我国咖啡产业存在品质参差不齐、缺乏适用标准、深加工能力差、认可度不高等问题，亟需构建完整的品质指标体系。我国国产咖啡豆用于速溶咖啡、现磨咖啡两种用途生产时的品质进行综合评价尚鲜见报道。
浙江大学生物系统工程与食品科学学院的赵茜、陆柏益*和云南农业大学食品科学技术学院苗玥等基于科学、实用、全面和独立的原则，以用途为导向，从食用品质、营养品质和加工品质等层面入手，结合现有标准，采用Delphi评价法和序关系分析法分别构建用于速溶咖啡及现磨咖啡两种用途的咖啡豆品质指标体系；通过主成分分析和聚类分析对来自海南、云南的4个品种53个咖啡样品品质指标进行分析，明确两种用途的咖啡豆优势产区及主栽品种，并筛选出不同用途咖啡豆的特征性指标。
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品质指标整理
经文献查阅和产业调研，初步确定咖啡豆品质指标23项，其中包括食味品质3项、营养品质9项、加工品质4项、商品品质7项，各指标对应数据范围和评价方法见表5。其中，食味品质是对咖啡豆食用过程种呈现出的色、香、味和口感的评价；营养品质是对咖啡豆中氨基酸、植物化学素等含量的评价；加工品质是对咖啡豆加工可行性、效率及加工产物品质的评价；商品品质则是对咖啡豆商品价值、外观和储运价值的评价。
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品质指标体系构建
从上述24 项指标中，经3 轮问卷调查及G1-法计算，最终筛选出10 项指标构建不同用途的咖啡豆品质指标体系，速溶咖啡用咖啡豆品质指标体系见图1，现磨咖啡用咖啡豆品质指标体系见图2。经G1-法计算，速溶咖啡品质评价指标按重要性排序分别为香味、口感、脱皮率、干燥度、还原糖含量、咖啡因含量、粒度、碳水化合物含量、千粒质量、绿原酸含量。现磨咖啡品质评价指标按重要性排序分别为口感、粒度、挥发物质总含量、香味、还原糖含量、杂质率、色泽、千粒质量、葫芦巴碱含量、咖啡因含量。
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主要品质指标成分差异
测定不同品种不同产地的样品的上述筛选品质指标，结果如图3所示。还原糖是咖啡进行美拉德反应及焦糖化反应并产生风味的重要前体物质，53 个样品中还原糖的含量绝大部分超过8.85 mg/g，高于国内现行标准8.0 mg/kg，仅有云南临沧市耿马卡蒂姆（6.61 mg/g）、海南琼中罗布斯塔（6.63 mg/g）、德宏盈江卡蒂姆（7.36 mg/g）、保山潞江坝铁皮卡（7.56 mg/g）5 个样品达不到该指标要求，占总样品的9.4%，其中，卡蒂姆1-37号含量为40.335 mg/g，远超其余品种。从粒度看，绝大部分样品大于5.6 mm，属二级以上级别豆，从千粒质量（130～180 g）看，92.4%的样品符合要求，仅有4 个样品达不到要求，分别是大理宾川卡蒂姆和铁皮卡、兴隆沉香湾、罗布斯塔。从挥发物质总含量来看，如图3G所示，铁皮卡3-1、卡蒂姆1-13和卡蒂姆1-25号含量最高，质量分数分别为26.460%、26.320%和24.467%，其余品种质量分数均超过16%。所有样品均符合小于0.2%的杂质率要求。
从口感上来看，卡蒂姆1-13、罗布斯塔4-8和卡蒂姆1-38号口感最佳，评分分别为7.844、7.778 分和7.578 分。罗布斯塔4-10号评分最低，仅有1.113 分，其余品种口感评分均在5.8 分以上。从香味上来看，卡蒂姆1-13、罗布斯塔4-8和卡蒂姆1-38号香味最佳，分别为7.511、7.311 分和7.289 分，同样是罗布斯塔4-10号评分最低，仅为1.134 分。
