摘 要

   本研究以日晒干燥（SG）样品为对照，探讨微波热处理（MD）和热风热处理（HAD）对咖啡果皮挥发性风味化合物的影响。采用GC–IMS与HS-SPME–GC–MS结合多元分析（PCA和PLS-DA）及ROAV评价方法进行分析。

   GC–IMS和GC–MS分别鉴定出62种和56种挥发性有机化合物（VOCs），其中酮类、醛类、醇类和酯类为主要成分。两种分析方法在检测能力上具有互补性。PCA和PLS-DA能清晰区分三种热干燥处理方式。与香气相关的化合物（VIP > 1且ROAV ≥ 1）包括2-呋喃甲硫醇、3-甲基丁醛、(E)-2-癸烯醛、乙基庚酸酯、己醛、苯甲醇、芳樟醇和β-紫罗兰酮。

   基于九种核心咖啡风味类别，SG表现出以草本/蔬菜、果香和坚果/可可味为主的复杂香气特征；HAD则以显著突出的花香为主；而MD则兼具花香和烘焙特征。该综合分析策略有效区分了不同的热处理方式，并识别出潜在的香气标志物，这些标志物需通过嗅觉测定或感官评价进一步验证。本研究为阐明咖啡果皮的风味特征提供了科学依据，并支持咖啡果壳茶产品的进一步开发。

引 言

   咖啡是茜草科咖啡属（Coffea）的多年生常绿作物（Miao, 2023），与可可和茶并列为全球消费最广泛的饮品之一（Myszkowska-Ryciak, 2025）。在中国，商业化咖啡种植主要集中于两个地区：云南以阿拉比卡种（Coffea arabica L.）为主，海南则仅种植罗布斯塔种（Coffea canephora L.），其中前者是本研究的重点。

   咖啡果皮是咖啡加工过程中产生的主要副产品，占鲜果重量的相当大比例。据估计，咖啡加工过程中产生的废弃物约占原料咖啡豆重量的40%–45%，而果皮本身占比可达29.9%（Bessada et al., 2018）。新鲜咖啡果皮含水量高、组织柔嫩，极易受到微生物污染和腐败（Aneta et al., 2014）。

   干燥是一种有效的保鲜方法，不仅能延长其保质期，还能提升其附加值。先前的研究表明，干燥能显著降低水果和蔬菜的水分活度，从而抑制微生物生长和酶活性，最终延长产品的稳定性（Mehmet 等，2020）。然而，干燥过程也可能改变挥发性风味化合物，进而影响最终产品的感官品质。

   传统上，人们采用日晒干燥法将咖啡果皮的含水量降至约10%–12%。该工艺所得产品酸度降低、甜味增强、口感更醇厚，但通常透明度略低，且带有类似成熟或发酵水果的风味特征。这些特性主要归因于温和的干燥条件，这种条件可最大限度减少萜烯类和醇类等热敏性化合物的降解，同时允许酶促反应持续进行，从而促进挥发性代谢物的生成与保留。尽管日晒干燥能有效延长食品的保质期，但其相对较低的加工温度可能限制了水果果皮中某些耐热化合物的失活或转化，从而可能导致微生物残留或酶活性未能完全抑制。因此，这可能会影响产品的储存稳定性和风味一致性。

   目前，热风干燥（Chen, Zhong等，2024）、真空冷冻干燥（Liang等，2025）和微波干燥（Wang等，2025）等现代加工技术已被广泛应用于优化食品干燥工艺。Sun等（2019）、Tian等（2021）、Li， Yang等（2019）、Huang等（2012）以及Hu等（2018）等研究人员已针对香椿、葱、香菜、生姜和茶叶等原料开展了不同干燥方法的对比研究。他们的研究结果表明，不同的干燥处理通常会降低挥发性化合物的种类和浓度。在这些方法中，真空冷冻干燥法在低温低压条件下进行，能最大程度地保留热敏性风味成分，因此被认为是保存挥发性物质最有效的方法。

   风味化合物分析是评估干燥和加工咖啡果皮品质的关键步骤。其风味特征源于众多挥发性化合物之间的复杂相互作用，而美拉德反应和热降解等反应会显著改变芳香成分的种类和浓度（Dong 等，2022）。Hu 等（2023）证实，咖啡果皮中的己醛、庚醛、(E)-2-庚烯醛、癸醛、苯乙醛和肉桂醛等醛类物质主要通过美拉德反应的中间产物或降解产物形成，这些物质赋予食品脂肪、果香、花香或辛香等气味；而1-辛烯-3-醇则是热降解的产物。随着食品风味组学的发展，将化学分析技术（如GC–IMS和GC–MS）与感官评价相结合，已成为阐明化学组成与感知风味之间关系的重要且必要策略（Chen, Ling 等，2024）。

