基于高效液相色谱法分析烘焙程度对咖啡中绿原酸含量的影响.pdf
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1、品质营养 第 31 卷 2023 年 第 4 期 102 DOI:10.16210/ki.1007-7561.2023.04.014 罗发美,谭文涵,金红芳,等.基于高效液相色谱法分析烘焙程度对咖啡中绿原酸含量的影响J.粮油食品科技,2023,31(4):102-110.LUO F M,TAN W H,JIN H F,et al.Influence of baking degree on the content of chlorogenic acid in coffee by high performance liquid chromatographyJ.Science and Technol
2、ogy of Cereals,Oils and Foods,2023,31(4):102-110.基于高效液相色谱法分析烘焙程度 对咖啡中绿原酸含量的影响 罗发美,谭文涵,金红芳,胡圆圆,张晓花(普洱市质量技术监督综合检测中心,云南 普洱 665099)摘 要:探究烘焙程度对 10 支不同产地(产地一:云南,产地二:非洲,产地三:美洲)卡蒂姆咖啡豆中 7 种绿原酸化合物含量影响。采用高效液相色谱法测定生豆和烘焙豆中绿原酸、新绿原酸、隐绿原酸、异绿原酸 A、异绿原酸 B、异绿原酸 C 和 5-阿魏酰奎宁酸含量。经响应面法优化 7 种绿原酸化合物的最佳提取条件为 100 mL 0.1%磷酸溶液沸水
3、浴提取 30 min,7 种绿原酸化合物在 2150 mg/L质量浓度范围内,线性相关系数良好,相关系数均大于 0.999 4,方法检出限 0.0050.500 mg/g,定量限 0.022.00 mg/g,咖啡生豆中绿原酸的含量最高,其次是 5-阿魏酰奎宁酸。随着烘焙程度增加,绿原酸和 5-阿魏酰奎宁酸含量显著降低(P0.05),新绿原酸和隐绿原酸含量先升高再降低,异绿原酸 A的降解速度明显高于异绿原酸 B 和异绿原酸 C,绿原酸、5-阿魏酰奎宁酸的降解速度与其余 5 种绿原酸相比,较为稳定。通过对不同烘焙程度下 7 种绿原酸化合物含量变化的研究,可以进一步针对咖啡绿原酸功效成分进行评价,为
4、咖啡烘焙和品质控制提供参考依据。关键词:咖啡;绿原酸含量;烘焙程度;降解;高效液相色谱 中图分类号:TS202 文献标识码:A 文章编号:1007-7561(2023)04-0102-09 网络首发时间:2023-06-30 11:42:07 网络首发地址:https:/ Influence of Baking Degree on the Content of Chlorogenic Acid in Coffee by High Performance Liquid Chromatography LUO Fa-mei,TAN Wen-han,JIN Hong-fang,HU Yuan-yuan
5、,ZHANG Xiao-hua(Puer Quality and Technical Supervision Comprehensive Inspection Center,Puer,Yunnan 665099,China)Abstract:The effect of baking degree on the change of seven chlorogenic acid compounds in 10 different origins(origin 1:Yunnan,origin 2:Africa and America)of Cardim coffee.The content of c
6、hlorogenic acid,neochlorogenic acid,cryptochlorogenic acid,isochlorogenic acid A,isochlorogenic acid B,isochlorogenic acid C and 5-ferulicquinic acid in green coffee and baked coffee were determined 收稿日期:2023-03-29 基金项目:范春林专家工作站(20210903);国家市场监管技术创新中心(咖啡质量基础与产业服务)Supported by:The Fan Chunlin Expert
