張夢(mèng)嬌，王蓓，李妍，張銘霞（.北京工商大學(xué)食品學(xué)院，北京00048；.北京工商大學(xué)北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京00048；3.北京工商大學(xué)食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京00048）

咖啡中的特征風(fēng)味組分研究進(jìn)展

張夢(mèng)嬌1，3，王蓓2，3，*，李妍2，張銘霞1
（1.北京工商大學(xué)食品學(xué)院，北京100048；2.北京工商大學(xué)北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100048；3.北京工商大學(xué)食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京100048）

咖啡風(fēng)味是影響咖啡質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其主要由揮發(fā)性風(fēng)味組分和呈味組分兩部分組成。早在二十世紀(jì)初期咖啡風(fēng)味的相關(guān)研究就已成為咖啡研究領(lǐng)域內(nèi)的重要研究?jī)?nèi)容之一，從最初簡(jiǎn)單的感官評(píng)定到如今精密儀器分析，人們對(duì)于咖啡風(fēng)味的了解日漸深入。本文結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外咖啡風(fēng)味相關(guān)的研究進(jìn)展對(duì)咖啡中的揮發(fā)性風(fēng)味組分與非揮發(fā)性風(fēng)味組分的研究情況進(jìn)行了歸納總結(jié)，概述了咖啡在烘焙過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)的形成機(jī)制，并進(jìn)一步分析了咖啡中各類主要風(fēng)味物質(zhì)對(duì)咖啡的氣味、滋味等感官品質(zhì)的影響，為今后有關(guān)咖啡風(fēng)味的研究提供進(jìn)一步的參考和借鑒。

咖啡；風(fēng)味產(chǎn)生機(jī)理；揮發(fā)性風(fēng)味組分；呈味組分

咖啡是一種原產(chǎn)于埃塞俄比亞的熱帶植物，咖啡的果實(shí)經(jīng)過(guò)脫皮、發(fā)酵、脫膠、干燥后成為深綠色的生咖啡（green coffee）。生咖啡烘焙過(guò)程中其內(nèi)部各成分發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，形成咖啡特有的香氣和顏色。咖啡的風(fēng)味是影響咖啡品質(zhì)的重要因素，其中咖啡的揮發(fā)性香氣是由咖啡中原有組分在焙烤過(guò)程中形成復(fù)雜的揮發(fā)性化合物混合而成。而咖啡烘焙后生成的非揮發(fā)性物質(zhì)決定咖啡特有的酸味、苦味和澀味等關(guān)鍵味感［1］。本論文擬從影響咖啡感官品質(zhì)的揮發(fā)性風(fēng)味組分與滋味組分兩部分研究情況對(duì)咖啡風(fēng)味組分當(dāng)前研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1　咖啡風(fēng)味組分的形成機(jī)制

近年來(lái)隨著氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的不斷發(fā)展，烘焙咖啡風(fēng)味相關(guān)的各種揮發(fā)性組分研究非?；钴S，由于咖啡組成復(fù)雜，因而其在烘焙過(guò)程中香氣組分的形成機(jī)制極其復(fù)雜，當(dāng)前已有研究結(jié)果表明咖啡在烘焙過(guò)程中特征揮發(fā)性風(fēng)味組分產(chǎn)生機(jī)制主要包含以下兩部分［2-3］。

1.1咖啡中組分間的相互反應(yīng)

咖啡在焙烤過(guò)程中發(fā)生的美拉德反應(yīng)是咖啡中風(fēng)味組分形成的主要原因，該過(guò)程主要涉及到以下幾方面［4］：（1）咖啡中含氮物質(zhì)之間的反應(yīng)，例如：咖啡中蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、5-羥色胺和葫蘆巴堿之間的相互作用；（2）咖啡中碳水化合物、羥基酸和酚類化合物的減少，并進(jìn)一步形成氨基醛糖和氨基酮［5］；（3）咖啡中的含硫氨基酸，如胱氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸與還原糖參與美拉德反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物，并最終轉(zhuǎn)變成硫醇、噻吩和噻唑；（4）咖啡中的羥基氨基酸，如絲氨酸和蘇氨酸的分解，并且進(jìn)一步與蔗糖反應(yīng)形成烷基吡嗪類組分；（5）咖啡中的脯氨酸和羥脯氨酸的分解，或與美拉德的中間產(chǎn)物反應(yīng)，前者形成吡啶、吡咯和吡咯烷，后者形成烷基、?；涂坊量?；（6）咖啡中的其它氨基酸和上述美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的α-二羰基化合物之間進(jìn)一步發(fā)生Strecker降解反應(yīng)形成氨基酮［6］，并且這些氨基酮進(jìn)一步縮合形成氮雜環(huán)化合物或與甲醛反應(yīng)形成噁唑［7］。