从色泽上来看，所有样品的色泽都在5.5 分以上，卡蒂姆1-3、铁皮卡3-2和卡蒂姆1-4色泽评分最高，分别为8.111、7.867 分和7.733 分。从杂质率来看，如图3F所示，卡蒂姆1-32、园豆2-3和罗布斯塔4-1号的杂质率最低，分别为0.5%、1.0%和1.0%。杂质率最高的是罗布斯塔4-7号，为13.0%，均符合现行标准（≤0.2%）。
从咖啡因含量来看，如图3所示，所有样品的咖啡因质量分数都在1.1%以上，罗布斯塔4-7、4-2和4-10号含量最高，质量分数分别达到2.520%、2.455%和2.376%。总体来看，罗布斯塔品种中的咖啡因含量均高于其他品种，也符合NY/T 604—2020《生咖啡》中对阿拉卡比种≥0.6%、罗布斯塔种≥1.5%的规定。咖啡因含量常占干质量的1%～4%，种内和种间均有很大差异。但是咖啡因含量越高，口感往往也越苦涩，因此咖啡因含量与综合得分负相关，与口感得分也呈强烈负相关。绿原酸质量分数从0.28%（1-27）至0.93%（3-3），绿原酸的测定结果与一般烘焙咖啡豆测定结果类似，绿原酸和咖啡因一起赋予咖啡特殊的风味。
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相关性分析
对53个样品的15项指标进行相关性分析，相关性矩阵见图4，指标之间存在相关性。其中，口感和香味呈极显著正相关（P＜0.01），粒度＞7.1 mm和千粒质量呈极显著正相关，和咖啡因含量呈显著负相关，粒度＞6.7 mm和咖啡因含量以及杂质率呈显著负相关，粒度＞5.6 mm和咖啡因含量呈显著正相关，咖啡因含量和碳水化合物含量、挥发物质总含量呈显著负相关，和杂质率呈显著正相关，碳水化合物含量和挥发物质总含量呈显著正相关，还原糖含量和葫芦巴碱含量呈显著正相关，绿原酸含量也与挥发物质总含量、香味和口感显著负相关。15个单项指标之间相关性复杂且信息相互重叠，需要通过多元统计方法进行进一步综合分析。
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主成分分析
5.1 速溶咖啡用咖啡豆
通过对海南、云南不同产地的咖啡豆样品11 项品质指标测定值为基础数据进行主成分分析，得到速溶咖啡用咖啡豆的方差贡献分析表、碎石图及其成分矩阵，如表6、图5和表7。
以特征值λ＞1的方差贡献率确定最优的主成分数，由表6及图5可知，前4 个主成分的特征值大于1，贡献率分别为29.363%、19.704%、13.992%、9.204%，累计贡献率达到72.26%，可以基本反映原始指标的信息，由初始的11 个品质指标降为4 个互不相关的主成分。提取前4 个主成分代替原11 个指标评价速溶咖啡用咖啡豆的品质指标。由表7可得，第1主成分主要综合了粒度、千粒质量，第2主成分主要综合了口感、香味，第3主成分影响最大的为咖啡因含量，第4主成分主要反映干燥度和还原糖含量。
5.2 垃圾分类现磨咖啡用咖啡豆
同上可得现磨咖啡用咖啡豆的方差贡献分析表、碎石图及其成分矩阵，见表8、图6和表9。由表8和图6知，前4 个主成分的特征值大于1，贡献率分别为27.071%、17.117%、15.209%、10.185%，累计贡献率达到69.582%，由初始的12 个品质指标降为4 个不相关的主成分。其中，第1主成分主要综合了粒度和千粒质量，第2主成分主要综合了口感与香味，第3主成分主要反映咖啡因含量和杂质率，第4主成分则是葫芦巴碱含量和还原糖含量。
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聚类分析
速溶咖啡用咖啡豆的指标聚类分析结果见图7，现磨咖啡用咖啡豆的指标聚类分析结果见图8。
