烘焙方式对咖啡豆氨基酸的影响

刘莉萍，李莹莹，李 艳，周 靖

烘焙方式对咖啡豆氨基酸的影响

刘莉萍1*，李莹莹2，李 艳1，周 靖1

（1．深圳职业技术学院 应用化学与生物技术学院，广东 深圳 518055；2．深圳市计量质量检测研究院，广东 深圳 518055）

探究烘焙方式对咖啡豆氨基酸的影响，为新型咖啡制品研发提供依据．选取4个国家咖啡生豆，分别采取肉桂、都市、维也纳、法式、意式5种方式烘焙，采用全自动氨基酸分析仪测定并比较烘焙前后咖啡豆氨基酸变化，对测定结果进行方差统计分析．结果显示，4个国家咖啡生豆氨基酸种类及其含量无显著性差异（＜0.05），其中谷氨酸含量最高，蛋氨酸含量最低；氨基酸对烘焙温度非常敏感，烘焙温度越高，加热时间越长，对氨基酸影响越大；8种氨基酸（Lys、Cys、Arg、 His、Gly、Thr、Ser、Asp）随烘焙温度升高，氨基酸含量显著下降．焙度方式直接影响咖啡豆氨基酸含量，浅度肉桂式烘焙可较好地保留咖啡豆的氨基酸．

氨基酸；咖啡豆；烘焙；方差分析

随着消费理念的变化，咖啡消费观逐渐从时尚转变为健康．咖啡豆烘焙方式不同直接影响整体口感、香味、酸度、醇度、色泽及营养成分等[1-2]．氨基酸是咖啡风味的前提物质，烘焙过程中氨基酸与糖类发生美拉德反应生成吡嗪类、吡咯类以及呋喃类化合物；也可发生斯特克降解反应生成醛类、酮类化合物，形成特有的咖啡风味、香气和滋味[3]．据报道，氨基酸对烘焙条件极其敏感[4]，在咖啡豆烘焙过程中，总氨基酸含量会逐渐减少[5]．本实验以4种咖啡豆为例，选取常用5种烘焙方式[6-7]，研究烘焙方式对咖啡豆氨基酸的影响，为咖啡制作者和消费者提供数据参考．

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

咖啡生豆来源于本市商场，包括哥伦比亚的慧兰、埃塞俄比亚的耶加雪咖、巴布亚的新几内亚、云南保山的铁皮卡．

氨基酸标准储备液：17种氨基酸混合标准溶液，包括天门冬氨酸（Asp）、苏氨酸（Thr）、丝氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、脯氨酸（Pro）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、胱氨酸（Cys）、缬氨酸（Val）、甲硫氨酸（Met）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、酪氨酸（Tyr）、赖氨酸（Lys）、苯丙氨酸（Phe）、氯化铵（NH4Cl）、组氨酸（His）、精氨酸（Arg），每种氨基酸浓度均为2.5μmol/mL，日本和光纯药工业株式会社．

浓盐酸：质量分数≥36%，分析纯，广州市东红化工厂．

盐酸（6 mol/L）：取500 mL浓盐酸加去离子水稀释至1000 mL，混匀．

盐酸（0.02 mol/L）：量取1 mL浓盐酸加入盛有600 mL去离子水的烧杯中，混匀．

茚三酮显色液：购买自日本和光纯药工业株式会社，主要成分为茚三酮、丙二醇单甲醚、硼氢化钠．

去离子水：GB/T 6682中的一级水，电阻率≥18.2MΩ/cm．

1.2 仪器与设备

L-8900高速全自动氨基酸分析仪，日本日立公司；SA-N2-10C氮气发生器，英国PerMuta公司；THSR-001G咖啡烘焙机，韩国Proaster；R-220鬼齿磨豆机，日本富士皇家公司；玻璃水解管，30mL，北京爱邦科技发展有限公司．

1.3 试样制备

选用韩国Proaster咖啡烘焙机烘焙咖啡生豆，用鬼齿磨豆机将烘焙后的咖啡豆磨成冲泡状（粉末状），混匀，密封于塑料袋中．

1.4 标准系列溶液配制

用0.2 mol/L盐酸溶液逐级稀释标准储备液（2.5 μmol/mL）配成混合标准工作溶液，此混合标准工作溶液中各氨基酸浓度分别为0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5和0.8 µmol/mL．

1.5 试样预处理

称取约0.4 g（精确至0.1 mg）咖啡粉末试样于30 mL玻璃水解管中，加入6 mol/L盐酸溶液20 mL，充氮气5 min封口，110 ℃水解22 h．将水解后液体转移至小烧杯中，60 ℃水浴蒸干，用0.02 mol/L盐酸溶液洗入25 mL容量瓶中，定容，摇匀，用0.22 μm滤膜过滤．