1.2咖啡中原有組分的降解

在生咖啡高溫焙烤過(guò)程中，咖啡中的部分原有組分也會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的降解形成一系列風(fēng)味組分，例如：（1）葫蘆巴堿發(fā)生降解形成烷基吡啶和吡咯［8］；（2）奎尼酸部分降解形成酚類［9］；（3）以類胡蘿卜素為主的色素類組分發(fā)生氧化降解生成醛酮類物質(zhì)；（4）小分子脂質(zhì)降解，主要生成二萜類化合物等。

2　焙烤咖啡中的常見的揮發(fā)性風(fēng)味組分

焙烤后咖啡中常見的特征香氣組分主要包括：呋喃，吡嗪，酮類，醇類，醛類，酯類，吡咯，含硫化合物，酚類，吡啶等［10］（見表1）。這些化合物在咖啡中以不同濃度存在，其中每一類化合物都對(duì)咖啡沖泡后樣品的最終感官品質(zhì)都有獨(dú)特的貢獻(xiàn)，接下來(lái)我們分別對(duì)其進(jìn)行闡述。

2.1咖啡中的呋喃類組分

呋喃是咖啡焙烤過(guò)程中產(chǎn)生的主要揮發(fā)性香氣成分，該類化合物具有令人愉悅的烘焙香氣［13］。已有研究表明，生咖啡豆中呋喃類化合物的濃度很低，但烘焙后其在咖啡中含量可高達(dá)7 000 μg/kg［14］，是烘焙咖啡中含量最高的特征風(fēng)味組分。呋喃產(chǎn)生于生咖啡豆的烘焙處理過(guò)程中，其形成的量和種類取決于咖啡豆的品種和烘焙條件［14-16］。咖啡中重要的呋喃類化合物包括呋喃酮、5-乙基-3-羥基-4-甲基-2（5H）-呋喃酮等，其中呋喃酮具有焦糖風(fēng)味，5-乙基-3-羥基-4-甲基-2（5H）-呋喃酮具有蜂蜜味［17］。

表1　烘焙咖啡中常見揮發(fā)性風(fēng)味化合物種類Table 1　Common types of volatile flavor compounds inroasted coffee

由于生咖啡豆組成復(fù)雜，因而咖啡中呋喃類化合物的具體形成機(jī)制尚不完全清楚，但已有研究者在相關(guān)模擬體系研究的基礎(chǔ)上提出咖啡中呋喃的形成主要是基于其中糖類組分的熱降解（包括單獨(dú)降解或糖類組分與氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)）、某些氨基酸的熱降解以及抗壞血酸和多不飽和脂肪酸的熱氧化等過(guò)程［18-20］。然而由于食品中各種組分成分復(fù)雜，因而僅對(duì)咖啡中模擬體系開展相關(guān)研究仍難以推斷哪種成分真正參與咖啡中呋喃類化合物的形成。另外咖啡烘焙工藝也對(duì)咖啡中呋喃含量有較大影響?？Х群姹簳r(shí)間越長(zhǎng)，烘焙后的顏色越深，其呋喃組分的含量也就越高，因而可以通過(guò)改變烘焙工藝條件對(duì)咖啡中呋喃含量進(jìn)行控制。

2.2咖啡中的烷基吡嗪類物質(zhì)

在咖啡揮發(fā)性風(fēng)味組分中，烷基吡嗪是含量?jī)H次于呋喃類化合物的第二大香氣組分，其含量約為總揮發(fā)性風(fēng)味組分的25%～30%［21］?？Х戎写蠖鄶?shù)烷基吡嗪類化合物是在烘焙過(guò)程中通過(guò)美拉德反應(yīng)形成的［22］，如絲氨酸和蘇氨酸熱解可形成烷基吡嗪類化合物。同時(shí)，已有研究表明脫咖啡因會(huì)導(dǎo)致咖啡中烷基吡嗪含量降低，即烷基吡嗪的形成也與咖啡因含量具有一定相關(guān)性。

