蓋森海姆大學透過測量咖啡豆的彈性以測定烘焙程度
個案探討
- 客戶： 蓋森海姆大學 – 食品安全研究所
- 地點：德國蓋森海姆（Geisenheim）
- 產業： 食品學術界
- 主題： 在烘焙過程開始時以及烘焙的過程中測量咖啡豆彈性
蓋森海姆大學 – 食品安全研究所
蓋森海姆大學食品安全研究所
Geisenheim 大學食品安全研究所提供各種學士與碩士學位課程，專門從事食品的開發、生產與品保。 目前約有 1,700 人正在 Geisenheim 大學學習實作課程。大學研究活動的重點是應用研究和基礎研究。該大學以其葡萄栽培和釀酒學課程而聞名。此外，它還提供了園藝和景觀設計相關課程。該研究機構在所有項目中都非常重視永續性。
Hans Gerd Severin 博士正在 Geisenheim（蓋森海姆大學）食品安全研究所 Bernd Lindemann 教授的指導下進行他的第二篇論文。他專門研究德國人最喜歡的飲品：咖啡。
無論是濃縮咖啡、手沖咖啡或卡布奇諾，咖啡都是歐洲乃至世界各地最受歡迎的飲品之一。 根據 Statista，盧森堡是歐洲咖啡消費量最高的國家：2022年，人均銷量約為十公斤。 在德國，Statista 指出每人的咖啡消耗量為 4.8 公斤。在這裡，它也是最受歡迎的飲料，甚至領先啤酒和礦泉水。 Severin 專門研究咖啡豆在烘焙過程中的變化。 在德國聯邦環境基金會的資助下，他正在研究一種創新方法，以追蹤並精確控制咖啡的烘焙過程。
任務
節能且節省資源：咖啡烘焙的線上流程控制
使用不同方法與數個步驟將咖啡豆從咖啡果中分離出來以完成此過程，在這個過程中可能會有錯誤或問題出現。生豆應均勻、無破壞且無微粒，也不受微生物與化學污染。烘焙後的豆子當然也更佳有趣：它應該完整無缺，最重要的是應均勻烘焙至必要程度，才能在咖啡（相關飲品）中產生所期待的香氣特性。
蓋森海姆大學食品安全研究所正與 Emmerich 主要的咖啡烘焙系統製造商 Probat 合作進行此專案。 研究人員主要記錄線上烘焙過程中（即機器內部與烘焙過程中）咖啡豆的顏色與機械彈性特性的變化。 咖啡豆的顏色反映了其表面的烘焙程度。咖啡豆的彈性在烘焙過程中會產生變化，並透過 AI（人工智慧）聲音測量測定，以提供咖啡豆內部以及烘焙過程中的資訊。為減少聲音訊號與彈性特性之間的差距，在德國烏爾姆（ Ulm ）的試驗機製造商 ZwickRoell 對不同處理與烘焙程度的咖啡豆進行彈性測量。
採取此種方法的原因顯而易見：目前為止咖啡豆的烘焙結果只在烘焙後被測定。 烘焙過程中，只對豆子的顏色進行隨機目視檢查。 儘管有現代製程技術且烘焙師經驗豐富，但烘焙錯誤仍時常發生，Severin 解釋：「其中一些無法使用，或必須以高成本的方式進行混豆」。 在某些情況下，這導致「次等品質的咖啡，利潤降低。」
如 Severin 所言： 「我們正確的線上製程控制，包括實際的烘焙過程，讓我們製造的咖啡品質符合期望，且無需拒絕不良品。藉由這點與正確的製程控制，我們可大幅減少碳排。這是德國聯邦環境基金會 (DBU) 資助「節能和資源節約型咖啡烘焙」計畫的原因之一，Severin 說道。
ZwickRoell 解決方案
咖啡豆的測量： zwickiLine 隨時提供支援
測量過程中，科學家們遭遇諸多挑戰，因為天然咖啡豆有相當大的變異特性，尤其是烘焙後的咖啡豆具有極其不同的結構，並且很難在表面積與長度方面予以標準化。 此外，無法測定統一的試樣幾何形狀，也無法夾持咖啡豆。 儘管有這些限制，為得出可靠的結論，ZwickRoell 的科學家們進行了大量的測量，他們選擇大小適中的咖啡豆，並將它們水平排列於測試模具之間。
因此，Severin 與他的研究夥伴能夠確認這種方法，這是藉由測量秘魯阿拉比卡與印度羅布斯塔咖啡品種，它們不僅大小不同，也經過不同的預先處理。 已測定咖啡豆的彈性特性明顯來自咖啡種類、預先處理方式與烘焙條件。 使用 ZwickRoell 的 zwickiLine Z5.0 以及容易操作的可攜式單柱試驗機完成測量。測量週期中，此機器自動運行並以數位方式記錄數據。 機器控制系統的螢幕上同時評估並顯示測量曲線。
測試結果
彈性測量：咖啡豆烘焙和聲學的新發現
ZwickRoell 的測試對秘魯阿拉比卡與印度羅布斯塔品種的咖啡豆進行測量，包括生豆狀態以及不同程度的烘焙與預先處理（未乾燥、乾燥、烘焙持續時間、烘焙溫度）。 測試結果顯示：未烘焙的生豆壓碎時，幾乎不會出現明顯破損。 兩種咖啡間的差異也相當明顯：對於相同程度的變形，印度羅布斯塔豆需要的力量高於秘魯阿拉比卡豆。 為進一步測試，兩種類型的咖啡豆都經過乾燥，結果顯示它們比生咖啡豆更容易破裂，彈性更低。 然而最快破裂的是烘焙後的咖啡豆，在進一步變形過程中還能觀察到額外的破裂細節。
Severin 總結：「彈性測量的發現結果令人興奮，可用來解釋咖啡烘焙中的聲學現象以及烘焙過程中的變化。」 它也可用來回答咖啡豆內部結構與烘焙程度相關的問題。 未來的研究將進一步探討這些相關性。
研究人員本身如何看待咖啡消費？ Severin：「我同意 Honoré de Balzac 的觀點，他曾說過：「咖啡就像潤滑油一樣，總是能讓一台神奇的機器恢復正常運轉。」然而，晚上我會關掉機器，享受一杯美味的「Rheingau Riesling」。
食品安全研究所配備最先進的實驗室
