《Food Research International》：Effects of post-harvest processing on chemical composition and sensory quality of coffee cascara, using clean-label cookies as a model bakery system
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咖啡渣后处理工艺对烘焙饼干化学成分及感官特性的影响研究。通过自然干燥（NAT）、 parchment加工（PARCH）和半碳酸发酵（SC）三种工艺，评估30% Amazonian Robusta咖啡渣对饼干质地和感官品质的影响，发现SC发酵在特定时长下能平衡咖啡因、吡咯啉等成分，优化感官接受度。
莉维亚·德·拉塞尔达·德·奥利维拉（Lívia de Lacerda de Oliveira）、朱莉安娜·费尔南德斯·德·索萨（Juliana Fernandes de Sousa）、阿曼达·博尔巴·达·科斯塔（Amanda Borba da Costa）、卢伊扎·帕索斯·阿尔维斯（Luiza Passos Alves）、乔瓦娜·内里·雷森德（Giovanna Neri Resende）、娜塔莉亚·利马·奥利维拉（Natália Lima Oliveira）、埃伊托尔·贝尔加马斯基·维埃拉·利马（Heitor Bergamaschi Vieira Lima）和恩里克·阿纳斯塔西奥·阿尔维斯（Enrique Anastacio Alves）
巴西利亚大学（University of Brasilia）健康科学学院（College of Health Sciences）制药科学研究生项目（Post-Graduation Program in Pharmaceutical Sciences），巴西利亚，DF州
摘要
本研究探讨了用于区分特种咖啡的采后加工技术是否可以应用于烘焙产品中，以控制咖啡果壳（cascara）的化学成分和感官特性。实验采用了含有高比例（30%）亚马逊罗布斯塔咖啡（Coffea canephora）果壳粉的饼干作为模型，评估了通过自然干燥（NAT）、烘焙处理（PARCH）以及分级半碳酸发酵（SC，发酵时间4–20天）获得的咖啡果壳。不同的加工方法产生了明显的化学差异：自然干燥处理的咖啡果壳含有最高的可溶性糖分和酚类化合物；烘焙处理的果壳由于果皮木质化，其可提取生物活性物质含量最低；而半碳酸发酵处理的果壳则兼具发酵产生的挥发性物质和较高的生物碱（咖啡因和葫芦巴碱）及绿原酸含量。尽管饼干配方相同，但咖啡果壳的加工历史显著影响了饼干的质地和感官体验。烘焙处理的饼干最干燥、最坚硬，而自然干燥处理的饼干口感偏黑、酸味明显且带有苦味，因此接受度较低。半碳酸发酵处理的饼干在特定条件下（SC4和SC20）表现出更柔软的质地和更平衡的感官特性，从而更受消费者青睐。多变量分析表明，消费者的喜好受化学成分与感官特性的综合影响，其中葫芦巴碱和发酵相关芳香物质（如2-苯基乙醇和2-乙酰吡咯）具有正面作用，而酚类化合物衍生的苯甲醛和异戊酸则产生负面影响。研究结果表明，采后加工过程决定了咖啡果壳的化学成分如何转化为烘焙产品中的感官品质，为特种咖啡的加工技术扩展到咖啡果壳的增值利用提供了依据。
引言
咖啡加工会产生大量副产品，其中咖啡果壳（cascara）作为咖啡果实的干燥外层组织，传统上被用于堆肥或肥料。近年来，越来越多的研究关注咖啡果壳在饮料中的应用，包括非发酵产品（如浸剂、提取物和速溶饮料）以及发酵饮品（如基于咖啡果壳的康普茶），部分产品已进入全球市场（Iriondo-Dehond等人，2020；Jiamjariyatam等人，2022；Nguyen Le等人，2024；Pyrzynska，2024；Stokes等人，2017；Turan等人，2024）。这些应用主要利用了咖啡果壳中的可溶性成分，如糖分、有机酸、生物碱和酚类化合物，同时保留了富含膳食纤维、结合态酚类和结构多糖的固体部分。
虽然咖啡果壳的利用提高了资源利用率，但将其以面粉形式作为固体成分使用时，其中不溶性成分仍会影响食品的质地和感官品质，尤其是在烘焙产品中。以往的研究主要探讨了咖啡果壳或樱桃咖啡副产品在饼干、饼干和面包等烘焙产品中的应用，虽然这些研究显示了营养价值的提升，但也存在技术性和感官上的限制，如硬度增加、干燥感增强、苦味加重以及消费者接受度下降（Chen等人，2025；Damat等人，2019；Jiamjariyatam等人，2025；Lanywati等人，2023；Moreno等人，2019；Rios等人，2020）。需要注意的是，这些研究通常将咖啡果壳视为化学性质均匀的材料，并侧重于配方调整，而非采后加工对其成分和功能的影响。
