基于感官評(píng)定和電子鼻技術(shù)對(duì)天然咖啡揮發(fā)性風(fēng)味特征的研究

王一凡，廖鮮艷，姚 敏，王書慧，高海燕，*（.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海00444；.愛(ài)普香料集團(tuán)股份有限公司，上海0809）

基于感官評(píng)定和電子鼻技術(shù)對(duì)天然咖啡揮發(fā)性風(fēng)味特征的研究

王一凡1，廖鮮艷1，姚 敏2，王書慧1，高海燕1，*
（1.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海200444；2.愛(ài)普香料集團(tuán)股份有限公司，上海201809）

為研究不同咖啡的風(fēng)味特征，利用感官評(píng)定及電子鼻技術(shù)對(duì)常見(jiàn)的6種天然咖啡風(fēng)味進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)兩者的相關(guān)性進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，哥倫比亞咖啡具有最強(qiáng)烈的焦糖味和樹(shù)脂味；意式濃咖啡具有最強(qiáng)烈的巧克力味、花香味及草香味；肯尼亞咖啡具有最強(qiáng)烈的果香味；越南咖啡具有最強(qiáng)烈的堅(jiān)果味、木炭味及辛香味。不同產(chǎn)地的咖啡氣味差異明顯，通過(guò)電子鼻技術(shù)利用主成分分析法（PCA）能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效區(qū)分。在總體的揮發(fā)性風(fēng)味特征方面，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這4種咖啡相似，而越南咖啡和哥倫比亞咖啡較為相似。相關(guān)性結(jié)果顯示傳感器S8與花香味、果香味、草香味相關(guān)性較好，傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S9、S10與木炭味有一定的相關(guān)性，其中S1、S2的相關(guān)性最強(qiáng)。

咖啡，感官評(píng)定，電子鼻，風(fēng)味

咖啡原產(chǎn)于埃塞俄比亞，是特色熱帶農(nóng)產(chǎn)品。近幾年來(lái)，咖啡的貿(mào)易量值持續(xù)增長(zhǎng)，消費(fèi)市場(chǎng)巨大，其產(chǎn)量、消費(fèi)量、產(chǎn)值均居世界三大飲料作物（咖啡、可可、茶）之首?？Х蕊L(fēng)味濃郁、種類多樣，且功效獨(dú)特，其消費(fèi)群體不斷擴(kuò)大，正在逐步滲透到全球非傳統(tǒng)消費(fèi)區(qū)，成為時(shí)下的流行飲品，在全球擁有廣大的市場(chǎng)空間[1]。由于天然咖啡粉風(fēng)味較弱，在食品中用量較大，且天然咖啡的供應(yīng)關(guān)系日益緊張，因此許多研究人員致力于對(duì)咖啡風(fēng)味的研究，以期尋找天然咖啡的替代品，并將其應(yīng)用于糖果、飲料等食品中，賦予食品咖啡特有的風(fēng)味。

對(duì)于食品風(fēng)味的研究方法有感官評(píng)定法、電子鼻技術(shù)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、氣相色譜-嗅聞聯(lián)用技術(shù)等，這些方法具有各自的特點(diǎn)，比如感官評(píng)定用于食品顏色、質(zhì)地、揮發(fā)性風(fēng)味等的研究是一種簡(jiǎn)單、快速、有效的方法，可解決一般理化分析所不能解決的復(fù)雜的生理感受問(wèn)題，但由于感官評(píng)定是一種以人的感覺(jué)作評(píng)判的實(shí)驗(yàn)，存在著易受干擾和結(jié)果不穩(wěn)定性等因素，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差[2]。而電子鼻是一種用來(lái)對(duì)食品中的復(fù)雜風(fēng)味和很多揮發(fā)性成分進(jìn)行分析、識(shí)別和檢測(cè)的儀器，具有客觀、快捷、重復(fù)性好的特點(diǎn)，其通過(guò)一個(gè)帶有部分特異性結(jié)合的模式識(shí)別系統(tǒng)的化學(xué)傳感器列陣進(jìn)行簡(jiǎn)單或復(fù)雜的氣味識(shí)別[3]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、氣相色譜-嗅聞聯(lián)用技術(shù)可精確地確定食品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分，但所需儀器昂貴，檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在咖啡風(fēng)味的研究方面，研究人員利用感官評(píng)定、電子鼻、GCMS等方法對(duì)不同咖啡的進(jìn)行了研究[4-8]。這些研究主要集中于咖啡風(fēng)味的感官測(cè)定或者揮發(fā)性成分種類和數(shù)量的測(cè)定，所測(cè)咖啡種類有限，而有關(guān)電子鼻與感官評(píng)定相結(jié)合對(duì)咖啡風(fēng)味進(jìn)行的研究未見(jiàn)報(bào)道。

