云南不同地区烘焙咖啡豆主要成分分析及类黑精组成成分

摘要：以云南3 个咖啡主产区（普洱、怒江、德宏）的生咖啡豆为原料，通过不同程度（轻度、中度、重度）烘焙，对其主要成分进行分析，并提取类黑精，采用热裂解-气相色谱-质谱（pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry，Py-GC-MS）联用技术分析咖啡类黑精的化学组成。结果显示：随着烘焙程度加深，咖啡豆的蛋白质和粗脂肪含量增加，总氨基酸含量降低，其中蛋白质含量最高为重度烘焙后的普洱咖啡豆（16.3 g/100 g），氨基酸含量最高为普洱生咖啡豆（9.41%），粗脂肪含量最高为中度烘焙后的德宏咖啡豆（13.85 g/100 g），矿物质元素中含量较高的为K、Mg、P、Ca，普洱咖啡豆经重度烘焙后K含量最高（2.2 g/100 g）。Py-GC-MS分析结果表明：不同产地、不同烘焙程度咖啡豆的类黑精组成差异明显，但也存在共性特征，咖啡因和酸类相对含量最高，其次是胺类、酯类、酚类、吡咯类、呋喃类、吡啶类、醛类、醇类、酮类等。

关键词：云南咖啡；主成分分析；类黑精；热裂解-气相色谱-质谱联用

咖啡成分复杂，包含多种有机化合物和矿物质 [1]，由于生长环境和烘焙程度如温度、时间不同，咖啡中的成分含量各不相同，直接影响咖啡的口感、香味、颜色及品质 [2]。其中变化较显著的有蛋白质、脂肪和矿物质元素等 [3]。

生咖啡豆中的化学组分在烘焙过程中会发生一系列反应如美拉德和焦糖化反应等才能形成咖啡特有的风味 [4]。类黑精就是美拉德反应后期形成的一类棕褐色的、结构复杂的大分子化合物 [5]。Hayase等 [6]对类黑精捕获自由基进行了研究，推测其可能有还原酮、烯胺或吡咯类的结构。Kucera等 [7]用高效液相色谱法分析了不同烘焙度的意式浓缩咖啡中的化学成分差异，结果显示包括类黑精、苍术苷衍生物、绿原酸和脂肪在内的四组化合物都存在差异。Guido等 [8]对6 款意式浓缩咖啡进行了多糖结构和类黑精成分的研究发现，多糖与类黑精含量平均为9.09%和10.17%。Goya等 [9]研究了HepG2氧化损伤模型体系中，一定浓度范围内的咖啡类黑精对HepG2细胞具有保护作用。云南是中国最大的咖啡豆生产基地，主要分布于普洱、怒江、保山、德宏等地，但咖啡种植有较强的地域性 [10]，受区域、气候等多种影响，品质差异较大。咖啡的风味、色泽、香气以及颜色主要受烘焙程度的影响，特别是类黑精类物质受烘焙程度的影响极大。因此，揭示烘焙程度对咖啡品质影响十分重要。

本研究以云南普洱、怒江、德宏三大产区咖啡豆为原料，经过不同程度（轻度、中度、重度）的烘焙，分析其粗脂肪、蛋白质、氨基酸、矿物质元素含量差异。同时提取类黑精，采用热裂解-气相色谱-质谱（pyrolysisgas chromatography-mass spectrometry，Py-GC-MS）联用技术进行分析，推断类黑精组成成分，揭示不同烘焙度对不同产地咖啡成分及类黑精组成的影响，为云南咖啡发展提供理论依据。

1 材料与方法

无水乙醇、石油醚、氢氧化钠、苯酚、过氧化氢（均为分析纯）天津市风船化学试剂科技有限公司；硫酸（分析纯）西陇化工股份有限公司；盐酸（分析纯）重庆川东化工（集团）有限公司。

KWS1530X-H7R烤箱格兰仕集团；WND-500A粉碎机温岭市林大机械有限公司；ISQ LT GC-MS联用仪美国Thermo公司；LGJ-10普通型冷冻干燥机郑州明天仪器设备有限公司；索氏提取器上海秉越电子仪器有限公司；凯氏定氮仪上海平轩科学仪器有限公司；7700X电感耦合等离子体质谱仪美国安捷伦公司；A300氨基酸自动分析仪德国曼默博尔公司；JCL-22居里点热裂解器北京佳仪（JAI-CHINA）分析设备有限公司。

等量称取3 个产地生咖啡豆，分别在230 ℃烘焙12 min得到轻度烘焙豆；240 ℃烘焙14 min得到中度烘焙豆；250 ℃烘焙17 min得到重度烘焙豆。粉碎至100 目备用。

