咖啡豆的烘焙條件對其成分含量的影響研究

Tran Van Cuong，張宗玲，郭康權，夏南，商晉，陳賢情（.西北農林科技大學機械與電子工程學院，陜西楊凌7200；2.陜西省農業裝備工程技術研究中心，陜西楊凌7200；3.一號越俄職業技術學院，永福（越南）福安（越南）28300；.西北農林科技大學食品工程學院，陜西楊凌7200）

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咖啡豆的烘焙條件對其成分含量的影響研究

Tran Van Cuong1，3，張宗玲4，郭康權1，2，*，夏南4，商晉1，陳賢情4
（1.西北農林科技大學機械與電子工程學院，陜西楊凌712100；2.陜西省農業裝備工程技術研究中心，陜西楊凌712100；3.一號越俄職業技術學院，永福（越南）福安（越南）283400；4.西北農林科技大學食品工程學院，陜西楊凌712100）

摘要：用凱氏定氮法、可見分光光度法、滴定管法、馬弗爐法和索氏抽提法等分析檢測手段及SPSS17.0數據統計分析軟件，研究了烘焙條件對越南羅巴斯達咖啡生豆和烘焙豆的蛋白質、總糖、淀粉、脂肪和灰分等品質成分的影響。結果表明，越南羅巴斯達咖啡屬于蛋白質含量較高、脂肪含量低的咖啡豆品種，隨烘焙程度和烘焙溫度的增加，其蛋白質和淀粉含量先升高后稍下降、總糖含量卻顯著降低、脂肪和灰分含量明顯增高，各成分變化范圍：蛋白質含量14.50%~17.20%、淀粉含量16.30%~25.30%、總糖含量0.687%~4.340%、脂肪含量7.64%~12.50%，灰分含量3.47%~5.23%。

關鍵詞：羅巴斯達咖啡；烘焙程度；烘焙溫度；蛋白質；總糖；淀粉；脂肪；灰分

咖啡是熱帶發展中國家重要的經濟作物，飲用咖啡具有提神、助消化、生津止渴、利尿等功效[1]。隨著人們生活水平的不斷提高，咖啡已逐漸成為日常飲品，人們對其品質的要求也越來越高[2]。咖啡的品質取決于眾多因素，而烘焙是決定咖啡品質的關鍵因素。咖啡的烘焙程度如烘焙溫度和烘焙時間決定了咖啡飲品的味道、香氣和顏色等品質指標[3]。烘焙過程是烘焙時間和烘焙溫度的共同作用的加工過程，在此過程中，咖啡豆的有機物熱解，外部顏色逐漸從淺褐色變成深褐色[4]，咖啡生豆的銀皮也隨之被去除[5]，形成了獨特的風味。咖啡的香氣和滋味成分來源于咖啡豆烘焙過程中成分的變化，其中蛋白質、總糖、淀粉、脂肪和灰分是烘焙過程中發生顯著變化的成分，這些是形成咖啡飲品香氣的重要前體物質[6]。

在烘焙過程中，蛋白質含量隨咖啡品種及烘焙條件而變。有報道表明，有缺陷咖啡豆的蛋白質含量比無缺陷咖啡豆的稍高[7]。脂質是決定咖啡飲品質量和品味的重要指標之一[8]。咖啡飲品中糖分的含量也是判斷咖啡烘焙質量的重要指標。近年來的研究表明，咖啡的品種、烘焙程度對咖啡飲品的糖分的種類和含量均有影響[9-11]。Rogers等發現，羅布斯塔咖啡和阿拉比卡咖啡的總糖，糖醇，肌醇，羧酸和無機陰離子含量顯著不同[12]，Nunes等報道了咖啡豆在不同烘焙程度下糖的種類和含量存在顯著差異[13]。咖啡中灰分也是評價咖啡飲品品質的重要因素。灰分含量隨著咖啡烘焙程度增加[7，9，14-15]。分析咖啡中灰分含量與烘焙條件之間的關系，是研究咖啡加工中重要的環節之一。但截至目前，尚未見到有關羅布斯塔咖啡豆在不同烘焙條件下蛋白質、總糖、淀粉、脂肪和灰分含量等成分含量變化的報告。為此，本文研究了越南羅布斯塔咖啡生豆的營養組成，及在不同烘焙條件下，咖啡飲品的蛋白質、淀粉、糖分、脂肪和灰分等成分含量的變化，以期為越南產羅布斯塔咖啡的烘焙加工提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1原料

