ПИЩЕВЫЕ СИСТЕМЫ
Научная статья
УДК 663.933.4
DOI: doi.org/10.48612/dalrybvtuz/2025-72-07
EDN: JZWQFJ
Исследование физических свойств зерен кофе при обжаривании
Екатерина Александровна Мутовкина
Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Россия
аспирант кафедры процессов и аппаратов перерабатывающих производств, SPIN-код: 6305-2515
ORCID: 0000-0002-8719-2994
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Сергей Алексеевич Бредихин
Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Россия
доктор технических наук, профессор кафедры процессов и аппаратов перерабатывающих производств, SPIN-код: 1267-3480
ORCID: 0000-0002-6898-0389
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Ирина Витальевна Аксенова
Российский государственный университет народного хозяйства имени В.И. Вернадского, Москва, Россия
магистрант кафедры биотехнологий и продовольственной безопасности, SPIN-код: 4781-7360
ORCID: 0009-0005-6587-5224
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Аннотация. Обжаривание кофе формирует органолептические свойства кофейный зерен и сопровождается изменением его физических свойств. Физические свойства обжаренного кофе в значительной степени зависят от режимных параметров процесса обжаривания. Работа посвящена исследованию физических свойств кофейных зерен и их изменению в процессе обжаривания. Для анализа были использованы кофейные зерна C.Arabica различного географического происхождения. Экспериментальные исследования обжаривания проведены с использованием ростера барабанного типа. Образцы отбирали во время обжаривания с шагом 10 °C. Определены плотность, массовая доля влаги и активность воды кофейных зерен. Установлены зависимости изменения плотности, массовой доли влаги и активности воды кофейных зерен от температуры при обжаривании в аппарате барабанного типа. Обобщенные результаты значений плотности, массовой доли влаги и активности воды представлены в виде уравнений аппроксимации для температурного диапазона от 20 до 200 °С. Полученные результаты положены в основу исследования процесса обжаривания кофейных зерен и расчета температурного профиля обжаривания.
Ключевые слова: кофе, обжаривание кофе, плотность, массовая доля влаги, физические характеристики кофе
Благодарности: авторы выражают глубочайшую благодарность ООО «Колибри кофе» за оказанную помощь и поддержку в предоставлении площадки и оборудовании для проведения экспериментальных исследований.
Список источников
1. Bressani, A. P. Into the minds of coffee consumers: perception, preference, and impact of information in the sensory analysis of specialty coffee / Bressani A. P., Martinez S. J., Batista N. N., Simão J. P., Schwan R. F. // Food Science and Technology. 2021. 41 (suppl 2). DOI: 10.1590/fst.44221.
2. Sunarharum, W. B. Complexity of coffee favor: A compositional and sensory perspective / Sunarharum, W. B., Williams, D. J., & Smyth, H. E. // Food Research International. 2014. 62. С. 315–325.
3. Yulianti, Y. Physicochemical characteristics and bioactive compound profiles of Arabica Kalosi Enrekang with different postharvest processing / Yulianti Y., Andarwulan N., Adawiyah D. R., Herawati D., Indrasti D. // Food Science and Technology. 2022. 42. 67622. DOI: 10.1590/fst.67622.
4. Бредихин С. А., Бредихин С. А., Жуков В. Г. и др. Процессы и аппараты пищевой технологии. 2-е изд., стер. СПб. : Лань, 2023. ISBN 978-5-507-45561-4. EDN AHMMPT.
5. Бредихин С. А., Журавлев А. В. Теплофизические свойства измельчённого сырья и консервов // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2024. № 2. С. 193–197. DOI: 10.24412/2311-6447-2024-2-193-197. EDN LDOKGL.
6. Eggers, R. Coffee: Recent Developments / Eggers R, Pietsch A. Roasting. In Clarke RJ, Vitzthum OG, editors // Blackwell Science, London, UK. 2001. P. 90–107.
7. Baggenstoss, J. Coffee roasting and aroma formation: Application of different time-temperature conditions / Baggenstoss J., Poisson L., Kaegi R., Perren R., Escher F. // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2008. 56(14). 5836–5846. DOI: 10.1021/jf800327j.
8. Schenker, S. Impact of Roasting Conditions on the Formation of Aroma Compounds in Coffee Beans / Schenker S., Heinemann C., Huber M., Pompizzi R., Perren R., & Escher R. // Journal of Food Science. 2002. 67(1). 60–66. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2002.tb11359.x.
9. Pereira, L.L. Processing modes influence on the sensory profile of various types of coffee / Pereira L.L., Cherkasova E.I., Golinitskiy P.V., Toygambaev S.K., Mutovkina E.A. // IOP Conference series: earth and environmental science. 2021. (677). 52036. DOI: 10.1088/1755-1315/677/5/052036.
10. Demianova, A. Moisture content and its possible effect on textural properties and color of green Coffea arabica / Demianova A., Bobkova A., Polakova K., Jurcaga L., Bobko M., Lidikova J., Mesarosova A., Belej Ľ., & Buсko O. // Journal of microbiology, biotechnology and food sciences. 2023. DOI: 10.55251/jmbfs.9491.
11. Anokye-Bempah, L. The use of desiccants for proper moisture preservation in green coffee during storage and transportation / Anokye-Bempah L., Han J., Kornbluth K., Ristenpart W., & Donis-González I. // Journal of Agriculture and Food Research. 2022. DOI: 10.1016/j.jafr.2022.100478.
12. Moon, S. Lipid Oxidation Changes of Arabica Green Coffee Beans during Accelerated Storage with Different Packaging Types / Moon S., Wongsakul S., Kitazawa H., & Saengrayap R. // Foods. 2022. 11. DOI: 10.3390/foods11193040.