根据类黑精溶于水不溶于乙醇等有机溶剂的特点结合严昊 [11]的分析方法来确定咖啡类黑精的提取方法。分别取适量样品，在80 ℃热水中溶解30 min，过滤，重复3 次，合并滤液离心（4 000 r/min，15 min），取上清液，以样液-无水乙醇（3∶7，V/V）混合溶液，醇析提取3 h过滤，沉淀冷冻干燥，得到咖啡类黑精。1.3.3 咖啡豆成分分析

蛋白质含量测定：采用凯氏定氮法，按GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》检测 [12]；粗脂肪含量测定：采用索氏抽提法，按GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》检测 [13]；矿物质元素含量测定：采用电感耦合等离子体发射光谱法，按NY/T 1653—2008《蔬菜、水果及制品中矿物质元素的测定》检测 [14]；氨基酸含量测定：按GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》使用氨基酸自动分析仪检测 [15]。

Py条件：热裂解时间10 s，热裂解温度380 ℃，进样温度380 ℃。

GC条件：J&W DB-5石英毛细柱（30 m×0.25 mm，0.25 ☒m）；分析采用一级程序升温，初始温度60 ℃，保持5 min，以10 ℃/min的速率升至200 ℃，保持2 min，以5 ℃/min的速率升至270 ℃，保持1 min；载气为氦气；流量为1.0 mL/min。

MS条件：电子电离源；传输线温度270 ℃；离子源温度220 ℃；扫描时间0.2 s；质量扫描范围m/z 30～400。

称取试样0.5 mg，包裹于铁磁体的热箔片中，在380 ℃条件下裂解，进样分析。主要裂解产物相对含量的确定采用面积归一化法。

2 结果与分析

不同产地的咖啡豆经过不同条件烘焙后，研究包含生咖啡在内的共12 种咖啡豆的成分，结果如表1、2所示。矿物质元素、蛋白质、粗脂肪、氨基酸含量都不尽相同。普洱和怒江地区生咖啡豆中矿物质元素含量由高到低均为K＞Mg＞P＞Ca＞Mn＞Fe＞Na＞Cu＞Zn；矿物质元素Mg、P、Ca、Mn、Zn含量都随着烘焙程度加深呈升高趋势，原因可能是咖啡豆在烘焙过程中，一方面是淀粉转化为焦糖，水分也随着二氧化碳而蒸发，另一方面是有些成分如纤维质也会被碳化掉 [16]，从而导致同等质量条件下矿物质元素含量升高；普洱咖啡豆经轻度烘焙后，Fe（64.8 mg/kg）、Cu（20.2 mg/kg）、Na（17.2 mg/kg）、Zn（9.08 mg/kg）含量与其他地区咖啡豆相比最高，经重度烘焙后，K（2.20 g/100 g）、Mg（0.272 g/100 g）含量与其他地区咖啡豆相比最高；德宏咖啡豆经重度烘焙后，P（0.242 g/100 g）、Ca（0.188 g/100 g）含量与其他地区咖啡豆相比最高；怒江咖啡豆经中度和重度烘焙后Mn（118 mg/kg）含量与其他地区咖啡豆相比最高。

蛋白质在美拉德反应中与含羧基的糖类化合物反应生成醛、酮等物质 [17]，但研究结果显示蛋白质含量在烘焙后反而增加，可能是因为类黑精主要有3 种结构，其中一种是蛋白质与低分子质量着色化合物交联产生的以蛋白质为基本成分的类黑精 [18]，所以咖啡经过烘焙后蛋白质总体含量增加；经过重度烘焙后的咖啡豆蛋白质含量由高到低依次为：普洱（16.3 g/100 g）＞怒江（15.9 g/100 g）＞德宏（15.0 g/100 g）。普洱和德宏咖啡豆经重度烘焙后蛋白质含量均比生咖啡豆增加3.3 g/100 g。

烘焙后的咖啡豆粗脂肪含量升高，可能是由于烘焙过程中新产生一些油溶性物质 [19]，随着咖啡豆表面油脂的生成而溶解于其中，使得粗脂肪含量升高；而脂肪在高温条件下容易被氧化，因此怒江和德宏咖啡豆的粗脂肪含量随着烘焙程度加深先升高后降低；经过重度烘焙后的咖啡豆，粗脂肪含量由高到低依次为：德宏（13.77 g/100 g）＞普洱（11.96 g/100 g）＞怒江（11.38 g/100 g）。德宏咖啡豆经中度烘焙后粗脂肪含量比生咖啡豆增加8.35 g/100 g 。

氨基酸总量随着烘焙程度加深而降低，是由于美拉德反应中氨基酸参与合成类黑精，在加热过程中分解为呋喃、吡啶等物质 [20]。生咖啡豆中氨基酸总量从高到低依次为普洱（9.41%）＞德宏（8.49%）＞怒江（6.90%）；其中谷氨酸含量最高，其次为天冬氨酸和亮氨酸，蛋氨酸含量最低；赖氨酸和精氨酸含量变化较大，烘焙后的咖啡豆与生咖啡豆相比明显降低；脯氨酸在普洱咖啡豆中未检测到；怒江咖啡豆的氨基酸含量变化不明显，普洱咖啡豆和德宏咖啡豆氨基酸含量变化均呈降低趋势。

