使用近红外傅里叶变换光谱确定咖啡烘焙度的研究

前言在美国每天大约有1亿人喝咖啡，每天在咖啡、牛奶咖啡等上的消费达到180亿美元。随着咖啡在世界的发展，不同国家也有着作者：Justin Lang, PhDLauren McNittCory Schomburg, PhDPerkinElmer, Inc.Shelton, CT使用近红外傅里叶变换光谱确定咖啡烘焙度的研究Near-Infrared Spectroscopy不同风味的咖啡。在大部分地方，咖啡豆都是在当地小农场里种植后卖到市场上，买家会在仔细检查这些咖啡豆后再进行购买和后加工。制作咖啡需要烘焙咖啡豆，不同咖啡豆烘焙度也是不一样的，包括深度烘焙、中等烘焙、轻度烘焙。烘焙师通过听咖啡豆的破裂声或咖啡豆颜色的方法来辨别烘焙度。当烘焙师用破裂声的辨别方法时，有两个明显的声音。第一个破裂声是由于水和二氧化碳气体从咖啡豆中喷出，这表示此时咖啡豆处于轻度烘焙；第二个破裂声是由于咖啡豆中的醋酸纤维素开始断裂，这代表此时咖啡豆处于深度烘焙。本文介绍了使用近红外光谱对咖啡豆和咖啡粉的烘焙度进行快速而简单的检测。

方法一个名为“Cool Beans”的咖啡店提供了自己烘焙到不同阶段的8个咖啡样品。8个不同阶段包括：未烘焙的绿色、白色、早期的棕褐色、后期的棕褐色、进入第一次破裂声、第一次破裂声后、进入第二次破裂声、第二次破裂声后。使用PerkinElmer公司的近红外傅里叶变换光谱仪Frontier和近红外反射附件NIRA II，配合旋转培养皿 盘装载咖啡豆进行扫描。使用咖啡研磨机将咖啡豆研磨成目测大小基表1. 完整咖啡豆原料间的距离分析本相同的颗粒，使用近红外光谱仪扫描，扫描范围10000-4000cm-1，扫描次数32次，分辨率8cm-1。结果建立两种方法分别来检验不同烘焙度的完整咖啡豆样品和研磨咖啡豆样品的谱图是否有区别。使用SIMCA来建立模型，预处理用到基线校正和噪声加权。

注意每个咖啡豆样品与原始未烘焙的绿色咖啡豆之间的分离如何变大。图1A中分离最大的三个气泡是深度烘焙、中等烘焙、轻度烘焙（从左往右），每个都清楚的没有重叠。图1B中可以看到每个气泡都是分离的。图1A中标明的是深度烘焙的咖啡豆，图1B中标明的是未烘焙的绿色咖啡豆。

图2A和图2B是每个咖啡谱图的主成分分析图，从图中可以看出表2中不同烘培度咖啡豆样品的分离情况。图2A中可以看到右边最远的绿色和紫外气泡重叠在一起，但是在图1A和1B中并没有重叠。相反的，图2B中左边较远的气泡（深度烘焙、中度烘焙、轻度烘焙）比在图1A和1B中分离更大。这可能说明尽管完整咖啡豆的数据适用于分析，但是研磨的咖啡豆在不同烘焙度下有更好的分离度。我们可以从图3中明显的看出这个结果，研磨咖啡豆比完整咖啡豆在不同烘焙度下的样品有更好的分离度。

图4是使用前面的方法通过Spectrum Touch软件运行测试一个样品。选择一个未用来建立SIMCA模型的中等烘焙的样品进行测试来识别其材料。模型能够正确的将其归类为中等烘焙。

结论因为各种大公司和小公司都使用不同技术烘焙他们自己的咖啡豆，所以咖啡的种类也很多，因此很难提出一个工业标准来定义烘焙度。近红外提供了一种快速而简单的方法来鉴别烘焙度，并且具有可比性。不管是完整咖啡豆还是研磨咖啡豆，深度烘焙、中度烘焙、轻度烘焙都有明显的差别。使用工作流，公司可以快速检测他们的样品（每个样品少于30秒）来判断样品是否符合所需要的烘焙度