咖啡的检测分析

文/ Norbert Helle

咖啡的检测分析

文/ Norbert Helle

咖啡检测中需要对咖啡因、霉菌毒素等项目进行质量控制

咖啡是德国乃至全世界人们最喜爱的饮料之一，据2013年统计数据显示，每个德国人平均每年喝下约162 L咖啡。在欧洲，咖啡产品要接受多重质量控制的检验，需要用到非常复杂的检测技术。

全球范围内喜欢咖啡的人们不占少数，所以，咖啡是一种很流行的饮品。据国际咖啡组织ISO公布的数据显示，2013～2014年度全球共生产了大约1.47亿袋咖啡（每袋约60 kg）,其中约有1.043亿袋咖啡用于出口，其中罗布斯塔咖啡大约4100袋，阿拉比卡咖啡大约6400袋，巴西出口的咖啡豆占总产量的31%左右，全球排名第二的咖啡豆出口国是越南，排名第三和第四的咖啡豆出口国分别是哥伦比亚和印度尼西亚。

与大多数人认为的不同，喜欢咖啡的多是南方国家而非北方国家。排名靠前的是芬兰（每人每年消费12.1 Kg）和挪威（每人每年消费9.08 Kg），其次，是奥地利（每人每年8.82 Kg）排名第三，瑞士（8.34 Kg）排名第五，德国排名第七（7.1 Kg）。

在德国，咖啡可以说是人人都喜欢的饮料，据调查数据显示，在2013年，平均每个德国人约喝掉162 L的咖啡，远远超过了其他饮料如矿泉水（144 L）、啤酒（107 L）等的消耗量。

图1.每个德国人平均每年要喝掉7公斤的咖啡。

图2.霉菌毒素-Mix，5 ng/ml的赭曲霉毒素A（Nucleoshell RP18型色谱柱,150×2 mm 2.7 µm；Agilent Triple Quad 6495；MRM 404→385和404→239）。

复杂的检测技术保证了质量

初看起来，新鲜的咖啡果和其他果实没有什么不同，但在咖啡果里面有两棵种子，也就是被称之为咖啡豆的种子。在一步步的加工过程中，先将咖啡果的果肉清除干净，把得到的咖啡豆烘焙干燥。从咖啡豆到受人喜爱、芳香宜人的咖啡，中间还有很多的加工和检测步骤。生产加工咖啡豆时所做的检测分析是非常复杂的，除了要遵守常规标准之外，还要遵守咖啡生产有关的法律法规和技术规范。在咖啡烘焙时，烘焙后每公斤咖啡豆中的杂质不得超过2 g，含水量不得超过50 g，不含咖啡因的咖啡中咖啡因的最高含量不得超过1 g/kg。在常规的食品生产质量保证基础之上，例如，在微生物检测中，要测定残留湿度，还要进行敏感性测试、有机无机污染物检验、咖啡生产特有的色谱技术分析等。下文将着重介绍咖啡市场化和咖啡质量控制中一些关键参数的检测方法。

咖啡因含量的检测

咖啡之所以受到欢迎是因为它所含有的咖啡因，而咖啡因的检测则是咖啡检验中最重要的检验项目，尤其是不含咖啡因的咖啡，生产不含咖啡因的咖啡必须注意，规定允许的最高咖啡因含量不得超过重量的0.1%。一般情况下，在纯咖啡的检测中使用高效液相色谱-紫外检测法是没有问题的，此检测方法已经标准化。

但在含有糖分和其他添加成分的成品咖啡中，此法则非常麻烦。不仅仅是因为它的咖啡因含量很低，还因为色谱法会受到信号的干扰，阻碍准确检测。在这种情况下，建议利用质谱检测技术来选择性测定咖啡中的咖啡因。

霉菌毒素的检测

在霉菌毒素检测中，赭曲霉毒素A（OTA）的检测是另一个非常重要的检测项目。在实验室的实际工作中，各种样本都含有这种毒素的残留物，只不过有的有的含量在很低范围内罢了，但大多数情况下都在1µg/kg的范围之内。为了保障其数据可靠性，以及测定毒素残留的灵敏度，常常对每一批次的咖啡豆都逐批次的进行质量检验。在Tela公司里霉毒毒素的检测使用的是新的LCMS/MS分析法，没有价格高昂的亲和固相萃取样品制备，但却有着较高的检测灵敏度。

