Understanding Water Activity in Relation to Green Coffee and Quality Control

การทำความเข้าใจค่าปริมาณน้ำอิสระ (Water Activity) ที่เกี่ยวข้องกับสารกาแฟ (Green Coffee) และการควบคุมคุณภาพ

บทความนี้นำเสนอการศึกษาเชิงสังเกตที่จัดทำโดย Sustainable Harvest® ระหว่างปี 2016 – 2020 บทความนี้มุ่งศึกษาตัวอย่างจำนวน 1,790  ตัวอย่าง โดยทำการประเมินจาก 28 ประเทศ ได้แก่ โบลิเวีย, บราซิล, บุรุนดี, แคเมอรูน, แคนาดา, จีน, โคลัมเบีย, คองโก, คอสตาริกา, ติมอร์ตะวันออก, เอกวาดอร์, เอลซัลวาดอร์, เอธิโอเปีย, กัวเตมาลา, เฮติ, ฮอนดูรัส, อินโดนีเซีย, เคนยา, ลาว, มาลาวี , เม็กซิโก, เนปาล, นิการากัว, เปรู, รวันดา, แทนซาเนีย, ยูกันดา และสหรัฐอเมริกา

ค่าปริมาณน้ำอิสระ(Water Activity) กับ ระดับความชื้นของประเทศที่ศึกษา

แม้ว่าค่าปริมาณน้ำอิสระ(Water Activity)ถือเป็นพารามิเตอร์ทางคุณภาพ และการตรวจสอบถูกรวมอยู่ในการวัดคุณภาพตามมาตรฐานของสารกาแฟที่กำหนดโดย Specialty Coffee Association ซึ่งการศึกษานี้หวังเป็นอย่างยิ่งว่าจะสามารถให้ความกระจ่างและสร้างความเข้าใจในเรื่องนี้ได้ดียิ่งขึ้น

บทนำ

กาแฟ specialty coffee มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา และมีพัฒนาไปอย่างรวดเร็วตั้งแต่ระดับการผลิตไปจนถึงผู้บริโภค ซึ่งดูเหมือนว่าในทุก ๆ ปี ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีกาแฟ และการวิจัยมีอิทธิพลต่อกระแส และรสนิยมในการบริโภคกาแฟมากขึ้นเรื่อย ๆ ถือเป็นการเปิดประตูสู่การทดลอง และสำรวจทางวิทยาศาสตร์ และการทำอาหาร ซึ่งสามารถกล่าวได้ว่าสภาพแวดล้อมของ specialty coffee ในปัจจุบันกำลังเผชิญกับความอยากรู้อยากเห็นที่ไม่เคยมีมาก่อน เนื่องจากความเข้าใจเกี่ยวกับกาแฟที่มีการเรียนรู้ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และรสนิยมที่ยังคงขยายตัว และพัฒนาไปเรื่อย ๆ ดังนั้นสิ่งที่คิดว่า“ ดี” และวิธีที่ใช้ในการพิจารณาก็อาจจะเปลี่ยนแปลงไปเช่นกัน

หนึ่งในเรื่องที่ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมนี้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือ “ปริมาณน้ำอิสระ” แม้ว่าค่าปริมาณน้ำอิสระโดยทั่วไปจะเป็นที่เข้าใจกันดี และเป็นการวัดผลที่กำหนดขึ้นในอุตสาหกรรมอื่น ๆ แต่ประโยชน์ในการประเมินคุณภาพของสารกาแฟนั้นยังไม่ค่อยมีความชัดเจน ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้การปลูก และแปรรูปกาแฟยากขึ้นเมื่อพิจารณาจากค่าใช้จ่ายเครื่องวัดค่าปริมาณน้ำอิสระซึ่งมีราคาแพง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่มีผลตอบแทนจากกาแฟที่มีคุณภาพดีกว่า

