速溶咖啡、研磨咖啡和咖啡豆的质地分析与流动性

咖啡是世界上交易量最多的农产品之一。根据Statista的数据，2020年全球咖啡市场收入将达到448亿美元，预计到2025年将以每年5％的速度增长。

它以多种不同的形式到消费者手中，从咖啡店里的拿铁到速溶咖啡。但在超市货架上以咖啡豆、研磨咖啡和速溶咖啡三种形式为主。本次文章介绍了制造商用于寻找最佳冲煮过程中使用的质地分析技术。

速溶咖啡

速溶咖啡有颗粒状和粉末状两种，尽管其味道永远无法与传统咖啡相媲美，与咖啡豆和研磨咖啡相比还是具有部份优势。例如冲泡快速又干净（无需清理）、减轻运输重量和体积并具有较长的保质期。

大多消费者偏爱的速溶咖啡特性为溶解速度快、流动性高没有结块，并且颗粒在运输过程中保持其形状，避免罐子底部有较多破碎颗粒和细粉而被认为质量较低。

如今，消费者对健康、功能性食品的需求正在迅速增长，因为每天有数百万人饮用咖啡。萨格勒布大学（Zagreb University）发表这项研究的目的是配制浓缩速溶咖啡粉，并评估储存时间、功能成分和包装材料对混合物的物理及感官特性的影响。

他们使用Powder Flow Analyser（PFA）评估得到包装材料的变化对咖啡的内聚性有明显的影响，这将影响消费者对产品满意度和购买意愿。

PFA也可以用于测量速溶咖啡结块性和速度的相关性，它是食品工业所有领域很受欢迎的配件，因为它可以准确又客观地测试添加剂、混合物和成品，来帮助制造商避免典型的问题，例如添加剂的批次和来源变化、存储过程中的结块性、料斗中产生的架桥以及生产过程中的粘连性。

速溶咖啡的新配方正在不断研发。在Symrise发布的一项专利中使用一种新方法来制造具有较大粒径且无粉尘的稳定干燥粉块，且能够保有活性成分和调味剂，速溶咖啡被指定为此方法的一个例子，并以作者定义的等级测量速溶咖啡的流动性。

另外克罗地亚的一个研究小组使用PFA来测量卡布奇诺咖啡粉在储存期间的物理性质，在卡布奇诺咖啡粉中咖啡粉与糖、奶粉以及不同的乳化剂和抗结块剂混合，并将样品储存4个月，每月进行一次粉末流动分析。内聚性与结块强度之间呈正相关关系（内聚性上升使结块强度上升）。

华盛顿州立大学（Washington State University）的研究人员使用另一种方法来测量速溶咖啡的特性，压缩测试已被证明不仅是表征磨损特性的有效方法，而且可以很好的描述粉末流动性，这项研究的目的是探讨颗粒大小和水分活度对附聚粉末（包括速溶咖啡）压缩特性的影响。

将每个样品置于圆柱压缩容器中，并使用SMS质构分析仪和圆柱型探头进行压缩，发现粒径在压缩测试中具有明显的影响，因为粒径越大粉层空隙越大更容易被压缩，低水分活度的样品更容易被压缩，但是在所有测试中改变水分活度不会显着影响压缩特性。

研磨咖啡

为了制备咖啡饮品，将烘焙过咖啡豆中的成分萃取分散到水中。因此，在控制萃取和分散过程中降低咖啡豆的粒度非常重要，咖啡研磨的粗细度会直接影响萃取时间长短以及萃取率高低。如咖啡磨得愈细，粉层愈密实，有较多的咖啡粉粒与热水接触，萃取阻力加大，愈易延长萃取时间，并拉升萃取率，很容易萃取过度。反之，咖啡磨得愈粗，粉层空隙愈大，有较少的咖啡粉粒与热水接触，萃取阻力转弱，愈不易延长萃取时间，而降低萃取率，很容易萃取不足。因此，咖啡磨得愈细，会延长萃取时间并拉升萃取率，咖啡磨得愈细，会缩短萃取时间并压低萃取率。

因此埃尔吉耶斯大学（Erciyes University）发布一项研究咖啡粉的烘焙程度和颗粒大小与流动特性的关系。

由于颗粒(粉末)在灌装过程中容易出现结块而堵塞的状况，因此确保研磨咖啡到达客户手中时具有良好的流动性是非常重要的。

考虑到影响流动性的原因，他们使用PFA来表征其咖啡样品的流动行为，如评估内聚性、结块强度和粉末流动速度相关性（PFSD）数据。结果中表明研磨中、粗的颗粒咖啡样品不易结块，而细磨的样品则容易结块。在这些样品中，只有粒径较大的咖啡才具有稳定的流动性。

咖啡豆

烘焙是咖啡加工中最重要的步骤，会引起明显的化学、物理、结构和感官变化。在此过程中，根据最终产品所需特性，将咖啡豆在240°C下进行不同时间的烘焙，在烘焙过程中使它们失去强度和韧性变得更易碎。研磨过程必须具有一定程度的脆性，然而研磨咖啡的均匀性部分取决于咖啡豆的脆性，这会影响最终冲煮咖啡中可溶性固形物的萃取。

乌迪内大学（Udine University）进行的研究，目的是评估在170°C、200°C和高产量条件下，影响烘焙咖啡豆力学特性的因素（例如密度和水分），为了区分烘焙（密度和水分都发生变化）与单独除水带来的影响，还对咖啡豆样品在复水温度（90-105°C）下进行了热处理。

对单个豆子进行压缩试验，并根据力-距离图测量断裂力、断裂应变和断裂功。结果表明，烘焙高产咖啡豆的脆性与水分流失、组织结构变化和密度降低有关。