阅读说明：本技术 一种能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法 (Fermentation method capable of improving coffee bean aromatic substances ) 是由 山云辉 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法,述的能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法包括前处理、发酵和烘焙步骤,本发明是在成熟的咖啡鲜果脱皮完成而没有去除果胶以前,添加适量的可溶性果糖和葡萄糖,让果胶糖度达到20以上,迫使其更多的参与有氧、无氧、加压、恒温恒湿发酵和种子的新陈代谢(seed metabolism)活动,从而转化为咖啡豆的芳香类植物化学成分,进而扩散和渗透到种仁内部,更利于产生更多的咖啡芳香类风味化学物质,使其口感在香气、水果味、花香味、甜度、浓稠度、层次感等方面更加显著。(The invention discloses a fermentation method capable of improving aromatic substances of coffee beans, which comprises the steps of pretreatment, fermentation and baking, wherein a proper amount of soluble fructose and glucose are added before the fresh ripe coffee fruits are peeled without removing pectin, so that the sugar degree of the pectin reaches more than 20, more pectin is forced to participate in aerobic, anaerobic, pressurized, constant temperature and humidity fermentation and seed metabolism (seed metabolism) activities, and then the pectin is converted into aromatic phytochemicals of the coffee beans, and further the aromatic phytochemicals are diffused and permeated into kernels, so that more coffee aromatic flavor chemical substances can be generated, and the taste of the coffee aroma chemical substances is more remarkable in the aspects of aroma, fruit flavor, flower flavor, sweetness, thickness, layering and the like.)

一种能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法

技术领域

本发明属于食品深加工技术领域，具体涉及一种能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法。

背景技术

咖啡是用经过烘焙的咖啡豆制作出来的饮料，与可可、茶同为流行于世界的主要饮品。咖啡树属茜草科常绿小乔木，日常饮用的咖啡是用咖啡豆配合各种不同的烹煮器具制作出来的，而咖啡豆就是指咖啡树果实里面的果仁，再用适当的方法烘焙而成，目前，咖啡豆在加工过程中会由于日照、气温、土壤营养和栽培措施等不同种植环境影响，同时由于目前的咖啡豆在湿法处理过程中，机械摩擦去除果胶方法降低了咖啡原有味道，失去了咖啡自身的果酸味道和各种风味，香气下降、质量难以提升的一道技术难题，因此，开发一种能解决上述技术问题的方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法。

本发明的目的是这样实现的，所述的能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法包括前处理、发酵、干燥脱壳和烘焙步骤，具体包括：

A、前处理：

1）将咖啡鲜果采摘后去除不成熟果、过熟干果、病虫害果和异物，通过色选机和粒径分级机让原料成熟度、颗粒大小及质量一致，脱皮后根据果胶残留程度进行分级得到物料a；

2）将物料a中加入可溶性果糖和/或葡萄糖至物料a的果胶糖度为20以上得到物料b；

B、发酵：将物料b在加压和恒温恒湿条件下进行有氧发酵和厌氧发酵得到物料c；

C、干燥脱壳：将物料c进行自然低温干燥后脱壳，并经色选、粒径分选、比重精选分级是原料一致得到物料d；

D、烘焙：将物料d经烘焙得到目标物咖啡豆。

本发明的原理：咖啡湿豆发酵处理方法的本质意义就是将咖啡生豆的果胶发酵分解，依靠微生物和咖啡自身的酶，分解咖啡内的多糖物质转化为醇类、乙酸、乳酸和其他酸类物质。行业内很多人认为果胶（果肉）/mucilage和果皮/pulp中的糖分和果味，会通过咖啡豆种壳（Husk）扩散/渗入到咖啡种子中。不幸的是，这个假设缺乏任何科学数据。相反,国际上很多研究人员的相关论文已经证明咖啡豆壳（Husk）是一种高密度无气孔的种壳，包括蔗糖（在不同的咖啡鲜果处理方法中）在内的很多营养物质,并没有通过豆壳扩散到种子中。

本发明经过很多次不同种类糖的添加参与发酵试验，突然发现一些种类的果糖和葡萄糖（基于不同的处理方法），可以通过咖啡果胶的发酵作用参与咖啡种子新陈代谢（seed metabolism），转化为咖啡豆的芳香类植物化学成分，进而扩散和渗透到种仁内部，而这些成分进入咖啡豆内部后，成为了提高咖啡饮品甜度和芳香物质含量，让咖啡口感更为丰富的关键因素。