羅巴斯達咖啡豆：產自越南得樂省邦美蜀市，干燥到含水率約為12 %，拋光，手工剔除傷殘豆后備用。

1.1.2化學試劑

鹽酸標準溶液、氫氧化鈉溶液、濃硫酸、含溴甲酚綠和甲基紅指示劑的1 %硼酸吸收溶液、硫酸銨，基爾特克催化劑、苯酚、乙醇、硫酸，1，2-硝基水楊酸、NaOH、丙三醇、乙酸鎂[（CH3COO）2Mg4H2O]、乙酸鎂溶液（分析純）：產于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.1.3主要儀器設備

SX2-4-10箱式電阻爐：上海躍進醫療器械廠；MJ-04多功能粉碎機：上海市浦恒信息科技有限公司；KJELTEC2300全自動定氮儀、基爾特克消化器：瑞典FOSS TECATOR公司；722型可見分光光度計：上海分析儀器總廠；766型遠紅外烘箱：上海躍進醫療器械廠；BHXL智能馬弗爐：上海佰衡儀器科技有限公司；SZF-06B脂肪抽提儀：浙江托普儀器有限公司。

1.2試驗方法

1.2.1咖啡豆烘焙方法

隨機選擇咖啡豆100 g放入烘盤中，平鋪一層，放入箱式電阻爐烘焙。烘焙程度的評定采用烘焙業常規方法，即質量檢測法（焙燒前后質量變化百分比）和咖啡豆視覺檢查法（觀察外部顏色）[6]。每次將烘焙盤放置于烤箱中同一位置，以確保烘焙條件相同。烘焙完成后，立即用風扇冷卻。

定溫烘焙設定的烘焙溫度250℃，烘焙時間分別為8、12、14、18 min和20 min；分別對應的烘焙程度為美式，維也納式，法式，意式和西班牙式；定時烘焙設定的烘焙時間為20 min，烘焙溫度分別為210、220、230、240℃和250℃。將上述烘焙完成的咖啡豆分別制樣，測量其蛋白質、總糖、淀粉、脂肪和灰分含量。

制樣前將烘焙完成的咖啡樣品在密封容器中室溫保存，在超過24 h內用多功能粉碎機粉碎至50目（粒徑0.30 mm）試樣，用塑料袋密封冷藏，以備測試分析用。

1.2.2檢測方法

咖啡樣品中的蛋白質的測定采用凱氏定氮法，按GB 5009.5-2010《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》規定執行[16]；總糖的測定采用可見分光光度計法，檢測波長為480 nm[17-18]；灰分的測定采用馬弗爐法，按GB 5009.4-2010《食品安全國家標準食品中灰分的測定》規定執行[19]。淀粉的測定采用滴定管法，按GB/T5009.9-2008《食品中淀粉的測定》執行[20]。脂肪的測定采用索氏抽提法，按GB/T5009.6-2003《食品中脂肪的測定》執行[21]。

1.2.3數據處理

每個指標進行重復做5次實驗，數據采用SPSS17.0統計分析軟件進行處理。（平均價值與同一行相同的種類不顯著差異的Duncan測試以5 %的概率計）。

2試驗結果與討論

2.1咖啡生豆的成分含量分析

對越南羅巴斯達咖啡生豆生中蛋白質、總糖、淀粉、脂肪和灰分含量進行檢測結果見表1。

表1越南羅巴斯達咖啡生豆中的各成分含量Table 1 Levels of each component contents of green Vietnam Robusta coffee %

越南羅巴斯達咖啡生豆中的蛋白質總量在14.13% 到14.90%之間，平均值為14.50%。此結果與Macrae[22]，Vasconcelos等[7]檢測的阿拉比卡咖啡生豆的平均值相近。根據Oliveira等的檢測結果發現，巴西阿拉比卡咖啡生豆中的蛋白質含量比越南羅巴斯達咖啡生豆中蛋白質含量多0.4 %[23]。其它研究者檢測的咖啡生豆中的蛋白質含量都比越南羅巴斯達咖啡豆低[14-15，24-25]。其中Mussatto等檢測的櫻桃咖啡生豆中蛋白質含量最低為8.5 %[25]。這說明咖啡種類、產地、初加工處理方法對咖啡生豆的蛋白質含量都有影響。也可以看到，越南羅巴斯達咖啡生豆屬于蛋白質含量較高的咖啡豆品種。