ท้ายที่สุดแล้วเป้าหมายของการดำเนินการนี้ และความพยายามที่คล้ายคลึงกันทั้งหมดคือการใช้ข้อมูลนี้เพื่อช่วยให้ผู้ผลิตปรับปรุงแนวทางปฏิบัติในการปลูกและการแปรรูปเพื่อให้สามารถผลิตกาแฟที่มีคุณภาพสูงขึ้นได้อย่างสม่ำเสมอ และมีประสิทธิภาพ ในระหว่างการวิจัยพบว่าควรให้ความสำคัญกับค่าปริมาณน้ำอิสระมากขึ้น ซึ่งขั้นตอนต่อไปในฐานะของภาคอุตสาหกรรมควรทำให้เครื่องมือ และการฝึกอบรมสามารถเข้าถึงได้ และมีราคาไม่แพงเพื่อไม่ให้ภาระตกอยู่กับผู้ผลิตแต่เพียงฝ่ายเดียว

ด้วยเหตุนี้การดำเนินการศึกษานี้จึงมุ่งมั่นที่จะให้ข้อมูลเชิงลึกสำหรับคำถามต่อไปนี้:
ค่าปริมาณน้ำอิสระเกี่ยวข้องกับคุณภาพกาแฟสีเขียวอย่างไรและทำไมจึงมีความสำคัญ?

ปัจจัยใดด้านคุณภาพที่ปริมาณน้ำอิสระส่งผลกระทบมากที่สุด?

ควรให้ความสำคัญกับปริมาณน้ำอิสระมาก หรือน้อยลงสำหรับการเป็นค่าพารามิเตอร์การควบคุมคุณภาพสำหรับผู้ผลิต และผู้นำเข้า / โรงคั่ว?

1. ค่าปริมาณน้ำอิสระเกี่ยวข้องกับคุณภาพกาแฟสีเขียวอย่างไรและทำไมจึงมีความสำคัญ?
2. ปัจจัยใดด้านคุณภาพที่ปริมาณน้ำอิสระส่งผลกระทบมากที่สุด?
3. ควรให้ความสำคัญกับปริมาณน้ำอิสระมาก หรือน้อยลงสำหรับการเป็นค่าพารามิเตอร์การควบคุมคุณภาพสำหรับผู้ผลิต และผู้นำเข้า / โรงคั่ว?

การเริ่มต้นทำความเข้าใจก่อนว่าค่าปริมาณน้ำอิสระคืออะไร และเกี่ยวข้องกับปริมาณความชื้นอย่างไร

ค่าปริมาณน้ำอิสระคืออะไร?

สมดุลระหว่างความชื้นของเมล็ด (เมล็ดกาแฟ) กับของเหลวและเฟสของก๊าซในอากาศ

 Aw = p / p ’= RH / 100] /

ซึ่งสามารถกำหนดค่าปริมาณน้ำอิสระ (Aw) เป็นอัตราส่วนของค่าความดันย่อยของไอน้ำในสาร (เช่นอาหารใด ๆ หรือในกรณีนี้ คือ สารกาแฟ) เทียบกับค่าความดันย่อยของไอน้ำของน้ำบริสุทธิ์ภายใต้สภาวะมาตรฐาน และที่อุณหภูมิเดียวกัน ซึ่งค่าปริมาณน้ำอิสระสามารถคำนวณได้โดยการหารค่าความดันย่อยของไอน้ำของน้ำในสารด้วยค่าความดันย่อยของไอน้ำของน้ำบริสุทธิ์ซึ่งก็คือ 1 ดังนั้นค่าปริมาณน้ำอิสระถูกวัดในระดับที่ 0 – 1

เพื่อให้อธิบายได้ดีขึ้น “ ความดันไอบางส่วน” ให้นึกภาพภาชนะที่ปิดสนิท ซึ่งเต็มไปด้วยน้ำบริสุทธิ์ เมื่อน้ำระเหยอากาศที่อยู่เหนือน้ำจะเต็มไปด้วยโมเลกุลของน้ำ เนื่องจากภาชนะมีการปิดสนิทความดันภายในภาชนะจึงเพิ่มขึ้นเนื่องจากการระเหยของน้ำ นี่คือความดันไอน้ำของน้ำบริสุทธิ์ ซึ่งความดันไอของน้ำนี้จะน้อยกว่าน้ำบริสุทธิ์

ค่าปริมาณน้ำอิสระอธิบายถึงความพร้อมทางเคมีของน้ำที่เป็นอิสระ และสามารถมีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ ดังนั้นค่าปริมาณน้ำอิสระจึงเป็นการวัดสถานะพลังงานของน้ำในสารหนึ่ง

