等一杯想要的咖啡 ~ 咖啡 酵 健康美味加分 摘要 從咖啡文 深 之旅出 好奇是否可使咖啡更健康美味 從自製烘豆機並 用市 五種複合菌 東山咖啡 生豆 和 鮮果 行不同條件 酵 結果證 使用複合菌 酵的咖啡豆 DPPH 自 清除的抗氧 能力稍 提升 而碘還原力及 人體健康助益良多的綠原酸含量則 顯著

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1 中華民國第 55 屆中小學科學展覽會 作品說明書 國中組生活與應用科學科 第三名 等一杯想要的咖啡 ~ 咖啡發酵, 健康美味加分 學校名稱 : 高雄市立五福國民中學 作者 : 指導老師 : 國一楊兆迪 國三楊華育 余尚芸 簡加妮 關鍵詞 :DPPH 清除力 綠原酸 碘還原力

2 等一杯想要的咖啡 ~ 咖啡 酵 健康美味加分 摘要 從咖啡文 深 之旅出 好奇是否可使咖啡更健康美味 從自製烘豆機並 用市 五種複合菌 東山咖啡 生豆 和 鮮果 行不同條件 酵 結果證 使用複合菌 酵的咖啡豆 DPPH 自 清除的抗氧 能力稍 提升 而碘還原力及 人體健康助益良多的綠原酸含量則 顯著增加 攝取過量 害健康的咖啡因含量也顯著降 更特 的是 不同條件 酵的咖啡 每杯風味都不同 杯測評價均不輸市 優質咖啡豆 評比得分優於市 與麝香貓咖啡風味相似的高價咖啡 中 組咖啡豆 精品咖啡等級 本研究結合所學知識並應用於本土產咖啡 再以 學儀器加以驗證 以簡單製程烘焙出更優於外國的健康美味咖啡豆 期能 台灣咖啡產業 所提升 壹 研究動機 日前和家人參加屏東縣霧台鄉德文 的深 文 體驗行 中最吸引 們的活動就是自 摘咖啡與烘焙咖啡 因為家人都很 咖啡 查閱文獻 ( 金曉嵐 2003) 及歷屆 展作品 ( 啡常健康 討咖啡的抗氧 效力 2014) 得知咖啡豆經過深焙 中焙及 焙處理後 除了飲用的口感 所差異外 抗氧 能力亦會因咖啡豆烘焙程 愈深而降 咖啡生豆含 綠原酸 抗氧 作用 防癌作用 抗潰瘍作用 保肝作用和抗過敏作用 ( 方靜文 2005) 另 研究以複合菌 咖啡豆 行 酵 討 抗氧 力與咖啡豆味 的影響 ( 湯子嘉 2014) 讓 們靈機一動想到是否可以利用日常簡易的方法 咖啡豆 行 酵 以自製簡易烘豆機 希望能在家自行烘出爸媽 的味 且保留更多 益 份的咖啡 於是 們以台南市東山 的本土產咖啡豆為原料 討製程改變 能否改善 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因的含量 希望可以讓民眾在咖啡豆的製程方面 更多的選擇 相關教 國中自然與生活 技 課本 第 章氧 還原反應 康軒文教 業 國中自然與生活 技一 生物課本 單元 4 生物體的運輸作用 康軒文教 業 1

3 貳 研究目的 研究一 文獻 地訪察及前 驗 建立咖啡豆處理 咖啡液萃取及檢測之標準流程 一 瞭解咖啡烘焙設備原理 自製家用四代簡易烘豆機 學習 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量的檢測方式 討咖啡液萃取方式 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量 四 比較同種與不同種咖啡豆烘焙程 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量 五 拜訪咖啡農 瞭解咖啡生長 鮮果 集及生豆處理流程 討咖啡豆以水果酵素或複合菌 酵後的初 結果 研究 討 咖啡生豆 咖啡鮮果 經不同複合菌常溫 酵後 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸與咖啡因含量之影響 研究 挑選出 咖啡生豆 和 咖啡鮮果 經各複合菌 酵後 所製 品質最佳的咖啡 以杯測法找出最健康美味的咖啡製程 參 研究設備與器 一 研究設備 自製咖啡烘豆機 研磨機 Rancilio Rocky 義式咖啡機 Gee HPLC 系 Hitachi High Technologies Inc., 綠原酸與咖啡因檢測用 酵素免疫分析儀 ELISA, Multiskan GO, Thermo Scientific 抗氧 能力檢測 電腦 驗藥品 一 DPPH 反應試劑 以 醇配製 0.1mM DPPH 抗氧 能力分析 1. 1% 澱粉溶液 : 100mL H2O + 1g 澱粉 2. 1% 碘液 1g I2 + 1g KI + 100mL H2O 綠原酸含量及咖啡因含量 HPLC system 四 市 乳酸複合菌 A 複合菌 B 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 E 複合菌 五 綠原酸標準品 咖啡因標準品 咖啡生豆 咖啡鮮果 燒杯 微量離心管 1.5mL 咖啡口感杯測問卷 2

