小粒咖啡豆介电特性研究

发布时间：2020-03-03 22:36

【摘要】：“咖啡”一词来自希腊语:“Kaweh”,意思是:“力量与热情”。我国种植咖啡主要地区有云南、台湾、广西、贵州。咖啡是云南主要经济物之一,云南是全国最大种植基地。咖啡生产加工的中间产品包括:带壳咖啡豆、咖啡生豆、烘焙咖啡豆。目前,国内对小粒咖啡豆含水率不能实时在线、快速、准确的检测。基于介电特性小粒咖啡豆含水率能实时在线连续检测。本文主要研究了小粒咖啡豆介电特性与影响因素之间的关系,为基于介电特性的小粒咖啡豆含水率检测仪与小粒咖啡豆不同烘焙程度检测仪的研发提供基础数据。本文以带壳咖啡豆、咖啡生豆和烘焙咖啡豆为研究对象,研究了频率(1～1000 kHz)、温度(25～45 ℃)、含水率分别为(11.18～43.69%)、(9.76～19.69%)和烘焙程度(浅焙、中焙、深焙)对试验样品的介电特性,分析了上述因素对介电特性的影响的原因;建立了带壳咖啡豆和咖啡生豆含水率的预测模型,不同烘焙程度下频率对相对介电常数的影响,并对模型准确性和可行性进行了验证。结果如下:(1)在测量频率1～1000 kHz内,带壳咖啡豆的相对介电常数随频率的增大而减小,随含水率增大而增大,随温度升高相对介电常数基本不变;介质损耗因数随频率的增大先减小后增大,随温度升高和含水率升高而增大;建立带壳咖啡豆在500 kHz频率下相对介电常数对含水率的预测方程,预测方程的相关系数为0.9875,方程的计算含水率与测量含水率绝对误差在-3.07～2.47%,平均绝对误差为1.7%。说明带壳咖啡豆含水率的检测可以通过测定500 kHz时的相对介电常数而获得。(2)在测量频率1～1000 kHz内,咖啡生豆的相对介电常数随频率增大而减小;介质损耗因数随频率增大呈现先减小后增大的趋势;相对介电常数与介质损耗因数随着含水率和温度的升高而增大;咖啡生豆容积密度对介电参数未呈规律性影响;在测试频率500 kHz下建立了咖啡生豆含水率的预测方程,预测方程的相关系数为0.9897,计算含水率与测量含水率绝对误差在-0.88～0.75%,其平均绝对误差为0.395%。说明咖啡生豆含水率的检测可以通过测定500 kHz时的相对介电常数和温度而获得。(3)在测量频率1～1000 kHz内,浅焙咖啡豆的相对介电常数在一定频率范围随频率增大而减小,中焙和深焙的相对介电常数随频率增大而在一定范围内波动;不同烘焙程度咖啡豆的介质损耗因数随频率增大呈现先减小后增大趋势;随着温度升高烘焙咖啡豆的相对介电常数和介质损耗因数呈递增趋势;随着烘焙程度逐渐加深相对介电常数逐渐减小;容积密度随烘焙程度加深逐渐减小,容积密度对介电参数未呈规律性影响。在测量频率2～800 kHz范围内,烘焙咖啡豆的相对介电常数:浅焙中焙深焙,说明可以通过测量频率在2～800kHz范围内烘焙咖啡豆的相对介电常数反映咖啡豆的烘焙程度。上述试验结果表明小粒咖啡豆介电特性是一种可用于咖啡豆含水率和烘焙程度快速检测的有效方式。
【图文】：

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２．材料与方法逡逑２．１材料与处理逡逑本试验采用水洗法对小粒咖啡豆进行加工处理，主要分为三个阶段（如图２．１所逡逑示）分别为：带壳咖啡豆、咖啡生豆、烘焙咖啡豆；每个阶段均是小粒咖啡豆的一逡逑种形态。逦逦邋逦逡逑栜逡逑ｍ邋ｍ逡逑带壳咖啡豆逦咖啡生豆逡逑烘焙咖啡豆逡逑图２．１不同阶段的咖啡逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｔ

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【参考文献】