ตัวอย่างที่เป็นน้ำบริสุทธิ์เท่านั้นจึงมีค่าปริมาณน้ำอิสระเป็น 1 (Aw = 1) เนื่องจากโมเลกุลของน้ำทั้งหมดไม่สร้างพันธะ และทำปฏิกิริยาได้ง่ายเป็นที่น่าสังเกตว่าค่าปริมาณน้ำอิสระนี้ต้องคำนึงถึงองศาที่แตกต่างในโมเลกุลของน้ำเกาะอยู่ที่เมล็ดกาแฟ

ประเภทของน้ำที่พบในผลกาแฟ และเมล็ดกาแฟ ได้แก่

1. น้ำที่เป็นพื้นฐาน (constitutional water)
2. น้ำที่ถูกดูดซึมเข้าสู่องค์ประกอบระดับโมเลกุล และโมเลกุลขนาดใหญ่ของผล และเมล็ดกาแฟ
3. น้ำตัวทำละลาย (solvent water) ซึ่งพบภายใต้แรงดึงออสโมติก โดยน้ำประเภทนี้มีหน้าที่ทางชีววิทยาที่ยอมให้เกิดปฏิกิริยาเคมี และเชื้อราจะสามารถพัฒนาได้
4. น้ำเคลือบผิว (absorbed water) ที่มีอยู่ภายในท่อ และช่องว่างภายในผล และเมล็ดกาแฟ

เหตุใดการหาปริมาณ Water Activity จึงสำคัญ

ค่าปริมาณน้ำอิสระที่สูงขึ้นหมายความว่ามีน้ำมากขึ้นทำให้รองรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ เช่นแบคทีเรีย, ยีสต์ และรา และเร่งปฏิกิริยาทางเคมี และเอนไซม์ที่นำไปสู่การเน่าเสียของอาหาร กล่าวอีกนัยหนึ่งคือค่าปริมาณน้ำอิสระสูงขึ้นหมายความว่าอาหารมี “ความเสถียร” ทางจุลชีววิทยา, ทางเคมี และทางกายภาพที่ต่ำขึ้น โดยค่าปริมาณน้ำอิสระที่ลดลงโดยทั่วไปหมายความว่าอาหารจะคงคุณสมบัติทางกายภาพไว้ได้นานขึ้น

การลดปริมาณน้ำอิสระในอาหารทำให้อัตราการเกิดกระบวนการทางชีวเคมีเหล่านี้ช้าลง การลดปริมาณน้ำอิสระ (Aw) ที่ <.60 ทำให้หยุดการเจริญเติบโตของแบคทีเรียยีสต์ และรา โดยที่ค่าระหว่าง. 60 – 1 เป็น “ เขตอันตราย” ผลิตภัณฑ์อาหารมีแนวโน้มที่จะย่อยสลายได้ง่าย, อายุการเก็บรักษาที่สั้นลง และพบการเติบโตของจุลินทรีย์ที่ไม่ต้องการ ซึ่งอาจนำไปสู่การสร้างสารพิษที่เป็นอันตราย

หมายเหตุเกี่ยวกับการพัฒนาของไมโครทอกซิน (mycotoxins)

สารพิษที่พบบ่อย และร้ายแรงที่สุดที่พบในกาแฟคือ สารพิษจากเชื้อราที่เรียกว่า ochratoxin A (OTA) ไมโคทอกซินนี้ผลิตจากเชื้อราบางชนิดเช่น Aspergillus carbonarius และ Aspergillus ochraceus ตาม SCA ในมาตรฐานค่าปริมาณน้ำอิสระ:

“ เชื้อรา Aspergillus ochraceus เป็นผู้นำในการผลิตสารพิษ (ochratoxin A) ในกาแฟ ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิระหว่าง 8 ° C – 37 °C โดยมีอุณหภูมิที่เหมาะสมระหว่าง 24 °C – 31 °C โดยค่าปริมาณน้ำอิสระขั้นต่ำที่นำไปสู่การพัฒนาของสารพิษคือ 0.76 ที่ 25 °C โดยมีค่า Aw ที่เหมาะสมตั้งแต่ 0.95 – 0.99 และ pH ระหว่าง 3 – 10 (Hocking and Pit, 1997) แม้ว่า Aspergillus ochraceus จะพัฒนาที่ค่าปริมาณน้ำอิสระเท่ากับ 0.76 แต่สารพิษจะถูกสร้างในเมล็ดกาแฟที่ 0.85 – 0.97 ซึ่งเป็น Aw ที่เหมาะสมที่สุด (Moss, 1996)