表1 不同烘焙度对不同产地咖啡成分的影响
Table1 Effects of different roasting degrees on the chemical composition of coffee beans from different producing areas

重度烘焙K含量/（g/100 g）1.501.942.012.201.481.862.002.001.481.821.622.06 Mg含量/（g/100 g）0.1910.2380.2410.2720.1740.2220.2360.2490.1940.2370.251 0.268 P含量/（g/100 g）0.1580.1940.1980.2190.1530.1940.2090.2110.1720.2160.218 0.242 Ca含量/（g/100 g）0.0960.1140.1220.1410.1080.1290.1400.1460.1320.1580.160 0.188 Mn含量/（mg/kg）76.895.410411183.210911811827.028.329.032.0 Fe含量/（mg/kg）33.864.837.244.333.740.241.545.434.837.039.742.0 Na含量/（mg/kg）21.417.212.213.613.79.1212.19.6415.014.015.316.0 Cu含量/（mg/kg）12.020.216.319.49.9613.413.615.012.816.318.618.2 Zn含量/（mg/kg）4.319.087.257.553.094.655.284.884.385.958.325.95蛋白质含量/（g/100 g）13.014.815.316.312.715.115.115.911.714.914.215.0粗脂肪含量/（g/100 g）4.199.4510.5111.963.9211.36 12.03 11.385.5011.56 13.85 13.77成分普洱咖啡豆怒江咖啡豆德宏咖啡豆生咖啡轻度烘焙中度烘焙重度烘焙生咖啡轻度烘焙中度烘焙重度烘焙生咖啡轻度烘焙中度烘焙

表2 不同烘焙度对不同产地咖啡氨基酸含量影响
Table2 Effects of different roasting degrees on the amino acid contents of coffee beans from different producing areas %

注：*.必需氨基酸；**.半必需氨基酸；—.未检出。

重度烘焙天冬氨酸0.960.600.640.290.730.760.580.380.840.510.560.29苏氨酸*0.370.15——0.28——0.340.11——丝氨酸0.530.0960.028—0.390.0430.025—0.480.0490.034—谷氨酸2.332.091.971.681.712.081.821.882.111.911.731.61甘氨酸0.580.490.460.340.440.490.420.380.550.440.380.31丙氨酸0.480.420.410.340.340.420.360.360.430.370.330.29胱氨酸*0.21——0.0460.160.26—0.0370.22——缬氨酸*0.480.420.430.360.36—0.380.380.450.360.330.30蛋氨酸*0.0820.0600.0520.0530.0520.0580.0490.0370.0710.0040.0380.039异亮氨酸*0.370.290.290.230.270.290.250.250.330.260.230.19亮氨酸*0.840.810.790.640.630.820.710.710.760.700.630.56酪氨酸**0.280.220.240.210.200.180.150.190.240.170.150.13苯丙氨酸*0.480.420.460.390.350.400.310.500.410.430.370.31赖氨酸*0.610.0960.0850.0590.450.0920.0740.0660.570.0760.0650.047组氨酸0.250.130.110.0740.170.120.0990.0810.220.0770.0610.050精氨酸0.560.040——0.370.0330.024—0.47——脯氨酸——0.085—0.140.140.14氨基酸总量9.416.335.974.716.906.055.255.348.495.655.054.27氨基酸普洱咖啡豆怒江咖啡豆德宏咖啡豆生咖啡轻度烘焙中度烘焙重度烘焙生咖啡轻度烘焙中度烘焙重度烘焙生咖啡轻度烘焙中度烘焙

3 个产地咖啡豆经不同程度烘焙后提取类黑精，通过Py-GC-MS分析，在380 ℃裂解温度条件下得到3 组总离子流图，如图1所示，3 组裂解产物如表3～5所示。

表3 轻度烘焙咖啡类黑精380 ℃裂解产物（匹配度≥50）
Table3 Pyrolysis products of melanoidins in mildly roasted coffee beans at 380 ℃

