Содержание
Поскольку кофе имеет важное экономическое значение в секторе пищевой промышленности и высокую ценность в мировой торговле, этот продукт на растительной основе необходимо постоянно анализировать, чтобы гарантировать его качество и безопасность. Что создало особый сегмент для контроля его качества. За десятилетия сотни исследований были посвящены изучению качества кофе.
Определение понятия «качество кофе»
В частности, наиболее важными и подходящими методами анализа качества кофе признаны правила Ассоциации специального кофе (SCA) и бразильский.
Хотя эти методы широко используются в кофейной промышленности, с сенсорной точки зрения они сталкивают с проблемами, связанными с их субъективностью, воспроизводимостью, временными затратами и плохой корреляцией с описательным сенсорным анализом.
Поэтому для оценки качества кофе и решения проблем в различных секторах кофейной промышленности применяются различные подходы, основанные на химическом анализе, методе каппинга, хроматографических методах, колебательной и молекулярной спектроскопии.
За аромат, вкус и общее качество кофе отвечает множество переменных. Качество является важным аспектом для современной индустрии кофе, чтобы удовлетворить потребности рынка кофе и потребителей.
Международная организация по стандартизации (ISO) официально определила термин «качество» как «степень, в которой группа неотъемлемых характеристик удовлетворяет требованиям, где требование означает необходимость или ожидание, которые могут быть явными, обычно подразумеваемыми или обязательными». (ИСО 2000).
Однако качество может иметь разное значение для потребителей, производителей и регулирующих организаций. Это означает, что качество может быть очень субъективным и варьироваться в зависимости от рассматриваемого объекта, особенно для кофейного сектора.
Качество кофейных зерен является решающим фактором в определении его цены.
Однако качество кофейных зерен определяется несколькими внутренними и внешними факторами, такими как высота над уровнем моря и состав почвы кофейной плантации, ботанические виды, сорт, система выращивания, орошение, географическое происхождение, сезонные условия, методы послеуборочной обработки (промывание, измельчение, условия ферментации) и химические изменения, происходящие на этой стадии, внешний вид и форма зерен, наличие дефектных зерен и посторонних включений, химический состав зеленых кофейных зерен, профиль качества чашки и способ приготовления.
Поэтому исследования качества кофе должны учитывать ряд переменных, которые напрямую влияют на его конечное качество.
Профиль кофейного напитка связан с химическими характеристиками зерен и условиями выращивания. Зеленые кофейные зерна не обладают очень привлекательными органолептическими характеристиками, так как они приобретают свой неповторимый вкус и аромат в процессе обжаривания. Независимо от метода обработки кофейные зерна обжариваются для придания им характерного профиля, обжаренного кофе и получения приятного на вкус напитка.
Обжарка – один из важнейших этапов производства кофе. В ходе этого процесса происходят основные химические реакции, в результате которых образуются различные соединения, характеризующие напиток.
Хотя химические механизмы, возникающие в процессе обжарки, сильно влияют на конечное качество кофе, они сложны и еще не до конца изучены. Десятилетиями изучают сложный состав аромата обжаренного кофе, и за этот период были идентифицированы сотни летучих соединений.
Как зеленые, так и обжаренные кофейные зерна содержат широкий спектр химических соединений, которые могут реагировать и взаимодействовать друг с другом в процессе обжаривания, что приводит к очень разнообразным конечным продуктам. Влияние химических соединений кофе, например, хлорогеновых кислот, углеводов, белков, тригонеллина и кофеина, на конечное качество напитка уже установлено.
Параллельно с этим некоторые из этих соединений кофе считаются биологически активными веществами, причем некоторые из них обладают потенциально психоактивным, противовоспалительным, антифибротическим или противораковым действием, в дополнение к тому, что они отвечают за характеристики кофейного напитка, такие как консистенция, аромат и кислотность.
Недостатки метода каппинга
В кофейной промышленности используется несколько методов классификации кофе на разных этапах производства. Среди них экспертная сортировка кофе или каппинг является наиболее важным инструментом для оценки качества зеленого кофе.
Учитывая его обширное применение во всем мире, он широко используется для рутинного анализа конечного качества кофе в кофейной промышленности.
Эта методология основана на сенсорном восприятии профессиональных дегустаторов кофе, называемых капперами, для оценки и подсчета индивидуальных характеристик кофе.