另外，越南羅巴斯達咖啡生豆中，脂肪含量為7.35 %到7.90 %之間，平均值為7.64 %。對比Vasconcelos等在2007年的檢測發現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年報道的巴西阿拉比卡咖啡生豆中檢出脂肪含量為9.65 %到11.13 %，Folstar[26]和Speer等[23]在2001年檢測阿拉比卡咖啡生豆的脂肪含量最高為16 %，都比越南羅巴斯達咖啡生豆中的脂肪含量要高。Marcone[15]檢測埃塞俄比亞和印度尼西亞貍貓咖啡生豆中的脂肪含量也比越南羅巴斯達咖啡生豆中的多。只有Mussatto等[25]檢測羅巴斯達咖啡生豆中脂肪含量和本研究檢測的結果差別不大。這說明阿拉比卡咖啡生豆各產地的脂肪含量都比羅巴斯達咖啡生豆中脂肪含量高，越南羅巴斯達咖啡生豆中脂肪含量低。

越南羅巴斯達咖啡生豆中淀粉含量為20.74 %到21.52 %之間，平均值為21.10 %。此淀粉含量比Damatt[27]研究中羅巴斯達咖啡生豆中淀粉含量少5.1 %，然而Ramalakshmi[14]檢測阿拉比卡咖啡生豆中的淀粉比本研究檢測的咖啡豆少11.1 %。這結果說明咖啡種類和產地及初加工對淀粉含量都有影響。

越南羅巴斯達咖啡生豆中的灰分的含量檢測結果平均值為3.47 %，與Ramalakshmi[25]檢測阿拉比卡咖啡生豆和Marcone[15]檢測埃塞俄比亞和印度尼西亞貍貓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檢測出的灰分含量均比本研究所檢測的咖啡豆灰分含量高。目前已檢測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檢出的含量為5.2 %[23]，比本研究越南羅巴斯達咖啡生豆的灰分含量高出1.73 %。

越南羅巴斯達咖啡生豆中總糖的含量檢測結果，平均值為4.34 %。Farah[11]報告在巴西阿拉比卡咖啡生豆中的總糖檢測值4.88 %，比越南羅巴斯達咖啡生豆中總糖含量要高。而Nunes等報告在巴西和哥斯達黎加阿拉比卡咖啡生豆中總糖為0.41 %～0.575 %[24]，Nunes等報告，在烏干達羅巴斯達咖啡生豆中總糖檢測值為0.536 %[29]，均比越南羅巴斯達咖啡生豆總糖含量少。其它品種如Nunes等報告，在巴西阿拉比卡咖啡生豆中總糖檢測值為2.92 %[30]，也比本研究少。然而Sven Knopp等報告在奇堡阿拉比卡咖啡生豆中總糖檢測值為7.79 %[10]，比本研究的咖啡生豆中總糖含量多。

2.2烘焙時間對咖啡豆品質指標的影響

咖啡豆烘焙過程中，隨著烘焙時間的延長和烘焙溫度的升高，咖啡豆內水分降低，體積膨脹，其它成分也陸續散失，使咖啡豆的總體質量減少。烘焙前后，南羅巴斯達咖啡豆的質量損失分別為美式7.05 %，維也納式12.34 %，法式15.7 %，意式21.8 %，西班牙式24.27 %。其結果與文獻[31，32]中報道的結果相似。

烘焙過程中的質量變化分兩個階段。在前12min，重量損失是由于水分和揮發性組分的緩慢釋放；在此階段后，重量損失是因為熱解過程中有機化合物的分解和CO2的釋放[33]。咖啡烘焙過程中的重量變化是評價咖啡品質的重要方法，是比顏色檢驗更為可靠的烘焙品質檢驗方法[34]。

圖1不同烘焙程度與各成分含量關系Fig.1 The relationship between roasting degree and each component contents

由圖1可以看出，隨著烘焙時間的延長，蛋白質含量增加，在西班牙式烘焙程度時達到最高值為17.203%，后稍有下降，其含量的變化規律為從14.499%升到17.203 %，再降到16.988 %，比未烘焙的咖啡生豆的蛋白質含量增高。在已有的研究中，Vasconcelos等發現巴西阿拉比卡咖啡烘焙后，蛋白質含量為13.1% 到13.2 %，比本研究咖啡生豆中蛋白質含量要少，其變化規律也與越南羅巴斯達咖啡不同[7]。Oliveira等檢測巴西阿拉比卡咖啡烘焙后，蛋白質含量為14.0 %到14.4 %[29]，Feldman等[35]檢測哥倫比亞和巴西羅巴斯達咖啡烘焙后的蛋白質含量為5.8 %到9.24 %，比其咖啡生豆中蛋白質含量少。而Martins等測得巴西羅巴斯達咖啡烘焙后蛋白質含量為14.10 %到14.78 %之間，也比越南羅巴斯達咖啡豆蛋白質含量少，但蛋白質含量隨著烘焙時間的延長而增加，這與越南羅巴斯達咖啡豆的變化規律相同[32]。這說明咖啡烘焙程度與蛋白質含量之間的關系隨著咖啡種類、產地的不同而不同。