产地保留时间/min相对含量/%化合物中文名称化合物英文名称普洱9.080.05胡椒环1,3-benzodioxole 9.500.113-甲基环戊烷-1,2-二酮3-methyl-1,2-cyclopentanedione 10.150.044-羟基-2,5-二甲基-3（2H）呋喃酮4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)furanone 10.430.442-吡咯烷酮2-pyrrolidinone 11.170.802-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 11.810.062,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4（H）-吡喃-4-酮2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4(H)-pyran-4-one 12.540.69（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(S)-5-hydroxymethyldihydrofuran-2-one 13.160.305-羟甲基糠醛5-hydroxymethylfurfural 13.610.32auroraka-1242 14.370.161-丁基-2-吡咯烷酮1-butylpyrrolidin-2-one 14.450.164-乙烯基-2-甲氧基苯酚4-hydroxy-3-methoxystyrene 16.000.042-甲基-1,4-双（三甲基硅氧基）苯2-methyl-1,4-bis(trimethylsiloxy)benzene 20.260.10六氢吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮hexahydropyrrolo[1,2-A]pyrazine-1,4-dione 21.8547.01咖啡因caffeine 23.121.803-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮3-isobutyl-2,3,6,7,8,8a-hexahydropyrrolo[1,2-a] pyrazine-1,4-dione 23.476.99棕榈酸palmitic acid 24.485.11油酸酰胺oleamide 29.750.08吡咯并（2,1-F）吡嗪-1,4-二酮pyrrolo(2,1-F)pyrazine-1,4-dione 30.730.34己二酸二（2-乙基己）酯bis(2-ethylhexyl) adipate怒江3.600.073-硝基-4-氨基苯酚4-amino-3-nitrophenol 4.270.071-甲基-1,2,3,6-四氢吡啶1-methyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine 5.340.02异戊酸isovaleric acid 5.600.08糠醇furfuryl alcohol 6.970.334-羟基丁酸乙酰酯gamma-butyrolactone 8.100.023-乙基吡啶3-ethylpyridine 8.880.092-羟基-丁酸酮alpha-hydroxy-gamma-butyrolactone 9.550.093-甲基环戊烷-1,2-二酮3-methyl-1,2-cyclopentanedione

续表3

产地保留时间/min相对含量/%化合物中文名称化合物英文名称9.840.022-乙基-2-唑啉2-ethyl-2-oxazoline 10.080.04δ-戊内酯delta-valerolactone 10.370.032-乙酰基吡咯2-acetyl pyrrole 10.470.06乙酰丙酸levulinic acid 11.110.06壬醛1-nonanal 11.230.702-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 11.330.05乙基环戊烯醇酮3-ethyl-2-hydroxy-2-cyclopenten-1-one 11.550.363-羟基吡啶3-hydroxypyridine 12.100.09戊二酰亚胺glutarimide 12.681.03（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(S)-5-hydroxymethyldihydrofuran-2-one 13.020.22邻苯二酚pyrocatechol 13.640.10auroraka-1242 13.910.172-羟基-丁酸酮alpha-hydroxy-gamma-butyrolactone 14.170.082-甲氧基对苯二酚2-methoxyhydroquinone 14.500.214-乙烯基-2-甲氧基苯酚4-hydroxy-3-methoxystyrene 14.790.195-acetyltetrahydrofuran-2-one 18.780.02(E)-10-heptadecen-8-ynoic acid methyl ester 21.9823.77咖啡因caffeine 23.8122.85棕榈酸palmitic acid 25.091.09油酸酰胺oleamide 25.480.22硬脂酸烯丙酯allyl stearate 27.236.09硬脂酸stearic acid怒江德宏3.930.13N-甲基哌啶N-methylpiperidine 5.740.08糠醇furfuryl alcohol 7.050.294-羟基丁酸乙酰酯gamma-butyrolactone (GBL) 9.100.072-羟基-丁酸酮alpha-hydroxy-gamma-butyrolactone 11.300.442-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 13.670.24 auroraka-1242 14.010.03棕榈油酸甲酯palmitoleic acid methyl ester 22.1927.94咖啡因caffeine 23.8719.00棕榈酸palmitic acid 26.522.04油酸酰胺oleamide

表4 中度烘焙咖啡类黑精380 ℃裂解产物（匹配度≥50%）
Table4 Pyrolysis products of melanoidins in moderately roasted coffee beans at 380 ℃

产地保留时间/min相对含量/%化合物中文名称化合物英文名称普洱3.880.20N-甲基哌啶N-methylpiperidine 5.570.04糠醇furfuryl alcohol 6.940.154-羟基丁酸乙酰酯gamma-butyrolactone (GBL) 8.980.14顺-1,2-二氢儿茶酚cis-1,2-dihydrocatechol 9.070.14胡椒环1,3-benzodioxole 10.430.382-吡咯烷酮2-pyrrolidinone 11.160.582-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 11.280.603-羟基吡啶3-hydroxypyridine 11.680.10丁二酰亚胺succinimide 11.990.14戊二酰亚胺glutarimide 12.571.14（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(S)-5-hydroxymethyldihydrofuran-2-one 12.840.54邻苯二酚pyrocatechol 14.450.254-乙烯基-2-甲氧基苯酚4-hydroxy-3-methoxystyrene 14.740.245-acetyltetrahydrofuran-2-one 15.570.284-乙基苯磷二酚4-ethylcatechol 15.940.04paromomycin 19.650.433-氰基-4-氧代吡咯烷-1-甲酸叔丁酯1-boc-3-cyano-4-oxopyrrolidine 22.0237.57咖啡因caffeine