本研究通過(guò)感官評(píng)定與電子鼻系統(tǒng)對(duì)不同天然咖啡樣品之間揮發(fā)性風(fēng)味的差異進(jìn)行比較分析，確定不同咖啡樣品的風(fēng)味特征，以期為咖啡香精的研究與生產(chǎn)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)選取的咖啡為商業(yè)咖啡中最為主要的兩大類，即阿拉比卡咖啡與羅布斯塔咖啡，其中四種阿拉比卡咖啡分別為：哥倫比亞咖啡、意式濃咖啡、曼特寧咖啡、肯尼亞咖啡，兩種羅布斯塔咖啡 爪哇咖啡、越南咖啡（以上咖啡均為市售），實(shí)驗(yàn)時(shí)，六種咖啡均分為三個(gè)平行樣品。

JJ-1型精密增力電動(dòng)攪拌器 上海浦東物理光學(xué)儀器廠；YH—II型調(diào)溫電熱套 江蘇省建湖縣近湖鎮(zhèn)教學(xué)儀器廠；BS124S型電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；電子鼻系統(tǒng) 上海昂申智能科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 將每一種咖啡粉，稱取10g咖啡粉末并量取90g蒸餾水置于三口燒瓶中，并控制溫度在100℃，加熱攪拌30min。得到六種不同種類的液體咖啡并置于樣品瓶中，放入冰箱冷藏，待分析。

眾將都懷疑自己聽(tīng)錯(cuò)了。一將領(lǐng)跪下，說(shuō)：“元帥，我知道你投降，是想保全全城百姓，可你想過(guò)沒(méi)有，你投降了，家人怎么辦？他們都要被殺頭！不能降??！”

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將樣品從冰箱取出，使其升至室溫，每種咖啡樣品用樣品瓶呈送，并用3位隨機(jī)數(shù)字編號(hào)，同表1一并隨機(jī)呈送給品評(píng)人員。品評(píng)人員三男三女共六名，平均年齡22歲，每名品評(píng)人員在實(shí)驗(yàn)前都經(jīng)過(guò)專業(yè)訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)時(shí)，六名評(píng)價(jià)員單獨(dú)品評(píng)咖啡，對(duì)每種樣品就各種風(fēng)味指標(biāo)的強(qiáng)度進(jìn)行打分。

1.2.2 評(píng)分標(biāo)尺的建立 實(shí)驗(yàn)采用線性標(biāo)度為評(píng)分標(biāo)尺。參考馬永強(qiáng)等的方法[9]，在一根長(zhǎng)度為15cm的線段上，以距離兩端各1.5cm的地方作為起止點(diǎn)，在此線段上，根據(jù)風(fēng)味強(qiáng)度的不同，在相應(yīng)的地方作上標(biāo)記。數(shù)據(jù)錄入電腦時(shí)，以整條長(zhǎng)15cm線段的0點(diǎn)為起點(diǎn)，以0點(diǎn)到標(biāo)記處的距離作為數(shù)值錄入電腦進(jìn)行分析。

1.2.3 描述詞匯的建立 品評(píng)人員各自對(duì)樣品進(jìn)行品評(píng)，然后獨(dú)立記錄能反映樣品感官特征的不同參數(shù)（即描述詞匯），并參考咖啡風(fēng)味輪，最終確定9個(gè)參數(shù)分別是堅(jiān)果香、巧克力香、焦糖、木炭、辛香、樹(shù)脂、花香、果香、草香。

