种间嫁接对中粒种咖啡品质的影响①

董云萍 宗吉勇 林兴军 孙 燕 黄丽芳 闫 林 王晓阳龙宇宙③

(1 中国热带农业科学院香料饮料研究所/农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室/海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室 海南万宁571533;2 云南农业大学热带作物学院 云南普洱665099)

小粒种（Coffea arabicaL.）和中粒种（C.canephoraPierre ex Froehner）咖啡产量高，品质好，已成为主产国商业主栽品种。大粒种查理变种（C. libericavar. Dewevrei）咖啡饮用品质较差，但树形高大，根系发达，主要用作育种和砧木材料。近几年海南老龄咖啡园衰弱植株、更新再植常常发生不明原因黄化、死亡等连作障碍。生产上采用种间嫁接方法，促进植株生长取得了明显的效果［1］。国外开展了小粒种咖啡种间嫁接抗线虫的研究［2-12］。

影响咖啡品质的主要因素有咖啡豆粒度、密度等物理特性及蔗糖、蛋白质、咖啡因、绿原酸等化合物含量。Isabelle 等［13］提出咖啡品质与蔗糖含量呈正相关。胡双芳等［14］研究表明，咖啡感官评分高低与咖啡因含量和葫芦巴碱含量的线性相关性具有显著性，均成负相关，同时咖啡感官好的风味品质与烘焙后咖啡因损失量、葫芦巴碱损失量、绿原酸损失量、还原糖损失量正相关性均为极显著，与蛋白质损失量的线性相关性不显著。这一结果在试验所选的7种咖啡豆中具有普遍性，有助于通过对咖啡豆化学组分的测定初略估计咖啡的感官品质好坏。

为探明种间嫁接后是否改变商业种咖啡的品质及杯品特性，已有学者开展了种间嫁接对咖啡结实率、果实饱满度、咖啡豆化学成分如咖啡因、脂肪、 蔗糖含量以及咖啡饮料风味的研究［4，11-12，15］，结果不尽相同。国内董云萍［16］研究认为，种内与种间嫁接不影响中粒种咖啡的出米率、百粒重性状。孙燕等［17］研究结果嫁接组合咖啡因含量降低，绿原酸含量升高40.30%，表明嫁接组合具有较高的品质，但文章未对不同处理咖啡杯品特性进行研究。

为探明种间嫁接后是否改变商业中粒种咖啡的品质及杯品特性，本研究以大粒种查理变种为砧木，中粒种咖啡为接穗的种间嫁接与未嫁接的中粒种咖啡为材料，系统开展咖啡豆物理特性、化学组分含量和杯品品质测定和分析，为咖啡生产推广种间嫁接技术，促进产业发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

采样地点在海南省中国热带农业科学院香料饮料研究所琼海大路咖啡基地（东经：110°27＇29"，北纬：19°26＇44"），2012年3月定植。该试验地设有两个处理：处理1，热研3 号中粒种咖啡（C. canephoraPierre ex Froehner cv. Reyan No.3）未嫁接植株；处理2，种间嫁接植株，砧木为大粒种查理变种16 号（C. libericavar.Dewevrei cv.No.16），接穗为热研3 号。每个处理11个小区，每小区10 株，共22 个小区，220 株。2018年1月，从每个处理每个小区采集红色成熟果实500 g 混合成一个处理样，经手工脱皮、酶法脱胶、清洗、日晒干燥制成带壳咖啡豆，从每个样品中随机称取1 000 g 带壳豆，用小型脱壳机脱去种皮，制成咖啡米样品。

1.2 方法

1.2.1 测定方法

⑴百粒重测定

随机数100粒咖啡米，称量质量。重复4次。

⑵百粒密度测定

采用排水法测定，随机数100粒咖啡米，称量其质量后，准备好一个100 mL 量筒，倒入清水不超过最大量程的1/2，记录水面体积V1，将咖啡米逐一放入量筒并全部浸没于水中，轻轻震荡量筒外壁赶出气泡，记录水面体积V2，咖啡米密度＝100粒咖啡米质量÷（V2-V1），重复3次。

