5.3.2 Changes in coffee at various

5.3.2 Changes in coffee at various stages of roast
Roasting is a complex process that results in substantial physical and
compositional changes in coffee beans. These changes are both time and
temperature dependent. In general, high-temperature-short-time roasting
produced more soluble solids, less degradation of chlorogenic acids, lower loss
of volatiles, less burnt flavour, larger volume increase, larger CO2 desorption, and
higher oil migration, as compared to low-temperature-long time roasting process
(Nagaraju et al. 1997; Schenker 2000).
In the present study, coffee beans were processed at 210, 220, 230, or
240
o
C to achieve a similar degree of roast (all dark roast), based on the L* value.
Bean samples were collected at six roast stages, ground into powder, extracted
in solvent, and then analyzed with FTIR spectroscopy. Typical FTIR spectra of
coffee extracts are presented in Figure 14 (column C). In order to determine
spectral variances due to the temperature treatment, PCA was employed to
reduce the dimensionality of the IR spectra to facilitate the visualization of the dataset. As shown in Figure 14 (column A), for all the temperatures tested, the
score plots displayed clusters that were separated according to different stages
of roast. There is a clear trend for the clusters to move upwards along the PC-2
axis as the roasting progressed through different stages. The clusters for green
coffee were separated far from the other clusters, indicating that the chemical
compositions within the green beans were considerably different as compared to
the roasted beans, as expected.
For PC1, no separation was observed between coffees roasted to different
stages when low roast temperatures were used (e.g., 210
o
C). However, at higher
temperature (e.g., 240
o
C), the clusters had a tendency to spread along the PC1
axis as the roasting process progressed. Further analysis of PC1 loading plots
(data not shown) revealed that frequencies that contribute to the spectral
difference for beans roasted at 210 and 240
o
C occurred at around 2920-2850
cm
-1
, which is the absorbance range due to asymmetric and symmetric CH2
stretching modes. This shows that important changes in aliphatic hydrocarbon
contents had occurred during roasting, especially the lipids. This is consistent
with the observation that during the roasting experiment, spots of oil were
observed on the surface of beans that were roasted at 240
o
C, but not those
roasted at 210
o
C. The high-temperature-short-time process used at 240
o
C might
have increased the rate of oil diffusion from the bean core to the surface
(Puhlmann & Habel 1989).
To further investigate regions of spectra that contribute to the variance of
samples, the loading plots for PC2 were also inspected (Figure14, Column B).
The percent variance accounted by PC2 was indicated on each loading plot.
Regions of spectrum with large loading score (>0.1 and < -0.1) mainly appeared
at 2920, 2850, 1739, and 1660 cm
-1
, which are due to CH2 asymmetrical
stretching of methyl groups, C-H symmetrical stretching of methyl groups, C=O
stretching of polysaccharides/hemicelluloses, and C=C stretching band of lipids
and fatty acids, respectively (Shetty 2006; Hennessy et al. 2009). For coffees
roasted at 220 and 230°C, more absorbance with large loading score (>0.1 and <
-0.1) were observed than those roasted at 210 and 240°C, especially at 1741 cm
-1
(fatty acid esters), 1718-1707 cm
-1
(ketones), 1697 cm
-1
(aromatic acids), and
1514 cm
-1
(amino groups). These compounds are important in determining the
overall coffee organoleptic qualities. For example, esters provide softer and
fruitier aromas, while aldehydes/ketones result in sharp odours, ranging from
woody, cucumber, cooked fruit, and nuts. On the other hand, acids are important
contributors to aromas similar to vinegar, chocolate, and burnt caramel attributes
(Ginz et al. 2000; Lyman et al. 2003). Silwar and Lüllmann reported that the “real”
flavour of roasted coffee appeared at 220-230
o
C. Beyond this point, the flavor
was judged to be slightly over-roasted at 240
o
C and over-roasted when
processed at 250 to 260
o
C (Silwar & Lüllmann 1993). For coffees roasted at
210
o
C, some key compounds that contribute to aroma such as furans, pyrazines,
strecker aldehydes, and 2- and 3-methylbutanal might have not been fully
developed (Silwar & Lüllmann 1993; Baggenstoss et al. 2008).
