度的增加而增高。

3）咖啡豆烘焙温度在210℃~250℃之间，每隔10℃的质量损失分别为8.54%，11.0%，12.74%，18.12% 和24.27 %。随着烘焙温度升高，蛋白质和脂肪的含量增高，在烘焙条件最高含量达到最大值为16.99 %和12.50 %。淀粉含量为16.30 %到25.30 %。随着烘焙温度提高淀粉含量先稍增高后下降，在达到最高烘焙温度时，淀粉含量降到最低值为16.30 %。总糖含量为0.602 %到1.870 %，随着温度增高，总糖含量减少很快，在240℃条件下达到最小值。灰分值为4.41 %到5.23 %之间，随着烘焙温度升高而增高。

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Effect of Roasting Conditions on Several Component Content of Coffee Beans

Tran Van Cuong1，3，ZHANG Zong-ling4，GUO Kang-quan1，2，*，XIA Nan4，SHANG Jin1，CHEN Xian-qing4

（1. College of Mechanical and Electronic Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China；2. Shaanxi Engineering Research Centre for Agriculture Equipment，Yangling 712100，Shaanxi，China；3. VietNam Russian Vocation College No1，Xuan Hoa area，Phuc Yen city 283400，Vinh Phuc，Viet Nam；4. College of Food and Science Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China）

Abstract：The effects of roasting conditions on the contents of proteins，sugars，starch，lipids and ashes of Vietnam Robusta green coffee beans and roasting coffee beans were studied using different analytical and detection methods such as Kjeldahl method，visible spectrophotometry method，burette method，muffle furnace method and Soxhlet extraction methods . The data were analyzed using the statistical software SPSS17.0. The results demonstrated that Vietnam Robusta coffee variety was rich in protein but lower in fat content. With the increase in roasting degree and roasting temperature，their protein and starch contents were initially increased then decreased slightly，total sugar content was reduced significantly whereas significant increase were observed in fat and ash contents. The ranges of variation in different components were：proteins 14.50 % to 17.20 %，starch 16.30 % to 25.30 %，total sugars 0.687% to 4.340 %，lipids 7.64% to 12.5% and ash 3.47% to 5.23%.

Key words：Robusta coffee；roasting degree；roasting temperature；proteins；sugars；starch；lipids；ashes

收稿日期：2014-07-14

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.01.009

*通信作者：郭康权（1955—），男（汉），教授，博士生导师，研究方向：农产品加工，农产品贮藏及加工工程

作者简介：Tran Van Cuong（1979—），男，越南人，博士研究生，研究方向：农产品加工。

基金项目：公益性行业（农业）科研专项（201003063-07）