酶促發(fā)酵在咖啡初加工過程中的應(yīng)用研究

程金煥， 何紅艷， 李慧敏， 李貴平*， 黃 健, 武瑞瑞， 候 超, 周志偉

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所，云南保山 678000；2.諾維信中國投資有限公司，北京 100085)

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酶促發(fā)酵在咖啡初加工過程中的應(yīng)用研究

程金煥1， 何紅艷1， 李慧敏1， 李貴平1*， 黃 健1, 武瑞瑞1， 候 超2, 周志偉2

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所，云南保山 678000；2.諾維信中國投資有限公司，北京 100085)

摘要[目的] 針對咖啡在初加工環(huán)節(jié)中存在的常規(guī)發(fā)酵脫膠費時、費力、費水和產(chǎn)品批次間質(zhì)量不一，機械脫膠又存在破損率高等問題，為云南咖啡初加工尋找一種高效、快捷、穩(wěn)定的加工方法。[方法] 以云南種植的咖啡品種卡蒂姆為原材料， 利用諾維信公司生產(chǎn)的Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶，進(jìn)行了脫皮、脫膠對比，研究咖啡酶對咖啡鮮果脫皮脫膠的影響。 [結(jié)果]試驗表明，該酶能軟化咖啡鮮果皮，使機械去皮效率提高3～4個百分點，酶能大大縮短脫膠時間、節(jié)省用水，根據(jù)用酶量的不同，甚至有可能使脫膠在2 h內(nèi)徹底完成，而且不會造成任何破損，解決了普通加工和機械加工2種方法中存在的難題。[結(jié)論]通過對比研究，發(fā)現(xiàn)Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶能軟化咖啡鮮果皮，同時能加速果膠的分解，大大提升了果皮和果膠的脫凈率。

關(guān)鍵詞生物酶；咖啡；發(fā)酵脫膠

Application of Enzymosis on the Pretreating Process of Coffee

CHENG Jin-huan, HE Hong-yan, LI Hui-min,LI Gui-ping*et al

(Institute of Tropical and Sub-tropical Cash Crops, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Baoshan, Yunnan 678000)

Abstract[Objective] To find a rapid, stable and efficient method for the pretreating process of coffee, since degumming of conventional fermentation had the disadvantages of time-consuming, strenuosity, waste water in pretreating process of coffee, but mechanical degumming had the problems of high damage rate.[Method] With Catimor in Yunnan Province as the raw materials, Pectinex Ultra SP-L coffee pectinase was adopted, which was produced by Novozymes.Decrustation and degumming were compared to research the effects of enzymosis on decrustation and degumming of fresh pericarp of coffee.[Result] Coffeezyme could soften the fresh pericarp of coffee, enhanced the mechanical peeling efficiency by 3-4 percentage points, greatly shorten the degumming time, and saved water.According to the differences of enzyme dosage, degumming might be completed within 2 h without any damage, which solved the problems in conventional processing and mechanical processing.[Conclusion] Comparative research shows that Pectinex Ultra SP-L coffee pectinase can soften the fresh pericarp of coffee, accelerate the decomposition of pectin, and greatly enhance the threshing rate of pericarp and pectin.

Key wordsEnzyme; Coffee; Fermentation and degumming

咖啡為茜草科咖啡屬常綠灌木或小喬木，與茶、可可并稱為世界三大飲料作物[1-3]。云南是我國最大的咖啡產(chǎn)區(qū)，據(jù)咖啡協(xié)會統(tǒng)計，至2013年初，云南省咖啡種植面積達(dá)8.93萬hm2，產(chǎn)量8.2萬t，均占全國的99%以上?？Х鹊某跫庸し椒ㄓ袧穹庸ず透煞庸?種，云南的咖啡主要采用濕法加工[1-2，4-8]，濕法加工又包括普通濕法加工和機械濕法加工，加工過程主要包括脫皮、脫膠、干燥、分級、包裝等，其中脫膠過程最復(fù)雜，也最容易出現(xiàn)問題[8]，與商品豆的質(zhì)量也密切相關(guān)。

目前咖啡脫膠主要有普通發(fā)酵脫膠和機械脫膠2種方式，普通發(fā)酵脫膠存在周期長，易受環(huán)境溫度影響，發(fā)酵程度不好掌握，勞動強度和用水量大等問題[8]；機械脫膠存在破損率高、脫膠不完全、商品豆口感不佳等問題。生物酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，大部分為蛋白質(zhì)，具有高效、專一、無污染等特點，目前在麻類、茶葉等加工過程中廣泛使用，特別是在麻類的脫膠工藝中應(yīng)用最廣[9-12]。近年來，國外開始將生物酶應(yīng)用于咖啡發(fā)酵脫膠工藝中[10]。在國內(nèi)，董紅紅等研究了咖啡濕法發(fā)酵過程中的微生物，分析鑒定了產(chǎn)生果膠酶的菌種[13-14]。筆者利用諾維信公司生產(chǎn)的Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶，以云南種植面積最大的品種卡蒂姆的咖啡為原材料，進(jìn)行了脫皮、脫膠對比，發(fā)現(xiàn)該酶能軟化咖啡鮮果皮，同時能加速果膠的分解，大大提升了果皮和果膠的脫凈率。通過對比研究，以期為云南咖啡初加工尋找一種高效、快捷、穩(wěn)定的加工方法。