4 肆 研究過程與方法 經文獻 討及請教 家後 為確保 驗 行 利 地訪察及 行一系列前 驗 建立咖啡豆處理 咖啡液萃取及檢測之標準流程 一 瞭解咖啡烘焙設備原理 自製家用四代簡易烘豆機一般家庭咖啡烘焙設備多為烤箱或炒菜鍋 烘焙程 不易 制 且 咖啡豆 熟 不均 烤箱 溫 230 炒菜鍋炒焙為了在家烘焙出均 的咖啡豆 於是著手自行研 簡易烘豆機 第一代 用 2 個 漏 開口相 以蝴蝶夾固定 現空隙 大 第 代 動 從 業烘豆機及糖炒栗子的靈感讓 們想出 用鋼杯 ( 含蓋挖洞 ) 轉輪等器 自行組裝手搖烘豆機 現烘焙均 雖然改善 少量不均 的現象仍然存在 第 代 均 攪拌 為了讓咖啡豆受熱更均 在鋼杯 加裝 攪拌 和 2 根突起螺 果然得到烘焙均 甚佳的咖啡豆 圖為第 代烘豆機 品圖 鋼杯 挖洞的鋼杯蓋 手搖轉輪 部加裝 2 攪拌 2 根突起螺 使 咖啡豆受熱均 烘焙均 的咖啡豆 加熱器 第 代自製烘豆機構 說明 3

5 第四代 制溫 及轉 為了增 準確 們加裝可調節溫 及自動 溫感應器 烘焙溫 制在 210 另加裝可調 的慢 馬 制轉 每 分鐘 60 轉 第四代烘豆機如 圖 加熱電源開關 溫 顯示器 溫 調節器 部加裝 感溫元件 轉 調節器 轉動電源開關 電加熱盤 第四代自製烘豆機構 說明 現 第四代自製烘豆機 可透過 制溫 及轉 使咖啡生豆的烘焙 更加一 結 在家自行烘焙咖啡豆品嘗 可 用 們自製第 代烘豆機 是既經濟又 惠的選擇 們為了 驗需精細 制咖啡豆的烘焙程 用第四代 制溫 與轉 的烘豆機 學習 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量的檢測方式透過書籍 文獻深入了解 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因之意涵及含量的檢測方式 現 ( 一 )DPPH 自 清除能力指抗氧 劑與 DPPH 自 反應後 提供氫給 DPPH 自 終 氧 連鎖反應 行 在抗氧 驗中常用來檢測抗氧 物提供氫之能力 DPPH 為較穩定的自 在 醇溶液 4

6 中為紫羅蘭色 與抗氧 劑反應顏色會轉為淡黃色 脫色程 愈高則自 清除能力愈高 於 517nm 較高的吸 值 反應式如 DPPH AH 抗氧 劑 DPPH HA ( ) 碘還原能力 ( 碘滴定還原能力 ) 原理乃利用碘分子與抗氧 劑反應被還原 碘離子的特性 時會呈現無色的狀態 當抗氧 劑 反應完 過量的碘分子無法還原 碘離子時 時碘分子與澱粉指示劑反應形 碘 - 澱粉錯合物 即呈現藍色 滴定終點 用以測試抗氧 劑的效果 反應式如 2I 無色 I2 藍色 2e ( ) 綠原酸綠原酸是在高等植物中常見的一種酚酸 中又以咖啡豆含量最高 占 6~12% 主要生物活性 抗衰老及抗肌肉骨骼老 自 的清除及抗脂質過氧 作用 抗誘變作用 顯著增加胃腸蠕動和 胃液分泌及利膽保肝作用 較廣泛的抗菌作用 血及抗病毒作用以及縮短血凝及出血時間的作用 綠原酸是 奎 酸以及咖啡酸經過酯 反應脫水縮合而 的 水解屬於吸熱反應 所以在烘焙過程中咖啡受熱以後會 使綠原酸分解 但烘焙不會使綠原酸 部分解 根據 計 即使到中焙大 會 一半的綠原酸未被分解 ( 四 ) 咖啡因咖啡因是一種中樞神經系 的刺激物 最早 Fredinand Runge 在 1820 現 學名稱為 trimethylanthine 沸點為 236 屬於黃嘌呤類 學物質 咖啡豆中 含 0.8~2.8 % 的咖啡因 依產地和品種的不同而 差異 亦提供咖啡中 10~30% 的 味 咖啡因會快 被腸胃吸收 經血液運輸 在一 時 右即廣泛分佈 身 無法完 被腎臟所排除 因會刺激中樞神經系 攝取過量會 不良反應 本研究定義 為 害物質 結 本 驗綜合以 之 討 提出各 須檢測 容之檢測方式如 ( 一 )DPPH 自 清除能力之檢測方法 方法為參考 Shimada, Fujikawa, Yahara 及 Nakamura (1992) 所敘述的方法 取 25 μm DPPH 0.5 ml 及磷酸鹽緩衝溶液 (Phosphate buffered saline, PBS) 0.4 ml 與 30 L 稀釋之樣品或 Vitamin C 溶於 0.1 ml 微量離心管中混合 避 於室溫中反應 20 分鐘 再以酵素免疫分析儀 ELISA, Multiskan GO, Thermo Scientific 於 長 517 nm 測定吸 值 式計算 清除率 (%)=[1-( 樣品吸 值 / 空 吸 值 )]*100% 5