Капперов обычно обучают оценивать любые изменения в характеристиках продукта. В идеале это команда капперов, которые дегустируют от 3 до 10 чашек одного и того же образца кофе, приготовленного в соответствии со стандартными условиями температуры, времени контакта (экстракции), соотношения вода/кофе, качества воды и метода заваривания.
Бланк оценки каппинга включает важные атрибуты качества кофе в диапазоне от 0 до 10. В текущей версии оцениваются такие атрибуты, как аромат/запах, вкус, послевкусие, кислотность, тело, баланс, однородность, чистота чашки, сладость, дефекты и общее качество.
Однако эти рекомендации часто не соблюдаются, особенно когда речь идет о промышленных масштабах. Поэтому в отчетах об исследованиях и во время рутинного анализа в кофейной промышленности часто встречаются несогласованные данные.
Органолептическая оценка является важным инструментом для определения качества кофейного напитка. Часто каппинг больше связан с традицией классификации кофе, чем с адекватным сенсорным анализом.
Капперы могут хорошо оценивать общее качество, но не уметь измерять конкретные органолептические качества.
Несмотря на широкое применение, с научной точки зрения современные процедуры каппинга по ряду причин можно подвергать критике. Во-первых, в то время как методы сенсорной науки зависят от большой группы оценщиков (сенсорной комиссии), чтобы гарантировать надежные результаты, кофейная промышленность зависит в основном от нескольких опытных дегустаторов с многолетним опытом.
Как правило, только один или два дегустатора отвечают за оценку качества многих образцов кофе, иногда дегустируя более 200 чашек в день. Кроме того, дегустация часто проводится не вслепую, а это означает, что опытные дегустаторы обычно имеют информацию о сорте кофе и поставщике.
Наконец, до недавнего времени не существовало единого мнения относительно сенсорной лексики или использования конкретных шкал, которые по-прежнему существенно различаются в зависимости от страны происхождения кофе и даже от компании, проводящей каппинг.
Предыдущие исследования подтвердили плохую корреляцию между результатами каппинга и описательного сенсорного анализа (DSA) с участием обученных экспертов, что привело авторов к выводу, что эти два подхода не взаимозаменяемы. Кроме того, показатели каппинга либо не повторяются у разных групп капперов, либо не связаны с принятием кофе потребителями.
Очевидно, что в применении метода каппинга есть неотъемлемая сложность, так как эта процедура имеет серьезные недостатки.
К ним можно отнести отсутствие определения оцениваемых атрибутов и смешение субъективных и объективных атрибутов в одной и той же оценке. Кроме того, методы каппинга отнимают много времени, трудоемки, дорогостоящие и требуют наличия специалистов по каппингу, на подготовку которых уходят годы.
Стать экспертом можно в зависимости от интенсивной подготовки, хорошей сенсорной способности воспринимать определенные атрибуты и опираться на очень мало данных.
Другое заметное отличие от органолептической оценки состоит в том, что суждения о качестве при каппинге сочетают общую шкалу качества с диагностической информацией о дефектах, в то время как в традиционной сенсорной оценке эти две функции (описательная и потребительская) обычно разделяются на два отдельных теста с разными ответами.
Мнение одного или нескольких экспертов, способных эффективно предсказывать потребительские предпочтения, сомнительно. На самом деле, оценки качества, проведенные экспертами особенно в отношении кофе, не всегда соответствуют потребительским предпочтениям.
Последним проблемным аспектом протоколов каппинга является использование целостных атрибутов качества, а не четко определенных сенсорных свойств.
Качественные характеристики чашек тесно связаны с органолептической оценкой капперов. Однако с сенсорной научной точки зрения каппинг не эквивалентен сенсорной оценке.
Метод каппинга сталкивается с проблемами, связанными с его субъективностью, воспроизводимостью и временными затратами.
Метод каппинга был разработан для оценки «качества», а DSA — для оценки конкретных органолептических характеристик. Это объясняет небольшую взаимосвязь между индивидуальными характеристиками, измеренными обученной сенсорной группой, и более широкими характеристиками качества, измеренными капперами.
Таким образом, эти результаты показывают, что ни один из методов не подходит для использования во всех ситуациях.
Отдельные капперы используют разные термины для описания одного и того же кофе, что является еще одним доказательством того, что два метода различны и могут быть синергетическими, при этом каппинг представляет собой общую меру качества, а описательный органолептический анализ обеспечивает подробное и последовательное описание.