Cenicafé กล่าวถึงกระบวนการ HACCPs หรือการวิเคราะห์อันตราย และจุดควบคุมวิกฤตที่ควรมีในระหว่างการแปรรูปผลิตภัณฑ์กาแฟที่ต้องหลีกเลี่ยงค่าปริมาณน้ำอิสระที่สูงกว่า 0.8 เป็นเวลานาน กาแฟที่ทิ้งไว้ในกระบวนการที่เกิดค่าปริมาณน้ำอิสระนี้ หรือที่สูงกว่านี้เป็นเวลานานกว่า 4 วันมีความเสี่ยงสูงในการเกิดสารพิษจากเชื้อราไม่เพียงแต่ ochratoxin A เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารพิษจากเชื้อราประเภทอื่น ๆ เช่น aflatoxins B1 ซึ่งมีลักษณะความเป็นพิษสูงสุ

ปริมาณน้ำอิสระเปรียบเทียบกับความชื้น

ไม่ควรสับสนค่าปริมาณน้ำอิสระกับ “ปริมาณความชื้น”  

ในขณะที่ Aw วัดปริมาณน้ำอิสระในผลิตภัณฑ์ แต่ปริมาณความชื้นคือการวัดปริมาณน้ำในผลิตภัณฑ์เทียบกับน้ำหนักรวมของผลิตภัณฑ์ และแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่นการอ่านค่าความชื้น 20% หมายความว่า 20% ของน้ำหนักผลิตภัณฑ์นั้นมาจากน้ำ โดยปริมาณน้ำอิสระเป็นพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่กำหนดให้เป็น “ศักยภาพทางเคมี” ของน้ำในเมล็ดพืช ซึ่งหมายถึงสถานะของพลังงานของโมเลกุลในระบบ เป็นการแสดงออกถึงความพร้อมของน้ำที่จะเข้าร่วมในปฏิกิริยาทางเคมี และชีวเคมี โดยเฉพาะความมีชีวิตทางชีวเคมี และความพร้อมในการเจริญของเชื้อรา

แม้ว่าการวัดค่าเหล่านี้จะเกี่ยวข้องกัน แต่ค่าปริมาณน้ำอิสระ และปริมาณความชื้นไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับสารกาแฟ เช่น การอ่านค่า Aw เท่ากับ . 65 ไม่ได้มีความสัมพันธ์กับการอ่านค่าความชื้น

จากการค้นพบในการศึกษานี้พบว่าค่าปริมาณน้ำอิสระสามารถ  และเปลี่ยนแปลงได้แม้ว่าปริมาณความชื้นจะยังคงเท่าเดิมก็ตาม โดยทั่วไปเมื่อปริมาณความชื้นเพิ่มขึ้น หรือลดลงค่าปริมาณน้ำอิสระเปลี่ยนแปลงโดยเฉลี่ย อาจกล่าวได้ว่าการอ่านค่าความชื้นส่วนหนึ่งจะเกี่ยวข้องกับค่าปริมาณน้ำอิสระในช่วงหนึ่ง ในทางตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน: การอ่านค่าปริมาณน้ำอิสระบางค่าสามารถอ่านค่าความชื้นได้หลายระดับ

สิ่งสำคัญคือต้องเน้นคือจากการวิเคราะห์ข้อมูลในการศึกษานี้พบความสัมพันธ์ระหว่างค่า Aw และความชื้นของกาแฟ ซึ่งมีสหสัมพันธ์เชิงบวกระดับปานกลางที่ 0.69

ตามข้อมูล, ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณน้ำอิสระ และปริมาณความชื้นสามารถแสดงเป็น “สหสัมพันธ์เชิงบวกระดับปานกลาง” โดยมีค่าสัมประสิทธิ์ที่ 0.69 ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์แสดงในระดับ -1.0 ถึง 1.0 ที่ค่า 0 หมายความว่าไม่มีความสัมพันธ์