1、发现咖啡豆果胶发酵参与咖啡豆的新陈代谢机理：

（1）咖啡鲜果采摘后去除不成熟果、过熟干果、病虫害果和异物，测量与种子萌发/发育机制相关的分子/molecules（如异柠檬酸裂解酶分，β微管蛋白）量，我们可以看到脱皮后发酵和不脱皮直接干燥处理咖啡豆之间存在的差异。脱皮后发处理咖啡中（与种子萌发/发育机制相关的分子）的分子数量在采摘之后两天内到达高峰，大约一个星期之后开始大幅下降,而在不脱皮直接干燥处理咖啡中，这些分子数量在采摘后一周才达到峰值，然后缓慢下降。这两个因素解释了这个现象,第一,咖啡果胶内可能存在某些抑制剂,减缓种子的萌发过程germination process,第二, 脱皮后发酵处理法咖啡干燥速度快,可以迅速达到细胞静止状态, 不脱皮直接干燥处理法的咖啡因为其总量（mass）和含水量较高,需要更多的时间来干燥达到细胞静止状态。

（2）第二个反应是与植物的“水分缺乏/water stress”有关(备注：水分缺乏-当环境中的水分不足以提供给植物维持生命的需要时，或者虽然环境中有足够的水分，但是受其他条件的影响，植物无法获取这些水分时，我们就说存在（water stress）。不脱皮直接干燥处理咖啡比脱皮后发酵处理咖啡积累更多的γ-氨基丁酸（简称GABA）这种分子经常发生在water -stressed 植物细胞中。这是因为不脱皮直接干燥处理咖啡需要更长的时间开始其新陈代谢。这些反应表明咖啡种子中某些分子有较高代谢活性。因为同一棵树采下来的果实以不同处理法后制，会有不同的风味呈现；甚至，同一处理法但改变细微的步骤或仅是发酵时间微调，都会导致风味不同，经过多次试验证明，咖啡初加工处理法的指导性风味如下：不脱皮直接干燥处理法：酸质较低、甜度较明显、触感（Mouthfeel）最清楚、干净度略低；脱皮后发酵水洗处理法：酸质较明显、干净度较好、触感（Mouthfeel）中度、生豆品质最一致；脱皮后发酵处理：酸质中度、甜度比水洗法好、干净度比日晒法好、触感中度。

2、发现在果胶参与发酵处理中，发酵时间越长，微生物活动展开所需的时间越长，发酵效果越好。这种发酵效应在咖啡豆壳上持续存在，表现为微生物代谢物，如乳酸和甘露醇（有类似蔗糖的甜味)浓度较高，花香或果香挥发性有机化合物浓度较高。另一方面，长时间的发酵，咖啡豆内源性谢加强了厌氧的作用，影响了碳水化合物(如葡萄糖和果糖)、氨基酸(如天冬氨酸和丙氨酸)和有机酸(如琥珀酸)的浓度。这些化合物可以作为下步烘焙过程中一系列化学反应的主要前驱体。尤其是烘焙过程的美拉德反应中，单糖和多糖的降解会产生甜味和焦糖化香气。相反的，羟基肉桂酸（一种酚类化合物）的降解会产生香料的香气。苏氨酸和丝氨酸等羟基氨基酸转化为称为吡嗪和吡咯的挥发性化合物，产生咖啡烘焙特有的气味。并产生独特的咖啡风味。随着这些风味前体丰富程度的改变，较长的发酵时间导致了咖啡水果风味的增强，这些因素大大提高了咖啡的口感。

3、在果胶参与发酵处理过程中，我们发现咖啡鲜果脱皮时所要保持的咖啡果胶含量对咖啡豆风味物质形成影响很大。果胶含量越高，微生物活动越活跃，参与咖啡种子新陈代谢（seed metabolism），转化为咖啡豆的芳香类植物化学成分，进而扩散和渗透到种仁内部，形成的风味物质越多、咖啡口感风味越好。所以咖啡鲜果脱皮时要尽量保存好果胶，我们按照果胶保留率的估算程度进行分级：20-30%为白蜜级别，60%左右为黄蜜级别，75%左右为红蜜级别，80%左右为黑蜜级别。本发明专利须要控制果胶保留率在20%以上，尽量接近80%以上，达到黑蜜级别。

4、我们发现在果胶参与发酵过程中，可以添加河寡孢子（R. oligosporus）可以大幅度产生促进风味物质生成的必须元素，添加毕赤酵母（Pichia fermentans）可以促进类似香草和花香等风味物质生成。添加马克思链霉菌（S.marxianus）、巴氏链球菌（S.bayanus）、椭圆链球酵母（S.cerevisiae var.ellipsoideus）等，可以促进果胶分解。

