CN118044561A - 一种微生物发酵增加烘焙咖啡豆中吡嗪类成分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物发酵增加烘焙咖啡豆中吡嗪类成分的方法，属于食品加工技术领域。本发明提供了一种咖啡加工工艺，用酿酒酵母和/或植物乳杆菌发酵咖啡豆，所述工艺科学合理的提高了烘焙咖啡豆中吡嗪类物质的含量，提高了咖啡豆的“坚果”、“巧克力”风味，提高了咖啡的风味品质。并且能够更好的控制咖啡的风味品质，实现咖啡风味的可重复性。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物发酵增加烘焙咖啡豆中吡嗪类成分的方法，属于食品加工技术领域。
背景技术
咖啡，原产于非洲埃塞俄比亚和刚果地区，是世界上最受欢迎的非酒精饮料。主要种植在南北纬20度之间的热带区域，是50多个发展中国家的主要经济作物。咖啡主要有大粒种利比里亚(Liberia)、中粒种罗布斯塔(Robusta)和小粒种阿拉比卡(Arabica)三大品种，其中阿拉比卡的商业利用价值较高，占咖啡市场的75％以上，在云南省普洱市、保山市、德宏州等州市广泛种植。据统计，云南省咖啡种植面积、产量和农业产值均占全国的98％以上，且由于低纬度、高海拔、昼夜温差大等气候特点，使云南地区的咖啡具有香气浓郁、口感醇厚、气味清新、浓而不烈的特点，深入市场和消费者的青睐。但作为云南省的主要种植品种的——卡蒂姆的精品率较低，使其高值化利用收到限制。研究发现，咖啡鲜果的初加工方式对咖啡的化学成分和感官组成影响较大，是保持和提高咖啡饮料的风味品质重要途径。目前，咖啡的初加工方式有干法加工、湿法加工、蜜处理等。但是，这些初加工方式存在加工工艺具有批次性、单一性的特点，无法精确控制每批咖啡鲜果的品质。Elhalis在湿法发酵过程中接种酵母菌并与自然发酵对比，发现接种酵母菌的咖啡生豆中醇、醛、酯和有机酸等成分是对照的2-3倍，且在杯测评分中在风味、香气和酸度方面优于对照组，表明酵母菌在改善咖啡风味品质方面具有重要作用。然而上述研究主要集中于酵母菌对咖啡综合品质的评价，还未见通过微生物发酵提高烘焙咖啡的特定风味品质成分的相关报道。研究表明，吡嗪类物质主要赋予咖啡坚果香、烘焙香以及甜香，是咖啡当中赋予风味的标致性物质。目前现有的加工工艺对特定风味品质成分影响的研究较少，因此，提供一种能够明显提高咖啡吡嗪类成分的加工工艺具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种可靠的控制咖啡初加工品质，提高烘焙咖啡中吡嗪类物质的咖啡鲜果加工工艺。
本发明提供了一种提高咖啡豆中吡嗪含量的方法，用酿酒酵母和/或植物乳杆菌发酵咖啡豆。
在一种实施方式中，所述酿酒酵母包括但不限于酿酒酵母Bio-53395，所述植物乳杆菌包括但不限于植物乳杆菌Bio-53266。
在一种实施方式中，所述酿酒酵母的接种量为1×106～1×108cell/g咖啡豆，所述植物乳杆菌的接种量为1×105～1×107cell/g咖啡豆。
在一种实施方式中，所述发酵的条件为：培养温度28℃，发酵时间72h。
在一种实施方式中，所述咖啡豆包括但不限于阿拉比卡。
本发明还提供了一种增加烘焙咖啡豆中吡嗪类物质成分的加工工艺，包括以下步骤：(1)咖啡鲜果处理：选择小粒种咖啡，主要为云南的小粒种咖啡鲜果进行清洗、除杂、脱皮等；(2)微生物接种发酵：将去皮的咖啡鲜果接种酵母菌和乳酸菌进行发酵；(3)烘干处理至得到咖啡生豆：将发酵过的咖啡豆进行洗涤后干燥至含水量在10％—12％左右，然后进行脱壳处理，得到咖啡生豆；(4)烘焙：将咖啡生豆分别称取350g，挑去瑕疵豆后进行烘焙，得到咖啡豆。
在一种实施方式中，步骤(2)中，微生物接种发酵具体包括：