1材料與方法

1.1材料試驗用酶為諾維信公司生產(chǎn)的Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶；試驗用咖啡鮮果來自保山市隆陽區(qū)潞江鎮(zhèn)新寨村萬畝咖啡示范園，采摘地海拔為950 m，品種為目前云南主栽的卡蒂姆。

1.2方法試驗于2014年3月在云南省保山市隆陽區(qū)潞江鎮(zhèn)云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所內(nèi)進(jìn)行。試驗地海拔為776 m,試驗當(dāng)天氣候條件為晴，有霧，最低溫度4 ℃，最高溫度19 ℃，試驗當(dāng)時的溫度8～12 ℃。

1.2.1Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶對咖啡鮮果脫皮的影響。取2 kg的咖啡鮮果3份，分別放進(jìn)等量的清水以及加入Pectinex Ultra SP-L果膠酶0.10%和0.05%溶液中，放置24 h后，用脫皮機進(jìn)行脫皮，并比較果皮脫凈率、豆子破損率及對果膠的影響。

1.2.2酶促發(fā)酵脫膠對脫膠效率的影響。取2 kg的經(jīng)脫皮后帶膠咖啡豆3份，分別放進(jìn)等量的清水以及加入Pectinex Ultra SP-L咖啡脫膠酶0.10%和0.05%的溶液中，每隔30 min觀看一次物理變化，并用手搓感覺脫膠程度。

1.2.3酶促脫膠與機械脫膠對比。同一批鮮果，經(jīng)脫皮后，加入自巴西Pinhalense公司引入的DFA-DMP型咖啡機械脫膠機中，對比機械脫膠與酶促發(fā)酵脫膠的脫凈率、破損率及耗水量。

2結(jié)果與分析

2.1Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶對咖啡脫皮的影響經(jīng)Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶浸泡過的咖啡鮮果的硬度有明顯降低，且隨著酶濃度的增加，硬度下降明顯。加工完的帶膠咖啡豆均比較黏滑，說明其對果皮內(nèi)果膠無法起到催化發(fā)酵的作用。浸泡對咖啡鮮果脫皮的脫凈率和破損的影響如表1所示，經(jīng)果膠酶溶液浸泡的咖啡鮮果，果皮的脫凈率有一定的提高，且隨著果膠酶濃度的增加，果皮脫凈率也有相應(yīng)的提高；果膠酶對脫皮過程中的破損率無影響。

咖啡果膠酶可能對咖啡鮮果的后熟能起到一定的促進(jìn)作用，所以咖啡鮮果的脫凈率會有所提高，但破損率主要與咖啡豆大小和果殼硬度有關(guān)，所以果膠酶對破損率沒有影響。

2.2酶促發(fā)酵脫膠對脫膠效率的影響如表2所示，脫皮后的帶膠咖啡豆，在清水中浸泡36 h后才開始發(fā)酵，72 h基本結(jié)束；但在0.05%濃度的Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶溶液中，0.5 h后即開始發(fā)酵，2 h脫膠完成；且隨著Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶濃度的增加，發(fā)酵的速度也加快。

表1Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶對咖啡鮮果脫皮的影響

Table 1Effects of Pectinex Ultra SP-L coffee pectinase on peeling of coffee

%

表2　酶促反應(yīng)對咖啡脫膠效率的影響

2.3機械脫膠與酶促發(fā)酵的效果比較如表3所示，機械脫膠脫凈率為95.3%，破損率5.2%，而酶促發(fā)酵可達(dá)到100%的脫凈率，又由于無外力擠壓損傷，因此破損率為0。耗水量方面，酶促發(fā)酵后，咖啡豆外殼沒有任何殘留，因此用水量僅為浸泡發(fā)酵時用水，豆水比約1∶1.0，機械脫膠消耗豆水比約1∶2.6。

表3酶促發(fā)酵與機械發(fā)酵效果對比

Table 3Comparison of the effects between enzymosis and mechanical fermentation

項目Item脫凈率Threshingrate∥%破損率Damagerate∥%耗水量Waterconsumption(豆水比)酶促發(fā)酵Enzymosis10001∶1.0機械脫膠Mechanicaldegumming95.35.21∶2.6

3討論

3.1酶促發(fā)酵脫膠與自然發(fā)酵脫膠相比的優(yōu)勢

3.1.1極大地提高了加工的效率。自然發(fā)酵過程，一般需要12～72 h，在冬季氣溫較低環(huán)境下，需要的時間更長[6]。該試驗結(jié)果顯示，氣溫10 ℃條件下，在0.05%Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶溶液中，30 min即開始發(fā)酵，2 h以內(nèi)即可以完成發(fā)酵脫膠的全過程。