เมื่อมีสหสัมพันธ์เชิงบวก (r> 0) ระหว่าง 2 ตัวแปร โดยตัวแปรหนึ่งเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนกับอีกตัวแปร: หากตัวแปรหนึ่งเพิ่มขึ้นอีกตัวแปรหนึ่งก็จะเพิ่มขึ้น และหากตัวแปรหนึ่งลดลงอีกตัวแปรหนึ่งก็จะลดลงเช่นกัน

เมื่อมีสหสัมพันธ์เชิงลบ (r <0) ระหว่าง 2 ตัวแปร เมื่อตัวแปรหนึ่งเพิ่มขึ้นอีกตัวแปรหนึ่งจะลดลง ซึ่งค่าที่ 1.00 เป็น “สหสัมพันธ์เชิงบวกที่สมบูรณ์แบบ” ซึ่งหมายความว่าตัวแปรจะเคลื่อนที่เข้าหากันโดยมีเปอร์เซ็นต์เดียวกันในทิศทางเดียวกัน โดยทั่วไปค่าระหว่าง 0.4 – 0.7 จะถือว่ามีความสัมพันธ์ระดับปานกลาง ค่าที่สูงกว่า 0.7 จะเป็น “ค่าที่มีความสัมพันธ์สูง” และค่าที่ต่ำกว่า 0.4 จะเป็น “”ค่าที่มีความสัมพันธ์ต่ำ”

ค่าปริมาณน้ำอิสระ และการอบแห้ง

ในกาแฟ specialty coffee เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าที่ 10-12% เป็นค่าความชื้นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสารกาแฟก่อนการจัดส่ง สิ่งนี้สัมพันธ์โดยประมาณกับช่วงค่าปริมาณน้ำอิสระ ระหว่าง 0.4 – 0.6

น้ำนั้นมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติหลายประการของอาหารโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีแนวโน้มที่จะเน่าเสีย ซึ่งกระบวนการทางกายภาพ, เคมี และชีวภาพดำเนินการโดยปริมาณน้ำที่มีอยู่ โดยน้ำนี้จะแสดงในปริมาณความชื้น และค่าปริมาณน้ำอิสระ แต่ปริมาณน้ำนี้สามารถลดลงได้ในขั้นตอนการอบแห้งเพื่อให้เมล็ดมีความเสถียร และไม่เสื่อมสภาพง่าย

ซึ่งวิธีการแปรรูปที่แตกต่างกัน (ตามธรรมชาติ, การล้าง, น้ำผึ้ง, การสีแบบเปียก ฯลฯ ) ไม่เพียงแต่ส่งผลอย่างมากต่อการพัฒนารสชาติของกาแฟ แต่ยังส่งผลกระทบอย่างยิ่งต่อปริมาณน้ำอิสระนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่มีความเสถียรไม่มากก็น้อย ขั้นตอนการอบแห้งของการแปรรูปกาแฟเป็นหลักในการควบคุมปริมาณน้ำอิสระ และปริมาณความชื้นก่อนการจัดเก็บ

ในระหว่างกระบวนการอบแห้งน้ำจะไหลจากส่วนในสุดของเมล็ดกาแฟไปยังส่วนนอกสุด โดยเมล็ดกาแฟสามารถทำให้แห้งได้หลายวิธีซึ่งบางวิธีก็เหมาะกว่า ไม่ว่ากาแฟจะแห้งเร็ว, ช้า หรือมีการหยุดพักกระบวนการเป็นไปได้ที่กาแฟจะมีความชื้นในระดับที่เหมาะสมเมื่อสิ้นสุดการอบแห้ง แม้ว่าปริมาณความชื้นอาจเท่ากันในตัวอย่างที่แตกต่างกัน แต่ปริมาณน้ำอิสระอาจแตกต่างกันไป และส่งผลต่ออายุการเก็บรักษา และความเสถียรของเมล็ดพันธุ์