1.3 數(shù)據(jù)處理

收集每個(gè)品評(píng)員對(duì)6種咖啡的評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取各咖啡樣品的不同風(fēng)味指標(biāo)的平均值作為強(qiáng)度，并繪制風(fēng)味蛛形圖。

表1 咖啡風(fēng)味指標(biāo)評(píng)價(jià)表Table 1 Evaluation of flavor index of coffee

1.4 電子鼻測(cè)定

電子鼻測(cè)定的咖啡樣品前處理方法與感官評(píng)定的一致。測(cè)定時(shí)，取置于樣品瓶中的六種咖啡樣品于室溫下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。以潔凈干燥空氣為載氣，設(shè)置電子鼻測(cè)定儀采樣時(shí)間為180s，氣體流量為0.3L/min，等待時(shí)間為10s，清洗時(shí)間為60s。每個(gè)樣品重復(fù)采集5次，取穩(wěn)定后的3次數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析主要包括主成分分析、系統(tǒng)聚類分析。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，找出感官屬性與傳感器之間的相關(guān)性。采用電子鼻自帶軟件進(jìn)行主成分分析，利用PEW軟件分析感官屬性與傳感器之間的相關(guān)性，并用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS19.0進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與討論

對(duì)六種咖啡的感官屬性進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果如表2所示。

從表2中可看出，不同咖啡樣品同種風(fēng)味指標(biāo)（堅(jiān)果味、巧克力味、焦糖味、木炭味、辛香味、樹(shù)脂味、花香味、果香味、草香味）之間都具有極顯著差異（p＜0.01）。哥倫比亞咖啡焦糖味最強(qiáng)，果香味最弱。意式濃咖啡草香味最強(qiáng)，焦糖味最弱。爪哇咖啡焦糖味最強(qiáng)，花香味最弱?？夏醽喛Х炔菹阄蹲顝?qiáng)，巧克力味最弱。越南咖啡木炭味最強(qiáng)，花香味最弱。曼特寧咖啡堅(jiān)果味最強(qiáng)，辛香味最弱。九種風(fēng)味屬性能較好地解釋不同咖啡樣品的風(fēng)味特征。

圖1 六種咖啡風(fēng)味剖面圖Fig.1 Flavor profiles of six kinds of coffee

表2 咖啡樣品感官評(píng)定結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of coffee

通過(guò)風(fēng)味剖面圖對(duì)六種咖啡的風(fēng)味進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，從圖1中可看出，六種咖啡的不同風(fēng)味指標(biāo)構(gòu)成的咖啡綜合風(fēng)味不盡相同，九個(gè)風(fēng)味指標(biāo)之間存在差異。哥倫比亞咖啡具有最強(qiáng)烈的焦糖味和樹(shù)脂味；意式濃咖啡具有最強(qiáng)烈的巧克力味、花香味及草香味；肯尼亞咖啡具有最強(qiáng)烈的果香味；越南咖啡具有最強(qiáng)烈的堅(jiān)果味、木炭味及辛香味。

2.2 電子鼻對(duì)不同咖啡風(fēng)味特征的研究

2.2.1 電子鼻雷達(dá)圖響應(yīng)結(jié)果 圖2為電子鼻對(duì)六種咖啡揮發(fā)性風(fēng)味的傳感器響應(yīng)雷達(dá)圖。由圖2可知，傳感器S1、S2、S4、S6、S8對(duì)六種咖啡的揮發(fā)性氣味響應(yīng)值較高。哥倫比亞咖啡、越南咖啡這兩種咖啡與意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這四種咖啡在傳感器S1、S2、S5、S6、S7、S10上的響應(yīng)值有較大差異，響應(yīng)值差異越大，表明傳感器對(duì)六種咖啡揮發(fā)性氣味的區(qū)分效果越好。其中越南咖啡在各傳感器上的感應(yīng)值最為顯著，其在S1、S2、S4、S6、S9、S10上有最高的響應(yīng)值，分別為2.08、1.64、1.40、1.54、1.38、1.50。意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡四種咖啡的雷達(dá)圖響應(yīng)曲線重合度較高，說(shuō)明上述四種咖啡整體的揮發(fā)性氣味較為相似，但根據(jù)圖1所示，此四種咖啡在部分風(fēng)味指標(biāo)存在顯著差異，因此電子鼻結(jié)果所示的相似的原因可能是由于不同揮發(fā)性成分之間的相互作用產(chǎn)生的。