3.1.2減少了用水量和勞力。自然發(fā)酵過程，一般需要更換2～3次水，且需要不斷地攪拌，每加工1 t咖啡，需要約8 t水和3個工人[6]；利用酶促發(fā)酵，因為時間短，不需要更換水，加工咖啡量與用水量比例為1∶1，不需要經(jīng)常攪拌，發(fā)酵環(huán)節(jié)僅需1人即可。

3.1.3產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。自然發(fā)酵脫膠，容易受到氣候的影響，且程度不好掌握，因此加工出來的咖啡豆，各批次間質(zhì)量參差不齊，發(fā)酵過度也容易造成咖啡豆顏色變暗，很容易影響質(zhì)量；利用酶促發(fā)酵，需要時間短，過程容易掌握，加工出來的咖啡豆質(zhì)量更均勻一致。

3.2酶促發(fā)酵與機械脫膠相比的優(yōu)勢

3.2.1脫凈率高而破損率為零。機械脫膠過程，主要靠物理摩擦進(jìn)行，對成熟度差的帶膠豆，很難完成脫膠，且容易造成破損，該試驗用的巴西Pinhalense公司生產(chǎn)的DFA-DMP型咖啡機械脫膠機，脫膠率95.3%，破損率5.2%，即使國產(chǎn)經(jīng)改造的脫膠機，破損率也有3%；利用酶促發(fā)酵，脫凈率可達(dá)到100%，同時因沒有物理摩擦損傷，因此破損率為零。

3.2.2提高咖啡品質(zhì)。機械脫膠無法達(dá)到100%脫凈率，帶膠咖啡豆晾曬過程中容易產(chǎn)生霉變，從而影響咖啡質(zhì)量；同時，機械脫膠會產(chǎn)生破損豆，也會影響咖啡質(zhì)量。利用酶促

發(fā)酵，脫凈率可達(dá)100%，同時不會產(chǎn)生破損豆，因此咖啡品質(zhì)更高。

3.3試驗存在的不足及待改進(jìn)的方面因試驗開始于咖啡鮮果成熟末期，試驗鮮果數(shù)量有限，目前僅做了Pectinex Ultra SP-L咖啡果膠酶對發(fā)酵時間、果膠脫凈率、破損率的影響等相關(guān)試驗，對酶最佳活性的溫度、濃度、pH的研究還有待驗證。

決定咖啡品質(zhì)的一個重要指標(biāo)為咖啡杯品結(jié)果，雖然酶促反應(yīng)具有專一性，不太可能對咖啡豆內(nèi)含物產(chǎn)生影響，但確切的杯品結(jié)果才更具有說服力。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃家雄.小?？Х葮?biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：金盾出版社，2009.

[2] 劉光華，張星燦.從深山走向世界的云南咖啡[M].昆明：云南人民出版社，2010.

[3] 王莉.我國咖啡生產(chǎn)及貿(mào)易發(fā)展?fàn)顩r[J].中國熱帶農(nóng)業(yè), 2009(2): 21-25.

[4] 畢曉菲，胡發(fā)廣，李亞男，等.云南小?？Х炔煌跫庸し椒óa(chǎn)出率的測定研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工(學(xué)刊)，2013(7)：67-69.

[5] 文志華.生態(tài)型脫皮脫膠組合機用于咖啡初加工的若干技術(shù)問題[J].云南農(nóng)業(yè)科技，2002(5)：45-47.

[6] 文志華,黃家雄.咖啡加工技術(shù)[M].昆明：云南科技出版社，2011.

[7] 何紅艷，文志華，李國鵬.咖啡采后處理及初加工技術(shù)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(12)：119-120.

[8] 武瑞瑞，李貴平，王雪松，等.咖啡濕法加工過程中影響品質(zhì)的因素分析[J].熱帶農(nóng)業(yè)工程，2012，10(5)：1-3.

[9] 張菊，薛永常.細(xì)菌果膠酶研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報，2011(2)：56-60.

[10] HOONDAL G S,TIWAR R P,TEWARI R.Microbial alkaline pectinases and their industrial applications:A review[J].Applied microbiology and biotechnology,2002,59:409-418.

[11] 曉靜.苧麻生物酶脫膠技術(shù)應(yīng)用與若干問題探討[J].中國麻業(yè)科學(xué)，2010(3)：145-150.

[12] 鄧皆德，劉讓同，李玉玲，等.竺麻酶法脫膠新工藝的應(yīng)用研究[J].紡織學(xué)報，2002(4)：66-68.

[13] 董紅紅，楊盼，呂杰，等.基于PCR-DGGE的咖啡濕法發(fā)酵酵母菌的分離鑒定[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014,29(2)：251-257.

[14] 董紅紅.云南小?？Х葷穹òl(fā)酵中微生物的研究[D].北京:北京化工大學(xué)，2013:1-10.

中圖分類號S 571.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-083-02

收稿日期2016-02-02

作者簡介程金煥(1981- )，男，河南安陽人，助理研究員，碩士，從事咖啡種植與初加工研究。*通訊作者，副研究員，從事咖啡植保研究。

基金項目國家星火科技項目；云南省建立農(nóng)科教相結(jié)合新型農(nóng)業(yè)社會化服務(wù)體系試點項目。