5、发现果胶糖度对咖啡豆风味物质形成的影响很大。

常规下咖啡果成熟度不足的果胶糖度值较低，成熟度高的果胶糖度高。为此本发明中所有试验及成果均以咖啡果熟透而未变黑，果胶糖度最高值进行计算。在大量试验中，我们发现常规的咖啡果胶糖度为15-16，其口感为大众化一般水平；低海拔和种植环境管理措施较差的果胶糖度一般低于8-12，其口感较为苦涩、平淡；而高海拔和种植环境管理措施优秀的果胶糖度一般到20左右，甚至高达30，其咖啡香气明显，水果味、花香味较强,甜度和浓稠度高、层次感丰富，整体口感非常优秀。为此，我们突破性的在不同的糖类之间进行选择，并在添加后提高果胶的糖度做出产品试验，发现蔗糖和难溶性糖类（在咖啡鲜果脱皮完成而没有去除果胶以前）添加进去，对咖啡品质和口感基本没有影响；而添加溶解性较高的果糖和葡萄糖，对咖啡的香气、甜度、风味、层次感等品质增强具有非常显著的作用。

6、添加（果糖和葡萄糖）后不同的发酵处理试验结果：

发酵处理按照氧气（空气）参与的程度分为两种：“有氧发酵”与“厌氧发酵”。一般来说，传统的处理法多数都是“需氧”发酵，近期行业内发展出厌氧发酵处理，其原理为：

C₆H₁₂O₆(葡萄糖等)+2ADP+2phosphate→2lactic acid(乳酸)+2ATP

C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH(乙醇)+2CO₂↑+2ATP

有氧发酵一般为自然放置发酵，试验表明添加可溶性果糖和葡萄糖后，发酵至72小时的时候风味最佳。而厌氧发酵一般在密封环境下隔绝氧气进行发酵或淹没在水中进行发酵。厌氧发酵处理中的乙醇，会再跟其他的有机酸(例如乳酸)发生酯化反应，生成花果香的酯类化合物。因此，厌氧发酵的咖啡豆既有酒香也有着红酒般的醇厚感，还有花果般的乳酪味。由此也可以看出来，保留多少胶质，即有多少糖分，对于发酵后的味道也是至关重要的。由于咖啡的成熟度、品种、季节性和水土等因素也会影响果胶的品质，特别是葡萄糖的含量，因此在处理前咖啡豆要进行仔细的筛选。而发酵处理工艺则影响着这几种风味的平衡。厌氧发酵易于控制内部环境。例如，温度、湿度、气体浓度、pH等，可以控制参与发酵的细菌种类和数量。需要豆子具有更复杂的酸，则就把温度控制在4-8°C，而如果需要豆子有更高的糖度，则把温度就控制到18-20°C。再通过控制发酵反应时间，比如当果胶与黏液中的糖分刚被完全消耗掉时，立即开封中止发酵，并马上在日光下进行干燥，以避免过度发酵。

“压力蜜处理”，把经过去除果皮或部分果胶的咖啡豆，放到不锈钢桶里面发酵，产生的使密闭容器中的压力逐渐升高。与之相对的是“二氧化碳浸渍处理法”，是将整颗咖啡豆放入二氧化碳气体里（即无氧状态），也就是说咖啡豆进入密封罐之前是保持完好的。这样即使在没有酵母菌的情况下，咖啡果实本身也会将自身的糖转化成酒精，其余步骤与厌氧发酵处理方法大同小异。因为咖啡鲜果的果皮得以保留完好，发酵会缓慢进行而几乎完全在果实的内部发生，发酵过程可能需要几天甚至几周时间。这种方法酿造出来的酒香气柔和，口感丰富，颜色稳定。

7、经过以上反复试验，结果显示：在咖啡鲜果脱皮完成而没有去除果胶以前，添加适量的可溶性果糖和葡萄糖，让咖啡果胶的糖度达到20以上，最佳范围为20-40，迫使其更多的参与果胶的有氧、无氧、加压、恒温恒湿条件下发酵过程和种子的新陈代谢活动，并通过豆壳扩散和渗透到咖啡豆中，从而产生更多的咖啡芳香类风味化学物质，咖啡口感更加香气明显，水果味、花香味更强，甜度和浓稠度更高、层次感更丰富，整体口感得到显著提高。