7、Workstation(No.20210903);the Technology Innovation Center of Coffee Quality Foundation and Industrial Services for State Market Regulation 作者简介:罗发美,女,1982 年出生,硕士,高级工程师,研究方向为食品质量与安全。E-mail: 第 31 卷 2023 年 第 4 期 品质营养 103 by high performance liquid chromategraphy(HPLC).The optimum extraction conditions
8、of seven chlorogenic acid compounds were optimized by response surface methodology.100 mL 0.1%phosphoric acid solution was extracted in water bath for 30 min,and the calibration curves of the seven chlorogenic acid compounds showed good linearity with correlation coefficients of above 0.999 4 in the
9、 range of 2150 mg/L.Limit of the detection(LOD)and the limit of the quantitative(LOQ)were 0.0050.5 mg/g and 0.022 mg/g respectively.The content of chlorogenic acid in green coffee beans was the highest,followed by 5-ferulicquinic acid.With the increase of baking degree,the content of chlorogenic aci
10、d and 5-ferulicquinic acid decreased significantly(P0.05).The content of neochlorogenic acid and cryptochlorogenic acid increased first and then decreased.The degradation rate of isochlorogenic acid A was significantly higher than that of isochlorogenic acid B and isochlorogenic acid C.The degradati
11、on rate of chlorogenic acid and 5-ferulicquinic acid was relatively stable compared with the other six kinds of chlorogenic acid.Through the study of the content changes of seven kinds of chlorogenic acid compounds under different baking degrees can further evaluate the efficacy of chlorogenic acids
12、 in coffee,and provide a reference basis for the quality control of coffee baking.Key words:coffee;chlorogenic acid content;baking degree;degradation;high performance liquid chromatography 咖啡中绿原酸是奎宁酸和羟基肉桂酸之间形成的一大类酯,含量较为丰富,约占咖啡质量的6%12%1,它们以位置异构体和几何异构体的复杂混合物形式存在于咖啡中,其中咖啡酰奎宁酸(caffeoylquinic acid,CQA)最丰