烷基吡嗪類化合物能呈現(xiàn)出誘人的咖啡或可可特有的香氣，因而對(duì)咖啡風(fēng)味具有重要影響。通常而言吡嗪的二取代衍生物具有堅(jiān)果氣味，而其三取代衍生物具有烘烤味或泥土味［23］。烘焙咖啡中含量較高的烷基吡嗪類化合物包括2-甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪、2，5-二甲基、2-乙基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2，3，5-三甲基吡嗪等。其中2，3-二甲基吡嗪具有焦糖和可可的氣味；2，5-二甲基吡嗪和2，3，5-三甲基吡嗪具有可可和烤堅(jiān)果味；2，6-二甲基吡嗪具有果仁、咖啡、青草風(fēng)味；2，3，5，6-四甲基吡嗪具有巧克力、可可、咖啡風(fēng)味［24］，此外吡嗪三取代物中的2-乙基-3，5-二甲基吡嗪具有烤堅(jiān)果味以及誘人的巧克力香氣，是影響咖啡風(fēng)味的關(guān)鍵化合物［25］，對(duì)于咖啡的感官品質(zhì)有較大影響。

目前，由于咖啡中吡嗪化合物種類較多且成分復(fù)雜，因而研究起來(lái)難度相對(duì)較大［12，21，26-28］，目前已有國(guó)外研究者采用穩(wěn)定同位素稀釋分析的方法，對(duì)烘焙后咖啡中的吡嗪類化合物的含量進(jìn)行了進(jìn)一步研究并取得了較好結(jié)果［29］。

2.3咖啡中的含硫化合物

由于含硫化合物閃點(diǎn)較低，并且容易被氧化降解，因而在烘焙后的咖啡豆中含量較少（不到的總揮發(fā)物的0.01%），但該類化合物對(duì)于烘焙咖啡的新鮮度起到至關(guān)重要的作用［30］。沖泡咖啡中的硫磺風(fēng)味主要來(lái)自于這類具有極低閾值的含硫化合物。2-糠基硫醇是咖啡中重要的含硫物質(zhì)，雖然其在咖啡提取物中含量相對(duì)較低，但對(duì)咖啡的香氣品質(zhì)具有重要影響，如果其含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致樣品中出現(xiàn)較強(qiáng)的硫磺味，降低咖啡的品質(zhì)［31］。已有研究表明云南咖啡和Doi Chang咖啡的揮發(fā)性風(fēng)味提取物中均存在2-糠基硫醇，使樣品具有較強(qiáng)的硫磺味和焦糊味［32］。

除2-糠基硫醇外，咖啡中常見的含硫化合物包括：甲硫醇、二甲基三硫化物、3-巰基-3-甲基丁基甲酸以及二氫-2-甲基-3-噻吩等［22，25］。一般認(rèn)為生咖啡豆中的含硫氨基酸是這類香氣化合物的來(lái)源［26，33-34］。例如：甲硫醇被認(rèn)為由蛋氨酸熱解產(chǎn)生［27］；而二甲基硫醚、二甲基三硫化物很可能是產(chǎn)生蛋氨酸后進(jìn)一步氧化和降解反應(yīng)產(chǎn)生的［35］；而在咖啡豆中廣泛存在的S-甲基蛋氨酸，則有可能是咖啡中特征風(fēng)味組分二甲基硫醚的風(fēng)味前體。二氫-2-甲基-3-噻吩在高濃度時(shí)表現(xiàn)為讓人不愉快的氣味，但在低濃度下具有硫磺味和肉香味［36-37］，其天然存在于一些傳統(tǒng)飲料中，如咖啡、威士忌和葡萄酒等［38］，并且在一些食品加工過(guò)程中（如烤花生的過(guò)程）也會(huì)形成［39］。

2.4咖啡中其它揮發(fā)性組分

還有一些其它揮發(fā)性風(fēng)味組分也對(duì)咖啡風(fēng)味有較大影響，例如：吡啶、酸類、醛類、二氧化碳等。除呋喃、吡嗪外，焙烤后咖啡中吡啶和酸類化合物的水平也有急劇增加。

咖啡中最主要的揮發(fā)性酸是乙酸，乙酸具有強(qiáng)烈的刺鼻氣味，由于其揮發(fā)性較高導(dǎo)致其含量隨著烘焙程度的增加而下降，在深度烘焙咖啡中未檢測(cè)到乙酸的存在。此外，咖啡中還有甲基丁酸、2-丁烯酸等揮發(fā)性酸，都會(huì)產(chǎn)生刺激性氣味［40］，對(duì)咖啡品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

通常而言烘焙程度會(huì)大大影響咖啡豆中的揮發(fā)性化合物的組成和含量。醛類化合物主要存在于生咖啡豆中，在咖啡烘焙過(guò)程中由于這類化合物具有較高揮發(fā)性，因而含量降低。烘焙咖啡中常見的醛類物質(zhì)有己醛、苯甲醛、糠醛等，己醛具有脂肪味、青草味，強(qiáng)烈尖銳的水果風(fēng)味；苯甲醛具有類似苦杏仁的芳香味道和獨(dú)特的氣味，而糠醛具有環(huán)醛典型的尖銳的滲透性氣味，這類化合物會(huì)賦予咖啡果香味和刺激性氣味。

