本文摘要

最美味的咖啡来自于在煮咖啡前几分钟刚磨碎的整粒咖啡豆。控制研磨条件是至关重要的，因为不正确的研磨会显著影响研磨材料的特性，从而影响咖啡的口味。本文中我们将讨论使用激光衍射来测量咖啡粉的粒径，以及粒径变化对风味释放的影响。

控制咖啡豆的风味

用咖啡豆生产咖啡粉过程的性质会对最终产品的味道产生重大影响。需要考虑的关键因素包括焙烧程度（烘烤时间越长，味道越浓），以及研磨材料的颗粒大小。

为在合理的时间内冲泡出所需的风味，必须对所研磨咖啡颗粒的大小进行控制。如果颗粒大小或太大，那么冲泡可能需要更长时间。研磨到更细的粒径增加了总体颗粒表面积，导致任何风味成分的提取更快速。然而，这也使冲泡过程中提取苦味成分的可能性更大。而过细的磨粉也会更紧密地聚集在一起，在咖啡机中具有更大的防水性，导致在冲泡过程中需要更大的压力推动水通过研磨的咖啡粉，这会再次影响咖啡最终的味道。

咖啡的粒径分析

咖啡的颗粒大小传统上使用基于筛分的方法来测量。虽然筛分提供了一种区分不同研磨粉末的方法，但它既费力又不能准确评估研磨过程中产生的细颗粒数量。正是由于这种技术缺乏解决细颗粒变化的能力，限制了其帮助控制最终产品质量的能力。

上述筛分法的局限性，使激光衍射技术得以被广泛应用用于咖啡粉的粒度分析。激光衍射系统，如Mastersizer 3000，非常容易设置，其方法可以自动提供可靠的结果，而无需用户干预。测量也非常迅速，几秒钟就能提供样品完整的粒径分布。因此，该技术非常适合咖啡生产和质量控制的要求。

图1：不同种类咖啡的粒径分布

通过粒径表征不同咖啡类型

粒径和口味之间的联系可以通过比较不同的预磨咖啡产品的粒径分布来显示。在图1中，对过滤过的、平滑烘焙的和浓缩咖啡的粒径分布进行了比较。

使用配备有Aero S干法分散装置的Mastersizer 3000来表征每个样品。Mastersizer系统的宽动态范围不但使粒径大的颗粒能够被检测（粒度上限高达3.5mm），粒径非常小的细颗粒也同样能被测量。结果表明，浓缩咖啡产品含有大量的细粉，这产生了其特有的苦味口感。随着咖啡颗粒的增大，咖啡的口感会变得更顺滑。

监测咖啡研磨效果

图2展示了使用电动研磨机研磨的咖啡的粒径分布如何随着研磨机间隙设置而变化。图2中编号较小的设置代表较小的磨床间隙，而较大的设置则与较大的磨床间隙有关。所获得的结果表明，Mastersizer 3000系统能够在调整研磨机设置时跟踪粒度的变化。粒径随着间隙尺寸的减小而减小，在最小设置下观察到很大比例的细粒。这些粒径小的微粒将产生一种快速冲制但产生苦味的咖啡，例如意式浓缩咖啡。而较大间隙尺寸生产的粗磨咖啡更适合用作过滤咖啡。

图2：不同研磨设置下的下累积粒径分布图

图3：不同咖啡颗粒大小的冲泡动力学。C是T时刻水相中溶质的浓度，而Ceq是达到平衡时的浓度。（改编自[1]）

粒径和口味之间的关系

颗粒大小、冲泡时间和口味发展之间的联系也可以通过实验来证明。Smith等人[1] 使用光谱技术监测可溶性咖啡化合物注入热水中的变化如何根据咖啡颗粒的大小而变化。所得结果如图3所示，证实减小颗粒粒径可以显著增加冲沏速度。但观察到速度的增加与粒径减小的关系不是线性的。这是因为咖啡的冲泡过程依赖于悬浮液中咖啡的表面积，而表面积本身则根据粒径的平方而增加。

结论

研磨咖啡的粒径是决定冲泡产品最终特性的一个极其重要的参数。在研磨过程中需要小心，以确保所得粒径与所制产品所需的味道特征相匹配。Mastersizer 3000激光衍射系统提供了一种监测咖啡粒径的稳健方法，从而可以更好地控制研磨过程并提高产品的一致性。

参考文献：

[1] A. J. Smith and D. L. Thomas, 'The Infusion of Coffee Solubles Into Water: Effect of Particle Size and Temperature', ExemplarChem 2003