Порошок кофе анализ размера и формы частиц с большим вкусом

Кофейные зерна являются одним из наиболее важных товаров, и, по оценкам, каждый день во всем мире потребляется 1,4 миллиарда чашек кофе. Вкус кофе определяется обжаркой зерен, распределением порошка по размерам, а также типом и качеством приготовления. Различные методы приготовления в процессе заваривания и фильтрации (например, эспрессо-машина, кофе с фильтром или АэроПресс) требуют разного помола кофейного порошка для получения ароматического результата. Когда обжаренные кофейные зерна измельчаются в порошок, определение распределения частиц по размерам играет решающую роль, поскольку оно оказывает значительное влияние на заваривание и фильтрующие свойства и, следовательно, на вкус и полезность напитка.

При приготовлении кофе важно добиться оптимального извлечения ингредиентов, которые растворяются из молотого кофе горячей водой или паром. Чем мельче кофейный порошок, тем больше ингредиентов можно извлечь за более короткий промежуток времени. Если помол не оптимально соответствует продолжительности и температуре процесса заваривания, существует риск того, что кофе будет чрезмерно или недостаточно экстрагирован. Недостаточно экстрагированный кофе (= слишком грубого помола) имеет слабый аромат и водянистый привкус. Переэкстрагированный кофе (= слишком мелкого помола) имеет горький вкус из-за слишком большого количества растворенных компонентов (например дубильные кислоты). Надежно определяя размер частиц, можно добиться воспроизводимого помола для соответствующего процесса приготовления, в результате чего получается кофе с отличным вкусом и сбалансированным ароматом. Из-за высокого содержания масла, широкого распределения частиц по размерам и очень неправильной формы частиц кофейный порошок демонстрирует сложное поведение сыпучих материалов, т. е. частицы имеют сильную тенденцию к агломерации, и порошок трудно разливать или транспортировать. Это должно быть надлежащим образом учтено в механических и оптических методах измерений. Традиционно распределение кофейного порошка по размерам частиц определялось аналитическим рассевом. Однако метод лазерной дифракции все чаще становится стандартным методом. Оба метода имеют определенные ограничения с точки зрения информационного содержания, точности и чувствительности. Кофейный порошок, особенно при использовании в капсулах, очень оптимизирован для соответствующего процесса приготовления и должен соответствовать очень строгим требованиям к качеству. Их часто можно проверить только с помощью методов анализа, который обеспечивает распределение размеров с очень высоким разрешением и одновременно высокую пропускную способность образцов.

Традиционно распределение кофейного порошка по размерам частиц определялось аналитическим рассевом. Однако метод лазерной дифракции все чаще становится стандартным методом. Оба метода имеют определенные ограничения с точки зрения информационного содержания, точности и чувствительности. Кофейный порошок, особенно при использовании в капсулах, очень оптимизирован для соответствующего процесса приготовления и должен соответствовать очень строгим требованиям к качеству. Их часто можно проверить только с помощью методов анализа, который обеспечивает распределение размеров с очень высоким разрешением и одновременно высокую пропускную способность образцов.

Примеры измерений порошкообразного кофе с динамическим анализом изображений, лазерной дифракцией и рассевом

Порошкообразный кофе обычно имеет широкое распределение частиц по размерам с ярко выраженной мелкой и крупной частью. Мелкая фракция составляет менее 200 мкм, крупная фракция может достигать 2 мм. Благодаря запатентованной системе с двумя камерами и полученному в результате очень широкому диапазону динамических измерений CAMSIZER X2 может определять как с высоким разрешением, так и с хорошей статистической надежностью в случае кофейного порошка. Это показано на рисунке 4 на примере кофейного порошка с различным помолом. Во время измерения частицы диспергировали сжатым воздухом образца с помощью картриджа X-Jet (рис. 2) при 80 кПа. Для вибрационной подачи кофейного порошка по загрузочному лотку Microtrac разработала устройства, которые позволяют без проблем подавать для измерения даже при очень плохой текучести кофейного порошка.

Обжарка кофейных зерен влияет на их хрупкость. Молотый кофе из хрупких зерен часто состоит из угловых или заостренных зерен, что приводит к снижению плотности упаковки в уплотненном кофе. Как распределение частиц по размерам, так и форма частиц влияют на насыпную плотность, фильтрующие и экстракционные свойства порошка, а следовательно, и на качество приготовленного кофе. Оба рисунка показывают, что CAMSIZER X2 может использовать анализ изображений для одновременного определения ширины, длины и диаметра, эквивалентного окружности, и вывода каждой из них в виде собственных кривых распределения. Таким образом, одно измерение дает несколько результатов, основанных на трех различных определениях размера частиц. Результаты в отношении этих параметров существенно различаются, что в то же время описывает неправильную форму зерна: для сферических частиц распределения для всех трех определений размера были бы одинаковыми. Для сравнения, результат лазерной дифракции, который предполагает, что частицы имеют сферическую форму, дает только среднее значение по ширине и длине частиц. Таким образом, распределение, полученное с помощью лазерной дифракции, наиболее точно соответствует определению "эквивалентного диаметра круга" при анализе изображений, но с большим диапазоном. В двух примерах медианные значения (d50) хорошо сопоставимы, и то же самое верно для процента мелких частиц < 200 мкм. Таким образом, лазерная дифракция вполне способна достаточно надежно охарактеризовать кофейный порошок. Однако правильное определение крупной фракции затруднено. Поскольку углы дифракции становятся меньше с увеличением размера частиц, это труднее измерить. Таким образом, разрешение приборов неизбежно ухудшается для крупных частиц. Кроме того, небольшое количество крупногабаритных частиц может не генерировать достаточного сигнала для представления в результатах. Это особенно ясно видно в примере на втором рисунке: анализ изображения обнаруживает частицы длиной до 2 мм, результат лазера не показывает частиц > 1200 мкм!

Проблема с ситовым анализом кофейного порошка заключается в связности продукта. Содержание масла неизбежно приводит к образованию комков, прилипанию к обечайке сита и засорению сеток сита. Ниже 200 мкм в любом случае следует использовать воздухоструйный рассев Все это представляет собой большие затраты времени на определение распределения по размерам, которое в конечном итоге включает не более восьми точек данных (= количество используемых сит). Сравнение с динамическим анализом изображений показывает, что данные сита очень хорошо согласуются с определением размера "ширина частиц". Это связано с тем, что в процессе рассева зерна выравниваются таким образом, что они проходят через сито с наименьшей возможной площадью проекции. Поэтому ситовый анализ, как правило, определяет ширину частиц. Далее из этих наблюдений следует, что сравнение между ситовым анализом и лазерной дифракцией вряд ли может быть разумно и надежно достигнуто для частиц неправильной формы, таких как кофейный порошок.