7 ( ) 碘還原力之檢測方法配置 1. 1% 澱粉溶液 100mL H2O 1g 澱粉 2. 1% 碘液 : 1g I2 1g KI 100mL H2O 分析 驟 1. 配製抗氧 能力測試液 取 9mL H2O 0.1mL 1% 碘液及 0.36mL 1% 澱粉溶液 分 依序加入玻璃試管中 2. 利用震盪使測試液混合均 後備用 3. 各取 195 L 的抗氧 能力測試液 96 孔盤中 加入 5 L 咖啡樣品震盪混 測定 OD 595nm 測定吸 值 計算 式 還原率 (%)=[1-( 樣品吸 值 / 空 吸 值 )]*100% ( ) 綠原酸及咖啡因之檢測方法 1. 標準品圖譜 圖 綠原酸與咖啡因標準品圖譜 2. 測定方法 本 驗參考 Trugo 及 Macrae (1984) 之方法並修改 (1) 取咖啡萃取樣品 以 1mL 針頭吸取樣品 經 Syringe Driven Filters 13 nm,0.22μ m.advangene TM 中過濾後 稀釋 需要濃 於 1.5mL 離心管中保存備用 標準品同樣 行過濾 (2) 綠原酸 咖啡因 : 以 μg/ml 濃 製作出檢量線 綠原酸檢量線 6

8 咖啡因檢量線 (3) 高效能液相層析儀 HPLC Pump (Hitachi L-2130) Autosamler (Hitachi Primaide Series) UV Detector (HITACHI UV-VIS Detector L-2420) Column (Zorbax SB-C18, 5 μm, 4.6x250mm) UV 測 長 230 nm (4) 高效能液相層析儀 HPLC 條件設定 1 Buffer A Formic acid/water (0.1:99.9, v/v/v) 2 Buffer B Acetontrile 3 梯 條件 Buffer A 分鐘 100% Buffer A 分鐘降 96% Buffer B 升 4% Buffer A 5-10 分鐘 90% Buffer B 升 10% Buffer A 分鐘 90% (Buffer B 10% 4 流 1.4mL/min 5 注射量 10 μl (5) 分離條件 min 以 100% buffer A 流洗 min 以連續梯 改變 95% buffer A 與 5% buffer B min 以連續 95% buffer A 與 5% buffer B 流洗 min 以連續梯 改變 90% buffer A 與 10% buffer B min 以連續梯 改變 85% buffer A 與 15% buffer B 討咖啡液萃取方式 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量 市面常見咖啡萃取方式為手沖 虹吸及高壓蒸氣萃取 萃取後的咖啡液以微量離心管密 封冷凍 送 驗室 行各 檢測 結果如 7

9 手沖萃取虹吸萃取高壓蒸氣萃取 DPPH 清除力 % 碘還原力 % 綠原酸含量 mg/ml 咖啡因含量 mg/ml 手沖 虹吸 高壓蒸氣 取細研磨咖啡粉 20g 200mL 水萃取咖啡液 現 以高壓蒸氣式萃取所得咖啡液 DPPH 清除力 碘還原力 綠原酸的含量均最高 相 咖啡因含量最 與湯子嘉 2014 及金曉蘭 2003 研究結果一 同時高 壓蒸氣式萃取 機器設定萃取條件 能減少人為操作的誤差 結 因 後續 驗咖啡萃取方式 用 高壓蒸氣式 四 比較同種與不同種咖啡豆烘焙程 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量 ( 一 ) 買市 巴西 口水洗處理的的咖啡生豆 做為 們前 驗的原料 行 中 深焙 養豆 5 後 取細研磨咖啡粉 20g 200mL 水 以高壓蒸氣式萃取出咖啡液 檢測 DPPH 值 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量 生豆 焙中焙深焙 DPPH 清除力 % 碘還原力 % 綠原酸含量 mg/ml 咖啡因含量 mg/ml 焙 中焙 深焙 烘焙完 養豆 5 後 取細研磨咖啡粉 20g 200mL 水 以高壓蒸氣式萃取 現 咖啡豆烘焙程 愈深 DPPH 碘還原力 綠原酸含量皆明顯降 咖啡因濃 明顯增加 亦即 焙方式保留較多 人體 益物質 結 結果與文獻 討結果 金曉嵐 2003 一 因 後續 驗咖啡豆 用 焙 8

10 ( ) 直接 買市 不同烘焙程咖啡豆 買 大量販店品牌 中 深焙咖啡豆共 3 種 以相同方法檢測 DPPH 值 碘 還原力 綠原酸及咖啡因含量 量販店自 品牌咖啡研磨 粉準備萃取高壓濃縮方式萃取 DPPH 清除力 % 碘還原力 % 綠原酸含量 mg/ml 咖啡因含量 mg/ml 咖啡豆 焙 乙咖啡豆 深焙 丙咖啡豆 中焙 現 組咖啡豆的 DPPH 清除力 碘還原力 綠原酸和咖啡因含量差異 大 深入分析 原因 現咖啡豆品種 種植 拔 土壤養分 生豆處理方式 日曬或水洗 生豆保存時間 烘焙程 養豆時間 咖啡液萃取方式等皆會影響 驗結果 結 為 效 制後續 驗變因 決定 用台灣本土特色產業之咖啡豆 五 拜訪咖啡農 瞭解咖啡生長 鮮果 集及生豆處理流程 現 ( 一 ) 東山咖啡 長過程 因緯 或種植 拔高 不同 長時間略 不同 芽期 長期開花期結果期 收期 動物食用果 排泄後自然播種 芽 3~5 才能開花結果 國曆 2~3 開始開 色 花 6~8 為結果期 9 ~ 隔 2 是 收期 9

