咖啡粉 颗粒粒径粒形分析以获得更丰富的风味

咖啡豆是最重要的商品之一，据估计，全球每天消费 14 亿杯咖啡。咖啡的味道取决于咖啡豆的烘焙、粉末的大小分布以及制备的类型和质量。冲泡和过滤过程中的不同制备方法（例如浓缩咖啡机、过滤咖啡或 AeroPress）需要不同的咖啡粉研磨以获得芳香效果。当烘焙咖啡豆研磨成粉末时，粒度分布的测定起着决定性的作用，因为它对冲泡和过滤特性有重大影响，从而对饮料的味道和健康性有重大影响。

在准备咖啡时，重要的是要以最佳方式提取通过热水或蒸汽从咖啡粉中溶解的成分。咖啡粉越细，在更短的时间内可以提取的成分就越多。如果研磨度与冲泡过程的持续时间和温度不匹配，则存在咖啡萃取过度或不足的风险。萃取不足的咖啡（= 研磨太粗）几乎没有香气和水样。由于溶解成分过多（例如单宁酸），过度萃取的咖啡（= 研磨太细）尝起来很苦。>><<通过可靠地确定颗粒大小，可以为相应的制备过程实现可重复的研磨，从而获得香气均衡的美味咖啡。由于其含油量高、粒度分布广和颗粒形状非常不规则，咖啡粉表现出困难的散装物料行为，即颗粒有很强的结块倾向，粉末难以倾倒或输送。这必须在机械和光学测量方法中得到充分解决。

传统上，咖啡粉的 粒度分布 是通过分析筛分来确定的。然而，激光衍射方法已日益成为标准方法。两种方法在信息内容、准确性和敏感性方面都有一定的局限性。咖啡粉，尤其是用于胶囊或豆荚时，针对相应的制备过程进行了高度优化，并且必须符合非常严格的质量规范。这些通常只能通过成像方法进行检查，成像方法可提供非常高分辨率的尺寸分布，同时具有高样品通量。

使用动态图像分析、激光衍射和筛分对咖啡粉进行测量示例

Coffee powder typically has a broad particle size distribution with a pronounced fine and coarse part. The fine fraction is less than 200 μm, the coarse fraction can reach up to 2 mm.

Thanks to the patented two-camera system and the resulting very wide dynamic measuring range, the CAMSIZER X2 can determine both with high resolution and good statistical reliability in the case of coffee powder. This is shown in Figure 4 using the example of coffee powder with different grinds.

During the measurement, the particles were dispersed with compressed air in the X-Jet sample feed module (Fig. 2) at 80 kPa. For the vibratory feeding of the coffee powder on a dosing chute, Microtrac developed devices that allow problem-free feeding for measurement even with very poorly flowing coffee powders.

咖啡豆的烘烤会影响它们的脆性。由脆豆制成的研磨咖啡通常由有棱角或尖锐的颗粒组成，这会导致压实咖啡的包装密度降低。粒度分布和颗粒形状都会影响粉末的堆积密度、过滤和提取特性，从而也会影响制备咖啡的质量。

两张图都表明，CAMSIZER X2 可以使用图像分析同时确定宽度、长度和圆当量直径，并将每个输出为自己的分布曲线。因此，一次测量会根据粒度的三种不同定义产生多个结果。这些参数的结果差异很大，这同时描述了不规则的颗粒形状：对于球形颗粒，所有三个尺寸定义的分布都是相同的。

相比之下，激光衍射的结果假设粒子是球形的，仅提供粒子宽度和长度的平均值。因此，通过激光衍射获得的分布与 ”圆等效直径”图像分析的定义，但跨度更大。在这两个示例中，中值 （d50） 具有很好的可比性，罚款百分比 <200 微米。因此，激光衍射非常能够合理可靠地表征咖啡粉。

然而，正确检测粗馏分是很困难的。由于衍射角随着颗粒尺寸的增加而变小，因此更难测量。因此，对于大颗粒，仪器的分辨率不可避免地会变得更差。此外，少量的超大颗粒可能无法产生足够的信号来表示在结果中。

这在第二张图的示例中尤为明显：图像分析发现长达 2 mm 的颗粒，激光结果未显示任何颗粒 >1200 微米！

咖啡粉的筛分分析问题是产品的内聚性。含油量不可避免地导致结块、粘附在筛架上和筛网堵塞。低于 200 μm，在任何情况下都应使用空气喷射筛分。

所有这些都代表了确定最终包含不超过 8 个数据点（= 使用的筛子数量）的粒度分布的高时间消耗。与动态图像分析的比较表明，筛分数据与尺寸定义 ”粒子宽度“。

这是因为在筛分过程中，颗粒以尽可能小的投影区域穿过筛子。因此，筛分分析倾向于确定颗粒宽度。从这些观察结果进一步得出，对于形状不规则的颗粒（如咖啡粉），很难合理可靠地实现筛分分析和激光衍射之间的比较。