如圖1所示，咖啡豆脂肪含量從8.14 %增加到12.50 %。隨著烘焙時間的延長，脂肪含量顯著增加。其最高值為在西班牙式烘焙下的12.50 %。據報道，隨著烘焙時間延長，脂肪含量增加的原因，可能是由于部分新產生的物質溶解于油脂之中的結果[7]。Vasconcelos等檢測巴西阿拉比卡咖啡烘焙過程中，脂肪含量最高時比咖啡生豆高11.18 %[7]。此結果與越南羅巴斯達咖啡豆的脂肪變化規律相類似，但脂肪增加幅度沒有越南羅巴斯達咖啡豆的高。Franca等檢測烘焙的巴西阿拉比卡咖啡脂肪含量為10.36 %到10.94 %[9]，但烘焙過程中脂肪含量變化無顯著差異。Folstar[26]檢測的脂肪含量變化規律與本研究的檢測結果相似。

如圖1所示，檢測的咖啡豆淀粉含量變化范圍為16.30 %到24.90 %。隨著烘焙時間的延長，淀粉含量先增高后下降，在維也納式烘焙條件下含量最高為24.90 %，比咖啡生豆的淀粉含量高118 %。隨后下降顯著，在西班牙式烘焙降到最低值為16.30 %，比咖啡生豆僅高77.3 %。這是因為在烘焙程度過高，使淀粉成分有些被燒毀，使淀粉含量降低。Vasconcelos等檢測巴西阿拉比卡咖啡淀粉含量為9.3 %到11.3 %[7]。Damatt研究的羅巴斯達咖啡烘焙中淀粉含量為11.1 %到18.4 %，其值比本研究中越南羅巴斯達咖啡烘焙中的淀粉含量少，但與越南羅巴斯達咖啡烘焙過程中淀粉含量變化規律相似[27]。

如圖1所示，檢測的越南羅巴斯達咖啡豆烘焙過程中總糖的變化為從2.440 %降到0.738 %，隨著咖啡豆隨烘焙時間的延長，總糖微量增加。在美式烘焙總糖含量為2.440 %，約為咖啡生豆的56 %，在維也納式烘焙方式下總糖含量達到最小值，僅為咖啡生豆總糖含量的17 %，隨后含量少量增加，至西班牙式烘焙為0.825 %。在羅巴斯達咖啡烘焙過程中，隨著烘焙時間的延長，除了咖啡豆質量損失，還有許多物質也跟著損失，總糖的烘焙損失尤為明顯。糖中的物質有機化合物多分解成CO2，對烘焙溫度很敏感[30]。Nunes等檢測的巴西和哥斯達黎加阿拉比卡咖啡烘焙中的總糖為0.74 %到0.939 %[36]，但報告檢測的總糖含量比咖啡生豆含量多0.33 %～0.364 %。而Nunes檢測烏干達羅巴斯達咖啡烘焙中總糖為0.138 %到0.237 %[29]，而都比咖啡生豆總糖含量少，且隨烘焙時間的延長總糖減少，這與本文的檢測結果相似。而Nunes等[30]和Oosterveld 等[37]檢測的阿拉比卡咖啡烘焙中的總糖含量比本研究的檢測結果多，但總糖的變化規律變化與本文的檢測結果相似。

如圖1所示，咖啡烘焙過程中的灰分含量在不同烘焙程度下平均值從4.38 %變化到5.23 %。隨著咖啡烘焙時間的延長，咖啡灰分含量增高。這是因為隨著烘焙程度的增加，咖啡中的有機化合物熱解，以CO2的形式釋放，使灰分含量慢慢增高。魻zdestan檢測的土耳其咖啡烘焙粉末中的灰分從3.89 %增加至4.89 %[38]，此變化規律與本文的檢測結果相似。Vasconcelos等[7]檢測巴西阿拉比卡咖啡烘焙過程中灰分含量由4.4 %增加到4.6 %，但他也發現一些烘焙過程中灰分含量減少的特例。然而Franca等[9]和Oliveira等[23]檢測阿拉比卡咖啡烘焙中的灰分都比本研究的檢測結果少，而且灰分含量變化規律也與本研究變化規律不同。