续表4

产地保留时间/min相对含量/%化合物中文名称化合物英文名称23.150.59（2-氨基乙基）苄基氨基甲酸叔-丁基酯tert-butyl (2-aminoethyl)benzylcarbamate 23.302.083-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮普洱3-isobutyl-2,3,6,7,8,8a-hexahydropyrrolo[1,2-a] pyrazine-1,4-dione 23.558.86棕榈酸palmitic acid 24.492.45油酸酰胺oleamide 27.012.11硬脂酸stearic acid 28.400.112-（1,3-二羟基丙-2-基）十六酸2-monopalmitin 30.511.05吡咯并（2,1-F）吡嗪-1,4-二酮pyrrolo(2,1-F)pyrazine-1,4-dione 30.730.54己二酸二（2-乙基己）酯bis(2-ethylhexyl) adipate怒江3.620.433-硝基-4-氨基苯酚4-amino-3-nitrophenol 3.910.32N-甲基哌啶N-methylpiperidine 4.300.091-甲基-1,2,3,6-四氢吡啶1-methyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine 5.710.10糠醇furfuryl alcohol 5.880.023-甲基吡啶3-picoline 6.000.03当归内酯alpha-angelica lactone 7.040.644-羟基丁酸乙酰酯gamma-butyrolactone (GBL) 8.140.083-乙基吡啶3-ethylpyridine 9.650.133-甲基环戊烷-1,2-二酮3-methyl-1,2-cyclopentanedione 10.150.11δ-戊内酯delta-valerolactone 11.291.182-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 11.831.143-羟基吡啶3-hydroxypyridine 13.670.63auroraka-1242 14.000.27α-乙酰-α-甲基-γ-丁内酯alpha-acetyl-alpha-methyl-gamma-butyrolatone 15.780.01棕榈油酸甲酯palmitoleic acid methyl ester 22.3139.36咖啡因caffeine 23.501.893-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮3-isobutyl-2,3,6,7,8,8a-hexahydropyrrolo[1,2-a] pyrazine-1,4-dione 23.9815.02棕榈酸palmitic acid 27.312.80硬脂酸stearic acid德宏3.630.113-硝基-4-氨基苯酚4-amino-3-nitrophenol 3.900.15N-甲基哌啶N-methylpiperidine 4.290.031-methyl-1,2,3,6-thtrahydropyridine 8.160.013-乙基吡啶3-ethylpyridine 10.150.04δ-戊内酯delta-valerolactone 10.620.082-吡咯烷酮2-pyrrolidinone 11.310.572-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 12.890.22（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(S)-5-hydroxymethyldihydrofuran-2-one 13.670.28auroraka-1242 14.640.324-乙烯基-2-甲氧基苯酚4-hydroxy-3-methoxystyrene 16.450.325-（环己基甲基）吡咯烷-2-酮5-(cyclohexylmethyl)pyrrolidin-2-one 17.220.01(E)-10-heptadecen-8-ynoic acid methyl ester 22.2336.25咖啡因caffeine 23.250.143-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮3-isobutyl-2,3,6,7,8,8a-hexahydropyrrolo[1,2-a] pyrazine-1,4-dione 24.0516.46棕榈酸palmitic acid 27.384.54硬脂酸stearic acid 30.250.48双氢麦角胺dihydroergotamine

表5 重度烘焙咖啡类黑精380 ℃裂解产物（匹配度≥50%）
Table5 Pyrolysis products of melanoidins in severely roasted coffee beans at 380 ℃