此外，二氧化碳是在烘焙咖啡過(guò)程中產(chǎn)生量最大且無(wú)香氣的揮發(fā)性化合物，二氧化碳是由含碳物質(zhì)熱分解和Strecker降解反應(yīng)產(chǎn)生的［3］。它的量依賴于烘焙的程度。該氣體在整個(gè)咖啡豆中緩慢釋放，但一旦研磨后即迅速釋放，此外由于二氧化碳的電常數(shù)為0，因而極易溶于咖啡?？Х妊心ズ螅簾^(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳大多被釋放，因此使用密封容器包裝研磨咖啡之前必須經(jīng)過(guò)一個(gè)合適的脫氣時(shí)間（2 h～8 h）。當(dāng)咖啡被包裝在非真空的包裝袋內(nèi)時(shí)，有效的脫氣對(duì)于烘焙后的咖啡粉是至關(guān)重要的，因?yàn)槿绻摎鈺r(shí)間太短，包裝袋會(huì)發(fā)生膨脹，失去的良好的外觀，甚至爆裂。因而為了解決這個(gè)問題，通常在咖啡粉包裝袋上裝一個(gè)允許二氧化碳的釋放的氣體閥門［11］。雖然二氧化碳對(duì)咖啡風(fēng)味沒有直接影響，但其會(huì)影響咖啡包裝保存，因而也會(huì)對(duì)咖啡風(fēng)味產(chǎn)生間接作用。

3　焙烤咖啡中的主要呈味組分

相對(duì)于揮發(fā)性組分，咖啡中的呈味組分研究相對(duì)較少，主要集中在咖啡中的酚類物質(zhì)。

3.1咖啡中的酚類物質(zhì)

咖啡中的酚類物質(zhì)主要指綠原酸（chlorogenic acid）及其衍生物及降解產(chǎn)物等相關(guān)組分。生咖啡中含有較高水平的酚類化合物，約占其干物質(zhì)的14%，咖啡豆的加工過(guò)程，尤其是烘焙工藝會(huì)極大地改變咖啡中的酚類組分［41］，進(jìn)而影響咖啡飲料的味道和顏色，并且對(duì)咖啡風(fēng)味也有重要影響［42］。綠原酸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有很多同分異構(gòu)體，主要包括咖啡?？崴?、二咖啡?？崴?、阿魏?？崴?、肉桂?？崴帷⒖Х人嵋约鞍⑽核崤c奎尼酸的混合二酯等，并且以上每種綠原酸至少含有3種同分異構(gòu)體［43］，因而相關(guān)研究較難開展。通常3-咖啡?？崴崴急壤畲?，因此通常以該物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行咖啡中綠原酸的定量研究。

綠原酸是影響咖啡風(fēng)味的重要因素，它們影響咖啡最終的酸度［44］并賦予其收斂性［44-45］和苦味［46］。綠原酸經(jīng)美拉德反應(yīng)中的Strecker反應(yīng)產(chǎn)生咖啡酸、阿魏酸與奎尼酸等，都會(huì)產(chǎn)生苦澀味，影響咖啡滋味。通常而言，由咖啡酸和奎尼酸產(chǎn)生的特定化合物的形成途徑見圖1（a，b）。這些衍生物會(huì)進(jìn)一步生成類黑精類組分，導(dǎo)致烘焙過(guò)程中咖啡的顏色與苦味增加［27，45，47］，其生成條件受焙烤條件影響，因而焙烤咖啡中的酚酸濃度對(duì)咖啡味道起著重要的作用，Silva等［48］研究結(jié)果表明總綠原酸含量與咖啡的品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，即綠原酸含量較高的咖啡樣品的品質(zhì)較差，但由于咖啡中的酚酸具有較強(qiáng)的氧化性，因而一定程度酚酸的存在對(duì)于焙烤咖啡的營(yíng)養(yǎng)特性具有重要意義。

此外，雖然已有大量關(guān)于咖啡中總綠原酸含量的研究，但由于這類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似并且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)品難以獲得，需要高靈敏度的色譜分離方法結(jié)合質(zhì)譜分析來(lái)進(jìn)行更加精密準(zhǔn)確的鑒定和分析，分析難度較大，因而對(duì)咖啡中特定的綠原酸異構(gòu)體的組成和相關(guān)內(nèi)酯的生成機(jī)制的相關(guān)研究仍相對(duì)較少，目前主要以咖啡中綠原酸的抗氧化性［49］及其在糖代謝、脂代謝［50-51］中的作用為主。