The IR spectra at 230
o
C were overlaid to examine the differences at
different roast stages (Figure 15). Compounds that accounted for the observed
variances include lipids (2920-2850 cm
-1
), unsaturated ester/lactone (1780-1762
cm
-1
), aliphatic esters (1755-1740 cm
-1
), aldehydes (1739-1724 cm
-1
), ketones
(1725-1705 cm
-1
), aliphatic acids (1714-1705 cm
-1
), aromatic acids (1700-1680
cm
-1
), and caffeine (1650-1600 cm
-1
) (Bellamy 1975; Keller 1986; Socrates 1994;
Briandet et al. 1996b; Hennessy et al. 2009). As shown in Figure 15, the spectral
differences were mainly related to the changes in concentration of these
compounds. For instance, the content of unsaturated ester/lactone (1780-1762
cm
-1
), and caffeine (1650-1600 cm
-1
) decreased from the start-of-first-crack to the
start-of-second-crack, and then stabilized. By contrast, aliphatic esters (1755-
1740 cm
-1
) and aldehydes (1739-1724 cm
-1
) gradually increased from the start-
of-first-crack to the start-of-second-crack, and then decreased due to thermal
degradation. Ketones (1725-1705 cm
-1
), aliphatic acids (1714-1705 cm
-1
), and
aromatic acids (1700-1680 cm
-1
) firstly decreased from the start-of-first-crack to
the start-of-second-crack, and then increased to the end-of-second crack.
Thereafter no detectable change was observed on further roasting. Finally, the
content of protein was stable from the start-of-first-crack to 48 s-after-first-cracks,
but significant decrease was observed from 48s-after-first-crack to the start-of-
second-crack.

Kết quả (Việt) 1:

5.3.2 thay đổi trong cà phê ở các giai đoạn khác nhau của rang Rang là một quá trình phức tạp mà kết quả trong vật lý đáng kể và sáng tác những thay đổi trong hạt cà phê. Những thay đổi cả hai thời gian và nhiệt độ phụ thuộc. Trong tổng hợp, cao-nhiệt độ-ngắn-thời gian rang sản xuất chất rắn hòa tan nhiều, ít sự suy thoái của chlorogenic axit, thấp mất của volatiles, ít hương vị bị cháy, tăng khối lượng lớn hơn, lớn hơn CO2 desorption, và di chuyển dầu cao hơn, so với thấp nhiệt độ dài thời gian rang quá trình (Nguyễn et al. năm 1997; Schenker năm 2000). Trong nghiên cứu hiện nay, hạt cà phê đã được xử lý tại 210, 220, 230, hoặc 240oC để đạt được một mức độ tương tự như của rang (Tất cả tối rang), dựa trên giá trị L *. Bean mẫu đã được thu thập tại sáu giai đoạn rang, ground thành bột, chiết xuất trong dung môi, và sau đó phân tích với FTIR phổ học. Quang phổ FTIR điển hình của cà phê chiết xuất được trình bày trong hình 14 (cột C). Để xác định quang phổ chênh lệch do điều trị nhiệt độ, PCA được sử dụng để giảm chiều của quang phổ IR để tạo thuận lợi cho kiểu trực quan của bộ dữ liệu. Như minh hoạ trong hình 14 (cột A), cho tất cả các nhiệt độ thử nghiệm, các điểm cụm lô Hiển thị đã được tách ra theo giai đoạn khác nhau của rang. Đó là một xu hướng rõ ràng cho các cụm để di chuyển lên trên dọc theo máy PC-2 trục như các rang tiến triển thông qua các giai đoạn khác nhau. Cụm cho màu xanh lá cây cà phê đã được tách ra xa các cụm khác, chỉ ra rằng các chất hóa học Các tác phẩm trong màu xanh lá cây đậu đã đáng kể khác nhau như so với hạt rang, như mong đợi. Cho PC1, có sự tách biệt được quan sát thấy giữa cà phê rang để khác nhau giai đoạn khi nhiệt độ thấp rang được sử dụng (ví dụ: 210oC). Tuy nhiên, lúc cao nhiệt độ (ví dụ: 240oC), các cụm có xu hướng để sinh sống dọc theo PC1 trục là quá trình rang tiến triển. Tiếp tục phân tích của PC1 tải lô (dữ liệu không hiển thị) tiết lộ rằng tần số đóng góp vào các quang phổ sự khác biệt cho hạt cà phê rang 210 và 240oC xảy ra ở xung quanh thành phố 2920-2850 cm-1, đó là phạm vi hấp thu do không đối