Сенсорные группы, капперы, эксперты и потребители для последовательной оценки характеристик кофе и обмена этой информацией между разными людьми/группами используют разный сенсорный лексикон.
В связи с этим, Чемберс и др. (2016) разработали органолептический словарь для кофе из 14 стран мира, проанализированный высококвалифицированной комиссией с использованием описательного сенсорного анализа и PCA.
Сенсорная панель определила 110 атрибутов (многие из которых используются как для аромата, так и для вкуса) и ссылки, и на первом этапе лексикон кофе позволил участникам дискуссии описать конкретные характеристики, присутствующие в образцах кофе, такие как сладкие, ореховые и фруктовые ноты, а также как дифференциация нот, таких как жженый, дымный, вяжущий, едкий и горький.
Протоколы и стандарты SCA
Список протоколов и стандартов, которые должны стать ориентирами для торговли кофе между странами утверждает SCA.
Среди этих документов особое внимание уделяется протоколу Cupping Specialty Coffee и протоколу Grading Green Coffee, которыми пользуются эксперты при классификации кофе. SCA предоставляет стандартизированные протоколы классификации кофе, основанные на качестве чашки, для различных целей, такие как тесты для классификации кофе арабика и робуста/конилон.
Протоколы каппинга SCA были разработаны экспертами в области торговли кофе и исследований и широко используются для классификации кофе с разным качеством чашки и кофе специального (спешиалти) сорта.
Протоколы каппинга SCA это методы анализа и сравнения кофейных зерен разного качества в чашках.
Соотношение между бракованными кофейными зернами и специальными сортами кофе для SCA следующее: не допускаются первичные дефекты (полностью черные, полностью кислые, стручки/вишни, средние или крупные косточки и палочки) для особых сортов кофе; эти сорта кофе должны содержать не более 5 полных вторичных дефектов на 300 граммов кофе (пергамент, шелуха, поломки, повреждения насекомыми, мелкие косточки и палочки, частичный черный или кислый, повреждения водой).
Кроме того, особый сорт кофе должен получить выше 80 баллов в каппинге, где сумма индивидуальных баллов по всем атрибутам является окончательной оценкой, представляющая собой общее качество кофе.
Таким образом, спешелти кофе — это высококачественные зерна на основе экспертного тестирования, но может отличаться от предпочтений потребителей.
Более осмысленное определение качества должно быть такое: это то, что нравится потребителям, даже если существуют расхождения в предпочтениях.
На самом деле оценки капперов очень плохо коррелируют с потребительскими предпочтениями. Кроме того, во всем мире производство кофе специального сорта ограничено, а это означает, что большая часть потребляемого кофе имеет обычное качество, тем временем, потребители в целом больше всего привыкли к качественному кофе.
Как мы рассказали выше, SCA разработаны протоколы методов дифференциации кофе арабика.
В 2010 году был разработан первый протокол, который объединяет стандарты и процедуры, определяющие высококачественный кофе робуста, класс без дефектов, эквивалентный спешиалти арабика.
Документ разработали Управление по развитию кофе Уганды (UCDA) и Институт качества кофе (CQI) чтобы изменить представление о Coffea сanephora, у которого репутация не очень высокая.
С помощью протокола качество напитков C. canephora можно оценить путем анализа нескольких органолептических характеристик, таких как запах/аромат, вкус, послевкусие, соотношение соли/кислоты, соотношение горького/сладкого вкуса, ощущение во рту, сбалансированность, однородность чашки, чистота чашки и атрибуты размеров.
Как и в случае с кофе арабика, средние баллы по всем атрибутам составляют окончательный балл, используемый для классификации напитка в зависимости от его качества.
Оценка качества и классификация кофе в Бразилии
Несмотря на все более широкое использование для оценки качества кофейных чашек стандартизированных протоколов SCA, Бразилия по-прежнему использует для этой цели собственные методы оценки.
В Бразилии кофейные зерна арабика классифицируются по параметрам COB (Classificação Oficial Brasileira) на семь категорий: строго мягкие, мягкие, едва мягкие, твердые, риоиш (rioysh), рио и рио-зона, а кофейные зерна робуста (конилон) классифицируются на четыре категории: отличные, хорошие, обычные и ненормальные (с нехарактерным для продукта вкусом).Кофе низкого качества, такой как риойш и рио, как правило, имеет большее количество дефектов по сравнению с высококачественным кофе, такие как мягкий и крепкий кофе.