将酿酒酵母菌株进行解冻、活化后，于YM培养基中培养8—24h，细胞离心(7000rpm，10min)回收，再悬浮于500mL无菌水中用于接种；
将植物乳杆菌菌株进行解冻、活化后，于MRS培养基中培养6——12h，细胞离心(7000rpm，10min)回收，再悬浮于500mL无菌水中用于接种；
将所述酿酒酵母、植物乳杆菌或酿酒酵母与植物乳杆菌的混合菌种接种于去皮咖啡豆中。
在一种实施方式中，酿酒酵母的接种量为1×106～1×108cell/g咖啡豆，植物乳杆菌的接种量为1×105～1×107cell/g咖啡豆。
在一种实施方式中，所述YM液体培养基包括酵母粉3g，麦芽提取物3g，葡萄糖10g，蛋白胨5g,蒸馏水1000mL，pH 6.2，115℃湿热灭菌20min。
在一种实施方式中，所述MRS液体培养基包括酪蛋白胨10g，牛肉浸取物10g，酵母提取液5g，葡萄糖20g，乙酸钠5g，柠檬酸二胺2g，磷酸氢二钾2g，七水硫酸锰0.05g，七水硫酸镁0.2g，碳酸钙20g，吐温80 1g，蒸馏水1000mL，pH 6.8，115℃湿热灭菌20min。
在一种实施方式中，步骤(3)中的洗涤方式为清水洗涤至无粘液附着在咖啡豆表面，所述干燥方式为日晒干燥。
在一种实施方式中，步骤(4)中烘焙条件为230℃预热10分钟，入锅150℃，烘焙9min。
本加工所示加工工艺可适用于所有品种的咖啡鲜果的加工，但更加适用于小粒种咖啡鲜果的加工，按照本发明的加工方法得到的咖啡豆在挥发性物质种类、含量和感官评价方面均有所改变，达到了提高咖啡风味品质，尤其是吡嗪类物质含量的效果。
有益效果：
本发明提供了一种咖啡加工工艺，利用微生物发酵来实现咖啡的初加工工艺的可控性，所述工艺科学合理的提高了烘焙咖啡豆中吡嗪类物质的含量，其中植物乳杆菌发酵的烘焙咖啡豆中的吡嗪类物质是自然发酵的3.14倍，显著提高了咖啡豆的“坚果”、“巧克力”风味，提高了咖啡的风味品质。并且能够更好的控制咖啡的风味品质，实现咖啡风味的可重复性。
附图说明
图1不同微生物接种所得咖啡豆样品图；
图2不同微生物接种所得咖啡生豆和烘焙豆中挥发性成分及总含量；
图3不同微生物接种所得咖啡生豆中挥发性成分含量；
图4不同微生物接种所得咖啡烘焙豆中挥发性成分含量；
图5不同微生物接种所得咖啡烘焙豆感官评价雷达图。
具体实施方式
下述实施例中涉及的小粒种咖啡是卡蒂姆P4品种，采摘于云南省普洱市。
下述实施例中涉及的微生物：
酿酒酵母为酿酒酵母Bio-53395(ATCC9763)，植物乳杆菌为植物乳杆菌Bio-53266，均购买至biobw菌种库。
下述实施例中涉及的培养基：
YM液体培养基：酵母粉3g，麦芽提取物3g，葡萄糖10g，蛋白胨5g，溶解于1000mL蒸馏水,pH 6.2，115℃湿热灭菌20min。
MRS液体培养基：酪蛋白胨10g，牛肉浸取物10g，酵母提取液5g，葡萄糖20g，乙酸钠5g，柠檬酸二胺2g，磷酸氢二钾2g，七水硫酸锰0.05g，七水硫酸镁0.2g，碳酸钙20g，吐温801g，溶解于1000mL蒸馏水，pH 6.8，115℃湿热灭菌20min。
下述实施例中涉及的挥发性成分含量的检测方法：
采用顶空固相微萃取法(HS-SPME)萃取咖啡样品中的挥发性成分，萃取纤维头的型号为30/50μm CAR/PDMS/DVB。萃取纤维每次使用之前，均需要在250℃的GC-MS进样口老化1h。准确称取2g咖啡粉加入到20mL的顶空瓶中，并加入30μL 0.1μg/mL3-庚酮(溶于甲醇)作为内标。在40℃的条件下平衡20分钟，然后将固相萃取纤维插入小瓶中萃取20min挥发性化合物。在气相色谱仪和质谱仪中分析挥发性化合物，色谱柱型号为DB-WAX(30m×0.25mm×0.25μm)，柱温箱初始温度40℃保持5min，然后以3℃/min的速度增加到160℃，再以20℃/min的速度增加到240℃，保持3min。