   作为一种新兴的非靶向挥发性化合物分析技术，气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）因其高灵敏度、快速检测速度和直观的数据可视化，在食品风味研究中得到了越来越广泛的应用（Xiang et al., 2025）。样品经载气带入仪器后，首先在气相色谱柱中实现初步分离。随后，分离出的组分进入离子迁移管，在电离区被电离。在电场和逆向漂移气体的作用下，电离后的样品离子发生迁移，最终到达法拉第板进行检测，从而实现第二阶段的分离（Liedtke et al.， 2018；Mochalski et al.， 2018）。另一方面，气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）能够高效分离并准确定量挥发性成分（Liu et al., 2022）。顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）已被广泛用于发酵饮料和植物基质中的全面香气特征分析（Herkenhoff et al.， 2024a；Herkenhoff, Brödel, et al., 2026）。GC-MS 主要检测分子量相对较大、浓度较高的挥发性化合物，通常碳链长度在 C8 至 C20 范围内；而 GC-IMS 则主要识别分子量小、挥发性强且浓度较低的化合物，一般碳链长度在 C4 至 C10 范围内。因此，这两种技术具有互补性，共同扩展了可检测的挥发性成分范围。特别是 HS-SPME-GC-MS 通过测定挥发性有机物的相对分子质量实现成分鉴定，被认为是挥发性物质分析中一种成熟的技术（Wu, Lin 等，2025）。尽管其分离和鉴定性能优异，但在分析低分子量和痕量级化合物时效果存在一定局限性（Li 等，2023）。

   近年来，GC-IMS 与 HS-SPME-GC-MS 的联用技术已广泛应用于多种水果、蔬菜及食品的风味研究中（Ge 等，2020；Li 等，2021；Qi 等，2020）。例如，Feng 等（2022）、Zhang 等（2024）、Zhao 等（2025）以及 Huang（2025）分别采用该综合方法研究了花椒、发酵奶酪、薯片和茶叶中的挥发性成分。这种双技术策略不仅拓宽了检测范围，还为建立更全面、多维且可靠的风味数据库提供了有力支持。特别是通过气相色谱-嗅闻法（GC-O）、经过训练的感官评价小组、香气重组模型和省略实验进行进一步验证，将有助于准确识别咖啡果壳中具有特征性的活性香气化合物。然而，目前针对将 GC-IMS 与 HS-SPME-GC-MS 技术联用系统应用于研究不同热处理方式对咖啡果皮挥发性成分影响的研究仍较为有限。

主要内容

   本研究以日晒咖啡果皮为原料，结合GC–IMS和HS-SPME–GC–MS技术，分析经日晒（SG）、微波处理（MD）和热风处理（HAD）的咖啡果皮样品中的挥发性成分，系统探究不同加工方式对其挥发性风味组成的影响。采用相对气味活度值（ROAV）分析法，识别出三种咖啡果皮中具有潜在香气贡献的化合物（ROAV ≥1）。通过主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等化学计量学方法，对风味差异进行模式识别。此外，基于投影变量重要性（VIP）值筛选出三种咖啡果皮样品间与香气相关的差异标志物。整合组学与风味组学策略已被证实能有效关联代谢通路、香气形成及感官特性（Herkenhoff et al.， 2023；Herkenhoff, Praia， et al.， 2026）。这些方法揭示了日晒干燥与不同热处理样品之间香气成分的差异，并确定了对咖啡果皮整体香气特征起贡献作用的活性香气化合物。本研究结果旨在为优化咖啡果皮加工工艺以及咖啡果皮茶产品的质量控制提供理论依据。

Fig. 1. GC–IMS two-dimensional topographic plots of volatile compounds in SG, HAD and MD. The x-axis represents the normalized drift time (ms), the y-axis represents the retention time (s), and the color scale indicates the normalized signal intensity relative to the reaction ion peak (RIP). Higher signal intensities are represented by warmer colors (red), whereas lower signal intensities are represented by cooler colors (blue).

亮 点

• 首次采用GC–IMS和HS-SPME–GC–MS技术分析了经不同干燥工艺处理的咖啡果皮中的挥发性有机化合物（VOCs）。  

• 结果表明，通过风味组学与多元统计分析相结合，鉴定了15种关键差异性化合物。  

• 本研究为阐明咖啡果皮的风味特征提供了科学依据，并为后续开发咖啡果壳茶产品奠定了基础。li