Как исследуют качество кофе
Способ обжарки оказывает большое влияние на образование летучих соединений.
Летучие соединения в кофе различаются в зависимости от их вида, качества чашки и методов обработки. В этом плане изучаются вариации процесса обжарки, чтобы проверить их влияние на кофе и его состав. Для этого используется метод газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией (ГХ-МС).
Были изучены влияние различных условий обжарки (светлая, средняя и темная) на летучий состав сортов кофе.
У зеленых зерен исследуют плотность, объем и уровень белка. Определяют содержание липидов. Также титруемую кислотность, уровень pH, уровень тригонеллина. Проводят анализ интенсивности ферментированного вкуса.
Используют традиционный статистический и исследовательский анализ, анализ основных компонентов — PCA. Качество кофе часто измеряется только методом каппинга.
Концентрации сахарозы, кофеина, тригонеллина и хлорогеновой кислоты определяют с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Определяют уровень кофеилхиновых кислот (преимущественно 5-кофеилхиновой кислоты), ферулоилхиновых кислот и продуктов их окисления.
Некоторые параметры, такие как белки, общее количество фенолов, хлорогеновые кислоты, кофеин и тригонеллин, были очень важны для определения географического происхождения и качества чашки.
Анализируют также растворимые твердые вещества и кофейной кислоты.
Выяснилось, что высококачественный кофе обладает большей активностью полифенолоксидазы (ПФО).
Общая титруемая кислотность, цветность и PFO позволяют более точно дифференцировать качество кофе. Кофе высокого качества показывает более высокую активность PFO, цветовой индекс и более низкую кислотность, чем кофе более низкого качества.
Оценивают также генотипы сортов кофе для выявления корреляции между сенсорными качествами и физическими характеристиками кофейных зерен.
Проводят также многофакторный анализ на основе PCA.Среди летучих соединений пиррол, 1-метилпиррол, циклопентанон, дигидро-2-метил-3-фуранон, фурфурол, 2-этил-5-метилпиразин, 2-этенил-н-метилпиразин, 5-метил- 2-пропионилфуран считаются маркером различения качества кофе с учетом аромата, вкуса и общего качества.
Высокая концентрация большинства этих летучих соединений показывает повышение качества кофейной чашки.
А также отслеживаются изменения состава триацилглицеролов и свободных жирных кислот (СЖК) при хранении кофе.
Смеси с более высоким содержанием зерен робусты отрицательно влияли на органолептические характеристики, такие как аромат, запах и кислотность, а также менялась горечь и тело.
Кроме того, было отмечено, что увеличение доли зерен робусты в смеси связано с повышением уровня кофеина, растворимых твердых веществ и полифенолов, а также снижением уровней эфирного экстракта и сахара.
Твердофазная микроэкстракция (ТФМЭ) в сочетании с анализом ГХ-МС также оказалась многообещающей стратегией для определения характеристик летучих соединений в кофейных зернах и кофейных напитках.
На летучие соединения также влияли способы заваривания кофе. Вышеупомянутые аналитические стратегии (методы каппинга, физико-химические и хроматографические методы) создают трудности при анализе кофе в настоящее время.
Кроме того, для большинства этих методов требуется сложное аналитическое оборудование и квалифицированные операторы; они также отнимают много времени и требуют покупки и утилизации химических реагентов.
Кроме того, метод купирования является субъективным и, следовательно, ненадежным. По всем этим причинам существует постоянная потребность в новых, быстрых, неразрушающих, более дешевых и «зеленых» методах прямого измерения качества кофе.
Новые быстрые и зеленые методы анализа кофе
Спектроскопические методы, в том числе спектроскопия ближнего инфракрасного (near-infrared (NIR), среднего инфракрасного (mid-infrared (MIR) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР), все связанные с соответствующей хемометрической стратегией, были изучены для оценки их пригодности для определения качества, географического происхождения, рутинного анализа кофе.
Колебательная спектроскопия в инфракрасном диапазоне становится все более привлекательным аналитическим методом для измерения параметров качества кофе.
В этом случае большинство приложений сосредоточено на более широком использовании NIR-спектроскопии, чем MIR-спектроскопии, что, возможно, связано с доступностью инструментов, простотой и скоростью анализа твердых образцов, таких как обжаренный и молотый кофе.