质谱(MS)分析条件：以全扫描模式进行，扫描范围为40-250m/z。
下述实施例中涉及的感官评价标准如下：
咖啡样品采用美国精品咖啡协(SCAA)的杯测标准。对来自同一样品的五杯咖啡进行评估(每150毫升水8.25±0.25克咖啡)。品评小组由8名成员(5女3男)组成，对咖啡的干香和湿香、风味、回味、酸度、醇厚度、一致性、平衡感、干净度、甜感、整体评价十个指标进行了评估，针对咖啡的干香强弱(花香、果香、发酵香、坚果香、烘烤香、甜香)分别进行评分，满分为10分。
实施例1增加烘焙咖啡豆中吡嗪类物质成分的加工工艺
包括以下步骤：
1、咖啡鲜果处理：选择小粒种咖啡鲜果进行清洗、除杂和脱皮；
2、微生物接种发酵：将去皮的咖啡鲜果接种微生物进行发酵；
(1)微生物接种：
将酿酒酵母菌株进行解冻、活化后，于YM液体培养基中培养8—24h，细胞离心(7000rpm，10min)回收，再悬浮于500mL无菌水中，配制活菌数为3.2×107cell/ml的酿酒酵母菌悬液，用于接种。
将植物乳杆菌菌株进行解冻、活化后，于MRS液体培养基中培养6—12h，细胞离心(7000rpm，10min)回收，再悬浮于500mL无菌水中，配制活菌数为1.2×106cell/ml的植物乳杆菌悬液，用于接种。
根据接种微生物的种类不同，设置以下实验组：
对照组：不接种微生物。
酿酒酵母组：向500g咖啡豆中添加500mL酿酒酵母菌悬液，使酿酒酵母的接种量为3.2×107cell/g咖啡豆。
植物乳杆菌组：向500g咖啡豆中添加500mL植物乳杆菌菌悬液，使植物乳杆菌的接种量为1.2×106cell/g咖啡豆。
酿酒酵母+植物乳杆菌组(混菌组)：向500g咖啡豆中添加250mL酿酒酵母菌悬液和250mL植物乳杆菌菌悬液，使接种后的体系中，酿酒酵母的接种量为3.2×107cell/g咖啡豆，植物乳杆菌的接种量为1.2×106cell/g咖啡豆。
(2)发酵：
将接种后的咖啡豆在玻璃罐中密封，置于28℃培养箱中进行厌氧发酵72h。
3、烘干处理至得到咖啡生豆：将发酵过的咖啡豆用清水洗涤至无粘液附着在咖啡豆表面，然后于15～28℃日晒干燥至含水量在10％—12％左右，然后进行脱壳处理，得到咖啡生豆；
4、烘焙：将咖啡生豆分别称取350g，挑去瑕疵豆后进行烘焙，烘焙条件为230℃预热10min，入锅150℃，烘焙9min，得到咖啡豆。
实施例2微生物发酵改变生咖啡豆中的挥发性物质含量
具体实施方式参考实施例1中步骤1～3，取咖啡生豆，检测烷烃、烯烃、芳香烃、吡啶、呋喃、吡嗪、酸、酯、酮、醇、醛等各挥发性成分含量，并计算总挥发物含量。结果如图2、3所示，与自然发酵相比，植物乳杆菌强化发酵的咖啡生豆中的总挥发性含量增加，具体表现为醇、酸、酮、呋喃类物质含量增加。而酿酒酵母或酿酒酵母+植物乳杆菌发酵的咖啡生豆中总挥发性成分含量降低，具体表现为醇、醛、酸、酯含量下降。
实施例3微生物发酵提高熟咖啡豆中的吡嗪含量
具体实施方式参考实施例1，取烘焙后的咖啡豆，检测烷烃、烯烃、芳香烃、吡啶、呋喃、吡嗪、酸、酯、酮、醇、醛等各挥发性成分含量，并计算总挥发物含量。结果如图2、4、5所示，酿酒酵母强化发酵的咖啡烘焙豆中醛、酮、吡嗪、呋喃含量上升，且果香、烘焙香突出。植物乳杆菌强化发酵的咖啡烘焙豆中醛、酮、酸、吡嗪、呋喃类物质含量增加，且吡嗪类物质比自然发酵、酵母发酵和混菌发酵组分别提高了2.15倍、1倍和4.3倍。对发酵后咖啡的感官评价(图5)分析表明，与自然发酵组相比，微生物强化发酵的花香突出，其中混菌发酵组的花香评分分别比植物乳杆菌和酿酒酵母组提高了1倍和3倍；酿酒酵母发酵的果香评分比其余实验组提高了0.3倍，混菌发酵的发酵香评分比其余实验组提高了2倍。
对比例1：