1.6 仪器参数设定

氨基酸自动分析仪参数：色谱柱为填充柱，4.6mm×60mm（填日立离子交换树脂），柱温为57 ℃，检测波长为570 nm、440 nm，柱后衍生剂为茚三酮溶液，梯度洗脱程序见表1．

1.7 试样测定

调整咖啡试样水解液至合适浓度，Asp、Thr、Ser、Glu、Gly、Ala、Cys、Val、Met、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、His、Arg在570 nm波长下检测；Pro在440nm波长下检测．

表1 氨基酸分析梯度洗脱程序

注：B1- B4：由柠檬酸钠、氯化钠、柠檬酸、乙醇、硫代双乙醇、聚氧乙烯月桂醚等按比例配制成的pH=1、pH=2、pH=3和pH=4的缓冲溶液；B5：H2O；B6：由氢氧化钠、乙醇、聚氧乙烯月桂醚按比例配制成的蛋白质水解再生溶液；R1：由茚三酮、丙二醇单甲醚、硼氢化钠按比例配制的茚三酮溶液；R2：由醋酸锂、冰醋酸、丙二醇单甲醚按比例配制的茚三酮缓冲溶液；R3：由乙醇和蒸馏水按比例配制的5%的乙醇溶液．

1.8 数据处理

所有实验均重复测定3次，采用SPSS进行统计学分析，显著性差异水平为＜0.05，实验数据用均值标准差的形式表示．

2 结果与讨论

2.1 咖啡生豆烘焙条件

参照市场常用咖啡豆烘焙条件，设计咖啡生豆烘焙条件，见表2．

2.2 氨基酸标准混合液测定

17种氨基酸标准混合液测定色谱图，见图1．

由图1可知，17种氨基酸峰之间的分离度均大于1.2，柱效稳定，分离效果良好，各氨基酸的色谱保留时间见表3．

2.3 方法的线性关系考察

在优化仪器工作条件下测定标准系列溶液，以相应氨基酸的浓度（）为横坐标，以峰面积（）为纵坐标，绘制标准曲线，线性范围为0~0.8µmol/mL，结果见表4．

由表4可见，在0~0.8 µmol/mL范围内，17种氨基酸标准曲线的相关系数值均大于0.998，呈良好线性关系．

2.4 方法的精密度考察

选取咖啡试样（二爆始的巴布亚新几内亚）进行精密度试验，平行测定6次，结果见表5．

由表5可知，试样测定值的相对标准偏差小于6%，具有良好的精密度．

表2 咖啡生豆烘焙条件

图1 氨基酸标准混合液色谱图

表3 17种氨基酸色谱保留时间

表4 17种氨基酸标准曲线的线性情况

表5 方法的精密度（n=6）

2.5 方法的准确度考察

选取咖啡试样（一爆始的云南保山铁皮卡）做加标回收率试验，加入0.4µmol/mL的17种氨基酸混合标准溶液1.00mL，平行测定3次，结果见表6．

由表6可知，在精密度达到要求的情况下，测定17种氨基酸的回收率均在95%~105%范围内，方法准确、可靠．

2.6 咖啡生豆氨基酸含量比对

与氨基酸标准混合液相同条件下测定咖啡生豆试样，结果见表7．

使用Excel 2010对表7数据进行方差分析，F＜F crit，说明不同国家的咖啡生豆中17种氨基酸的含量及总量无显著性差异．生豆中谷氨酸Glu含量最高，蛋氨酸Met含量最低．

2.7 不同烘焙度下氨基酸含量的测定

分别考察5个烘焙条件下，咖啡豆中氨基酸含量的变化，结果见表8~11．

表6 方法的准确度（n=3）

表7 4种咖啡生豆氨基酸含量比对（g/100g）

表8 云南保山铁皮卡各烘焙度氨基酸含量测定（g/100g）

表9 巴布亚新几内亚各烘焙度氨基酸含量测定（g/100g）

表10 哥伦比亚慧兰各烘焙度氨基酸含量测定（g/100g）

表11 埃塞俄比亚耶加雪咖各烘焙度氨基酸含量测定（g/100g）

由表8~11可知，烘焙影响咖啡豆中氨基酸含量，烘焙程度越高氨基酸含量下降越显著．

2.8 烘焙度对氨基酸含量的影响

不同烘焙度下氨基酸总量变化见图2．

图2 烘焙度对氨基酸总量的影响

由图2可见，4种咖啡生豆中17种氨基酸总量在8.0~10.0g/100g之间，烘焙后它们的氨基酸总量均有不同程度下降，其中意式烘焙度下咖啡豆氨基酸总量下降最多；哥伦比亚慧兰咖啡豆在维也纳烘焙度下氨基酸含量略有增加．这可能与咖啡豆品种有关，因为咖啡豆生长条件及环境不同，其中蛋白质的结构也不尽同，具体原因有待进一步探究．

