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束蕴仪器丨显微CT大揭秘！“表里不一”的咖啡豆
炎炎夏日已至，气温一路飙升，办公室里的你是否正经历着瞌睡连连的窘境，此时的你一定盼望着一杯醇香浓厚、提神醒脑的咖啡能够驱散这无边睡意。
其实，喝咖啡的好处诸多，除了可以有效缓解困倦外，还能够激活中枢神经系统，用于制造长效镇痛药物，用以抵抗、伤风感冒、哮喘和水肿等。
烘焙咖啡豆的过程中，由于咖啡豆内部结构中键的断裂，咖啡豆的微观结构会发生了显著的变化，如总孔隙体积、孔隙率和密度的增加。这些变化无疑将会影响其稳定性、研磨和酿造性能，并最终影响口感。
咖啡豆图片
烘焙中，咖啡豆在专门的烘培器中被迅速加热，这会导致咖啡豆中的水分流失，并通过美拉德反应产生风味。当咖啡豆的温度达到400℉左右时，咖啡豆的颜色就会发生变化，而其中的芳香油咖啡因也会在热裂解过程中释放出来。咖啡豆在烘烤器中待的时间越长，就会产生越强烈的味道。
咖啡豆物理性质的传统检测方法是光学显微镜、电子显微镜和压汞法。相比之下，Micro-CT则可以在大气温度和压力下对样品进行无损定量观察，无需复杂的样品制备，同样非常适合于食品和饮料产品的开发和质量控制。
在这项研究中，我们对同一批咖啡豆烘焙过程中三个时间点的重复样本进行了检测。我们研究了未烘焙的咖啡豆，中度烘焙的咖啡豆和深度烘焙的咖啡豆，以探究烘焙过程中发生的物理变化。
在我们本次研究中，我们使用了布鲁克公司的SkyScan 1272高分辨率桌面显微CT，在50KＶ，120μＡ，8μｍ的扫描条件下对来自同一批，却处在烘焙工程中不同时间节点的咖啡豆进行成像。从上面图1的视图中可以看到，根据咖啡豆的表面外观我们可以观察到明显的物理变化。不过，在显微CT的协助下，我们则可以在不影响样品完整性的情况下对内部特征和结构进行定性和定量比较。
正交三视图（未烘焙）
三维体渲染图（未烘焙）
如图所示，青咖啡豆的孔隙度一般较低，水分含量较高。
中等烘焙咖啡豆的正交三视图
中等烘焙咖啡豆的三维体渲染图（图3）
当将中度烘焙的咖啡豆与未烘焙的咖啡豆进行比较时，在样品中可以观察到剧烈的物理变化(图3)。最值得注意的是，在整个结构中，孔隙率急剧增加，并开始出现更大的空隙。
深度烘焙咖啡豆的正交三视图
深度烘焙咖啡豆的三维体渲染图（图4）
当将深度烘焙的咖啡豆与中度烘焙的咖啡豆进行比较时，这种变化就不那么明显了(图4)。从定性的角度来看，整体孔隙度看起来比较相似，尽管中度烘焙样品中开始形成的裂缝现在更大更明显了。
（未烘焙）
（深度烘焙）
两种状态下的孔隙分布(红色)
最后我们使用CTAn软件,定量分析了每个样品中的孔隙率，并利用三维渲染图对这种孔隙率的变化进行了直观的表征(图6)。
在SkyScan 1272的帮助下，我们在无损的情况下研究并比较了处在不同烘焙过程的危地马拉咖啡豆样本。通过实验结果，我们可以详细了解到焙烧过程中咖啡豆的孔隙率增加情况以及关键部位的结构变化差异，而这些变化和差异是很难通过其他常规的研究手段来获得的。
