實驗

我們比較了咖啡粉的可壓縮性、壁面摩擦力、封閉流能、內(nèi)聚力和流動功能，以了解咖啡粉在料斗、配料、搗碎和成球等各種工藝中的行為。

研磨游戲：

比較中度烘焙咖啡的粗磨和細(xì)磨

我們在掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察了中度烘焙咖啡粉的細(xì)磨粉和粗磨粉。細(xì)磨咖啡粉的顆粒更小、更均勻，表面更光滑，孔隙更少；粗磨咖啡粉的表面更粗糙、更不規(guī)則，孔隙也更明顯(見圖1)。

圖1：a)細(xì)磨和

b)粗磨中度烘焙咖啡粉的SEM圖像

壁面摩擦力的作用

壁面摩擦力測量的是粉末開始在表面上滑動的角度。圖2顯示，與粗磨咖啡相比，細(xì)磨咖啡與不銹鋼的壁面摩擦角更大。

圖2：中度烘焙咖啡粉細(xì)磨和粗磨的壁面摩擦角

可壓縮性和定量/填充

我們觀察到，細(xì)磨咖啡的可壓縮性顯著高于粗磨咖啡(見圖3)。這種可壓縮性的增加會影響定量和灌裝過程，因為細(xì)磨咖啡粉會壓實得更緊密，需要精確控制以確保定量一致。較高的可壓縮性意味著細(xì)磨粉更易沉降，這可能導(dǎo)致咖啡配量出現(xiàn)偏差。

圖3：中度烘焙咖啡粉細(xì)磨和粗磨的可壓縮性

如果細(xì)磨咖啡粉的可壓縮性明顯高于粗磨咖啡粉，這會對咖啡的填壓和沖泡過程均產(chǎn)生影響。細(xì)磨粉的可壓縮性更強，在壓力作用下會緊密堆積，形成密度更大的粉餅。此外，細(xì)磨粉的可壓縮性較高，會減緩水流速度，增加接觸時間，并可能導(dǎo)致過度萃取，從而使咖啡嘗起來帶有苦味。相反，粗咖啡粉的可壓縮性較低，水流速度較快，接觸時間較短，通常能沖泡出更清淡、口感更均衡的咖啡。

填壓：受限流動能和壓縮

填壓或粉餅成型過程中的粉體運動會受到受限流動能的影響。受限流動能的結(jié)果揭示了一個有趣的規(guī)律：對于粗磨咖啡，受限流動能隨著轉(zhuǎn)子速度的增加而增加，而對于細(xì)磨咖啡，受限流動能則隨著速度的增加而減少(見圖4)。

圖4：中度烘焙咖啡粉細(xì)磨和粗磨的受限流動能

沖泡：流動方程和內(nèi)聚力

隨后，我們比較了細(xì)磨咖啡和粗磨咖啡的流動方程和內(nèi)聚力(見圖5)。正如所預(yù)期的那樣，細(xì)磨咖啡的流動性較低，內(nèi)聚力較高。細(xì)磨咖啡粉的流動方程處于內(nèi)聚區(qū)(流函數(shù)數(shù)值在0到4之間)，而粗磨咖啡粉則處于易流動區(qū)(流函數(shù)值在4到10之間)。流函數(shù)較低表明細(xì)磨粉的流動阻力更大，而內(nèi)聚力較高則表明顆粒之間的粘連越強。這些特性會影響沖泡過程，進(jìn)而導(dǎo)致萃取效率和咖啡風(fēng)味的差異。

圖5：中度烘焙咖啡細(xì)粉和粗粉的剪切試驗結(jié)果

(固結(jié)應(yīng)力9000Pa)

剪切流動試驗通過對粉床施加一系列固結(jié)應(yīng)力，并測量流動起點的剪切應(yīng)力，來測量內(nèi)聚力和流動方程。內(nèi)聚力反映了粉末的內(nèi)部強度，而流動方程則描述了固結(jié)應(yīng)力和內(nèi)聚強度之間的關(guān)系。圖6顯示，隨著固結(jié)應(yīng)力的增加，細(xì)粉的流動方程會上升。這種上升可能是由于顆粒間的相互作用和致密化增強，導(dǎo)致其從內(nèi)聚流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢鲃訝顟B(tài)。

圖6：在固結(jié)應(yīng)力不斷增加的情況下，

中度烘焙咖啡粉細(xì)磨的剪切單元結(jié)果

烘焙試驗：

探索中度和深度烘焙咖啡的粗研磨

圖7中的掃描電鏡(SEM)圖像顯示，由于咖啡豆在烘焙過程中發(fā)生膨脹，深度烘焙咖啡粉的孔隙率通常更高。這種孔隙率的增加在SEM圖像中表現(xiàn)為孔隙更大、更多(圖7b)。相比之下，中度烘焙的咖啡粉孔隙更少、更小(圖7a)。

圖7：a)中度烘焙咖啡粉和

b)深度烘焙咖啡粉粗磨的掃描電鏡圖像

在比較中度烘焙咖啡和深度烘焙咖啡的可壓縮性時，深度烘焙咖啡豆由于烘焙時間較長，孔隙較多，脆性較大，因此表現(xiàn)出較高的可壓縮性，使咖啡粉更容易壓實。中度烘焙咖啡豆保留了更多的結(jié)構(gòu)和水分，脆性和可壓縮性較低(見圖8)。

圖8：中度和深度烘焙咖啡粗粉的可壓縮性

在圖9中，我們觀察到深度烘焙咖啡的受限流動能稍高，這可能是由于其形狀更不規(guī)則(如SEM圖像所示)以及表面含油量增加所致。

圖9：中度和深度烘焙粗磨咖啡的非受限流動能

結(jié)語

從咖啡豆到?jīng)_泡的過程，是一次對咖啡粉流變學(xué)的奇妙探索。無論是精磨還是粗磨、中度烘焙還是深度烘焙，它們的特性都會使咖啡風(fēng)味和口感有所不同。從細(xì)磨咖啡粉的光滑表面到深烘焙咖啡粉的多孔性質(zhì)，每一個細(xì)節(jié)都至關(guān)重要。所以，下次品嘗咖啡時，不妨回想一下咖啡沖泡背后的科學(xué)原理。盡情享受咖啡沖泡的樂趣吧！

Discovery Core流變儀

集合廣泛測量與簡化操作的

經(jīng)濟(jì)型流變儀

作為目前業(yè)內(nèi)將廣泛的黏度和黏彈性測量與簡化的易用性相結(jié)合的系統(tǒng)，Discovery Core流變儀是從事產(chǎn)品開發(fā)、分析支持和質(zhì)量控制的實驗室的理想之選，可廣泛應(yīng)用于電池、制藥、油漆和涂料、食品、個人護(hù)理產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。

全新的RheoGuide™用戶界面可直接通過觸摸屏進(jìn)行完整操作，每一步均附有指示、說明和驗證。無論您是流變學(xué)新手，還是要升級質(zhì)量控制測試或擴展能力以滿足不斷增長的需求，Discovery Core流變儀均可幫助您的實驗室深入了解材料的行為并實現(xiàn)您的目標(biāo)。

Discovery HR系列混合型流變儀是TA儀器的明星產(chǎn)品之一，具有高靈敏度、簡單易用、功能多樣等特點，可滿足嚴(yán)苛的應(yīng)用需求，且不需要用戶接受大量培訓(xùn)即可熟練操作。