产地保留时间/min相对含量/%化合物中文名称化合物英文名称普洱5.210.07异戊酸isovaleric acid 5.430.032-甲基丁酸2-methyl butyric acid 6.930.104-羟基丁酸乙酰酯gamma-butyrolactone (GBL) 8.940.09异戊酰胺isovaleramide 9.080.02胡椒环1,3-benzodioxole 9.490.093-甲基环戊烷-1,2-二酮3-methyl-1,2-cyclopentanedione 10.040.03δ-戊内酯delta-valerolactone 11.170.242-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 11.700.15丁二酰亚胺succinimide 12.020.36戊二酰亚胺glutarimide 12.601.70（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(S)-5-hydroxymethyldihydrofuran-2-one 12.700.27丙二酸环（亚）异丙酯2,2-dimethyl-1,3-dioxane-4,6-dione 12.970.67丙基丙二酸propylmalonic acid 13.330.05乙酸甘油酯glyceryl alpha-monoacetate 13.620.33auroraka-1242 13.870.28α-乙酰-α-甲基-γ-丁内酯alpha-acetyl-alpha-methyl-gamma-butyrolatone 14.270.291,4-苯二酚hydroquinone 14.750.345-acetyltetrahydrofuran-2-one 16.090.151,5,6,7-四氢-4H-吲哚-4-酮1,5,6,7-tetrahydro-4H-indol-4-one 17.260.093-苯基丙酰胺3-phenyl-propionamide 19.661.183-氰基-4-氧代吡咯烷-1-甲酸叔丁酯1-boc-3-cyano-4-oxopyrrolidine 20.321.00六氢吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮hexahydropyrrolo[1,2-A]pyrazine-1,4-dione 20.580.42cyclo(-leu-gly) 22.0237.24咖啡因caffeine 23.162.45（2-氨基乙基）苄基氨基甲酸叔-丁基酯(2-aminoethyl)-benzyl carbamic acid tebtbutylester 23.276.503-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮3-isobutyl-2,3,6,7,8,8a-hexahydropyrrolo[1,2-a] pyrazine-1,4-dione 23.579.14棕榈酸palmitic acid 23.980.58十六酸乙酯palmitic acid ethyl ester 28.040.162,5-piperazinedione, 3-benzyl-6-isopropyl-29.812.35吡咯并（2,1-F）吡嗪-1,4-二酮,2,3,6,7,8,8A-六氢-3-苄pyrrolo(2,1-F)pyrazine-1,4-dione, 2,3,6,7,8,8A-hexahydro-3-(phenylmethyl)-30.010.04环（L-亮氨酰-L-苯丙氨酰）cyclo(leucyl-phenylalanyl) 30.260.15油酸酰胺oleamide怒江3.900.03N-甲基哌啶N-methylpiperidine 5.720.04糠醇furfuryl alcohol 7.040.284-羟基丁酸乙酰酯gamma-butyrolactone (GBL) 10.150.03δ-戊内酯delta-valerolactone 11.290.292-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 12.750.17戊二酰亚胺glutarimide 13.670.22auroraka-1242 14.010.15α-乙酰-α-甲基-γ-丁内酯alpha-acetyl-alpha-methyl-gamma-butyrolatone 14.900.165-acetyltetrahydrofuran-2-one 18.600.022'-hexyl-1,1'-bicyclopropane-2-octanoic acid methyl ester 22.1522.25咖啡因caffeine 23.9221.89棕榈酸palmitic acid 27.315.04硬脂酸stearic acid 34.710.47(3beta,24S)-stigmast-5-en-3-ol德宏3.580.043-硝基-4-氨基苯酚4-amino-3-nitrophenol 3.850.06N-甲基哌啶N-methylpiperidine 5.610.11糠醇furfuryl alcohol 6.960.354-羟基丁酸乙酰酯gamma-butyrolactone (GBL)

续表5

产地保留时间/min相对含量/%化合物中文名称化合物英文名称德宏8.890.032-羟基-丁酸酮alpha-hydroxy-gamma-butyrolactone 9.660.012,3-二甲基马来酸酐2,3-dimethylmaleic anhydride 9.810.02N-甲基吡咯烷酮1-methyl-2-pyrrolidinone 10.070.05δ-戊内酯delta-valerolactone 10.230.024-羟基-2,5-二甲基-3（2H）呋喃酮4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)furanone 10.350.022-乙酰基吡咯2-acetyl pyrrole 10.480.072-吡咯烷酮2-pyrrolidinone 11.190.342-甲基-3-羟基-4-吡喃酮3-hydroxy-2-methyl-4H-pyran-4-one 12.060.15戊二酰亚胺glutarimide 12.220.031-methyl-1H-imidazole-2-carboxylic acid amide 12.610.75（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮(S)-5-hydroxymethyldihydrofuran-2-one 12.730.10丙二酸环（亚）异丙酯2,2-dimethyl-1,3-dioxane-4,6-dione 12.990.54丙基丙二酸propylmalonic acid 13.300.013-乙基-4-甲基-吡咯-2,5-二酮3-ethyl-4-methyl-pyrrole-2,5-dione 13.900.20α-乙酰-α-甲基-γ-丁内酯alpha-acetyl-alpha-methyl-gamma-butyrolatone 14.770.175-acetyltetrahydrofuran-2-one 16.120.051,5,6,7-四氢-4H-吲哚-4-酮1,5,6,7-tetrahydro-4H-indol-4-one 18.070.0219,21-epoxy-15,16-dimethoxy-1-acetylaspidospermidin-17-ol 20.030.303-氰基-4-氧代吡咯烷-1-甲酸叔丁酯1-boc-3-cyano-4-oxopyrrolidine 20.350.45六氢吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮hexahydropyrrolo[1,2-A]pyrazine-1,4-dione 21.9526.52咖啡因caffeine 22.840.70棕榈酸甲酯methyl hexadecanoate 23.180.50（2-氨基乙基）苄基氨基甲酸叔-丁基酯(2-aminoethyl)-benzyl carbamicacid tert-butyl ester 23.291.973-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮3-isobutyl-2,3,6,7,8,8a-hexahydropyrrolo[1,2-a] pyrazine-1,4-dione 23.6414.23棕榈酸palmitic acid 25.176.52油酸酰胺oleamide 26.330.27硬酯酸甲酯C 18methyl stearate 27.053.30硬脂酸stearic acid 29.870.32吡咯并（2,1-F）吡嗪-1,4-二酮,2,3,6,7,8,8A-六氢-3-苄pyrrolo(2,1-F)pyrazine-1,4-dione, 2,3,6,7,8,8A-hexahydro-3-(phenylmethyl)-30.320.22油酸酰胺oleamide 30.750.12硬脂酰胺octadecanamide