2.3烘焙溫度對咖啡豆成分的影響

圖2不同烘焙溫度與各成分含量關系Fig.2 The relationship between roasting temperature and each component contents

如圖2所示，咖啡豆在不同烘焙溫度下蛋白質、總糖、脂肪、淀粉和灰分等成分含量也發生變化。在固定時間烘焙為20 min，溫度從210℃增加至250℃的烘焙過程中，越南羅巴斯達咖啡豆質量損失分別為8.54 %，11.0 %，12.74 %，18.12 %和24.27 %，這與文獻[31，32]報道的結果相似。

隨著烘焙溫度升高，蛋白質和脂肪的含量不斷增高，并在烘焙溫度250℃時達到最高值。蛋白質和脂肪含量最大值分別為16.99 %和12.5 %，比咖啡生豆的蛋白質和脂肪含量分別高了17.2 %和63.6 %。在不同烘焙溫度下淀粉含量為16.30 %到25.30 %。開始淀粉含量隨著烘焙溫度升高稍增高，230℃時達到最高值的25.30 %，為咖啡生豆的120.5 %，隨后稍有下降，在240℃降為24.70 %，但在最高烘焙溫度250℃時，淀粉含量突然降到最低值16.30 %，為咖啡生豆的77.3 %。在不同烘焙溫度下總糖含量不斷降低，從1.870 %降到0.602%，在烘焙溫度210℃時，總糖含量為1.870 %，占咖啡生豆總糖含量的43 %。隨著溫度增高，總糖含量減少很快，在240℃條件下達到最小值0.602 %，在250℃時稍增到0.825 %。在不同烘焙溫度下，灰分平均值在4.41 %和5.23 %之間。隨著咖啡烘焙溫度增高灰分含量增高。這是因為隨著烘焙溫度增加，許多物質慢慢被燒化，使灰分含量增高。

3　結論

1）越南羅巴斯達咖啡生豆中的蛋白質總量平均值為14.50 %，屬于蛋白質含量較高的咖啡豆品種；脂肪含量平均值為7.64 %，較其它品種咖啡生豆中脂肪含量低；淀粉含量平均值為21.10 %，灰分含量平均值為3.47 %，與埃塞俄比亞和印度尼西亞貍貓咖啡生豆中的灰分含量相似；總糖的含量平均值為4.34 %，與其它品種生豆接近。

2）咖啡豆烘焙過程中，隨著烘焙時間的延長，咖啡豆的質量減少。咖啡豆烘焙后的質量損失分別為美式7.05 %，維也納式12.34 %，法式15.7 %，意式21.8 %和西班牙式24.27 %。隨著烘焙程度的上升，蛋白質含量隨之增加，達到最高值為17.203 %后稍有下降，比未烘焙的咖啡生豆的蛋白質含量高。脂肪含量也顯著地增加，在西班牙式烘焙程度下其最高值為12.50 %。淀粉含量隨著烘焙程度增高而增高，在維也納式烘焙條件下含量最高為24.90 %，后顯著下降。總糖含量為0.738 %到2.440 %，較咖啡生豆減少，在美式烘焙下總糖含量僅為2.440 %。灰分含量則隨著烘焙程度的增加而增高。

3）咖啡豆烘焙溫度在210℃~250℃之間，每隔10℃的質量損失分別為8.54%，11.0%，12.74%，18.12% 和24.27 %。隨著烘焙溫度升高，蛋白質和脂肪的含量增高，在烘焙條件最高含量達到最大值為16.99 %和12.50 %。淀粉含量為16.30 %到25.30 %。隨著烘焙溫度提高淀粉含量先稍增高后下降，在達到最高烘焙溫度時，淀粉含量降到最低值為16.30 %。總糖含量為0.602 %到1.870 %，隨著溫度增高，總糖含量減少很快，在240℃條件下達到最小值。灰分值為4.41 %到5.23 %之間，隨著烘焙溫度升高而增高。

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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：郭康權（1955—），男（漢），教授，博士生導師，研究方向：農產品加工，農產品貯藏及加工工程

作者簡介：Tran Van Cuong（1979—），男，越南人，博士研究生，研究方向：農產品加工。

基金項目：公益性行業（農業）科研專項（201003063-07）