13、富,其次是阿魏酰奎宁酸类(FQA)、二咖啡酰奎宁酸(diCQA)和对香豆素酰奎尼酸类(p-CoQAs)2。咖啡绿原酸不仅具有抗氧化、抗菌、保护心脏和神经、调控糖脂代谢和抗肿瘤等生物活性,还是一种新型、天然的食品污染物抑制剂和免疫增强剂3-5,也是咖啡苦味物质的来源之一6。烘焙条件对咖啡豆化学性质有较大影响,其中绿原酸在烘焙过程中发生酰基迁移、脱水、差向异构化,或与醋酸、奎宁酸和莽草酸的酯交换,通过 4 种不同的反应途径产生热降解,目前咖啡豆中共鉴别出 137 种不同的绿原酸衍生物7-8。随着烘焙程度增加,绿原酸内酯的形成改变了异构体间的含量比例9-10,进一步绿原酸内酯的碳碳键断裂,形成咖啡酸
14、、奎宁酸、奎宁内酯类,逐步形成挥发性风味成分,如呋喃、吡啶、吡咯和吡嗪等11。MOON 等11指出绿原酸总量随着烘焙程度的增加而降低;轻度烘焙时,新绿原酸和隐绿原酸含量较生豆有所上升12,主要原因是绿原酸发生了异构体的转化;异绿原酸类在烘焙过程中同样发生转化,并形成相应内酯13,但未见其转化深入研究。除咖啡酰奎宁酸类、二咖啡酰奎宁酸(主要成分是异绿原酸 A、异绿原酸 B和异绿原酸 C),阿魏酰奎宁酸类也是咖啡中含量较高的一类绿原酸。ADRIANA 等14将中粒种咖啡生豆去咖啡因的水浸出物烘干后压缩成胶囊,测定其成分发现 5-阿魏酰奎宁酸含量为(22.1 0.02)mol/0.4 g,含量高于异
15、绿原酸类;CLIFFORD 等15报道罗布斯塔生豆中 5-阿魏酰奎宁酸含量为 1.11%。此外,咖啡中绿原酸的检测方法,主要有液相色谱法16、液相色谱质谱质谱法17等。胡皓等建立的分析方法完成了绿原酸、隐绿原酸、新绿原酸、异绿原酸 A、异绿原酸 B、异绿原酸 C 等 6 种绿原酸定量分析,并发现咖啡豆中绿原酸含量最高,占 6 种绿原酸类化合物总量的 76.1%18。笔者在前期的工作中,发现咖啡生豆和烘焙豆中富含 5-阿魏酰奎宁酸,但咖啡中 5-阿魏酰奎宁酸的检测方法、含量及其在烘焙过程中的变化规律均未见报道。因此,本研究采用液相色谱仪,建立咖啡中7 种绿原酸类化合物含量的定量分析方法,并分析不
16、同烘焙程度下,绿原酸异构体间的动态转化关系及含量变化,旨在为咖啡烘焙及其品质控制提供基础数据。品质营养 第 31 卷 2023 年 第 4 期 104 1 材料和方法 1.1 材料与试剂 乙酸(分析纯):四川西陇科学有限公司;磷酸(分析纯):天津市风船化学试剂科技有限公司;乙腈(色谱纯)、甲醇(色谱纯):J.T.Baker。绿原酸、隐绿原酸、新绿原酸、异绿原酸 B、异绿原酸 A、异绿原酸 C(1000 g/mL):天津阿尔塔科技有限公司;5-阿魏酰奎宁酸(纯度98%):上海源叶生物科技有限公司。1.2 仪器与设备 LC-20A 高效液相色谱仪:日本岛津公司;AL204 万分之一电子天平:瑞士梅
17、特勒托利多公司;DISCV-IV-60 纯水系统:云南福瑞达进口有限公司;BRZ2 咖啡烘焙机、Colorette 3b 专业咖啡颜色测定仪、VTA6S3 专业咖啡研磨仪:德国PROBAT 仪器公司。1.3 标准溶液配制 准确称取 5-阿魏酰奎宁酸 5 mg 用甲醇溶液定容于 5 mL 容量瓶中,质量浓度为 1 mg/mL;分别取质量浓度为 1000 g/mL 隐绿原酸、新绿原酸、异绿原酸 A、异绿原酸 B、异绿原酸 C 的标准溶液各 50 L,绿原酸 150 L,5-阿魏酰奎宁酸 100 L 用甲醇定容至 1 mL,得到隐绿原酸、新绿原酸、异绿原酸 A、异绿原酸 B、异绿原酸 C浓度为 50
18、 mg/L、5-阿魏酰奎宁酸浓度为 100 mg/L、绿原酸浓度为 150 mg/L 的标准使用液,并再次逐级稀释配制成 2、5、10、20、40、50 mg/L 及 5-阿魏酰奎宁酸对应 2 倍和绿原酸对应 3 倍浓度的校准曲线系列溶液。1.4 咖啡样品的准备 10 支咖啡豆由项目组成员联系生产厂家购买,并经专业的咖啡师剔除瑕疵豆后作为实验样品,10 支咖啡豆的信息详见表 1。1.5 样品前处理 将实验豆粉碎至全部通过 60 目的样品筛,准确称取样品 0.20.3 g(精确至 0.1 mg)于 100 mL比色管中,加入 100 mL 0.1%磷酸溶液,沸水浴中加热 30 min,冷却后用
19、0.1%磷酸溶液定容至 表 1 10 支咖啡豆的信息 Table 1 The information of 10 coffee beans 编号 产地 编号 产地 1#普洱孟连县 6#临沧镇康县 2#普洱思茅区 7#大理宾川县 3#保山隆阳区 8#肯尼亚尼耶里产区 4#保山隆阳区 9#哥伦比亚惠兰产区 5#德宏芒市 10#巴拿马波奎特 100 mL,用 0.45 m 水系膜过滤后,按照 1.5 的色谱条件进行色谱分析。1.6 色谱条件 色谱柱:Aglient ZORBAX ODS-C18(150 mm 4.6 mm,5 m);流速:1.0 mL/min;柱温:35;检测波长:330 nm;进样