轻度烘焙咖啡类黑精中，普洱咖啡类黑精共检测出115 种裂解产物，匹配度不小于50%的有19 种，其中相对含量较高的有咖啡因（47.01%）、棕榈酸（6.99%）、油酸酰胺（5.11%）、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮（1.80%）；怒江咖啡类黑精共检测出159 种裂解产物，匹配度不小于50%的有30 种，其中相对含量较高的有咖啡因（23.77%）、棕榈酸（22.85%）、硬脂酸（6.09%）、油酸酰胺（1.09%）、（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮（1.03%）；德宏咖啡类黑精共检测出78 种裂解产物，匹配度不小于50%的有10 种，其中相对含量较高的有咖啡因（27.94%）、棕榈酸（19.00%）、油酸酰胺（2.04%）。

中度烘焙咖啡类黑精裂解产物中，普洱咖啡类黑精共检测出168 种裂解产物，匹配度不小于50%的有26 种，其中相对含量较高的有咖啡因（37.57%）、棕榈酸（8.86%）、油酸酰胺（2.45%）、硬脂酸（2.11%）、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮（2.08%）、（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮（1.14%）、吡咯并（2,1-F）吡嗪-1,4-二酮（1.05%）；怒江咖啡类黑精共检测出102 种裂解产物，匹配度不小于50%的有19 种，其中相对含量较高的有咖啡因（39.36%）、棕榈酸（15.02%）、硬脂酸（2.80%）、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮（1.89%）、2-甲基-3-羟基-4-吡喃酮（1.18%）、3-羟基吡啶（1.14%）；德宏咖啡类黑精共检测出112 种裂解产物，匹配度不小于50%的有17 种，其中相对含量较高的有咖啡因（36.25%）、棕榈酸（16.46%）、硬脂酸（4.54%）。

重度烘焙咖啡类黑精裂解产物中，普洱咖啡类黑精共检测出174 种裂解产物，匹配度不小于50%的有32 种，其中相对含量较高的有咖啡因（37.24%）、棕榈酸（9.14%）、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮（6.50%）、（2-氨基乙基）苄基氨基甲酸叔-丁基酯（2.45%）、吡咯并（2,1-F）吡嗪-1,4-二酮,2,3,6,7,8,8A-六氢-3-苄（2.35%）、（S）-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮（1.70%）、3-氰基-4-氧代吡咯烷-1-甲酸叔丁酯（1.18%）、六氢吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮（1.00%）；怒江咖啡类黑精共检测出83 种裂解产物，匹配度不小于50%的有14 种，其中相对含量较高的有咖啡因（22.25%）、棕榈酸（21.89%）、硬脂酸（5.04%）；德宏咖啡类黑精共检测出93 种裂解产物，匹配度不小于50%的有35 种，其中相对含量较高的有咖啡因（26.52%）、棕榈酸（14.23%）、硬脂酸（3.30%）、3-异丁基-2,3,6,7,8,8a-六氢吡咯[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮（1.97%）。

经过分析发现，不同地区、不同烘焙程度咖啡豆类黑精热裂解产物存在明显差异，也有共性特征。

咖啡因是类黑精中检测出相对含量最高的物质，对咖啡的苦味贡献较大 [21]。咖啡因热稳定性强，在烘焙过程中含量较为稳定 [22]。普洱咖啡类黑精中咖啡因相对含量较高，轻度烘焙后咖啡类黑精相对含量为47.01%；相对含量最低的是重度烘焙后的怒江咖啡类黑精，为22.25%。

酸类化合物主要影响咖啡的酸味，在怒江咖啡类黑精中相对含量较高，重度烘焙后相对含量为56.93%；相对含量最低的是轻度烘焙后的普洱咖啡类黑精，为6.99%；所有类黑精中相对含量最高的酸类化合物都是棕榈酸和硬脂酸。

胺类化合物是咖啡的基本香气物质，相对含量最高的是重度烘焙后的德宏咖啡类黑精，为7.04%，其次是轻度烘焙后的普洱咖啡类黑精，为5.11%；中度烘焙后的怒江咖啡类黑精中不含有；所有类黑精中相对含量最高的胺类化合物都是油酸酰胺。