在特种咖啡生产中，采后加工被认为是影响咖啡化学成分和感官特性的关键因素。自然干燥、控制发酵和半碳酸发酵等工艺能够调节微生物活动并重新分配果实组织中的代谢物，从而产生与产地和风土条件相关的独特化学和感官特征。这些变化主要影响咖啡果实的外层组织，即咖啡果壳，表明咖啡果壳可能保留了采后处理和风土条件的独特特性，而不仅仅是简单的残余物。
这一结论尤其适用于亚马逊地区的Coffea canephora（罗布斯塔）咖啡，这类咖啡具有独特的化学特性，并对采后处理反应显著（Agnoletti等人，2024；Badmos等人，2019；da Silva等人，2022；da Silva Oliveira等人，2022；Gomes等人，2022；Jeszka-Skowron等人，2015；Zani Agnoletti等人，2022）。虽然这些特性提升了咖啡果壳的功能潜力，但也可能加剧了苦味、酸度、涩味和颜色的问题。
尽管关于咖啡豆采后处理效果的研究较多，但其在烘焙产品中的表现仍缺乏系统研究。目前尚无研究系统比较不同采后处理方法对同一烘焙产品中咖啡果壳的影响，也未评估加工引起的成分差异是否能缓解之前的感官问题。
饼干是一个适合的模型系统，因为其结构和感官品质对原料组成非常敏感。传统上，饼干需要较高的糖分和饱和脂肪含量以确保口感和润滑性，而包装前（FOP）法规限制了这些成分的添加，从而加剧了高纤维原料带来的结构和感官挑战（Blanco Canalis等人，2019；Damat等人，2019）。基于此，本研究探讨了在糖分和脂肪含量受限的条件下，不同采后处理方法（包括亚马逊罗布斯塔咖啡的分级半碳酸发酵）如何影响咖啡果壳的化学成分和感官特性。
我们假设保留果肉组织并进行发酵调控的采后处理方法可以提高咖啡果壳的替代比例（高达30%），同时改善产品的质地和感官平衡；而配方辅助成分（如聚葡萄糖和卵磷脂）有助于缓解在糖分和脂肪限制下的体积变化、润滑性和水分损失。
部分内容摘要
咖啡果壳的来源与采后处理
2023年采收季节，在巴西朗多尼亚州的Embrapa Rond?nia（Porto Velho）选取了成熟、颜色均匀的Coffea canephora（罗布斯塔品种，Apoat?类型）咖啡果实。通过浮选去除缺陷果实和低密度果实，用饮用水清洗后进行视觉检查以确保果实成熟度一致且无可见缺陷。采用三种不同的采后处理方法获得不同的咖啡果壳样本：
NAT：
营养成分与非挥发性物质
发酵过程中水分含量并未呈现线性变化（见表1）。SC8组的水分含量最高（约13%），远超其他处理组；NAT和SC4组的水分含量约为12.0–12.1%。相比之下，PARCH、SC10、SC16和SC20组的水分含量最低（约10–11%）。PARCH组的水分含量极低是由于其果皮高度木质化，缺乏果胶和果肉，导致天然吸水性较低。
结论
研究表明，采后处理对咖啡果壳的化学成分有显著影响，进而影响烘焙后的感官品质。与自然干燥相比，半碳酸发酵使咖啡果壳的化学成分发生显著变化，表现为发酵产生的挥发性物质适度积累，同时保留了与果香和甜味相关的化合物，咖啡因和葫芦巴碱含量也有所增加。
CRediT作者贡献声明
莉维亚·德·拉塞尔达·德·奥利维拉（Lívia de Lacerda de Oliveira）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证、项目监督、软件使用、资源协调、方法设计、实验设计、资金申请、数据分析、概念构思。朱莉安娜·费尔南德斯·德·索萨（Juliana Fernandes de Sousa）：负责初稿撰写、结果验证、方法设计、实验设计、数据分析。阿曼达·博尔巴·达·科斯塔（Amanda Borba da Costa）：负责方法设计及实验设计。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
感谢巴西农业发展基金会（FAPDF）提供的财务支持，以及Embrapa Rond?nia提供的咖啡果壳样本。在研究过程中，作者使用了ChatGPT 5.1工具来优化语言表达、清晰度和语法。使用该工具后，作者对内容进行了必要的修订，并对最终发表的内容负全责。