xứng và đối xứng CH2 kéo dài chế độ. Điều này cho thấy quan trọng thay đổi trong béo hydrocarbon nội dung đã xảy ra trong thời gian rang, đặc biệt là các chất béo. Điều này là phù hợp với kết luận là trong các rang thử nghiệm, điểm của dầu đã quan sát trên bề mặt của hạt cà phê được rang lúc 240oC, nhưng không phải những rang lúc 210oC. quá trình cao-nhiệt độ-ngắn-thời gian sử dụng tại 240oC có thể có tăng tỷ lệ khuếch tán dầu từ đậu lõi lên bề mặt (Puhlmann & Habel năm 1989). Để tiếp tục điều tra các khu vực của quang phổ đóng góp vào phương sai của mẫu, tải lô cho PC2 cũng đã là kiểm tra (Figure14, cột B). Phương sai phần trăm chiếm bởi PC2 được biểu thị trên mỗi lô tải. Các khu vực của quang phổ với số điểm lớn tải (> 0.1 và <-0.1) chủ yếu xuất hiện tại 2920, 2850, 1739 và 1660 cm-1, đó là do CH2 không đối xứng kéo dài nhóm methyl, C-H đối xứng kéo dài của các nhóm methyl, C = O kéo dài của polysaccharides/hemicelluloses, và C = C kéo dài các ban nhạc của chất béo và axit béo, tương ứng (Shetty 2006; Hennessy et al. năm 2009). Cho cà phê rang 220 và 230 ° C, hấp thu thêm với số điểm lớn tải (> 0.1 và < -0.1) đã được quan sát hơn những rang 210 và 240 ° C, đặc biệt là tại 1741 cm-1 (axít béo Este), 1718-1707 cm-1 (xeton), 1697 cm-1 (thơm axit), và 1514 cm-1 (nhóm amin). Các hợp chất này là quan trọng trong việc xác định các tổng thể cà phê số phẩm chất. Ví dụ, Este cung cấp nhẹ nhàng hơn và hương liệu Fruitier, trong khi aldehyde/xeton kết quả trong sắc nét mùi, khác nhau, từ Woody, dưa chuột, nấu chín trái cây và hạt. Mặt khác, acid là quan trọng những người đóng góp để hương thơm tương tự như dấm, sô cô la, và bị cháy caramel thuộc tính (Ginz et al. năm 2000; Lyman et al. năm 2003). Silwar và Lüllmann báo cáo rằng "bất" hương vị của cà phê rang xuất hiện tại 220-230oC. vượt ra ngoài này điểm, các hương vị được đánh giá là một chút quá rang lúc 240oC và hơn-rang khi xử lý tại 250 đến 260oC (Silwar & Lüllmann năm 1993). Cho cà phê rang lúc 210oC, một số hợp chất quan trọng đóng góp vào các hương thơm như furans, pyrazines, Strecker aldehyde, và 2 và 3 methylbutanal có thể chưa đầy đủ phát triển (Silwar & Lüllmann 1993; Baggenstoss et al. 2008).Quang phổ IR tại 230oC được che để kiểm tra sự khác biệt tại rang khác nhau các giai đoạn (hình 15). Hợp chất chiếm các quan sát chênh lệch bao gồm chất béo (2920-2850 cm-1), không bão hòa ester/lacton (1780-1762 cm-1), béo Este (1755-1740 cm-1), aldehyde (1739-1724 cm-1), xeton (1725-1705 cm-1), các axit béo (1714-1705 cm-1), thơm axit (1700-1680 cm-1), và caffein (1650-1600 cm-1) (Bellamy 1975; Keller 1986; Socrates 1994; Briandet et al. 1996b; Hennessy et al. năm 2009). Như minh hoạ trong hình 15, các quang phổ sự khác biệt chủ yếu là liên quan đến những thay đổi trong nồng độ của các hợp chất. Ví dụ, nội dung không bão hòa ester/lacton (1780-1762 cm-1), và caffein (1650-1600 cm-1) giảm từ các bắt đầu-của-đầu tiên-crack để các bắt đầu-của-thứ hai-crack, và sau đó ổn định. Ngược lại, béo Este (1755-1740 cm-1) và aldehyde (1739-1724 cm-1) dần dần tăng từ bắt đầu -của-đầu tiên-crack để bắt đầu-của-thứ hai-vết nứt, và sau đó giảm do nhiệt suy thoái. Xeton (1725-1705 cm-1), các axit béo (1714-1705 cm-1), và thơm axit (1700-1680 cm-1) thứ nhất giảm từ các bắt đầu-của-đầu tiên-crack để bắt đầu-của-thứ hai-vết nứt, và sau đó tăng lên để crack kết thúc thứ hai. Sau đó không có thay đổi phát hiện được quan sát thấy ngày thêm rang. Cuối cùng, các nội dung của protein được ổn định từ các bắt đầu-của-đầu tiên-crack đến 48 s-sau-đầu tiên-vết nứt, nhưng đáng kể giảm được quan sát thấy từ 48s sau đợt đầu tiên crack để bắt đầu-của-Thứ hai-crack.