2.9 烘焙敏感类氨基酸变化

采用方差分析（ANOVA）分析表8~11氨基酸测定结果，结果表明：8种极性氨基酸Arg、His、Lys、Gly、Thr、Ser、Cys和Asp的含量在生豆和5个不同烘焙度（肉桂、都市、维也纳、法式、意式）下存在显著差异，即在95%的置信区间内，烘焙度的变化对这八种氨基酸的含量产生了显著性的影响．

随着烘焙温度逐渐升高，上述8种氨基酸含量均都呈下降趋势，其中赖氨酸（Lys）、胱氨酸（Cys）、精氨酸（Arg）的含量在温度达到203℃（即肉桂，一爆始）时，氨基酸含量下降50%以上；当烘焙温度达到250℃（即意式，二爆末）时，氨基酸含量小于0.2g/100g，说明烘焙工艺对咖啡豆中这3种氨基酸的破坏性极强．此外，随着烘焙温度逐渐升高，His、Gly、Thr、Ser、Asp五种氨基酸含量也呈规律性下降趋势，每提升一个烘焙度下降20%，当烘焙温度达到250℃（即意式，二爆末）时，His、Thr、Ser含量小于0.2g/100g，Gly、Asp下降至0.4g/100g．

3 结 论

通过对比4个国家5种烘焙加工前后咖啡豆中17种氨基酸变化，发现4个国家咖啡生豆氨基酸种类及其含量无显著性差异，其中谷氨酸含量最高，蛋氨酸含量最低；氨基酸对烘焙温度非常敏感，烘焙温度越高、加热时间越长，对氨基酸影响越大；8种氨基酸（Lys、Cys、Arg、His、Gly、Thr、Ser、Asp）随烘焙温度升高，氨基酸含量显著下降．从文中结果可以看出浅度烘焙（肉桂，一爆始）氨基酸破坏最少，但评价咖啡的品质除营养成分外，风味和滋味也同样重要，有关氨基酸与风味的关系有待后续研究．

[1] 邱明华，张枝润，李忠荣，等．咖啡化学成分与健康[J]．植物科学学报，2014，32（5）：540-550．

[2] 黄圣芳．烘焙参数影响咖啡质量与风味之研究[D]．中国台湾：中华科技大学工程学院，2016．

[3] Baltes W, Bochmann G. Model reactions on roast aroma formation - III. Mass spectrometric identification of pyrroles from the reaction of serine and threonine with sucrose under the conditions of coffee roasting[J]., 1987，184（6）：478- 484，

[4] Ghribi A M, Gafsi I M, Blecker C, et al. Effect of drying methods on physico-chemical and functional properties of chickpea protein concentrates[J]., 2015，165：179- 188．

[5] 王莹．不同烘焙度兴隆咖啡成分分析及烘焙工艺对品质的影响[D]．哈尔滨：黑龙江东方学院，2018．

[6] 麦特·罗宾森．咖啡样[M]．巫芷纭，烘郁馨译．拓客文化出版社，2015．

[7] Tran Van Cuong，张宗玲，郭康权，等．咖啡豆的烘焙条件对其成分含量的影响研究[J]．食品研究与开发，2016（1）：9．

Effects of Roasting on Amino Acids in Coffee Beans

LIU Liping1*,LI Yingying2, LI Yan1, ZHOU Jing1

（）

The paper aims to explore the best coffee roasting technology and provide basis for the research and development of new coffee products. Coffee beans from four countries were roasted through Cinnamon, City, Vienna, French and Italian methods. At first, automatic amino acid analyzer is used to determine and compare the amino acid changes before and after roasting coffee beans. Then, the results were statistically analyzed by variance. Results show that there was no significant difference in amino acid types and contents of coffee beans from the four countries (< 0.05). The content of glutamic acid was the highest and the content of methionine was the lowest in the coffee beans. Amino acids are very sensitive to the roasting temperature. The higher the roasting temperature gets, the longer the heating time needs, and the greater the influence on amino acids has. The content of eight amino acids (Lys, Cys, Arg, His, Gly, Thr, Ser, Asp) decreased significantly with the increase of roasting temperature. The degree of roasting directly affects the content of amino acid in coffee beans. The shallowest cinnamon roasting degree can better preserve the amino acid in coffee beans.

amino acid; coffee beans; roasting; variance analysis

2020-03-01

刘莉萍，女，吉林长春人，教授，研究方向为食品安全检测．

TS273

A

1672-0318（2020）03-0029-06

10.13899/j.cnki.szptxb.2020.03.005