11 ( ) 咖啡果 結構 結構名稱外果皮漿質果肉 果皮銀皮種子 特徵說明 鮮 的外層果皮 因而 coffee cherry 之稱 外果皮 甜甜 黏黏 軟軟的淡黃色物質 種子與果肉之間 保護作用的堅硬乳黃色豆形殼 曬乾後會與種子分離 種子表面的薄膜組織 即咖啡豆 一般果 一雙 種子 爾 些果 只 一個種子 稱為圓豆 單豆 果豆 ( ) 台灣咖啡樹適應能力相當好 幾乎沒 病蟲害 生 所以 種不噴撒農藥 這是台灣 咖啡可以安心飲用的一大優點 集咖啡鮮果咖啡鮮果去外果皮水洗後曬乾未去殼咖啡豆 結 於咖啡鮮果 果膠及 果皮包覆 無法確定是否會影響 驗結果 因 本研究最 後確定 集咖啡 鮮果 和農家水洗 酵曬乾的 生豆 行 一 驗 討咖啡豆以水果酵素或複合菌 酵後的初 結果 於高經濟價值的麝香貓咖啡乃來自麝香貓吃 咖啡果 經過消 後 無法被分解的咖啡豆經處理後所得 究 原理 是經過消 的乳酸菌作用 加 文獻中 ( 湯子嘉 2014 ) 也曾 討複合菌 咖啡 酵的影響 們想嘗試使用水果酵素或常見的乳酸複合菌做 驗 首 以農場曬乾的咖啡生豆用自行 養的水果酵素和常見的複合菌分 行 酵 的 驗 10

12 奇異果酵素 養一 奇異果酵素和複合菌 陰乾 2 烘焙咖啡豆 DPPH 清除力 % 碘還原力 % 綠原酸含量 mg/ml 咖啡因含量 mg/ml 奇異果酵素 奇異果酵素 A 複合菌 A 複合菌 市 生豆 取細研磨咖啡粉 20g 200mL 水 以高壓蒸氣式萃取 現 ( 一 ) 咖啡鮮果或生豆以水果酵素和複合菌 酵第 5 後都開始腐敗 ( ) 奇異果酵素 酵 1 3 咖啡豆的品質 除咖啡因濃 外 DPPH 清除力 碘還原力 綠原酸濃 皆明顯比複合菌 酵 1 3 和市 生豆 照組 差 結 ( 一 ) 後續 驗 酵時間以不超過 為原則 也就是 為 制變 ( ) 後續 驗決定 家庭常見的 5 種複合菌 咖啡豆 行 酵 ( ) 以研究一建立之咖啡豆處理 咖啡液萃取及檢驗之標準流程 行研究 咖啡生 豆及鮮果 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸及咖啡因含量 伍 研究結果與討論 研究一 文獻 地訪察及前 驗 建立咖啡豆處理 咖啡液萃取及檢測之標準流程根據文獻 討 地訪察及前 驗 建立 面咖啡豆處理 萃取及檢測之標準流程 並與大學 驗室合作 行檢測分析 且為了確定咖啡之口感 在檢測分析完 後 針 結果較好的咖啡 行杯測品評 最後確定最佳品質咖啡之處理方式 結果如 圖所示 11

13 生豆 鮮果 處理 ( 見備註 1) 操縱變 生豆 150 cc的豆子 +350c.c. 的 加物鮮果 250 cc的鮮果 250 cc的 加物 制變 酵 數 生豆 鮮果 包覆 加物 5 種複合菌 無 去水分 生豆 陰乾 2 鮮果 曬乾 7 + 去果殼 烘焙 焙 萃取 細研磨咖啡粉 20g + 高壓蒸氣萃取 200mL 檢測前處理 ( 見備註 2) 檢測 重覆 大學 驗室合作 DPPH 清除力 碘還原 綠原酸 咖啡因含量 杯測品評 最佳咖啡之 酵方式 備註 1 鮮果處理流程 咖啡鮮果撈除浮豆去除外果皮及再篩選 用電扇吹除 果皮與銀皮去除 果皮曬乾 12

14 鮮果處理比生豆多了 5 個前置 驟 摘 咖啡鮮果 撈除浮豆 去除外果皮 再篩選 且還要曬乾 7 再去 果皮 ( 種子皮 ) 而這也是最辛 也最耗時間體力的 作 備註 2 檢測前處理 (1) 對微量離心管密封冷凍之咖啡萃取液進行解凍 (2) 配置各項檢測藥品 : 依一定比例混合, 震盪混合均勻備用 (3) 咖啡萃取液離心 (4) 將咖啡樣品與檢測液依一定比例混合 DPPH 須避光 20 分鐘 (5) 以免疫酵素分析儀分別於波長 517nm 及 595nm 測定吸光值 到 驗室學習如何測量 DPPH 清除力 碘還原力以及操作 HPLC 系 研究 討 咖啡生豆 咖啡鮮果 經不同複合菌常溫 酵後 DPPH 自 清除能力 碘還原力 綠原酸與咖啡因含量之影響一 咖啡生豆 ( 一 ) 不同複合菌 咖啡生豆 酵 的 DPPH 自 清除力 驗結果 13

15 代表數據 顯著差異 1. C 複合菌 2 和 D 複合菌 1 這 組咖啡豆 DPPH 清除力高於市 生豆 2. 5 種複合菌的時間愈久 DPPH 清除力愈 自 清除能力愈差 3. 五種複合菌 咖啡清除 DPPH 能力影響為 C 複合菌 E 複合菌 D 複合菌 A 複合菌 B 複合菌 4. 中 咖啡生豆以 D 複合菌 酵 1 效果最佳 值為市 生豆的 1.05 倍 ( ) 不同複合菌 咖啡生豆 酵 的碘還原力 驗結果 代表數據 顯著差異 1. A 複合菌 酵 1 2 的 組 C 複合菌 組 D 複合菌 酵 2 一組 E 複合菌的 組 共九組咖啡豆 碘還原力高於市 生豆 2. A B 複合菌的時間愈久 碘還原力愈差 C D E 複合菌則以 酵 2 碘還原力最佳 3. 五種複合菌 咖啡碘還原能力影響為 C 複合菌 E 複合菌 A 複合菌 D 複合菌 B 複合菌 14

