光谱指纹图谱技术在咖啡质量控制应用中的研究进展
摘 要 本文就6种光谱技术（紫外-可见、近红外、中红外、拉曼、荧光、核磁共振光谱）及其在咖啡质量控制应用中的研究进展进行综述。通过对咖啡的起源、分布、风味品质及功能特性的描述，拟帮助消费者对咖啡文化有进一步的了解，并为咖啡产业的发展提供理论参考。光谱技术是一种快速和低成本的分析方法，可替代传统的化学成分和感官特性分析方法，实现对样品的无损检测，由于光谱的这些特点，使得光谱技术在咖啡的质量控制上具有不可替代的优点。在实际应用中，将光谱技术与化学计量学结合能更好的实现对咖啡风味品质的有效控制。
关键词 咖啡；光谱技术；化学计量学；质量控制
中图分类号 R97 文献标识码 A
Abstract Six kinds of spectroscopic techniques（ultraviolet-visible， near infrared， mid infrared， fluorescence， raman and nuclear magnetic resonance spectroscopy）and the application in the quality control of coffee were summarized. The description of origin， distribution， flavor and functional characteristics of coffee could help consumers have further understanding the characteristics of coffee. Spectroscopic methods provide a relatively rapid and low-cost alternative to traditional chemical composition or sensory analyses. The non-destructive spectroscopic techniques provide analytical information without damaging the sample. Due to the characteristics of the spectrum， spectroscopic techniques possess irreplaceable advantages in the quality control of coffee compared to other traditional techniques. In general， spectroscopic techniques combined with chemometrics can achieve a better performance in the the quality control of coffee.
Key words Coffee； spectroscopic techniques； chemometrics； quality control
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.12.031
咖啡為茜草科、咖啡属植物，是世界上产销量仅次于石油的商品[1]。在世界范围内每天有数百万的人在饮用咖啡，而且对于高品质精品咖啡的需求量也在增加[2]。咖啡中富含脂肪、蛋白质、碳水化合物、咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸等成分，这些成分的存在使其具有一定的功能特性[3]。现代临床医学实验表明，咖啡具有提神醒脑、抗氧化、增强免疫力、减肥、治疗老年痴呆等功效[4-7]。世界范围内栽培的主要咖啡品种为小粒种阿拉比卡和中粒种罗布斯塔，其产销量占全球范围的95%以上。世界范围内知名的小粒种咖啡品种有：铁毕卡（Typica）、哈拉尔（harald）、波邦（Bourbon）、卡杜拉（Caturra）、卡提摩（Catimor）等[8]。咖啡是我国重要的特色热带饮料作物，在我国的种植范围主要分布于海南和云南地区，其种植的主要品种分别为中粒种罗布斯塔和小粒种阿拉比卡。咖啡引入我国的时间不长，但是咖啡在我国的发展速度迅速[9]。我国咖啡的年消费增长率为2.5%，远高于世界的平均增长水平，到2020年，如果中国能达到人均每天1杯咖啡，将会创造500亿美元的市场。
咖啡的质量和其独特的感官特性取决于整个产业链环节，影响咖啡最终品质的因素有：产地、气候、品种、采收方法、加工工艺、储藏条件和冲泡方法，咖啡的香气和滋味是判断一杯咖啡好坏常用的标准[10]。光谱技术是一种相对快速、低成本的、可替代传统检测方法的技术，其特点是在测定样品时对样品的前处理少且操作简单。大量的光谱数据通常从光谱仪器中获得，其中包含有用的分析信息、噪音、可变性、不确定性和识别特性等因素[11]。通过将光谱指纹技术与化学计量学相结合，从光谱数据中获取尽可能多的相关信息，进行统计学分析，以实现对样品的溯源监控、化学成分预测及真伪鉴别等目标[12]，最终达到对产品质量控制的目的。
本文综述了咖啡的起源、分布、风味品质及其功能性质，对6种光谱指纹图谱技术在咖啡质量控制中的主要应用进行总结，分析目前该技术在咖啡质量控制中存在的问题，提出该技术在咖啡质量控制中的发展前景，为其后续的研究和利用提供理论参考。
1 咖啡的起源、分布、风味品质及功能特性
1.1 咖啡的起源与分布
咖啡起源于埃塞俄比亚和刚果地区，是世界范围内销量最多的三种饮料之一，目前大约有60多个国家和地区种植咖啡[13]。红色的咖啡鲜果经采摘后需要经过脱皮脱胶得到生咖啡豆，而生咖啡豆到咖啡液又需要经过烘焙、研磨、冲泡等工艺流程。据报道，虽然自然界中有将近70个品种属于咖啡属，但只有其中的三种是被广泛栽培和销售的，它们分别为阿拉比卡咖啡（Coffea Arabica）、罗布斯塔咖啡（Coffea Robusta）又名（Coffea canephora）、利比里亚咖啡（Coffea liberica）[14-15]。世界上主要的咖啡生产国有巴西、越南、印度尼西亚、哥伦比亚等国，而主要的咖啡消费国有美国、德国、日本、意大利和法国[16]。
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