测量总溶解固体：折射仪比较（第二部分）

测量总溶解固体：折射仪比较（第二部分）

作者：Jeremy | 发布于：酿造、工具 | 33

更新时间：2015年5月26日

摘要

本文承接我们之前关于折射仪比较的帖子，本研究的目的是检验三种声称可以测量咖啡总溶解固体（TDS）含量的折射仪的测量结果。在三个独立的实验中，我们将VST LAB Coffee II 咖啡与浓缩咖啡折射仪、VST LAB Coffee III 折射仪和Atago PAL-COFFEE 折射仪与每个设备的10个样品进行了比较。测试程序遵循了VST 推荐的指南。在三个烘焙测试中的两个中，VST LAB Coffee III 和Atago PAL-COFFEE 之间没有显著差异。对于所有三次烘焙，VST LAB Coffee II 折射仪与其他设备之间存在显著差异（所有比较的p值均为0.00）。

披露

我们对任何被测试的产品都没有利益关系。

作者

Jeremy 和 Joe

引言

咖啡通常被认为是一种溶液，由溶剂（水）和溶质组成。正如其他人（例如，Flament 2002；Andueza 等人，2003）所详细描述的那样，在种子中已经鉴定出600多种可能影响风味的化合物。虽然并非所有包含在烘焙豆中的化合物都是可溶的，但最终酿造出的复杂饮料被认为是由单一相组成的均质混合物，其中的颗粒肉眼无法看到，因此可以通过标准溶液浓度测量方法（如折射率）来量化其可溶性含量。

简单来说，折射率描述了光线通过介质的方式。光线通过咖啡时的折射角（即光线通过溶液时的弯曲程度）通常被光电探测器捕获，并计算出折射率。这是一种通常用于评估水溶液中溶质浓度的方法，通常称为总溶解固体（TDS）百分比（有关折射率和其在咖啡中的应用的更深入解释，请参阅Clarke 1989）。

至少有两个消费级折射仪产品系列专门针对咖啡溶质浓度评估进行市场推广：VST 推出的系列和Atago 生产的系列。两者都提供了多种型号。VST 折射仪的早期版本是由Atago 生产的，Atago 已经开发了70多年的折射仪技术。VST 然后转向Reichert Technologies 折射仪硬件（Reichert 生产光学测量设备已有150年的历史），最初称为R2 mini，但现在称为Brix/RI Chek。这里测试的当前型号基于Misco Palm Abbe 的硬件。VST 品牌设备在其折射仪单元上加载了自定义软件，可以直接提供咖啡/浓缩咖啡的TDS，而无需使用相关性表。Atago 已经开始销售自己的针对咖啡定制的折射仪，使用“行业规模”校准，专门针对咖啡，提供Brix（一个仅基于水溶液中蔗糖折射率的量表）或相关性TDS读数。对于除蔗糖以外的任何物质，Brix量表仅提供约溶解固体含量的读数。

我们旨在测试三种设备的性能，而不是评估它们与制造商声明的规格相比的个体精度或准确性。要在一个设备内测试精度和准确性，我们需要将其与TDS量化的另一个指标和已知参考溶液进行比较。这是一个重要的问题，如下面的图所示：

精度与精度。（来源：http://climatica.org.uk/）

精度与精度。（图片来源：http://climatica.org.uk/）

方法

我们使用的VST 设备是VST LAB Coffee III 第四代折射仪（声称范围为0.00-20.00% TDS；TDS 分辨率0.01%；精度±0.01%；精度从0.00-4.99%为±0.03%，从5.00-20.00%为±0.05%；温度范围为15-40°C）和LAB Coffee II（咖啡与浓缩咖啡）折射仪（声称范围为0.00-20.00% TDS；TDS 分辨率0.01%；精度±0.03%；精度从0.00-4.99%为+- 0.05%，从5.00-20.00%为0.10%；温度范围为15-40°C）。Atago 设备是PAL-COFFEE（声称范围为0.00-22.00% TDS；TDS 分辨率0.01%；Brix精度为0.10；温度范围为10-100°C；温度分辨率为0.1°C）。我们建议您访问公司的网站以获取有关设备规格的更多信息。所有折射仪都装上了新电池，并连同装有蒸馏水的容器，在测试前一天晚上放在测试台上，以便温度与环境室温（25°C）平衡。蒸馏水使用基于电导率的TDS计，含有0 ppm，并用于所有设备的校零。