20、量为:10 L;流动相 A:0.5%乙酸水溶液,流动相 B:乙腈,梯度洗脱见表 2。表 2 梯度洗脱表 Table 2 The table of gradient elution 时间/min流速/(mL/min)A 流动相/%B 流动相/%0 1.00 95 5 20 1.00 85 15 22 1.00 75 25 25 1.00 85 15 35 1.00 75 25 40 1.00 95 5 1.7 咖啡豆样品的烘焙 10 支咖啡豆经专业的烘焙师按图 1 的烘焙曲线得到浅烘、中烘、深烘等 3 个程度的烘焙豆,烘焙好的咖啡豆经研磨仪研磨后,平行测定 3 次色值,取平均值为色值结果。烘焙曲
21、线:将 100 g 生咖啡豆放入烘焙机中,设置烘焙曲线:入豆温度 160,2 min 时达回温点 130,转黄时间 6 min;转黄温度 150;转棕时间 7.5 min;转棕温度:180;刚进入一爆出豆为浅烘,时间为 88.5 min,出豆温度185,一爆结束时出豆为中烘,时间 99.5 min,出豆温度 190,二爆密集时出豆为深烘,时间1010.5 min,出豆温度 200,色值范围(浅焙:155176;中烘:94120;深烘:6471),烘焙曲线详见图 1。第 31 卷 2023 年 第 4 期 品质营养 105 图 1 烘焙曲线 Fig.1 Roasting curve 1.8 单因
22、素实验 以绿原酸的提取率作为响应值,对磷酸溶液的体积分数(0.025%、0.05%、0.1%、0.125%、0.15%),液料比(3001、4001、5001、6001、7001)(mLg)及提取时间(20、30、40、45 min)3 个重要因素进行考察。1.9 数据处理 采用 Design Expert 12 和 ORIGINPRO 统计软 件对样品前处理的方法进行单因素实验和响应面分析,采用 ORIGINPRO 进行单因素方差分析,P0.05 表示含量变化显著。2 结果与分析 2.1 样品前处理方法的优化 2.1.1 单因素实验结果 当磷酸的体积分数为 0.025%0.1%时,绿原酸的提
23、取量随着磷酸体积分数的增大而增大,当磷酸体积分数继续增大时,提取量反而下降,主要是绿原酸本身是一种有机酸,酸性条件有利于绿原酸的提取,而酸性太强会造成绿原酸的酸解。随着液料比及提取时间的增大,提取量均随之上升,当液料比达到 5001 时绿原酸提取量开始下降,可能是提取溶剂体积增加,杂质溶出,干扰了绿原酸的提取;水浴提取时间30 min时,提取率趋于稳定,因此选择磷酸体积分数为0.1%,液料比为 5001,提取时间为 30 min,详见图 2。图 2 单因素实验结果 Fig.2 Results of single factor experiment 2.1.2 Box-Behnken 响应面优化
24、实验 在单因素实验的基础上,以磷酸体积分数(X1)、液料比(X2)和提取时间(X3)为考察因素,根据 Box-Behnken 响应面法进行三因素三水平的实验设计,以绿原酸的提取率(Y)为响应值,进行响应面分析。实验设计及结果见表 3。应用Design-Expert 12 对数据进行多元线性回归和二项式拟合,得到回归方程为:Y=38.20+1.89X1+0.937 5X2+0.4X30.475X1X2 1.15X1X30.45X2X34.34X215.39X224.86X23 对回归模型进行方差分析,P0.05,无显著性,说明响应值与预测值之间有较好的拟合度和可信度。利用ORIGIN 软件绘制各
25、因素交互作用的响应面图,响应曲面坡度越大,表明该因素对响应值的影响越大。如图 3 所示,各因素对响应值影响的大小顺序为磷酸体积分数液料比提取时间。2.1.3 模型验证 通过对回归方程求解,得到最佳提取条件如下:磷酸体积分数为 0.105%,液料比为 463.853(mLg),提取时间为 32.812 min,预测的响应值为 38.419 mg/g。为方便实际操作,将上述条件调整为磷酸体积分数 0.1%,液料比 5001,提取时 品质营养 第 31 卷 2023 年 第 4 期 106 表 3 Box-Behnken 实验因素、水平及结果 Table 3 Factors,levels and r
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