⑶粒度测定

每个样品称取300 g 咖啡米，准备好7、6.5、6、5 mm 筛子，把筛子按从小到大套好，倒入样品进行筛分，把留在每一级筛子上的咖啡豆进行称重，重复3次。

⑷咖啡豆化学组分含量测定

取过6.5 mm筛的咖啡豆样品80 g，用植物样品粉碎机粉碎，过30 目筛子，装入干净塑料自封袋中保存。蛋白质按照GB 5009.5-2016 中燃烧法测定；脂肪按照GB 5009.6-2016 中索氏抽提法测定；蔗糖按照GB 5009.8-2016 中酸水解法测定；绿原酸按照GB/T 22250-2008 中高效液相色谱法测定；咖啡因按照GB 5009.139-2014 高效液相色谱法测定；葫芦巴碱按照NY/T 3012-2016 高效液相色谱法测定。

⑸咖啡杯品测定

分别取每个过6.5 mm 筛的生豆样品300 g，送到广州中山专业咖啡杯品工作室进行烘焙和杯测，由5 名执咖啡品鉴师资格证的专业人员进行杯品评分。

1.2.2 数据分析

数据用Microsoft Excel 2010 软件进行整理，方差分析采用SPSS 19.0 软件中的ANOVA 进行统计分析，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 嫁接和未嫁接咖啡豆物理特性差异比较

2.1.1 咖啡米粒径分析

由图1 可见，嫁接和未嫁接咖啡米粒径＜5.0 mm 所占比例差异不显著，其余粒径级别咖啡米所占比例两者间差异显著。嫁接咖啡米粒径＞7.0 mm和＞6.5 mm 所占比例分别为23.07%、31.17%显著大于未嫁接。未嫁接咖啡米粒径＞6.0 mm 和＞5.0 mm所占比例分别为35.41%、23.25%显著大于嫁接。由此可见，嫁接后大部分咖啡米分布在更大的粒径范围，而未嫁接咖啡米分布在更小一些的粒径范围内，嫁接咖啡米粒度比未嫁接咖啡米粒度大。

图1 嫁接和未嫁接咖啡米粒径分级比较

2.1.2 咖啡豆百粒重、百粒密度比较

由图2 可见，咖啡豆百粒重嫁接为16.01 g，未嫁接为15.58 g，嫁接咖啡豆百粒重比未嫁接稍大（图2-A）；百粒密度嫁接为1.13 g/cm3，未嫁接为1.25 g/cm3，百粒密度未嫁接比嫁接稍大（图2-B）。两者间差异不显著，表明中粒种经嫁接处理后，其咖啡米百粒重和豆粒组织结构紧密度没有被明显改变。

图2 嫁接和未嫁接咖啡百粒重、百粒密度比较

2.2 嫁接和未嫁接咖啡豆化学组分差异比较

2.2.1 咖啡豆蛋白质、脂肪、蔗糖含量比较

由图3可见，蛋白质含量嫁接为13.36%，未嫁接为13.37%；脂肪含量嫁接为5.40%，未嫁接为6.60%；蔗糖含量嫁接为8.19%，未嫁接为7.52%。嫁接和未嫁接处理咖啡豆蛋白质、脂肪、蔗糖含量差异不显著，嫁接处理蛋白质、脂肪含量稍小于未嫁接处理，蔗糖含量稍高于未嫁接处理，含量从高到低依次是蛋白质＞蔗糖＞脂肪。

图3 嫁接和未嫁接咖啡豆蛋白质、脂肪、蔗糖含量比较

2.2.2 咖啡豆咖啡因、绿原酸、葫芦巴碱含量比较

由图4 可见，咖啡因含量嫁接为1.62%，未嫁接为1.70%；绿原酸含量嫁接为5.12%，未嫁接为5.51%；葫芦巴碱含量嫁接为0.79%，未嫁接为0.81%。嫁接处理咖啡因、绿原酸、葫芦巴碱含量稍小于未嫁接处理，差异不显著。含量从高到低依次为绿原酸＞咖啡因＞葫芦巴碱。