实验中使用的咖啡是Campos Pulped Natural “Ouro Verde”烘焙的滤泡咖啡。

使用的设备：

Kalita 不锈钢波浪滴滤器

Kalita 过滤纸

Kalita 咖啡壶和盖子

Bonavita 1.0 L 数字可变鹅颈壶

红外线枪

FLIR 热像仪

iCelsius 温度探头

AWS 尺度

Ohaus 尺度

EK-43 咖啡磨豆机

Atago 折射仪

VST LAB II 折射仪

VST LAB III 折射仪

移液管

酒精棉球

陶瓷杯

纸巾

将滴滤咖啡在94°C下冲泡，比例为1克咖啡与17克水。冲泡时间为2分45秒，咖啡总量为15克，水量为255克。在冲泡过程中没有搅拌或搅拌。冲泡后立即将咖啡壶盖上合适的盖子，并允许其冷却到推荐的温度30°C。对于所有三次冲泡，读取开始时的样品温度范围为28-25°C。在取每个样品之前，用冲泡液冲洗注射器。在容器中搅拌咖啡后，从注射器中抽取6-8毫升样品，并将其放入陶瓷杯中静置30秒。再次，在杯中搅拌样品后，使用也用冲泡液冲洗过的移液管将样品转移到每个折射仪的凹槽中。在凹槽中放置30秒后，记录每个设备的样品值。每次样品后，打开一个新的未使用的酒精垫来清洁每个设备（总共90个酒精垫）。

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结果

冲泡 #1

方差分析（ANOVA）表明，设备类型之间存在显著差异，F(2,27) = 25.83，p = 0.00。事后分析显示，VST II 和VST III（p = 0.00）以及VST II 和Atago（p = 0.00）之间存在显著差异，但VST III 和Atago 之间没有显著差异。

第一次冲泡的TDS测量结果。

第一次冲泡的TDS测量结果。 * p < 0.05

第一次冲泡的每个样品的TDS测量结果。

第一次冲泡的箱线图。

冲泡 #2

方差分析表明，设备类型之间存在显著差异，F(2,27) = 11.99，p = 0.00。事后分析显示，VST II 和VST III（p = 0.00）以及VST II 和Atago（p = 0.00）之间存在显著差异，但VST III 和Atago 之间没有显著差异。

第二次冲泡的TDS测量结果。

第二次冲泡的TDS测量结果。 * p < 0.05

第二次冲泡的每个样品的TDS测量结果。

第二次冲泡的每个样品的TDS测量结果。

第二次冲泡的箱线图。

冲泡 #3

方差分析表明，设备类型之间存在显著差异，F(2,27) = 76.74，p = 0.00。事后分析显示，VST II 和VST III（p = 0.00）、VST II 和Atago（p = 0.00）以及VST III 和Atago（p = 0.02）之间存在显著差异。

第三次冲泡的TDS测量结果。

第三次冲泡的TDS测量结果。 * p < 0.05

第三次冲泡的每个样品的TDS测量结果。

第三次冲泡的每个样品的TDS测量结果。

第三次冲泡的箱线图。

（原始数据可以在此处下载为制表符分隔的文本文件。如往常一样，虽然我们提供数据供您个人使用，但我们在任何公共论坛发布或展示之前，都恳请您发送消息至[email protected]，并附上适当的致谢。）

结论

总的来说，VST III 和Atago 设备的性能相当，两者都表现出比VST II 显著更小的变异性。虽然第三次冲泡中VST III 和Atago 之间观察到统计学上显著的差异，但该冲泡的TDS测量平均值差异为0.007。我们留给读者自行决定是否在折射仪的应用中（以及是否在设备的声称测量能力和公差范围内）认为统计学上显著的差异是有意义的。

如引言部分所述，我们并没有旨在验证与制造商声明的规格相比的个体设备的精度和/或准确性。要参考之前在目标练习设置中关于精度和精度的图片，我们不知道“靶心”的位置。任何三种设备都可能是最准确的。通过标准偏差可以感知到设备特定的精度，也许最好通过箱线图来展示（即设备图中的分布范围）；然而，我们的目的和方法并不是评估设备特定的精度，因此我们没有关于该数据方面的分析。我们没有评估测量是否聚集在正确的区域（因为我们不知道正确的区域在哪里——精度），而是评估每个设备的测量聚集是否与其他设备不同，这受设备内聚集的紧密程度以及设备之间聚集的分离程度的影响。

参考文献

Flament I. (2002). Coffee Flavor Chemistry. West Sussex, England: John Wiley & Sons, Ltd.

Andueza S.，Maeztu L.，Pascual L.，Ibanez C.，Paz de Pena M.，Cid C. (2003). Influence of extraction temperature on the final quality of espresso coffee. Journal of the Science of Food and Agriculture, 83, 240-248.

Clarke R.J. (1989). Water and Mineral Contents. In R.J. Clarke & R. Macrae (Eds.), Coffee: Chemistry (Volume 1) (pp. 42-82). New York, NY: Elsevier Science Publishers LTD.