盖森海姆大学测量咖啡豆的弹性以确定烘焙过程
案例学习
- 客户： 盖森海姆大学 – 食品安全研究所
- 地点：德国盖森海姆
- 行业： 食品，学术领域
- 主题： 咖啡豆在烘焙开始时和烘焙过程中的弹性测量
盖森海姆大学 – 食品安全研究所
盖森海姆大学食品安全研究所
盖森海姆大学食品安全研究所提供各种本科和硕士学位课程，专门研究食品的开发、生产和质量保证。目前约有1,700人在盖森海姆大学学习以实践为导向的课程。该大学的研究活动主要集中在应用性和基础性研究上。这所大学以其在葡萄栽培和葡萄酒酿造方面的课程而闻名。此外，该大学还提供园艺和景观结构设计的课程。该研究机构在其所有项目中都非常重视可持续性。
Hans Gerd Severin博士正在德国盖森海姆大学食品安全研究所在Bernd Lindemann教授（博士）的指导下完成他的第二篇博士论文。他专门研究德国人最喜爱的饮品：咖啡。
无论是浓缩咖啡、过滤咖啡还是卡布奇诺 - 咖啡都是欧洲乃至全世界最受欢迎的饮品之一。根据Statista的数据，卢森堡是欧洲咖啡消费量最高的国家：2022年，人均销售额约为每人10公斤。在德国，根据Statista的数据，咖啡的人均消费量为4.8 kg。在这里，咖啡也是最受欢迎的饮品，甚至超过了啤酒和矿泉水。Severin博士专门研究咖啡豆在烘焙过程中的变化。在德国联邦环境基金会的资助下，他正在研究一种跟踪和精确控制咖啡烘焙的创新方法。
任务
节能且节约资源：咖啡烘焙的在线过程控制
咖啡豆是从咖啡果中分离出来的，需通过各种方法和多个步骤才能完成整个过程，在这个过程中可能会犯错，事情也可能会出错。绿咖啡豆应该均匀、无损伤，且没有颗粒或微生物和化学污染。当然，烘焙过的咖啡豆更加有趣：其也应该完整无损，最重要的是，必须均匀地烘焙到理想的程度，才能在咖啡（饮料）中形成理想的风味特征。
盖森海姆大学食品安全研究所正在与来自埃梅里希的咖啡烘焙系统领先制造商Probat公司合作开展此项目。研究人员主要记录在线烘焙过程中咖啡豆颜色和机械弹性特性的变化，即在试验机内部和烘焙过程中的变化。咖啡豆的颜色反映了表面烘焙的进度。咖啡豆的弹性在烘焙过程中会发生变化，这种变化通过使用AI（人工智能）进行声音测量来测定，从而提供有关咖啡豆内部以及整个烘焙过程的信息。为了弥合声音信号和弹性特性之间的差距，德国乌尔姆的试验机制造商ZwickRoell对不同处理和烘焙程度的咖啡豆进行了弹性测量。
采用这种方法的原因显而易见：到目前为止，咖啡豆的烘焙结果只能在烘焙后测定。在烘焙过程中，只对咖啡豆的颜色进行随机的目视检查。尽管有现代的工艺技术和顶级烘焙师们丰富的经验，但烘焙错误仍然经常发生，“其中一些咖啡豆无法使用，或者需要以高昂的成本进行混合，”Severin解释道。在某些情况下，这会导致“咖啡质量低劣，利润减少。”
Severin说：“我们精确的在线过程控制，包括实际的烘焙过程，使我们能够生产出理想感官品质的咖啡，而无需拒绝任何产品。由于这一点以及精确的过程控制，我们能够显著减少CO2排放。这就是德国联邦环境基金会(DBU)以‘高效节能和资源节约型咖啡烘焙’的名义资助此项目的原因之一，”Severin说道。
ZwickRoell解决方案
咖啡豆的测量： zwickiLine随时提供支持
在测量过程中，科学家们遇到了许多挑战，因为天然产品（咖啡豆）的特性存在很大的变化：咖啡豆，尤其是烘焙后的咖啡豆，具有极其不均匀的结构，在表面积和长度方面很难实现标准化。此外，无法对均匀的试样几何形状进行测定，也无法夹持咖啡豆。尽管存在这些限制，但为了得出可靠的结论，ZwickRoell的科学家们进行了大量的测量，他们选择中等大小的咖啡豆，并将其水平排列在试验模具之间。
因此，Severin与他的合作研究人员能够通过对秘鲁阿拉比卡和印度罗布斯塔咖啡品种进行不同预处理和尺寸测量的方式来证实这一方法。结果表明，咖啡豆的弹性特性显然与咖啡品种、预处理和烘焙条件有关。测量采用ZwickRoell的zwickiLine Z5.0进行，这是一种易于操作的便携式单立柱试验机。此试验机会自动执行测量循环，并以数字方式记录数据。同时在试验机控制系统的监控器上进行测量曲线的评估与显示。
结果
弹性测量：关于咖啡豆烘焙与声学的新发现
在ZwickRoell进行的试验中，测量了秘鲁阿拉比卡和印度罗布斯塔品种的咖啡豆，包括它们在绿色状态以及经过不同程度的烘焙和预处理（未干燥、干燥、烘焙时长、烘焙温度）后的测量。测试结果显示：未经烘焙的绿咖啡豆在几乎被压碎时不会显示出明显的破裂痕迹。两种咖啡之间的差异也很明显：要达到相同的变形程度，印度罗布斯塔咖啡豆比秘鲁阿拉比卡咖啡豆需要更大的力。为了进一步测试，两种咖啡豆都经过了干燥处理，结果显示它们比绿咖啡豆更容易破裂且弹性更小。然而，最容易破裂的是烘焙后的咖啡豆，在进一步变形的过程中，可以观察到更多破裂细节。
“因此，弹性测量的发现为解释咖啡烘焙过程中的声学现象以及烘焙过程中的变化提供了令人兴奋的见解，”Severin总结道。这些发现还可以用来解答关于咖啡豆内部结构和烘焙过程的问题。这些相关性将在未来的研究中进一步调查。
研究人员本人对咖啡消费有何看法？Severin：“我同意Honoré de Balzac的观点，他曾经说过：“咖啡本身就是黑色的油，总是能让这台神奇的工作机器重新运转起来。”然而，到了晚上，我会关掉这台机器，更喜欢来一杯美味的莱茵高雷司令葡萄酒。”
食品安全研究所设备最先进的实验室