16 4. 可增 碘還原力的九組 驗中 以咖啡生豆以 E 複合菌 2 增加的碘還原能力最高 值為市 生豆的 1.67 倍 ( ) 不同複合菌 咖啡生豆 酵 的 綠原酸 含量 驗結果 代表數據 顯著差異 1. 除 B 複合菌 2 的咖啡豆外 餘 五種不同複合菌所得綠原酸含量皆高於市 生豆 2. 五種複合菌 增加綠原酸含量影響為 C 複合菌 E 複合菌 D 複合菌 A 複合菌 B 複合菌 3. 綠原酸含量受複合菌種類及 時間所影響 A 複合菌和 B 複合菌以 1 效果最佳 超過 1 綠原酸含量明顯降 C 複合菌 3 效果最好 D 複合菌和 E 複合菌都是 2 綠原酸含量 到最高 超過 2 D 複合菌綠原酸含量緩慢 降 E 複合菌 降快 4. 中以 C 複合菌 咖啡生豆 3 綠原酸含量最高 是市 生豆的 2.15 倍 效果顯著 ( 四 ) 不同複合菌 咖啡生豆 的 咖啡因 含量 驗結果 代表數據 顯著差異 15

17 1. 除 A 複合菌 1 C 複合菌 1~3 和 E 複合菌 1 2 之外 餘所測得之咖啡因含量皆 於市 生豆 2. 能 效降 咖啡因含量的複合菌 A B D 種 3. 驗 用的五種不同複合菌 的時間愈長 咖啡因的含量愈 4. 中以 B 複合菌 咖啡生豆 3 咖啡因含量最 和市 生豆相比降 了 23.44% 討論 ( 一 ) 咖啡萃取液顏色可能會 擾機器 於吸 值的 讀 使得 驗的 DPPH 清除自 數值增加不明顯 ( ) 碘還原力 較多組高出市 生豆 與 DPPH 清除力 驗結果不同 是因抗氧 能力是一個 稱 尚可細分 預防型 自 生 抑制 自 清除型 起始反應或連鎖反應被抑制 及修復再生機能等 者測量 目不同 ( )C 複合菌 DPPH 清除力 增加碘還原力和綠原酸含量效果最佳 降 咖啡因效果卻最差 除了因菌種不同所 亦可能為 C 複合菌黏稠性較高 降 咖啡因效果效不佳 ( 四 ) 時間愈長 降 咖啡因效果愈明顯 但 DPPH 清除力 碘還原力卻愈差 綠原酸含量與 時間長短無一定關 見 表 液 A 複合菌 B 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 E 複合菌最佳 數 DPPH 清除力第 1 第 1 第 1~3 第 1 第 1~2 碘還原力第 1 第 1 第 1~3 第 2~3 第 1~2 綠原酸含量高第 1 第 1 第 3 第 2~3 第 1~2 咖啡因含量 第 2~3 第 2~3 第 2~3 第 3 第 3 ( 五 ) 本 驗選用台南東山阿拉比卡水洗式處理的生豆 水洗過程中 咖啡本身的酵素即會產生微量 酵作用 加 生豆含水量 又 去除外層的果膠與 果殼和大部份的銀皮 因 複合菌 液可以快 滲入豆子 部產生 學效應 酵 數不需 長 即可明顯改善咖啡品質 也比較不易因 數過長產生腐敗或汙 咖啡鮮果 ( 一 ) 不同複合菌 咖啡鮮果 酵 及包覆的 DPPH 自 清除力 驗結果 16

18 1. 五種複合菌共 組咖啡豆 DPPH 清除力皆未顯著高於市 生豆 2. 五種複合菌 3 時間愈長 DPPH 清除力愈高 直接包覆複合菌效果並沒 顯著優於 方式 3. 五種複合菌 咖啡的 DPPH 自 清除能力影響差異雖然不大 但仍可 出 D 複合菌 B 複合菌 A 複合菌 E 複合菌 C 複合菌 4. 組複合菌 酵 驗中 以 D 複合菌 3 DPPH 清除力最大值 為市 生豆的 1.01 倍 ( ) 不同複合菌 咖啡鮮果 酵 及包覆的碘還原力 驗結果 代表數據 顯著差異 1. 和市 生豆比較 A 複合菌 組 B 複合菌 組 C 複合菌 組 D 複合菌一組和 E 複合菌 組 共 組 碘還原力較高 2. 酵時間 碘還原力的影響 以 A 複合菌和 C 複合菌 酵 2 碘還原力最高 以 B 複合菌 酵 3 或包覆碘還原力亦佳 D 複合菌則以直接包裹效果最佳 E 複合菌則無顯著差異 17