Kết quả (Việt) 2:

5.3.2 Những thay đổi trong cà phê ở các giai đoạn khác nhau rang
Rang cà phê là một quá trình phức tạp mà kết quả đáng kể về thể chất và
thay đổi thành phần trong hạt cà phê. Những thay đổi này là cả thời gian và
nhiệt độ phụ thuộc. Nói chung, nhiệt độ cao-ngắn thời gian nung
chất rắn hòa tan sản xuất, ít suy thoái của các axit chlorogenic, mất mát thấp hơn
các chất dễ bay hơi, hương vị ít bị cháy, tăng khối lượng lớn hơn, giải hấp CO2 lớn hơn, và
di chuyển dầu cao hơn, so với nhiệt độ thấp thời gian quá trình rang -long
(Nagaraju et al 1997;. Schenker 2000).
Trong nghiên cứu này, hạt cà phê được chế biến ở mức 210, 220, 230, hoặc
240
o
C để đạt được một mức độ tương tự rang (tất cả nướng tối), có trụ sở vào L * giá trị.
mẫu Bean được thu thập tại sáu giai đoạn rang, xay thành bột, chiết xuất
trong dung môi, và sau đó được phân tích với FTIR quang phổ. FTIR phổ đặc trưng của
chất chiết xuất từ cà phê được thể hiện trong hình 14 (cột C). Để xác định
phương sai phổ do sự xử lý nhiệt độ, PCA đã được sử dụng để
làm giảm số chiều của quang phổ hồng ngoại để tạo thuận lợi cho sự hình dung của tập dữ liệu. Như thể hiện trong hình 14 (cột A), cho tất cả các nhiệt độ thử nghiệm, các
lô số điểm hiển thị cụm đã được tách ra theo các giai đoạn khác nhau
rang. Có một xu hướng rõ ràng cho các cụm để di chuyển lên trên dọc theo PC-2
trục như rang tiến triển qua các giai đoạn khác nhau. Các cụm cho màu xanh lá cây
cà phê đã được tách xa các cụm khác, cho thấy rằng các hóa chất
tác phẩm trong đậu xanh là đáng kể khác nhau so với
các hạt cà phê rang, như mong đợi.
Đối với PC1, không tách được quan sát giữa cà phê rang để khác nhau
giai đoạn khi thấp nhiệt độ nướng đã được sử dụng (ví dụ, 210
o
C). Tuy nhiên, ở mức cao hơn
nhiệt độ (ví dụ, 240
o
C), các cụm có xu hướng lây lan dọc theo PC1
trục như các quá trình rang tiến triển. Phân tích sâu hơn các lô bốc PC1
(dữ liệu không hiển thị) tiết lộ rằng các tần số mà đóng góp vào sự phổ
khác biệt cho đậu rang tại 210 và 240
o
C xảy ra vào khoảng 2920-2850
cm
-1, đó là phạm vi hấp thụ do không đối xứng và đối xứng CH2 kéo dài chế độ. Điều này cho thấy rằng những thay đổi quan trọng trong hydrocarbon béo nội dung đã xảy ra trong quá trình rang cà phê, đặc biệt là các chất béo. Điều này phù hợp với việc quan sát trong thí nghiệm rang, đốm dầu đã được quan sát thấy trên bề mặt của hạt cà phê được rang ở 240 o C, nhưng không phải những người rang ở 210 o C. Các quá trình nhiệt cao trong thời gian ngắn sử dụng ở 240 o C có thể làm tăng tỷ lệ khuếch tán dầu từ lõi hạt cho đến bề mặt (Puhlmann & Habel 1989). Để tìm hiểu sâu hơn các vùng phổ mà đóng góp vào phương sai của mẫu, thửa tải cho PC2 cũng đã được kiểm tra (Figure14, cột B). Phương sai phần trăm chiếm bởi PC2 được ghi trên từng thửa tải. Regions của quang phổ với tỷ số tải lớn (> 0,1 và <-0.1) chủ yếu xuất hiện ở 2920, 2850, năm 1739 và 1660 cm -1, mà là do những CH2 đối xứng kéo dài của nhóm methyl, CH đối xứng kéo dài của nhóm methyl, C = O kéo dài của polysaccharides / hemicelluloses, và C = C kéo dài ban nhạc của lipid và acid béo, tương ứng (Shetty 2006; Hennessy et al 2009).. Đối với cà phê rang tại 220 và 230 ° C, độ hấp thụ nhiều hơn với số điểm tải lớn (> 0,1 và <-0.1) đã được quan sát hơn những rang tại 210 và 240 ° C, đặc biệt là tại 1741 cm -1 (este của axit béo), 1718- 1707 cm -1 (xeton), 1697 cm -1 (axit thơm), và 1514 cm -1 (nhóm amin). Những hợp chất này rất quan trọng trong việc xác định những phẩm chất cảm quan cà phê tổng thể. Ví dụ, este cung cấp mềm mại và mùi hương fruitier, trong khi các andehit / xeton gây mùi mạnh, từ gỗ, dưa leo, trái cây nấu chín, và các loại hạt. Mặt khác, các axit rất quan trọng đóng góp vào mùi hương tương tự như dấm, sô cô la, và các thuộc tính caramel cháy (Ginz et al 2000;. Lyman et al 2003.). Silwar và Lüllmann báo cáo rằng "thực sự" hương vị của cà phê rang xuất hiện tại 220-230 o C. Vượt quá điểm này, các hương vị được đánh giá là hơi quá rang tại 240 o C và trên-rang khi xử lý ở 250-260 o C (Silwar & Lüllmann 1993). Đối với cà phê rang tại 210 o C, một số hợp chất quan trọng đóng góp vào hương thơm như furans, pyrazines, aldehydes Strecker, và 2 và 3-methylbutanal có thể đã không được hoàn toàn phát triển (Silwar & Lüllmann 1993; Baggenstoss et al 2008).. Phổ IR ở 230 o C được chồng để kiểm tra sự khác biệt ở giai đoạn nướng khác nhau (hình 15). Hợp chất chiếm các quan sát chênh lệch bao gồm chất béo (2920-2850 cm -1), không bão hòa ester / lacton (1780-1762 cm -1), este béo (1755-1740 cm -1), andehit (1739-1724 cm -1 ), ketones (1725-1705 cm -1), axit béo (1714-1705 cm -1), axit thơm (1700-1680 cm -1), và caffeine (1650-1600 cm -1) (Bellamy 1975; Keller 1986 ; Socrates 1994; Briandet et al 1996b;.. Hennessy et al 2009). Như thể hiện trong hình 15, các quang phổ khác biệt chủ yếu liên quan đến những thay đổi trong nồng độ của các hợp chất. Ví dụ, các nội dung của este không no / lacton (1780-1762 cm -1), và caffeine (1650-1600 cm -1) giảm từ nứt đầu-tiên-đến đầu-giây-crack, và sau đó ổn định. Ngược lại, este béo (1755- 1740 cm -1) và aldehyde (1739-1724 cm -1) tăng dần từ start- of-đầu-crack để bắt đầu-giây-crack, và sau đó giảm do nhiệt suy thoái. Xeton (1725-1705 cm -1), axit béo (1714-1705 cm -1), và các axit thơm (1700-1680 cm -1), trước tiên giảm từ nứt bắt đầu-of-đầu tiên thứ hai bắt đầu-of- -crack, và sau đó tăng lên crack end-of-thứ hai. Sau đó không thay đổi được phát hiện đã được quan sát thấy trên rang hơn nữa. Cuối cùng, các nội dung của protein đã ổn định từ đầu-của-đầu-crack để 48 s-sau-đầu-vết nứt, nhưng giảm đáng kể đã được quan sát từ 48s-sau-đầu-crack để bắt đầu-of- giây crack.