具体实施方式参考实施例1，区别在于，改变微生物种类，导致咖啡生豆和烘焙豆中烷烃、烯烃、芳香烃、吡啶、呋喃、吡嗪、酸、酯、酮、醇、醛等各挥发性成分含量有显著变化，且吡嗪类物质含量相对于植物乳杆菌发酵显著减少。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种提高咖啡豆中吡嗪含量的方法，其特征在于，用酿酒酵母和/或植物乳杆菌发酵咖啡豆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酿酒酵母包括但不限于酿酒酵母Bio-53395，所述植物乳杆菌包括但不限于植物乳杆菌Bio-53266。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酿酒酵母的接种量为1×106～1×108cell/g咖啡豆，所述植物乳杆菌的接种量为1×105～1×107cell/g咖啡豆。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵的条件为：培养温度20～32℃，发酵时间36～96h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述咖啡豆包括但不限于阿拉比卡。
6.一种增加烘焙咖啡豆中吡嗪类物质含量的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)咖啡鲜果处理：将咖啡鲜果进行清洗、除杂、脱皮；
(2)微生物接种发酵：向脱皮的咖啡鲜果中接种酿酒酵母和/或植物乳杆菌进行发酵；
(3)烘干：将发酵过的咖啡豆进行洗涤后干燥至含水量10％～12％，然后进行脱壳处理，得到咖啡生豆；
(4)烘焙：将咖啡生豆进行烘焙，得到高吡嗪含量的咖啡豆。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述咖啡鲜果为阿拉比卡。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述酿酒酵母包括但不限于酿酒酵母Bio-53395，所述植物乳杆菌包括但不限于植物乳杆菌Bio-53266。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，酿酒酵母的接种量为1×106～1×108cell/g咖啡豆，植物乳杆菌的接种量为1×105～1×107cell/g咖啡豆。
10.由权利要求6～9任一所述方法制备得到的咖啡豆。
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| CN202410311653.5A CN118044561A (zh) | 2024-03-19 | 2024-03-19 | 一种微生物发酵增加烘焙咖啡豆中吡嗪类成分的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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| CN118044561A true CN118044561A (zh) | 2024-05-17 |
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Family Applications (1)
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2024
- 2024-03-19 CN CN202410311653.5A patent/CN118044561A/zh active Pending
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