19 3. 五種複合菌 咖啡碘還原能力影響為 A 複合菌 C 複合菌 E 複合菌 B 複合菌 D 複合菌 4. 可增加碘還原力的 組 驗中 咖啡鮮果以 C 複合菌 酵 2 增加的碘還原能力最高 值為市 生豆的 1.31 倍 ( ) 不同複合菌 咖啡鮮果 酵 及包覆的 綠原酸 含量 驗結果 代表數據 顯著差異 1. 組 驗中 組綠原酸高於市 生豆 分 是 A 複合菌包覆 2 3 B 複合菌四組 C 複合菌包覆 1 2 和 D 複合菌包覆 1 2. 五種複合菌 綠原酸含量影響為 B 複合菌 C 複合菌 A 複合菌 D 複合菌 E 複合菌 3. 鮮果以不同複合菌 酵 時間長短 增加綠原酸含量的影響不同 A 複合菌和 D 複合菌以直接包覆最佳 B 複合菌 C 複合菌以 酵 2 效果最好 4. 可增加綠原酸含量的 組 驗中 以 B 複合菌 2 綠原酸含量最高 是市 生豆的 1.92 倍 效果顯著 ( 四 ) 不同複合菌 咖啡鮮果 酵 及包覆的 咖啡因 含量 驗結果 代表數據 顯著差異 18

20 1. 和市 生豆相較 C 複合菌包覆 D 複合菌 1~3 和包覆 E 複合菌 3 共 組 測得咖啡因含量 於市 生豆 2. 五種複合菌 降 咖啡因含量影響 D 複合菌 E 複合菌 C 複合菌 B 複合菌 A 複合菌 3. 不同 酵時間與咖啡因的含量多寡 C 複合菌以直接包覆最 餘四種複合菌都以 酵 3 咖啡因含量最 4. 可降 咖啡因的 6 組 驗中 以 D 複合菌 咖啡鮮果 3 咖啡因含量最 和市 生豆相比降 26% 討論 ( 一 )DPPH 清除力增加不明顯可能原因之一是咖啡萃取液顏色 擾吸 或者複合菌 酵 DPPH 自 清除能力沒 顯著影響 ( ) 碘還原力 較多組高出市 生豆 與 DPPH 清除力 驗結果不同 原因在生豆 驗中 討論過 ( ) 鮮果 時間長短 DPPH 清除力 碘還原力 增加綠原酸含量與降 咖啡因含量 選用不同複合菌 最佳 數各不相同 見 表 液 A 複合菌 B 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 E 複合菌最佳 數 DPPH 清除力第 2~3 或包覆第 2~3 或包覆第 3 第 3 或包覆第 3 或包覆碘還原力第 2 第 3 或包覆第 2 包覆第 1~3 綠原酸含量包覆第 2 第 2 包覆第 1~3 咖啡因含量第 1~3 第 1,3 或包覆包覆第 3 第 3 ( 四 ) 和生豆比較 鮮果需要較長的 酵時間才能改善咖啡品質 原因為鮮果去外果皮後 尚 果膠與 果殼和銀皮 因 複合菌 液無法快 滲入豆子 部產生 學效應 數需要較長 如能克服因 酵 數過長所產生的腐敗或汙 也許適 增加 酵時間能獲得品質更好的咖啡 研究 挑選出 咖啡生豆 和 咖啡鮮果 經各複合菌 酵後 所製 品質最佳的咖啡 以杯測法找出最健康美味的咖啡製程 為讓咖啡杯測結果更為準確 徵求 咖啡相關背景的師長親友 為主要杯測人員 19

21 用的品評方式為 CoE(Cup of Excellence) 國際咖啡杯測 的方法 分 8 大評分 目 每 最 高是 8 分最 是 0 分 加權 36 分 總分 100 分 總分在 70~79 分 為一般較優商業豆 總分 在 80~83.5 分 屬於精品咖啡 總分 84 分以 屬於 CoE 競 級 口護 1999 同時 在問卷 細說明給分標準 見問卷 結果證 杯測員給分標準相當一 一 咖啡生豆 一 選出參加杯測的複合菌 酵咖啡 列 張雷 圖 組 驗數據和市 生豆比較得知 以雷 圖所圍四邊形面積為 總得分 面積愈大得分愈高 共 組得分高於市 生豆 如 表 接著從五種複合菌 各選出一組總得分最高的咖啡豆 色註記 與市 生豆共 組 行品評 咖啡生豆處理方式 DPPH 清除力 % 碘還原力 % 綠原酸含量 mg/100ml 100- 咖啡因含量 mg/100ml 總分 市 生豆 A 複合菌 A 複合菌 A 複合菌 B 複合菌 C 複合菌 C 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 D 複合菌 D 複合菌 E 複合菌 E 複合菌 E 複合菌 A 複合菌處理生豆品質雷 圖 B 複合菌處理生豆品質雷 圖 20

22 C 複合菌處理生豆品質雷 圖 D 複合菌處理生豆品質雷 圖 E 複合菌處理生豆品質雷 圖 官能品評結果 結果 複合菌種類 市 生豆 A 複合菌 B 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 E 複合菌 酵時間 未知 香氣 乾淨 甜 酸質 濃稠 結尾 / 尾韻 均衡 整體評價 加權 36 總分 ( 一 ) 五組生豆以複合菌 酵所得加權 均分數都在 70 分以 均 到一般較優商業豆的等 級 D 複合菌 酵 1 的咖啡豆加權 均分數 精品咖啡等級 ( ) 香氣 只 D 複合菌 酵 1 的香氣和市 生豆得分一樣 餘四組皆 於市 生豆 ( ) 乾淨 部 於市 生豆 ( 四 ) 甜 A 複合菌 B 複合菌 D 複合菌得分高於市 生豆 E 複合菌和 C 複合菌得分 於 市 生豆 21