这种检测方法在使用了Gerstel公司研发生产的MPS多用途采样系统之后实现了自动化。这一系统带有自动化的SPE检测单元和编程控制的稀释剂控制装置（Gestel公司称之为mVAP的装置）。

整个系统是利用Maestro软件进行控制的；而这一控制软件又可以直接与仪器设备生产厂家的色谱数据库联网。利用这一检测技术也可以检测例如黄曲霉毒素和伏马菌素等霉菌毒素（参见图2）。

图3.农药残留10 ng/ml（Macherey-Nagel公司Nucleoshel PFP型色谱柱，150×3 mm 2.7 µm）。

聚焦农药残留

世界各地在食品检验中最经常检查的项目也许就是农药残留了。农药残留检查时使用的检测设备常常是美国农业部Anastassiades教授发明的将高效液相色谱和GC-MS/MS多级质谱分析联用的检验方式（QUEChERS）。这种检验方法的优点是操作简单，与传统检测方法相比较明显的缩短了样本制备所需的时间，但它需要执行一些像离心分离这样的操作步骤。目前，Tela公司正在开发一种特殊的SPE固相萃取技术方法：在第一个萃取步骤中就使用Gerstel公司研发生产的MPS多用途采样器的全自动、在线控制的技术方案。采用这一方法之后，咖啡中的各种残留检测就再也不是问题了，因为经过了烘焙过程之后大部分农药残留都可以被热降解了。

令人恐慌的丙烯酰胺

当食品加热温度升到180℃以上时会产生丙烯酰胺，它是一种会致癌的物质。正因如此，在欧洲有相关规定，例如在加工面包、饼干和咖啡等食品的过程中，都不得设置加工温度过高，要明显的低于180℃，这样才能保证不会产生丙烯酰胺。最合适的检测方法，无非是HPLC-MS/MS方法。但这里化合物中较低的分子质量对LC-MS反应有着不利的影响，这同时也成为咖啡检验中的一个巨大挑战。一般情况下，只要采用了标准的添加方法才能得到有意义的检测结果。农药残留的多少随着烘焙持续的时间和温度而减少，而时间和温度对咖啡的芳香有着重要的意义。从另一个角度来讲就是，如果你买了咖啡就等于说是也买了一定量的丙烯酰胺。不过，定期检测咖啡中的丙烯酰胺含量仍是一项不会被取消的检测项目。

罗布斯还是阿拉比卡？

经济性最好的咖啡种类是阿拉比卡咖啡（Coffea Arabica）和罗布斯咖啡（Caffea Canephora）。世界各地都包括在内，阿拉比卡咖啡的种植面积几乎是罗布斯咖啡种植面积的三倍。两种咖啡之间有何明显区别？数据调查显示，阿拉比卡咖啡中的咖啡因含量在1.1%～1.7%之间，属于芳香性美味可口的咖啡类型；罗布斯咖啡较前者有更高的咖啡因（2%～4.5%）含量，并且咖啡果中的咖啡豆也更多，并且罗布斯咖啡植物有着较强的耐受性，而不仅仅是抵抗寄生虫和疾病那么简单，甚至可以很好的适应温度的骤变。而阿拉比卡咖啡则需要特殊的种植条件，也就是说，外部不利的环境的变化都会对咖啡的生长带来不利的影响。

人们对阿拉比卡咖啡常常有这样的印象：100%由阿拉比卡咖啡豆制成，其定价相较罗布斯咖啡要贵一些。一些不法商贩可能会选择把罗布斯咖啡混入阿拉比卡咖啡中贩卖，以取得高额利润。为了把可能掺入到阿拉比卡咖啡中的罗布斯咖啡检测出来，最好是利用HPLC-MS法证明烘焙咖啡中的16-O-Methylcafestol，因为这种物质只存在于罗布斯咖啡中。 LP

利用自动化的潜力

本文介绍了咖啡检验中的一些重要参数：咖啡因含量、霉菌毒素、农药残留、丙烯酰胺和咖啡的纯度等等。采用手工检验时，样本制备和检验分析既耗费时间又增加了工作的复杂程度。本文所使用的检测技术为HPLC-MS/MS方法，此法很大程度上保证了自动化，解放人工双手的同时，也能够最大程度上保证检测精度和数据的重复性。对于分析实验室来讲，能够像Tela公司这样把研究重点放眼于食品生产和环境保护领域，是有着决定性意义的好事。

本文作者来自Tela有限责任公司。