質譜儀-Mass 等一個人咖啡香氣來自哪裡：頂空固相微萃取HS-SPME與GCMS應用

新鮮研磨的烘焙咖啡，充滿讓人精神為之一振的香氣，而這此揮發而有助於產生香氣的化合物，是由數百種複雜化合物所組成，以往要分析來自不同產地、不同烘焙方式的咖啡差異與特徵，需要花費大量的時間比對，而本應用介紹，運用頂空固相微萃方式，對五種不同咖啡中的揮發物進行採樣，以進行GC-MS分析，並以化學計量分析，輕鬆具體量化了不同產地和不同處理方式的咖啡存在特定差異。

從當地咖啡烘焙店購買四種以濾滴式製備的新鮮研磨咖啡。另外，從當地食品雜貨店購買第五種Colombia Supremo咖啡，並使用可調式平刀研磨機將其研磨至相同的粗糙度。各別取大約兩克研磨咖啡放入20 mL頂空SPME小瓶中進行分析。除了不含咖啡因的Colombia decaffeinated咖啡測量四次，其餘每個樣品進行了五次測量，樣品資訊如下：

▲表一樣品資訊

將HTA HT2800T多功能自動進樣器安裝在與JEOL JMS-Q1500GC Master-Quad氣象層析質譜儀上。HT2800T自動進樣器在SPME模式下，自動化進行量測。數據分析方面，利用AnalyzerPro XD軟體進行質譜圖的反摺積(deconvolution)、數據庫搜索及統計分析。從統計分析排除了管柱流失峰。化合物的特徵香氣描述，則參考自參考文獻1.的網站。

首先由圖一來看每種咖啡的TICC圖的分析結果，不同的咖啡之間具有相似的化合物，但單純透過肉眼來觀察或區別圖譜上特定化合物的相對濃度的細微差異，是相當困難的一件事。圖二為Colombian Supremo咖啡在頂空固相微進行三重複量測的TICC圖，經資料庫比對後，標識了其中主要峰的化合物訊資。

▲圖一不同咖啡的TICC圖 (*號表示Silicone峰)

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▲圖二 Colombian Supremo咖啡頂空進樣的TICC圖

由於芳香味化合物非常複雜，許多化合在氣相層析中未能完全分離，而在相同的滯留時間下同時出現多個化合物，此時將非常困難比對資料庫。因此，利用AnalyzerPro XD軟體進行層析圖譜的反摺積(deconvolution)，將多個化合物峰分離開來鑑定。以圖三為例，在Indian Malabar FR咖啡中，經過反摺積(deconvolution)處理後，在的訊號較大的maltol(灰色)的峰值中，可以鑑定到1-Methylethenyl pyrazine(紅色箭頭)化合物的存在。

▲圖三層析圖deconvolution。在maltol中的1-Methylethenyl pyrazine化合物

▲圖四 3D-PCA分析此五種咖啡

主成分分析（圖四）顯示了每種咖啡的不同分組，可以發現其中Bali Blue Moon和Columbian Supremo咖啡是最匹配的群集。

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▲圖五以Pyridine質譜圖進行PCA, Biplot, Box Plot分析

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▲圖六以Volcano Plot分析所有樣品中，比較Bali及Colombian Supremo咖啡相對於pyridine。

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▲圖七以Volcano Plot分析所有樣品中，5-Methyl-2-furancarboxaldehyde的相對豐度。

利用軟體數據分析顯示了咖啡之間的顯著差異，例如，兩種Colombian咖啡均顯示出比其他咖啡更低的pyridine含量（圖五和圖六）。化合物5-methyl-2-furancarboxaldehyde的香氣形容為甜的、焦糖的、麵包褐色的(參考文獻1)，在Colombian Supremo和Bali咖啡中含量很高，但在Indian Malabar FR中含量卻相對較低。

透過AnalyzerPro XD軟體，可以輕鬆比較不同樣品的複雜化合物質譜圖。例如在無咖啡因的咖啡中，其咖啡因含量相對較低，且咖啡中的某些化合物的含量也相對降低（例如pyrrole），這可能是由於去咖啡因的製程所導致的結果。化合物1-methylethenyl pyrazine具有焦糖的、巧克力的、烤堅果、燒咖啡的香氣，在Indian Malabar FR和Rwanda咖啡中含量很高，但在其他咖啡中含量相對較低。

而以往我們並無法在層析圖譜中，觀察到1-methylethenyl pyrazine化合物，因為會與maltol主要的化合物同時析出，無法在此條件下分離，但透過軟體的deconvolutoin反摺積功能，可將它與maltol及其他化合物的峰分離開來進行分析，因此，在分析共析出化合物時，deconvolutoin反摺積功能是十分強大有用的工具。

綜合以上分析結果，頂空SPME GC-MS與統計分析相結合，可提供有關咖啡香氣的化學成分的大量資訊。配備有HTA HT2800T自動進樣器的JMS-Q1500GC GC-MS系統是一個操作簡單、自動化的分析平台，並搭配AnalyzerPro XD進行數據分析，可對特定化合物的樣品進行詳細比較。可以特別注意的是，某些未知的化合物不能僅通過資料庫比對來確定結果，對這些未知物的最終鑑定方式，就需要通過JEOL AccuTOF GC-Alpha GC-HRTOFMS系統獲得的軟性游離源及高解析圖譜，進一步鑑定化合物結果。