酯类化合物在轻度烘焙后的怒江咖啡类黑精中相对含量为5.66%，其次是重度烘焙后的普洱咖啡类黑精（4.78%）和德宏咖啡类黑精（2.85%）。

酚类化合物主要表现为愉悦的丁香风味 [23]，相对含量最高的是中度烘焙后的普洱咖啡类黑精，其中4-乙烯基-2-甲氧基苯酚相对含量最高（0.25%），它也是类黑精中主要的酚类化合物。

酮类化合物在重度烘焙后的普洱咖啡类黑精相对含量为0.36%；只在重度烘焙后的德宏咖啡类黑精中相对含量为0.10%，轻度和中度烘焙后的咖啡类黑精中不含有。

醇类化合物在怒江咖啡类黑精中相对含量最高，经过重度烘焙后相对含量为0.51%；相对含量最少的是中度烘焙后的普洱咖啡类黑精，为0.04%，而轻度和重度烘焙后的普洱咖啡类黑精中不含有。

醛类化合物对咖啡奶油味贡献较大 [24]。只有轻度烘焙后的普洱咖啡类黑精和怒江咖啡类黑精中含有，相对含量分别为0.30%和0.06%，仅含有的一种醛类化合物分别是5-羟甲基糠醛（0.30%）和壬醛（0.06%）。

呋喃、吡咯、吡啶类化合物在咖啡中主要表现为烧焦味和焦糖化味 [25]。在经过重度烘焙后普洱咖啡类黑精中相对含量最高，为11.42%；而经过重度烘焙后怒江咖啡类黑精中相对含量最低，为0.32%。

不同地区、不同烘焙温度咖啡类黑精中也有共存成分，相对含量最高的共存成分是咖啡因和棕榈酸，成分差异见图2。研究结果表明，不同烘焙度对咖啡成分及其类黑精组成有较大影响，而且不同产地咖啡差异明显，这为不同产地咖啡豆的烘焙工艺提供了理论指导和依据。

3 结论

本实验以云南3 个主产区咖啡豆为原料，经过不同程度烘焙后，对其主要成分进行分析，并提取了类黑精，采用Py-GC-MS技术分析了类黑精的组成成分及差异。由于种植区域、环境及土壤条件的不同，普洱咖啡中矿物质元素总体含量和蛋白质含量较高；德宏咖啡豆中粗脂肪含量最高；氨基酸总量随着烘焙程度加深而降低，最高的是普洱咖啡豆。在类黑精组成成分中，普洱和德宏咖啡类黑精中相对含量最高的为咖啡因；怒江咖啡类黑精中相对最高的为酸类化合物，其中相对含量最高的是棕榈酸和硬脂酸。类黑精组成成分中还有胺类、酯类、酚类、吡咯类、呋喃类、吡啶类、醛类、醇类、酮类等。

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Main Chemical Composition and Melanoidin Composition of Roasted Coffee Beans from Different Regions of Yunnan

LIU Yaling, TAN Chao, GONG Jiashun*
(College of Food Science and Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China)

Abstract：The main chemical composition of mildly, moderately, and heavily roasted coffee beans from three major coffeeproducing areas (Pu’er, Nujiang, and Dehong) in Yunnan province was analyzed and melanoidins were extracted from them for analysis by pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC-MS) technique. Results showed that the contents of protein and fat in roasted coffee beans increased with the degree of roasting, and total amino acids decreased. The protein content of heavily roasted coffee beans from Pu’er was the highest (16.3 g/100 g), and the highest amino acid content (9.41%) was detected in raw coffee beans from Pu’er. On the other hand, moderately roasted coffee beans from Dehong had the highest crude fat content (13.85 g/100 g). The dominant minerals were K, Mg, P and Ca. The K content of heavily roasted coffee beans from Pu’er was the highest (2.2 g/100 g). The Py-GC-MS analysis indicated that the melanoidin composition of coffee beans varied signif cantly depending on geographic origin and roasting degree. However, there were some common characteristics. The contents of caffeine and acid were the highest, followed by esters, amines, phenols, pyrroles, furans, aldehydes, alcohols, ketones.

Key words：Yunnan coffee; principal component analysis; melanoidin; pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC-MS)

刘亚玲, 谭超, 龚加顺. 云南不同地区烘焙咖啡豆主要成分分析及类黑精组成成分[J]. 食品科学, 2017, 38(2): 176-183. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201702029. http://www.spkx.net.cn

LIU Yaling, TAN Chao, GONG Jiashun. Main chemical composition and melanoidin composition of roasted coffee beans from different regions of Yunnan[J]. Food Science, 2017, 38(2): 176-183. (in Chinese with English abstract)

基金项目：云南省建立农科教相结合新型农业社会化服务体系试点项目（2014NG004-08）

作者简介：刘亚玲（1991—），女，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。E-mail：343242272qq.com

*通信作者：龚加顺（1971—），男，教授，博士，研究方向为茶叶化学与功能。E-mail：gong199@163.com

云南不同地区烘焙咖啡豆主要成分分析及类黑精组成成分

1 材料与方法

2 结果与分析

3 结 论

3 结论