23 ( 五 ) 酸質 A 複合菌 D 複合菌得分高於市 生豆 B 複合菌 C 複合菌 E 複合菌得分 於市 生豆 ( ) 濃稠 A 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 E 複合菌得分高於市 生豆 只 B 複合菌得分 於市 生豆 ( 七 ) 結尾 / 尾韻 A 複合菌 B 複合菌 D 複合菌 E 複合菌得分高於市 生豆 只 C 複合菌得分 於市 生豆 ( ) 均衡 B 複合菌和 D 複合菌 酵高於市 生豆 餘四組得分皆 於市 生豆 ( 九 ) 整體評價 只 D 複合菌 酵高於市 生豆 餘四組得分皆 於市 生豆 討論 ( 一 ) 複合菌 酵的咖啡豆帶 些許 酵乳的味 氣味較為複雜 因而香氣和乾淨 個 分數皆 於市 生豆 ( ) 甜 方面 組經複合菌 酵 1 的得分明顯高於市 生豆 餘 組 酵 2 和 3 得分較 可能因為 酵時間較長 甜味消失 ( ) 酸質方面 C 複合菌得分最 照研究一結果 綠原酸含量最高 因為酸味過於明顯 而參與杯測人員 酸味明顯的咖啡接受 不高所 ( 四 ) 濃稠 除 B 複合菌外 餘四組均高於市 生豆 原因可能來自於咖啡中的蛋 質醣類等被分解 更為 的分子所 ( 五 ) 結尾 / 尾韻方面 四組高於市 生豆 顯示 酵咖啡的好風味能在口腔中停留更久 ( ) 均衡 是指咖啡各個評 是否均衡 在 一評 得分最高的 D 複合菌 餘評 得分差距均 如 某些評 得分差距較大 也會 均衡 得分偏 ( 七 ) 整體評價方面 酵咖啡 多組在尾韻 濃稠 甜 等 目高於市 咖啡生豆 整體評價卻只 一組得分高於市 生豆 可能原因為大眾更重視咖啡的香味 因 酵咖啡香味特殊 整體評價給分較 ( )C 複合菌的雷 圖所圍面積是市 生豆的 2.15 倍 杯測得分也 較高品質商業豆 因 生豆以 C 複合菌 酵 3 所得之咖啡 是 益 分最高也兼 美味的咖啡 22

24 咖啡鮮果 一 選出參加杯測的複合菌 酵咖啡 方法同咖啡生豆 共選出 色註記的五組 酵咖啡豆 行官能品評 咖啡鮮果處理方式 DPPH % 碘還原力 % 綠原酸含量 mg/100ml 100- 咖啡因含量 mg/100ml 總分 市 生豆 A 複合菌 2 天 A 複合菌 3 天 覆 A 複合菌 (12.97) B 複合菌 3 天 覆 B 複合菌 C 複合菌 1 天 C 複合菌 2 天 (25.88) C 複合菌 3 天 覆 C 複合菌 D 複合菌 1 天 D 複合菌 2 天 D 複合菌 3 天 覆 D 複合菌 E 複合菌 3 天 A 複合菌處理鮮果品質雷 圖 B 複合菌處理鮮果品質雷 圖 C 複合菌處理鮮果品質雷 圖 D 複合菌處理鮮果品質雷 圖 23

25 E 複合菌處理鮮果品質雷 圖 官能品評結果 本次品評特 找出與本研究同品種之台灣咖啡生豆 且 酵過程 烘焙程 養豆時 間皆與 們相近的高價 山 觀麝香蜜咖啡豆 聲稱與印尼麝香貓咖啡口感 85% 相 似 湯子嘉 2014 和 們自製的 酵咖啡一起杯測 結果如 複合菌種類 市 東山生豆 山 觀麝香蜜咖啡 A 複合菌 B 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 E 複合菌 酵時間未知 包覆 3 香氣 乾淨 甜 酸質 濃稠 結尾 / 尾韻 均衡 整體評價 加權總分 結果 以 CoE 杯測標準為 斷依據 ( 一 ) 五組生豆以複合菌 酵 均加權總分都在 70 分以 均 到一般較優商業豆的等級 尤 以 B 複合菌 酵 3 和 D 複合菌包覆 酵的咖啡豆加權 均分數 精品咖啡等級 中又 以 D 複合菌包覆 酵的咖啡豆分數最高 ( ) 香氣 A 複合菌 B 複合菌 D 複合菌 E 複合菌共四組的香氣高於市 生豆 ( ) 濃稠 A 複合菌 C 複合菌 D 複合菌 E 複合菌共四組的濃稠 高於市 生豆 24

