HS Geisenheim misst die Elastizität von Kaffeebohnen zur Bestimmung des Röstfortschritts

Energieeffizient und ressourcenschonend: Inline-Prozesskontrolle der Kaffeeröstung

Die Kaffeebohne wird mittels verschiedener Verfahren und über mehrere Prozessschritte gleichsam aus der Kaffeekirsche isoliert. Dabei kann viel falsch gemacht werden. Die grüne Bohne soll einheitlich, unversehrt, frei von Partikeln oder mikrobiellen sowie chemischen Verunreinigungen sein. Interessanter ist natürlich die geröstete Bohne: Sie soll ebenfalls unversehrt sein und vor allem eine gleichmäßige Durchröstung mit dem angestrebten Röstgrad aufweisen, um im Kaffee (-Getränk) das gewünschte Aroma-Profil zu entfalten.

Das Institut für Lebensmittelsicherheit der Hochschule Geisenheim bearbeitet das Projekt in Kooperation mit der Firma Probat aus Emmerich, einem führenden Hersteller von Kaffeeröstanlagen. Die Forscher zeichnen dabei hauptsächlich Veränderungen der Farbe und der mechanisch-elastischen Eigenschaften von Kaffeebohnen während der Röstung inline auf, das bedeutet innerhalb der Maschine und während des Röstens. Die Farbe der Bohnen gibt den oberflächlichen Röstfortschritt wieder. Informationen zum Bohneninneren und damit der Durchröstung liefert ihre Elastizität, die sich während der Röstung verändert und über Schallmessungen unter Nutzung von KI (künstlicher Intelligenz) ermittelt wird. Um gleichsam die Brücke zwischen dem Schallsignal und den elastischen Eigenschaften zu schlagen, wurden Elastizitätsmessungen an Bohnen unterschiedlicher Behandlung und Röstgrad bei Prüfmaschinenhersteller ZwickRoell in Ulm durchgeführt.

Der Grund für diese Herangehensweise liegt auf der Hand: Bisher wird das Röstergebnis der Kaffeebohnen erst nach der Röstung bestimmt. Während der Röstung erfolgt lediglich eine stichprobenartige, visuelle Kontrolle über die Bohnenfarbe. Trotz moderner Prozesstechnik und großer Erfahrung der Röstmeister kommt es daher immer wieder zu Fehlröstungen, „die zum Teil unbrauchbar sind oder aufwendig geblendet werden müssen“, wie Severin erläutert. Teilweise führe dies zu „Kaffee minderer Qualität mit Margenabschlägen“.

Severin: „Unsere akkurate Inline-Prozesskontrolle unter Einbeziehung der tatsächlichen Durchröstung erlaubt hingegen die Produktion von Kaffee der angestrebten sensorischen Qualität ohne Ausschuss. Dadurch und auf Grund der präzisen Prozessführung wird eine wesentliche Reduktion des CO2-Ausstoßes erreicht. Ein Grund, weshalb die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) das Projekt unter dem Namen „Energieeffiziente und ressourcenschonende Kaffeeröstung“ fördert“, so Severin.

Elastizitätsmessung: neue Erkenntnisse zur Kaffeebohnenröstung und -akustik

Für die Prüfungen bei ZwickRoell wurden Kaffeebohnen der Sorten Peru Arabica und India Robusta vermessen, sowohl in ihrem grünen Zustand als auch in verschiedenen Röstgraden und Vorbehandlungen (ungetrocknet, getrocknet, Röstdauer, Rösttemperatur). Die Tests ergaben: Grüne, ungeröstete Kaffeebohnen konnten geradezu zerquetscht werden, ohne ein auffälliges Bruchereignis zu zeigen. Auch Unterschiede zwischen den beiden Kaffeesorten traten deutlich hervor: India Robusta Bohnen erforderten höhere Kräfte für die gleiche Verformung als Peru Arabica Bohnen. Für weitere Untersuchungen wurden beide Kaffeesorten getrocknet, was zeigte, dass sie schneller brachen und weniger elastisch waren als die grünen Bohnen. Am schnellsten brachen jedoch die gerösteten Kaffeebohnen, bei denen zusätzliche Bruchereignisse während der weiteren Verformung beobachtet werden konnten.

„Die Erkenntnisse der Elastizitätsmessungen bieten somit spannende Einblicke in die Interpretation akustischer Phänomene der Kaffeeröstung sowie in die Veränderungen während des Röstprozesses“, resümiert Severin. Ebenfalls ließen sich damit Fragen zu Struktur und dem Röstfortschritt innerhalb der Kaffeebohne beantworten. Diese Zusammenhänge werden in künftigen Untersuchungen weiter erforscht.
Und wie steht der Forscher selbst zum Kaffeegenuss? Severin: „Ich halte es mit Honoré de Balzac, der einst sagte: „Kaffee ist das schwarze Öl, das allein diese phantastische Arbeitsmaschine immer wieder in Gang bringt.“ Abends stelle ich jedoch die Maschine ab und trinke einen guten Rheingauer Riesling“.