13. Mutovkina, E. A. Analysis of coffee thermophysical changes during roasting using differential scanning colorimetry / E. A. Mutovkina, S. A. Bredikhin // Ciencia e Tecnologia de Alimentos. 2023. Vol. 43. P. e119722. DOI: 10.1590/fst.119722. – EDN GZTHYW.
14. Cantaragiu, A. Effect of ground and roasted parameters on both the microstructure of arabica coffee beans and coffee infusion – an imagistic study / Cantaragiu A., Ivan A., Alexe P., Bаlаnicа C., Stoica M. // Journal of Science and Arts. 2020. DOI: 10.46939/j.sci.arts-20.4-b01.
15. Ketney, O. Multidimensional analysis of physicochemical transformations and sensory attributes of green and roasted coffee / Ketney O., Chirilov I., & Drаghici O. // Scientific Study & Research. Chemistry & Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2024. DOI: 10.29081/chiba.2024.583.
16. Liu, C. Impact of water-soluble precursors leaching from green beans on aroma generation during coffee roasting / Liu C., Yang N., Linforth R., & Fisk I. // Division of Food Sciences, University of Nottingham, Sutton Bonington Campus, Loughborough LE12 5RD, UK. 2020. DOI: 10.3217/978-3-85125-593-5-25.
17. Oliveira, G. Water adsorption isotherms of coffee blends / Oliveira G., De Oliveira A., Souza M., Neves R., Botelho F., Botelho S. // Brazilian Journal of Development. 2020. DOI: 10.34117/bjdv6n4-319.
18. Hernández, J. A. Analysis of the heat and mass transfer during coffee batch roasting / Hernández J. A., Heyd B., Irles C., Valdovinos B., & Trystram G. // Journal of Food Engineering. 2007. 78(4). 1141–1148. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2005.12.041/.
19. Pereira ,L. L. Quality determinants in coffee production / Pereira L. L., Moreira T. R, et.al. // 2021. Springer. 304–308. DOI: 10.1007/978-3-030-54437-9/.
20. Alonso-Torres, B. Modeling and validation of heat and mass transfer in individual coffee beans during the coffee roasting process using computational fluid dynamics (CFD) / Alonso-Torres B., Hernández-Pérez J., Sierra-Espinoza F., Schenker S., & Yeretzian C. // Chimia. 2013. 67 4. 291-4. DOI: 10.2533/chimia.2013.291.
21. Bustos-Vanegas, J. Developing predictive models for determining physical properties of coffee beans during the roasting process / Bustos-Vanegas J., Corrêa P., Martins M., Baptestini F., Campos R., Oliveira G., Nunes E. // Industrial Crops and Products. 2017. 112. 839–845. DOI: 10.1016/J.INDCROP.2017.12.015.
22. Lyman, D. FTIR-ATR analysis of brewed coffee: effect of roasting conditions / Lyman D., Benck R., Dell S., Merle S., & Murray-Wijelath J. // Journal of agricultural and food chemistry. 2003. 51 11. 3268–72. DOI: 10.1021/JF0209793.
© Мутовкина Е. А., Бредихин С. А., Аксенова И. В., 2025
Для цитирования: Мутовкина Е. А., Бредихин С. А., Аксенова И. В. Исследование физических свойств зерен кофе при обжаривании // Научные труды Дальрыбвтуза. 2025. Т. 72, № 2. С. 83–94.
Статья поступила в редакцию 20.05.2025; одобрена после рецензирования 10.06.2025; принята к публикации 10.06.2025.
Original article
Study of physical properties of coffee beans during roasting
Ekaterina A. Mutovkina
Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia
Postgraduate student of the Department of Processes and Devices of Processing Industries, SPIN-code: 6305-2515
ORCID: 0000-0002-8719-2994
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Sergey A. Bredikhin
Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Processes and Devices of Processing Industries, SPIN-code: 1267-3480
ORCID: 0000-0002-6898-0389
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Irina V. Aksenova
Vernadsky Russian State University of National Economy, Moscow, Russia
Master's student of the Department of Biotechnology and Food Security, SPIN-code: 4781-7360
ORCID: 0009-0005-6587-5224
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Abstract. Coffee roasting forms the organoleptic properties of coffee beans and is accompanied by a change in their physical properties. The physical properties of roasted coffee largely depend on the roasting process parameters. The work is devoted to the study of the physical properties of coffee beans and their changes during the roasting process. Coffee beans of C. Arabica of various geographical origins were used for the analysis. Experimental studies of roasting were carried out using a drum-type roaster. Samples were taken during roasting with a step of 10 °C. The density, mass fraction of moisture and water activity of coffee beans were determined. The dependences of changes in density, mass fraction of moisture and water activity of coffee beans on temperature during roasting in a drum-type apparatus were established. The generalized results of the values of density, mass fraction of moisture and water activity are presented in the form of approximation equations for the temperature range from 20 °C to 200 °C. The obtained results form the basis for studying the process of roasting coffee beans and calculating the temperature profile of roasting.
Keywords: coffee, coffee roasting, density, moisture content, physical characteristics of coffee
Аcknowledgement: the authors express their deepest gratitude to Kolibri Coffee LLC for their assistance and support in providing a site and equipment for conducting experimental research
© Mutovkina E. A., Bredikhin S. A., Aksenova I. V., 2025
For citation: Mutovkina E. A., Bredikhin S. A., Aksenova I. V. Study of physical properties of coffee beans during roasting. Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2025; 72(2): 83–94. (In Russ.). The article was submitted 20.05.2025; approved after reviewing 10.06.2025; accepted for publication 10.06.2025.