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Durch die kontinuierliche Analyse gerösteter Kaffeebohnen können Röstereien ihre Rösteinstellungen verbessern, was zu einer höheren Energieeffizienz und konsistenteren Endprodukten führt. Der Röstgrad beeinflusst nicht nur den Geschmack, auch der Koffeingehalt kann sich verändern. Herkömmliche Analysemethoden wie HPLC (Hochleistungsflüssigkeitschromatographie) zur Bestimmung der Koffeinkonzentration erfordern technische Kenntnisse und chemische Reagenzien und benötigen mehrere Minuten bis Stunden, um die Ergebnisse zu erhalten.

Im Gegensatz dazu ist die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) eine schnelle und chemikalienfreie Alternative zur Koffein-, Wasseraktivitäts- und Feuchtigkeitsanalyse in gerösteten Kaffeebohnen und gemahlenem Kaffee. Die NIRS-Lösung ist einfach zu benutzen und erfordert keine Probenvorbereitung. Diese Analysegeräte können in der Nähe des Rösters oder in einem Qualitätskontrolllabor betrieben werden.

Bis zu 35 Proben gerösteter gemahlener Kaffeebohnen wurden auf einem Metrohm DS2500 Solid Analyzer mit dem DS2500 Holder und NIRS-Miniprobenbechern analysiert (Abbildung 1). Die Proben wurden für die Analyse im diffusen Reflexionsmodus in die NIRS-Miniprobenbecher positioniert. Die Datenerfassung und die Entwicklung von Vorhersagemodellen wurden mit dem Softwarepaket Vision Air Complete durchgeführt (Tabelle 1).

Referenzwerte für Koffein, Wasseraktivität und Feuchtigkeit wurden mit den jeweiligen Primärmethoden ermittelt. Die Koffeinanalyse folgte der Richtlinie ISO 20481 und wurde mit einem Ionenchromatographen (IC) durchgeführt, die Bestimmung des Wassergehalts erfolgte nach der Norm ISO 18787 und die Feuchtigkeitsbestimmung erfolgte nach DIN 10772-1.

Tabelle 1. Übersicht über die Hardware- und Softwareausstattung.

Equipment Artikelnummer
DS2500 Solid Analyzer 2.922.0010
DS2500 Halter 6.7430.040
NIRS Mini-Probenbecher 6.7402.030
Vision Air 2.0 Complete 6.6072.208
Abbildung 1. Ein Metrohm DS2500 Feststoffanalysator mit gemahlenen Kaffeebohnen in einem NIRS-Miniprobenbecher.

Die erhaltenen Vis-NIR-Spektren (Abbildung 2) wurden verwendet, um Vorhersagemodelle für die verschiedenen Referenzparameter zu erstellen. Korrelationsdiagramme, die den Zusammenhang zwischen der Vis-NIR-Vorhersage und den Referenzwerten darstellen, sind in dargestellt Abbildungen 3–5 zusammen mit den jeweiligen Figures of Merit (FOM).

Abbildung 2. Auswahl von Vis-NIR-Spektren von gerösteten und gemahlenen Kaffeebohnenproben. Die Daten wurden mit einem DS2500 Solid Analyzer ermittelt. Zur Visualisierung wurde ein Spektrenoffset angewendet.
Abbildung 3. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen FOMs für die Vorhersage von Koffein in gerösteten gemahlenen Kaffeeproben mit einem DS2500 Solid Analyzer. Die Laborwerte wurden nach den Richtlinien der ISO 20481 ermittelt.
Abbildung 4. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen FOMs für die Vorhersage der Wasseraktivität in gerösteten gemahlenen Kaffeeproben mit einem DS2500 Solid Analyzer. Die Laborwerte wurden nach den Richtlinien der ISO 18787 ermittelt.
Abbildung 5. Korrelationsdiagramm und die entsprechenden FOMs für die Vorhersage der Feuchtigkeit in gerösteten gemahlenen Kaffeeproben mit einem DS2500 Solid Analyzer. Die Laborwerte wurden nach den Richtlinien der DIN 10772-1 ermittelt.

Diese Application Note zeigt die Machbarkeit der Nahinfrarotspektroskopie zur Analyse mehrerer Qualitätsparameter in geröstetem gemahlenem Kaffee. Ein NIRS-Analysegerät kann in einer einzigen Messung neben der Wasseraktivität und dem Feuchtigkeitsgehalt auch die Koffeinkonzentration (0,1–2,5 Gew.-%) bestimmen. Die Ergebnisse werden nicht nur in weniger als einer Minute geliefert, es sind auch keine chemischen Reagenzien für die Analyse erforderlich. Die Zeitersparnis durch den Einsatz von NIRS im Vergleich zu herkömmlichen Analysemethoden (Tabelle 2) ist immens.

Tabelle 2. Vergleich der Zeit bis zum Ergebnis für verschiedene Methoden zur Analyse von Kaffee.

Parameter Methode Zeit zum Ergebnis
Koffein IC-System (ISO 20481) 120 min (Probenvorbereitung und Messung)
Wasseraktivität Wasseraktivitätssystem (ISO 18787) 15 … 30 min
Feuchtigkeit Ofen – Trocknungsverlust (DIN 10772-1) 13 Stunden (Probenvorbereitung und Messung)
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In den Birken 3
70794 Filderstadt

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Internal references: AW NIR CH-0069-042023; AW NIR CH-0070-042023