圖1　由咖啡酸和奎尼酸產(chǎn)生的特定化合物的形成途徑（主要化合物的名稱已標(biāo)出）［52］Fig.1　The formation ways of specific compounds produced by coffee acid and quinic acid［52］

3.2咖啡中其它呈味物質(zhì)

除了酚類物質(zhì)外，當(dāng)前烘焙咖啡中的主要呈味物質(zhì)有以下幾類化合物［2，53］：

1）非揮發(fā)性酸類化合物：羧酸會(huì)產(chǎn)生酸味，咖啡中的羧酸主要是檸檬酸和蘋果酸，檸檬酸、乙酸和琥珀酸在淺度和中度焙烤咖啡中含量較高，其次是甲酸和蘋果酸，前三種酸的含量隨焙烤程度加深而明顯降低［54］。蘋果酸含量通常在不成熟的咖啡豆中含量較高，通常會(huì)導(dǎo)致酸澀味［55］。

2）多糖及脂類化合物：多糖，即纖維素、半纖維素、阿拉伯半乳聚糖、果膠，這類化合物在咖啡沖泡過(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味組分的保留方面有重要作用，同時(shí)還可以影響煮咖啡的黏度。脂質(zhì)，包括甘油三酯、萜烯、天然VE和植物固醇，可以產(chǎn)生煮制黏度。在咖啡品嘗時(shí)這些組分可以起到潤(rùn)滑的作用，從而降低咖啡中苦味和澀味組分的強(qiáng)度，增加咖啡品嘗時(shí)口感的圓潤(rùn)和豐滿程度。

3）其它物質(zhì)：咖啡因可以影響煮咖啡的濃度質(zhì)感和苦澀。葫蘆巴堿及其兩個(gè)非揮發(fā)性衍生物（煙酸和N-甲基煙酰胺）都能產(chǎn)生澀味。烘焙過(guò)程發(fā)生的美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的腐殖酸或類黑精類物質(zhì)大多具有苦味，并且這類化合物對(duì)烘焙咖啡的顏色特征也具有較大貢獻(xiàn)。還有一些沒有進(jìn)行美拉德反應(yīng)的蛋白質(zhì)、多肽以及礦物質(zhì)，其中鉀是最豐富的（質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%左右），錳（10 ppm～50 ppm）、鐵（15 ppm～40 ppm）和銅（2 ppm～5 ppm）等金屬可能催化發(fā)生在烘焙和儲(chǔ)存過(guò)程中的反應(yīng)。當(dāng)前咖啡中這類組分的研究相對(duì)較少，其對(duì)咖啡滋味感官品質(zhì)的影響尚不明確。

4　總結(jié)

咖啡風(fēng)味對(duì)于咖啡的品質(zhì)非常重要，國(guó)外已有許多相關(guān)的研究，但目前國(guó)內(nèi)關(guān)于咖啡風(fēng)味組分的研究還較少。我國(guó)云南和海南等地都有咖啡種植生產(chǎn)，但相關(guān)研究很少，因而亟待對(duì)我國(guó)本地產(chǎn)的咖啡的風(fēng)味特征進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析，從而促進(jìn)我國(guó)咖啡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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Research Progress in Flavor Components of Coffee

ZHANG Meng-jiao1，3，WANG Bei2，3，*，LI Yan2，ZHANG Ming-xia1
（1.School of Food and Chemical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；2.Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；3.Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

Flavor is the key factor of the quality of coffee mainly composed of volatile flavor components and non-volatile flavor components.Since the early twentieth century，researchers on coffee have focused on flavor，in ways varying from the simple sensory evaluation at first to the precise instrument analysis at present.The coffee flavor was undergoing a deeper discovery.In this paper，combined with related current research worldwide，the status quo of the study of the volatile flavor components and non-volatile flavor components of coffee was summarized，the formation mechanism of the components in baking process is outlined，and the influence of various types of main coffee flavor substances on coffee sensory quality——like the odor and taste——was further analysed.This paper provides a reference for future research on coffee flavor.

coffee；flavor formation mechanism；volatile compounds；taste compounds

2015-09-27

北京市屬高等學(xué)校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)與教師職業(yè)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（IDHT20130506）

張夢(mèng)嬌（1992—），女（漢），碩士研究生，研究方向：食品風(fēng)味組分研究。

王蓓（1981—），女（漢），副教授，博士。