结果表明，咖啡豆用作速溶咖啡时，在类间距离为20时，上述指标被分为4 类，第1类主要综合了口感、香味和干燥度，第2类则是粒度和千粒质量，第3类是碳水化合物含量，第4类则为还原糖、咖啡因、绿原酸含量。用作现磨咖啡时，在类间距离为20时，同样可被分为4 类，第1类为口感、香味，第2类是粒度千粒质量，第3类则为还原糖与葫芦巴碱含量，第4类是咖啡因含量、色泽和杂质率。
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综合评价与特征性指标筛选
7.1 综合评价
在主成分分析的基础上，根据综合得分模型计算不同品种和产地适用于速溶咖啡用咖啡豆的综合得分，见图9。
如图9所示，云南临沧、云南怒江、云南保山的卡蒂姆品种以及云南大理的铁皮卡品种的综合得分最高，分别为1.310、1.298、1.176和0.958，亦即适用于速溶咖啡用咖啡豆的优质品种为卡蒂姆和铁皮卡，主产区为云南。
在主成分分析的基础上，根据综合得分模型计算不同品种和产地适用于现磨咖啡用咖啡豆的综合得分，见图10。结果表明云南普洱、云南怒江、云南德宏的卡蒂姆品种的综合得分最高，分别为1.148、1.131、0.990，适用于现磨咖啡的主产区为云南，优质品种为卡蒂姆。
综合以上，总结不同用途咖啡豆的优质品种与产区，如表10所示。对于同一个咖啡豆品种，咖啡豆品质差异主要由不同产区的土壤条件、海拔差异引起：咖啡豆的千粒质量、总糖含量与海拔呈显著正相关关系，咖啡因含量则与海拔呈显著负相关关系，土壤肥力与营养元素差异也会影响咖啡豆品质。除此之外，同一个品种的遗传因素也会对感官品质造成较大影响。因此，综合计算得出的优势产区仅为该批样品得出的参考地，实际种植需更多考虑农艺因素的影响。
7.2 速溶用咖啡豆特征性指标筛选
将11 个品质指标与咖啡豆样品的综合得分值进行相关性分析，结果见表11。综合评分与口感、香味呈极显著正相关，与粒度＞7.1 mm、千粒质量呈显著正相关，与咖啡因含量呈极显著负相关。
由表 7旋转后的成分矩阵可知，对于生产速溶咖啡用咖啡豆，第1主成分影响最大的是粒度，第2主成分影响最大的是口感和香味，第3主成分影响最大的是碳水化合物含量。综合以上，考虑千粒质量和粒度为强相关指标且粒度在生产中更为常用，故选取粒度、口感、香味、碳水化合物含量为速溶咖啡用咖啡豆的特征性品质指标。
7.3 现磨用咖啡豆特征性指标筛选
将12 个品质指标与咖啡豆样品的综合得分值进行相关性分析，见表12。综合得分值F与口感、粒度＞7.1 mm、千粒质量呈极显著正相关，与粒度＞6.7 mm、香味呈显著正相关，与粒度＞5.6 mm、咖啡因含量呈极显著负相关。由表9旋转后的成分矩阵可知，对于现磨咖啡用咖啡豆，第1主成分的中影响最大的为粒度，第2主成分影响最大的为口感和香味，第3主成分影响最大的为咖啡因含量。综合以上结果，最终选取粒度、口感、香味、咖啡因含量作为特征性品质指标。
结论
本实验构建了基于速溶、现磨两种用途的咖啡豆品质评价体系：文献调研初筛得到的23 个品质指标经过Delphi评价法和序关系计算法后，得出速溶咖啡用咖啡豆包括香味、口感、脱皮率等在内10 个主要品质指标及现磨咖啡用咖啡豆包括口感、粒度、挥发性物质总含量在内的10 个主要品质指标。通过主成分分析、聚类分析、多元线性回归分析进行特征性品质指标筛选，筛选出粒度、口感、香味、碳水化合物含量为速溶咖啡用咖啡豆特征性品质指标；粒度、口感、香味、咖啡因含量为现磨咖啡用咖啡豆的特征性品质指标。确定适用于速溶咖啡的咖啡豆主栽品种为卡蒂姆和铁皮卡，主产区为云南；适用于现磨咖啡的咖啡豆主栽品种为卡蒂姆，主产区为云南。构建的品质指标体系有助于咖啡豆品质检测标准的更新，以便实现咖啡产业的可持续健康发展。