图4 嫁接和未嫁接咖啡豆咖啡因、绿原酸、葫芦巴碱含量比较

2.3 咖啡豆杯品结果比较

分别取嫁接和未嫁接处理过6.5 mm 筛的生豆样品300 g，送到广州中山专业咖啡杯品工作室进行烘焙和杯测，由5名执咖啡品鉴师资格证的专业人员评分，评分规则参照SCAA 标准，从咖啡饮料的香气、醇厚度、干净度、风味4 个方面单项打分，汇总后计算平均分。评分结果：嫁接处理为81.00 分，未嫁接处理为82.25 分，两个处理的咖啡豆杯品分数都达到≥80 分的精品级要求，处理间杯品分数差异不大。

3 讨论与结论

3.1 讨论

咖啡生豆在全球的贸易量非常巨大，每年约为800 万t，咖啡生产商首先将咖啡生豆采用重力分选和不同孔径的筛子将咖啡豆筛分成不同的等级。密度大、粒度大的咖啡豆比密度小、粒度小的咖啡豆价格相差1 倍以上。本文筛选了百粒重、百粒密度、粒度这几个重要物理指标，对嫁接与未嫁接处理咖啡豆物理特性进行分析。结果表明嫁接后颗粒较大的咖啡米所占的比例显著大于未嫁接，可见，嫁接增大了咖啡米的粒径。但百粒重和百粒密度两者间差异不显著，说明嫁接未对咖啡豆的饱满度产生影响。试验结果与Benoît 等嫁接不影响咖啡果实的饱满度结论相同，但与Benoît 等嫁接显著降低豆大小结论不一致，原因可能与Benoît 等所用的接穗品种是小粒种，与本文不同，且嫁接地点位于气候凉爽的高原地区，而大粒种咖啡对高原地区适应能力差有关［11］。

蔗糖是生咖啡豆中主要的低分子量糖，占低分子量糖的90%以上，蔗糖在咖啡烘焙中发生焦糖化反应、热裂解反应、与氨基酸发生美拉德反应，反应产物构成咖啡风味物质的重要组成部分［18］，Isabelle 等［13］提出咖啡品质与蔗糖含量呈正相关。蛋白质是咖啡生豆中含量较高的物质，在咖啡烘焙中部分降解为氨基酸并与蔗糖发生美拉德反应。脂类是咖啡生豆中主要化学组分之一，但在烘焙过程中其含量变化不大［19］。咖啡因和葫芦巴碱是咖啡豆中主要的生物碱，葫芦巴碱是咖啡香气的前体物质，参与美拉德反应，有资料显示恰当地控制葫芦巴碱的热解，是获得最佳风味的高质量咖啡的关键［20］。咖啡因在咖啡焙炒过程中不参与反应，但是咖啡饮料中苦味的主要来源。绿原酸是咖啡涩味的主要来源，Franca 等［21］研究表明，在同一烘焙程度下葫芦巴碱含量高，则咖啡的品质更高，而绿原酸含量高则咖啡品质下降。本文对嫁接与未嫁接处理咖啡豆进行了与咖啡饮料品质相关性较高的这些化合物含量分析比较，结果表明蛋白质、脂肪、蔗糖、咖啡因、绿原酸、葫芦巴碱含量两者间差异不显著。杯测评分结果两者间差异较小，与Benoît 等［11］种间嫁接不影响咖啡因、脂肪、蔗糖等物质含量研究结果基本一致。但Aloysius 等［15］研究指出，用Exelsa 为砧木，中粒种为接穗处理，提高了豆的咖啡因含量和饮料醇度，增加了涩味和苦味，降低了豆的香气和香味。这是否与不同研究所选取的接穗和砧木不同有关，有待进一步研究。

3.2 结论

种间嫁接增大了咖啡米的粒径，对咖啡豆的饱满度没有产生显著影响；种间嫁接处理对咖啡豆蛋白质、脂肪、蔗糖、咖啡因、绿原酸、葫芦巴碱含量的影响较小，杯品品质两者间无显著差异。因此采用种间嫁接，基本能保持接穗中粒种咖啡豆的物理特性，没有改变化学组分含量，也未明显降低饮料的杯品品质，可见，该种间嫁接组合可推广生产应用。

随着育种技术的不断发展，将会选育出更多的中粒种咖啡品种，下一步有必要开展更多的中粒种不同品种与大粒种查理变种砧木种间嫁接组合对产量和品质的影响研究，才能更好的满足生产发展的需要。