咖啡果胶是成熟咖啡果的果皮与豆壳之间的胶质物质，位于初级细胞壁和细胞间隙（中层）里，由糖的残基D-半乳糖醛酸等复杂多样的多糖及其它成分构成。本发明专利所述的是在成熟的咖啡鲜果脱皮完成而没有去除果胶以前，添加适量的可溶性果糖和葡萄糖，让果胶糖度达到20以上，迫使其更多的参与有氧、无氧、加压、恒温恒湿发酵和种子的新陈代谢活动，并通过豆壳扩散和渗透到咖啡豆中，从而有利于产生更多的咖啡芳香类风味化学物质，使其口感在香气、水果味、花香味、甜度、浓稠度、层次感等方面更加显著。

8、经过反复试验，利用本发明技术过程生产的咖啡豆，产品一致性性高、芳香类风味化学物质更为丰富，其口感在香气、水果味、花香味、甜度、浓稠度、层次感等方面更加显著。但在最后一步烘焙过程中，烘焙程度的深浅也非常影响其芳香类风味化学物质含量和风味体现程度。除特高海拔生产的特硬豆和特殊品种需要比常规烘焙程度稍微深一点外，一般情况下浅度烘焙可以较大程度的表现出其优良的口感及果酸、花香等各种丰富的风味，所以我们掌握的烘焙技术要求为：液化气罐压力值调整为30-150kpa，烘焙时间9~15分钟，烘焙温度从进豆掉温75-120℃左右开始逐渐升温至220℃左右，建议在一爆后195~208℃情况下即出锅，最佳出锅温度为198~205℃；而如果出锅温度超过208℃烘焙程度逐渐变深后，我们采用优化的方法并结合GC-MS 对不同烘焙度咖啡的香气物质进行鉴定和对归类的香气物质进行PCA 分析发现，吡嗪类呋喃类、醛类化合物和酸类等风味前体物质相对百分含量逐渐在减少，而吡啶类、酚类化合物等挥发性成分的总数量逐渐增加，从而让咖啡果酸、香味物质等风味口感随着脂肪的氧化分解、美拉德反应、焦糖化反应的加深而减弱；如果出锅温度超过220℃，其果酸味、花香味、水果味等良好的风味口感已经大大降低或者被焦苦味掩盖。因此本发明专利的咖啡豆推荐浅中度烘焙，适合浅度(Light)、较深浅度（Cinnamon）、较浅中度烘焙(Media)、中度烘焙（High）、较浅中度烘焙（City）、正常烘焙（Full City)方法，不适合中深度（Light French）、法式烘焙（French）、深度烘焙(Italian/Full French)方法。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的能提升咖啡豆芳香物质的发酵方法包括前处理、发酵、干燥脱壳和烘焙步骤，具体包括：

A、前处理：

1）将咖啡鲜果采摘后去除不成熟果、过熟干果、病虫害果和异物，通过色选机和粒径分级机让原料成熟度、颗粒大小及质量一致，脱皮后根据果胶残留程度进行分级得到物料a；

2）将物料a中加入可溶性果糖和/或葡萄糖至物料a的果胶糖度为20以上得到物料b；

B、发酵：将物料b在加压和恒温恒湿条件下进行有氧发酵和厌氧发酵得到物料c；

C、干燥脱壳：将物料c进行自然低温干燥后脱壳，并经色选、粒径分选、比重精选分级是原料一致得到物料d；

D、烘焙：将物料d经烘焙得到目标物咖啡豆。

A步骤中1）所述的脱皮须要控制果胶保留率在20%以上。

所述的脱皮须要控制果胶保留率在75%以上。

A步骤2）中所述的果胶糖度为20~40。

所述的果胶糖度为30。

B步骤中所述的有氧发酵的温度为30~40℃，湿度为60~80%，压力为0.1~0.5MPa，发酵时间为60~80h。

B步骤中所述的厌氧发酵的温度为18~20℃，湿度为40~60%，压力为0.1~0.5MPa，发酵时间为30~60h。

C步骤中所述的自然低温干燥是在不与地面直接接触和非阳光直射的环境下自然干燥。

D步骤中所述烘焙的过程中，液化气罐压力值调整为30~150KPa，烘焙时间为9~15min，烘焙温度为110~220℃，出锅温度为195~208℃。

D步骤中所述的烘焙为浅中度烘焙，即适合浅度烘焙（Light）、较深浅度烘焙（Cinnamon）、较浅中度烘焙（Media）、中度烘焙（High）、较浅中度烘焙（City）、正常烘焙（Full City）中的一种。