26 ( 四 ) 乾淨 甜 酸質 結尾 / 尾韻 均衡 整體評價 個評分細 5 組 酵咖啡皆高於市 生豆 ( 五 ) 聲稱與印尼麝香貓咖啡香味口感 85% 的山 觀麝香蜜咖啡所 得分 杯測結果 於 們自製的複合菌 酵咖啡 ( )D 複合菌包裹 酵的雷 圖所圍面積是市 生豆雷 圖所圍面積的 1.68 倍 杯測得分也最高 因 鮮果以 D 複合菌包覆 酵所得之咖啡 是 益 分最高也最美味的咖啡 討論 從咖啡鮮果摘 經過繁複手續自行製 酵咖啡 杯測總得分高於市 咖啡 細究 可能原因來自於 ( 一 ) 複合菌能 咖啡豆 的蛋 質或醣類 分解 更細微的分子 讓咖啡烘焙時產生更多香氣 乾淨 得分 原因 可能是 們所摘 咖啡豆都經過仔細挑選 果 絕 熟飽 沒 病蟲害 更沒 過熟的 酵豆或 它雜質混入 因 起來純淨無雜味 ( ) 咖啡鮮果經過不同複合菌 酵 歷經複雜反應 因 增加咖啡的濃稠 也讓甘甜香等味 留於口頰之中 久久不散 相 尾韻和濃稠 得分也高於市 咖啡 ( ) 當一組咖啡豆杯測香氣 乾淨 甜 等幾個向 都得到較高的得分時 均衡 與整體評價也會得到好的評價 加權總分也會比市 咖啡豆高 陸 結論 本研究經過多次前 驗建立 驗標準流程後 用本土台南東山咖啡豆 分 以市面容易取得的五種複合菌 行不同時間的 酵 了解咖啡豆 DPPH 自 清除能力 碘還原力和綠原酸 咖啡因含量多寡的變 了以 幾點 現 一 一般民眾可 用以日常隨處可見物品組裝之第 代簡易烘豆機 可以 多少烘焙多少 隨時飲用最美味 營養價值最高的咖啡 同時解決咖啡不易保存的問題 業研究則 用可 溫及 之第四代自製烘焙機 經前 驗確立咖啡豆以複合菌 酵後乾燥 焙 養豆五 後 用細研磨咖啡粉 20g 加水 200mL 以高壓蒸氣式萃取咖啡液 和大學 驗室合作 行後續檢測或 行杯測 25

27 咖啡生豆或鮮果以複合菌 酵 的 驗結果顯示 DPPH 自 清除能力不升反降 可能是咖啡萃取液的顏色影響 驗結果所 四 咖啡生豆或鮮果以複合菌 酵 碘還原力顯著優於市 生豆 部 驗半數以 五 複合菌 咖啡生豆或鮮果 行 酵 共 組綠原酸含量均顯著高於市 生豆 複合菌 咖啡生豆或咖啡鮮果 行 酵 共 五組咖啡因顯著 於市 生豆 七 咖啡生豆以 C 複合菌 酵 3 咖啡鮮果以 D 複合菌直接包覆 酵 能得到最健康美味的 酵咖啡 驗過程中 嘗試以恒溫槽 (37 ) 行複合菌 酵 驗 結果顯示和常溫 酵的效果相同 因 們建議以複合菌 行常溫 酵即可 九 咖啡鮮果保存不易 製作費 且不易取得 經 次研究 現 咖啡生豆經過 酵處理 所提升的 DPPH 自 清除能力 碘還原力 增加綠原酸含量 降 咖啡因的效果不比咖啡鮮果差 可直接 買生豆以更 鬆便利的方式製作優質咖啡 經 業人士杯測結果 酵咖啡品質皆 優質商業豆 中 組豆子更 精品咖啡等級 希望 次研究結果 能 廣 近 蓬勃 展的台灣咖啡產業 使台灣咖啡揚名 外 改善台灣咖啡 農的生活 讓國人以更衛生且經濟 惠的價 品嘗最優質的咖啡 參考資料 一 湯子嘉 (2014) 討複合菌 酵咖啡豆利用不同沖 方式之抗氧 力 未出 的碩士論文 雲林 環球 技大學生物技術研究所 金曉嵐 (2003) 沖 咖啡之製備及咖啡豆炒焙程 抗氧 能力之影響 未出 的碩士論文 台 仁大學食品營養學系 方靜文 (2005) 金銀花活性 分綠原酸之定量研究 未出 的碩士論文 台中 中國醫藥大學中國要學研究所 四 口護 1999 口護的精品咖啡大 台 市 積木出 社 五 國中自然與生活 技 課本 第 章氧 還原反應 頁 康軒文教 業 國中自然與生活 技一 生物課本 第四章生物體的運輸作用 頁 康軒文教 業 26

28 七 中華民國第 50 屆中 學 學展覽會高中組生物 生命 學 作品 --- 蔬果與飲料總抗氧 性活性之研究 中華民國第 47 屆中 學 學展覽會高職組農業及生物 技作品 --- 抗氧 能力測定與應用 九 高雄市第 54 屆國中 學展覽國中組生活應用 學作品 --- 啡常健康 討咖啡的抗氧效力 Shimada, K.; Fujikawa, K.; Yahara, K.; Nakamura, T Antioxidative properties of xanthan on the autoxidation of soybean oil in cyclodextrin emulsion. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 40(6): 一 Trugo, L.C., Macrae, R A study of the effect of roasting on the chlorogenic acid composition of coffee using HPLC. Food Chemistry. 1984, 15(3): Joe Hsu 日 CoE 杯測表歐舍中文 取自 27

29 附件一 28

30 評語 研究咖啡發酵 烘培製程, 比較不同複合菌對於咖啡之 DPPH 碘還原力 綠原酸咖啡因含量之變化與主觀品評分析, 具客觀與主觀評量分析具生活應用價值與經濟利益 研究具生物與製程知識, 主觀客觀評量完備 評語

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預測練習題.doc A 卷 1. 產 品 壽 命 週 期 大 致 可 分 為 初 創 期, 成 長 期, 成 熟 期 和 衰 退 期, 在 初 創 期 新 產 品 要 引 入 市 場 時, 應 採 用 那 種 類 型 的 預 測 方 法 最 適 宜 (A) 時 序 列 分 析 法 (Times-Series Analysis) (B) 因 果 法 (Causal Methods) (C) 定 性 法 (Qualitative

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