意式咖啡机咖啡粉萃取条件的优化讲解

意式咖啡机咖啡粉萃取条件的优化

1、实验过程及目的

1.1实验过程：

【1】选取同一批次产出的咖啡豆，磨成粗细相同的粉。制作成同样体积的粉饼。

【2】在其他实验因素相同的情况下，控制萃取温度为75℃，80℃，85℃，90℃，95℃。萃取水量为30ml,35ml,40ml,45ml,50ml。

【3】使用意式咖啡机在设定好的条件下，对咖啡粉进行萃取。【4】测定萃取完成的咖啡中咖啡因含量。

1.2实验目的：

探究最适合咖啡粉萃取的温度以及萃取水量。

2、实验单元

咖啡粉，购买统一批次咖啡粉。

天平，购买，测量咖啡粉质量。

咖啡机，购买，用于制作咖啡。

量杯，购买，用于测量水的体积。

温度计，购买，用于控制水温。

测量方法：高效液相色谱仪，采用HPLC测定咖啡因的含量。

测量对象：不同条件下萃取出的咖啡中咖啡因含量

3、实验效应

指标：不同条件下萃取出的咖啡中咖啡因含量；

测量工具：高效液相色谱仪；

计量单位：%

最优实验效应：一杯咖啡中咖啡因所占比例最大。

4、实验因素

【1】萃取温度（A），可控，为处理因素，计量单位摄氏度，通过调节萃取的水温来控制。

【2】萃取水量（B），可控，为处理因素，计量单位毫升ml。

【3】咖啡粉质量，可控，为非处理因素，通过天平控制。

【4】咖啡粉饼体积，可控，为非处理因素，通过制作粉饼力度控制。

5、实验数据

表1 不同实验条件下咖啡因所占的比例

单位：%

水量/ml

温度/℃

75 80 85 90 95

30 4.76 5.50 6.6 6.45 6.07 4.73 5.54 6.63 6.42 6.04 4.79 5.52 6.59 6.47 6.08 4.74 5.52 6.57 6.46 6.10 4.80 5.51 6.61 6.43 6.05

35 4.93 6.47 7.08 6.85 6.55 4.91 6.47 7.10 6.83 6.57

4.89 6.45 7.08 6.84 6.56 4.90 6.46 7.05 6.83 6.56 4.91 6.49 7.07 6.87 6.53

40 5.02 6.76 7.93 7.7 7.39 5.00 6.73 7.97 7.71 7.4

4.99 6.74 8.00 6.97 7.41

5.01

6.76 8.04 6.99

7.37 5.04 6.78

8.07 7.02 7.38

45 5.13 7.35 7.77 7.47 7.09 5.12 7.36 7.78 7.48 7.1 5.1 7.34 7.76 7.76 7.11 5.15 7.33 7.74 7.74 7.09 5.14 7.37 7.79 7.79 7.08

50 5.07 5.83 6.92 6.92 6.26 5.08 5.82 6.93 6.93 6.25 5.11 5.86 6.94 6.94 6.28 5.06 5.82 6.89 6.89 6.24 5.09 5.81 6.94 6.94 6.27

6、误差分析

6.1随机误差检验

【1】检验数据：

第一组数据7.93,7.97,8.00,8.04,8.07，来自萃取水量40ml，萃取

温度85℃水平下的实验结果。

第二组数据7.47,7.48,7.45,7.46,7.45，来自萃取水量45ml ， 萃取温度90℃水平下的实验结果。 【2】检验目的：

检验两次不同因素水平下测量结果的精密度是否有显著差异，比较哪次实验的随机误差更小一些。

检验方法：F 检验（双侧检验，单侧检验） 【3】显著性水平：0.05 【4】检验过程

第一组数据的均值为8.002 第二组数据的均值为7.648

第一组数据的离差平方和为21s = 0.00307 第二组数据的离差平方和为22s = 0.02527

F= 2

122

s s = 0.12149

【5】结论

根据显著性水平α=0.05，1df =2df =4， （1）查F 分布表得

双侧检验的临界值为()0.9754,4F =0.104 ()0.0254,4F =9.60 由于()0.9754,4F

由于F<()0.954,4F ,则第一次的随机误差与第二次相比有显著减小。 6.2系统误差检验

测量过程中高效液相色谱仪出现故障，于是使用另一高效液相色谱仪，在萃取温度85℃，萃取水量40ml 的条件下进行实验，共测量了五次，结果分别为（cm ）：8.01，8.07,7.97,7.93,7.95。那么，该仪器的测量结果是否存在显著的系统误差？ 【1】检验数据：

8.13，8.20 , 8.10 , 8.06 , 8.08，用高效液相色谱仪测量的萃取温度85℃，萃取水量40ml 的水平下的实验结果。

【2】检验目的：检验咖啡因含量所用的高效液相色谱仪的准确性。 检验方法：t 检验 【3】显著性水平：α=0.05 【4】检验过程 数据的均值为x =8.089

数据的离差平方和为2s =0.00373 即s=0.061074

x =2.78712

【5】结论

根据显著性水平α=0.05，df=4， 临界值为()0.0254t =2.776

由于|t|> ()0.0254t ,所以所用仪器的测量结果存在显著的系统误差。

6.3异常值检验