使用激光衍射测量咖啡粉的粒度分布

最佳的咖啡口感来自新鲜研磨的全咖啡豆,并在研磨后数分钟内冲泡。 对研磨条件的控制至关重要,因为研磨不当会显著影响咖啡的口感。

简介

最佳的咖啡口感来自新鲜研磨的全咖啡豆,并在研磨后数分钟内冲泡。 对研磨条件的控制至关重要,因为研磨不当会显著影响研磨咖啡粉的性质,从而影响咖啡的风味。 在此就使用激光衍射测量咖啡粉的粒度进行了讨论,并探讨了粒度变化对风味释放的影响。

控制咖啡风味

从咖啡豆生产咖啡粉的过程本身会显著影响最终产品的口感。 需要考虑的关键因素包括烘焙度与研磨咖啡粉的粒度,其中较长的烘焙时间可以产生更强烈的口感。 必须对粒度加以控制以确保在合理时限内进行冲泡时能够获得预期的风味。 如果粒度过大,冲泡可能需要更长时间。 研磨至较细的粒度会增加总体颗粒表面积,导致风味组分被更快地萃取出来。 然而,冲泡时苦味组分的萃取也会更容易。 极细研磨咖啡粉也会更加紧密地挤压在一起,在咖啡机中形成更大的抗水性。 这导致冲泡咖啡时需要更高的压力来推动水通过咖啡粉,从而对最终口感造成影响。

粒度分析

通常使用基于筛板的方法来测量咖啡粉粒度。 虽然筛板提供了一种区分不同咖啡粉的方法,但是非常费时费力并且无法提供研磨时产生的细小咖啡粉颗粒的准确评价信息。 由于缺乏分辨上述细粒级咖啡粉变化的能力,这种技术的应用能力受到了限制,无法帮助控制最终产品的质量。

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考虑到筛板的限制,激光衍射已经成为普遍认可的研磨咖啡粉表征技术。 激光衍射系统(如 Mastersizer 3000)的安装设置极其简单,可实现方法自动化,提供可靠结果而无需用户一直操作。 并且测量快速,可在数秒内提供完整的粒度分布。 因此,该技术可充分满足生产和质量控制的要求。

图 1:不同种类咖啡的粒度分布。
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表征不同种类咖啡

粒度和口感之间的关联可以通过比较研磨前不同咖啡产品的粒度分布来体现。 在图 1 中,对 Filter(滤泡式)、Smooth Roast(柔和烘焙式)以及 Espresso(意式浓缩)咖啡的粒度分布进行了比较。 使用配备了 Aero S 干粉分散装置的 Mastersizer 3000 对每种样品进行了表征。 Mastersizer 系统宽广的动态范围允许检测非常大的颗粒物(最大粒度值 3.5 mm),同时也可以对极细颗粒物的含量进行评估。 结果显示意式浓缩产品包含最为精细的咖啡粉,因此可以产生独特的苦味。 随着咖啡粒度的增加,产生的口感也逐渐顺滑。

监控咖啡研磨

图 2 显示了使用电动研磨器所得的研磨咖啡粉的粒度分布作为研磨器缝隙设置的函数如何发生变化。 在此例中,较小的数字编号设置与较小的研磨器缝隙相关,而较大的数字编号设置与较大的研磨器缝隙相关。 所得结果显示了当研磨器设置调整后,Mastersizer 3000 系统追踪粒度变化情况的能力。 随着缝隙尺寸减小,粒度减小。在最小缝隙设置时可以观察到细微颗粒所占比例最大。 这些细微颗粒预期可形成更易冲泡的咖啡,但会产生些许苦味,如意式浓缩咖啡。 较大的缝隙尺寸会产生较粗的咖啡粉,更加适合用作滤泡式咖啡。

图 2:不同研磨设置的累积筛下分布。
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图 3:不同咖啡粒度的浸泡动力学。 C 为时间 T 时水相中的溶质浓度,其中 Ceq 为达到平衡时的浓度。 改编自 [1]。
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将粒度与口感相关联

还可通过试验展示粒度、冲泡时间和口感开发之间的联系。 Smith 等人 [1] 使用光谱技术来监测可溶性咖啡化合物在热水中的冲泡情况如何随咖啡粉粒度发生改变。 所得结果如图 3 所示,证实了减小粒度可以显著提高浸泡速度。 观察到的增加值与粒度的减小为非线性关系。 这是因为冲泡过程依赖于悬浮状态下咖啡的表面积,而表面积的增加与粒径的平方成正比。

结论

研磨咖啡的粒度是决定冲煮类产品最终特性的关键参数。 产品制备时,需要小心研磨咖啡以确保获得的粒度与期望的口感相匹配。 Mastersizer 3000 激光衍射系统可以提供可靠的方法以便监控咖啡的粒度,从而更好地控制研磨过程并提高产品一致性。

参考文献:

[1] A. J. Smith and D. L. Thomas, "The Infusion of Coffee Solubles Into Water: Effect of Particle Size and Temperature", ExemplarChem 2003

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