圖2 六種咖啡揮發(fā)性風(fēng)味的傳感器響應(yīng)雷達(dá)圖Fig.2 Radar charts of volatile flavor of six kinds of coffee

2.2.2 主成分分析 主成分分析是將提取的傳感器多指標(biāo)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，并對(duì)降維后的特征向量進(jìn)行線性分類，最后在PCA分析散點(diǎn)圖上顯示主要的兩維散點(diǎn)圖[10]。

對(duì)電子鼻采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖3所示。第一主成分為96.8%，第二主成分為3.2%，第一、第二主成分之和為100%，表明不同咖啡的揮發(fā)性氣味差異明顯，而此差異能在這第一、第二主成分構(gòu)成的平面上充分展示。圖3顯示電子鼻區(qū)分指數(shù)（DI）為91.2%，區(qū)分指數(shù)最大值為100%，其值越大表明不同組數(shù)據(jù)之間區(qū)分度越好，一般≥80%表示能夠有效區(qū)分。圖3中DI值為91.2%，表明不同咖啡的電子鼻數(shù)據(jù)之間無(wú)重疊，區(qū)分度較好。進(jìn)一步分析圖3可以看出，六種咖啡樣品主要分布在兩個(gè)區(qū)域，其中意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡分布在左半?yún)^(qū)，每個(gè)樣品的三個(gè)平行均能很好地聚在一起形成獨(dú)立的區(qū)域，部分樣品雖然接近但無(wú)重疊，區(qū)分度較高，說(shuō)明這四種咖啡的揮發(fā)性氣味雖有不同，但存在一定的相似性；越南咖啡和哥倫比亞咖啡分布在右半?yún)^(qū)，但兩者距離較遠(yuǎn)，與其他四種咖啡也距離較遠(yuǎn)，說(shuō)明越南咖啡和哥倫比亞咖啡與其他咖啡的揮發(fā)性氣味差異較大，氣味比較特殊，而這兩種咖啡之間的氣味差異也比較容易區(qū)分。

圖3 六種咖啡主成分分析圖Fig.3 PCA charts of six kinds of coffee

2.2.3 系統(tǒng)聚類分析 聚類分析（CA）是按“物以類聚”原則研究事物分類的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，根據(jù)樣品的多指標(biāo)、多個(gè)觀察數(shù)據(jù)，定量地確定樣品、指標(biāo)之間存在的相似性或親疏關(guān)系，并據(jù)此連結(jié)這些樣品或指標(biāo)歸成大小類群[11]。由圖4可知，當(dāng)標(biāo)度為5時(shí)，可將六種咖啡樣品的揮發(fā)性氣味分為3類，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡聚為一類，相似度最高；越南咖啡和哥倫比亞咖啡各自為一類。而當(dāng)標(biāo)度為10時(shí)，越南咖啡和哥倫比亞咖啡聚為一類，此結(jié)果與主成分分析結(jié)果相一致。因此，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這4種咖啡揮發(fā)性風(fēng)味特征相似，在傳感器上響應(yīng)值相近，而越南咖啡和哥倫比亞咖啡較為相似，在傳感器上的響應(yīng)值較前4種咖啡高。