下面以具体实施案例对本发明做进一步说明：

实施例1

将咖啡鲜果采摘后咖啡鲜果采摘后去除不成熟果、过熟干果、病虫害果和异物，脱皮（果胶保留率为80%）得到物料a；将物料a中加入可溶性果糖和/或葡萄糖至物料a的果胶糖度为20得到物料b；将物料b在压力0.4~0.5MPa、温度30~35℃，湿度60~70%条件下有氧发酵80h，然后在压力0.4~0.5MPa、温度18~20℃，湿度40~50%条件下厌氧发酵得到物料c；将物料c在不与地面直接接触和非阳光直射的环境下，而进行自然低温干燥后脱壳，并经色选、粒径分选、比重精选分级使原料一致，得到物料d。在液化气罐压力值调整为30-150kpa，烘焙时间9~15分钟，烘焙温度110~220℃，建议在195~208℃情况下出锅的条件下，将物料d烘焙得到目标物咖啡豆。本实施例制备得到的咖啡豆芳香类风味化学物质含量举例：氨基酸总量9.07%，蛋白质总量13.5%，粗脂肪含量12.38%，单糖含量7.99%、脂肪酸含量4.725%、二甲基呋喃含量1.76%、呋喃酮0.94%、甲基吡嗪9.03%、糠醇（Furfuryl alcohol）含量11.89%。

实施例2

将咖啡鲜果采摘后进行分级，脱皮（果胶保留率为80%）得到物料a；将物料a中加入可溶性果糖和/或葡萄糖至物料a的果胶糖度为30得到物料b；将物料b在压力0.1~0.3MPa、温度35~40℃，湿度70~80%条件下有氧发酵60h，然后在压力0.1~0.2MPa、温度18~20℃，湿度50~60%条件下厌氧发酵得到物料c；将物料c干燥脱壳分级后得到物料d。在液化气罐压力值调整为30-150kpa，烘焙时间9~15分钟，烘焙温度110~220℃，建议在195~208℃情况下出锅的条件下，将物料d烘焙得到目标物咖啡豆。本实施例制备得到的咖啡豆芳香类风味化学物质含量举例：氨基酸总量10.15%，蛋白质总量13.9%，粗脂肪含量13.76%，单糖含量8.61%、脂肪酸4.83%、二甲基呋喃含量1.94%、呋喃酮0.98%、甲基吡嗪9.15%、糠醇（Furfuryl alcohol）含量12.19%。

实施例3

将咖啡鲜果采摘后进行色选、粒径分选、水选和去除异物分选，脱皮（果胶保留率为80%）得到物料a；将物料a中加入可溶性果糖和/或葡萄糖至物料a的果胶糖度为40得到物料b；将物料b在压力0.2~0.4MPa、温度30~38℃，湿度65~70%条件下有氧发酵70h，然后在压力0.1~0.3MPa、温度18~20℃，湿度45~50%条件下厌氧发酵得到物料c；将物料c干燥脱壳分级后得到物料d。在液化气罐压力值调整为30-150kpa，烘焙时间9~15分钟，烘焙温度110~220℃，建议在195~208℃情况下出锅的条件下，将物料d烘焙得到目标物咖啡豆。本实施例制备得到的咖啡豆芳香类风味化学物质含量举例：氨基酸总量10.31%，蛋白质总量13.93%，中脂肪和脂肪酸含量，单糖含量9.13%、脂肪酸含量5.39%、二甲基呋喃含量1.91%、呋喃酮1.25%、甲基吡嗪9.68%、糠醇（Furfuryl alcohol）含量13.59%。

实施例4

将咖啡鲜果采摘后咖啡鲜果采摘后去除不成熟果、过熟干果、病虫害果和异物，脱皮（果胶保留率为94%）得到物料a；将物料a中加入可溶性果糖和/或葡萄糖至物料a的果胶糖度为20以上得到物料b；将物料b在压力0.3~0.4MPa、温度35~40℃，湿度60~75%条件下有氧发酵68h，然后在压力0.2~0.4MPa、温度18~20℃，湿度40~50%条件下厌氧发酵得到物料c；将物料c在不与地面直接接触和非阳光直射的环境下，而进行自然低温干燥后脱壳，并经色选、粒径分选、比重精选分级使原料一致，得到物料d。在液化气罐压力值调整为30-150kpa，烘焙时间9~15分钟，烘焙温度110~220℃，建议在195~208℃情况下出锅的条件下，将物料d烘焙得到目标物咖啡豆。本实施例制备得到的咖啡豆芳香类风味化学物质含量举例：氨基酸总量9.93%，蛋白质总量13.80%，粗脂肪含量13.15%，单糖含量9.01%、脂肪酸含量4.721%、二甲基呋喃含量1.93%、呋喃酮1.05%、甲基吡嗪9.74%、糠醇（Furfuryl alcohol）含量12.18%。