Основными преимуществами NIR-спектроскопии являются несложная подготовка проб, прямой анализ твердой пробы, быстрота сбора данных при одновременном определении нескольких параметров, заменяющая дорогие и трудоемкие эталонные методы, и в то же время являющаяся экологически чистой альтернативой.
NIR широко используется для качественного и количественного анализа, зеленого и обжаренного кофе. Он использовался для определения географического происхождения зеленого кофе, для проверки подлинности географических и сельскохозяйственных систем происхождения, обжаренного кофе, для мониторинга степени обжарки и кислотности в процессе обжарки.
NIR также использовался для определения наличия дефектов в зеленом кофе. Стратегия многомерной калибровки, основанная на регрессии методом частичных наименьших квадратов (PLS), использовалась для соотнесения NIR-спектров с массовой долей дефектных и не дефектных зерен.
Исследователи пришли к выводу, что NIR является хорошим аналитическим инструментом для количественной оценки зеленого кофе с дефектами.
Недавно инфракрасная фотоакустическая спектроскопия (FTIR-PAS) применялась к обжаренному и молотому кофе с разным количеством специфических дефектов.
MID-спектроскопия и хемометрия кажутся многообещающими методами получения информации о качестве кофейной чашки независимо от условий обжарки.
Кислотность была связана с присутствием карбоновых кислот, спиртов и хлорогеновой кислоты.
Вкус, послевкусие и тело были связаны с липидным составом, уровнем белка, тригонеллином, кофеином, углеводами, карбоновыми кислотами и хлорогеновыми кислотами.
Альдегиды, сложные эфиры, кетоны и кислоты в целом способствовали описанию атрибута аромата.
В настоящее время пищевая промышленность требует альтернативных методов обеспечения качества и безопасности своих продуктов и процессов.
По этой причине появление методов анализа в реальном времени и на месте как в промышленности, так и на ферме становится все более распространенным явлением.
В этом контексте будут обсуждаться новые возможности для кофейной индустрии и ее профессионалов за счет использования портативного и ручного оборудования, такого как миниатюрные спектрометры и изображения на базе смартфонов.
Эти методы также считаются экологически безопасными альтернативами, поскольку они соответствуют рекомендациям «зеленой химии» и обладают такими преимуществами, как портативность, низкая стоимость, простота, быстрота и неразрушающий характер по сравнению с другими эталонными методами.
Кроме того, эти методы практически не требуют обработки или подготовки образцов.
В заключение стоит отметить, что эталонные методы по-прежнему широко используются в рутинном анализе кофе и необходимы для построения количественных и качественных моделей для вторичных аналитических методов, таких как спектроскопия NIR и MIR.
Тем не менее, эффективность традиционных методов «мокрой» химии часто уступает новым современным подходам, и их развитие следует и далее поощрять, стремясь к методам, применимым с высокой пропускной способностью, с нулевой или минимальной подготовкой проб, недорогими, простыми в использовании, автоматизированными и экологически безопасными и дружелюбными методами.
Несколько авторов также исследовали влияние температуры подачи на описательные органолептические характеристики кофе.
Кофейные напитки, подаваемые при температуре 70 и 55 °C, воспринимались иначе, чем напитки, подаваемые при температуре 40 и 25 °C.
Авторы пришли к выводу, что органолептические свойства заваренных кофейных продуктов следует оценивать при разных температурах подачи из-за различий в восприятии.
Потребность в методах экспресс-анализа на предприятиях пищевой промышленности становится важной для оценки качества кофе в режиме реального времени.
Принимая во внимание вышеупомянутую информацию, цифровые изображения и использование портативных устройств, включая спектрометры и смартфоны, представляют собой технологии с большим потенциалом для изучения и применения к анализу кофе в будущем.
Кроме того, вполне вероятно, что дальнейшие исследования с использованием комбинации этих методов и обычных спектрометров с хемометрическими инструментами будут расширяться, и в будущем будут доступны более обширные исследования.
По практическим причинам критерии качества кофе, как и других пищевых продуктов, должны легко поддаваться измерению.
Таким образом, портативное оборудование может быть полезно для мониторинга в режиме реального времени, рутинного анализа, контроля обработки и оценки качества кофе.
Компактные, быстрые, простые, неразрушающие и «зеленые» методы необходимы для контроля качества и скрининга в пищевой промышленности.
Использованная литература: «Обзор оценки качества кофе на основе органолептической оценки и передовых аналитических методов» группы авторов.