圖4 六種咖啡揮發(fā)性氣味的聚類分析圖Fig.4 CA charts of volatiles of six kinds of coffee

2.3 感官屬性與傳感器響應(yīng)的相關(guān)性分析

為更好地研究咖啡的風(fēng)味特征，將感官評(píng)定與電子鼻的分析相結(jié)合，對(duì)兩者進(jìn)行PLS分析，以電子鼻10個(gè)不同的傳感器（S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10）作為x變量，感官屬性（堅(jiān)果味、巧克力味、焦糖味、木炭味、辛香味、樹(shù)脂味、花香味、果香味、草香味）作為y變量，如圖5所示。在圖5上傳感器與感官屬性距離越近，說(shuō)明樣品與傳感器的相關(guān)性越強(qiáng)[10]。由圖5可知，傳感器S8與花香味、果香味、草香味相關(guān)性較好；傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S9、S10都與木炭味有一定的相關(guān)性，但S1、S2相關(guān)性最強(qiáng)。

圖5 感官評(píng)定結(jié)果與10根傳感器的PLS分析圖Fig.5 PLS charts of correlations between sensory evaluation and 10 sensors

3 結(jié)論

采用感官評(píng)定與電子鼻測(cè)定兩種方法，對(duì)哥倫比亞咖啡、意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、越南咖啡、曼特寧咖啡六種天然咖啡的揮發(fā)性風(fēng)味特征進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下：

3.1 六種咖啡具有不同的風(fēng)味特征，哥倫比亞咖啡具有最強(qiáng)烈的焦糖味和樹(shù)脂味；意式濃咖啡具有最強(qiáng)烈的巧克力味、花香味及草香味；肯尼亞咖啡具有最強(qiáng)烈的果香味；越南咖啡具有最強(qiáng)烈的堅(jiān)果味、木炭味及辛香味。

3.2 電子鼻技術(shù)能夠?qū)Σ煌a(chǎn)地的咖啡氣味進(jìn)行有效區(qū)分，PCA分析法可用于不同咖啡揮發(fā)性氣味的模式識(shí)別分析，能將不同咖啡樣品明顯區(qū)分開(kāi)來(lái)，說(shuō)明電子鼻具有辨別不同咖啡樣品的能力。

3.3 在總體的揮發(fā)性風(fēng)味特征方面，意式濃咖啡、爪哇咖啡、肯尼亞咖啡、曼特寧咖啡這4種咖啡相似，而越南咖啡和哥倫比亞咖啡較為相似。

3.4 相關(guān)性結(jié)果顯示傳感器S8與花香味、果香味、草香味相關(guān)性較好；傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S9、S10都與木炭味有一定的相關(guān)性，其中S1、S2相關(guān)性最強(qiáng)。

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Study on the character of volatile flavor of natural coffee based on sensory evaluation and electronic nose technology

WANG Yi-fan1，LIAO Xian-yan1，YAO Min2，WANG Shu-hui1，GAO Hai-yan1，*
（1.School of Life Sciences，Shanghai University，Shanghai 200444，China；2.Apple Flavor and Fragrance Group Co.，Ltd.，Shanghai 201809，China）

The study investigated 6 kinds of natural coffees based on sensory evaluation and electronic nose technology to study on the character of flavor of different coffees，which correlation was also analyzed.The result showed that there were the strongest caramel and resin flavor in Colombian coffee.Espresso released the most intense chocolate flavor，fragrance of flowers and grass fragrance.The most obvious fruit aroma appeared in Kenya coffee as well as nutty flavor and spice flavor，charcoal in Vietnam coffee.The coffee aroma of different origin was obviously different，which could be effectively distinguished by electronic nose and the PCA analysis method could be used as pattern recognition analysis for identifying different volatile coffee odor evidently，which illustrated that the electronic nose had the capability of distinguishing of different coffee samples.In terms of general characteristics of volatile flavor，espresso，Javan coffee，Kenya coffee and mandheling coffee were similar，and Vietnam coffee and Colombian coffee were similar.Results of correlation revealed there were good correlations between sensors S8 with fragrance of flowers，fruit aroma，grass fragrance，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S9，S10 with charcoal.S1 and S2 had the best correlations with charcoal.

coffee；sensory evaluation；electronic nose technology；volatile flavor

TS273

A

1002-0306（2014）14-0166-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.028

2013－11－11 *通訊聯(lián)系人

王一凡（1988-），男，碩士研究生，主要從事美拉德反應(yīng)型香精制備方面的研究。