เมล็ดกาแฟซึ่งเป็นเมล็ดพันธุ์ที่มีชีวิตยังคงเกิดกระบวนเมตาบอลิซึมตลอดกระบวนการทำให้แห้ง ขึ้นอยู่กับวิธีการอบแห้งที่เฉพาะเจาะจง และไม่ว่ากระบวนการอบแห้งจะเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอ หรือไม่สม่ำเสมอ เกิดขึ้นตลอดเวลา หรือไม่ต่อเนื่องก็ตามกิจกรรมอบแห้งนี้จะเสถียร ในกรณีส่วนใหญ่การทำให้แห้งอย่างต่อเนื่องจะช่วยให้เกิดการเคลื่อนย้ายของน้ำผ่านเมล็ดได้อย่างเหมาะสม ซึ่งจะนำไปสู่การเกิดเกิดกระบวนเมตาบอลิซึมที่มีเสถียรภาพมากขึ้น และมีความเป็นไปได้สูงที่จะได้ค่าปริมาณน้ำอิสระที่มีเสถียรภาพในอุดมคติเพื่อให้เมล็ดสามารถการเก็บรักษาไว้ดีขึ้น

กราฟด้านล่างแสดงความแตกต่างระหว่างวิธีการประมวลผลที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถอนุมานได้ว่าวิธีการประมวลผลที่เลือกมีผลกระทบต่อปริมาณน้ำอิสระสุดท้ายในตัวอย่าง ความแตกต่างเหล่านี้เป็นผลมาจากหลายปัจจัยเช่น:

• สภาพแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ
• เทคนิคการประมวลผล
• สภาวะการอบแห้ง และวิธีการที่ใช้ตัวอย่างทั้งหมดอยู่ในช่วงค่า Aw 0.35 – 0.70 

ธรรมชาติ: ความเข้มข้นสูงสุดของตัวอย่างที่วัดค่า Aw ได้ที่ 0.50 โดยมีช่วงระหว่าง 0.4 – 0.65
น้ำผึ้ง: ความเข้มข้นสูงสุดของตัวอย่างที่วัดค่า Aw ได้ที่ 0.55 โดยมีช่วงระหว่าง 0.45 – 0.65
การล้าง: ความเข้มข้นสูงสุดของตัวอย่างที่วัดค่า Aw ได้ที่ 0.5 โดยมีช่วงระหว่าง 0.35 – 0.70
การสีแบบเปียก: ความเข้มข้นสูงสุดของตัวอย่างที่วัดค่า Aw ได้ที่ 0.60 โดยมีช่วงระหว่าง 0.55 – 0.60
วิธีการประมวลผลอื่น ๆ: ตัวอย่างเหล่านี้ เป็นตัวอย่างที่อยู่นอกวิธีการมาตรฐานในการประมวลผล และรวมถึงวิธีการประมวลผลแบบ “ทดลอง” ที่ CQI หรือ SCA ที่ไม่ได้รับรองอย่างเป็นทางการ

ตัวอย่างทั้งหมดอยู่ในช่วง 0.35 และ 0.70 Aw

ปัจจุบันขีดจำกัดสูงสุดที่ได้อนุญาตสำหรับค่าปริมาณน้ำอิสระในกาแฟที่ถือเป็น “กรณีพิเศษ” ตามหลักเกณฑ์ของ SCA คือ 0.70 Aw

จากข้อมูลตัวอย่างในการศึกษานี้ค่าปริมาณน้ำอิสระ 0.70 Aw จะมีสัมพันธ์อย่างน่าเชื่อถือกับความชื้นที่สูงกว่า 12%; ที่ 12% มีแนวโน้มที่จะอยู่ที่ระดับล่างสุดของช่วงความชื้นที่เกี่ยวข้องกับค่าปริมาณน้ำอิสระที่ 0.70 Aw แม้ว่าการวิจัยนี้ยังไม่ได้ตัดความเป็นไปได้ที่กาแฟจะมีค่าปริมาณน้ำอิสระสูง แต่มีความชื้นต่ำ หรือในทางกลับกันก็ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง นอกจากนี้กาแฟดังกล่าวจะไม่มีการวัดค่าปริมาณน้ำอิสระ หรือปริมาณความชื้นอย่างสม่ำเสมอ และคงที่เมื่อเวลาผ่านไป (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาในสภาพการเก็บรักษา)

จากผลลัพธ์ของการศึกษานี้เชื่อว่าที่ 0.70 Aw เป็นค่าปริมาณน้ำอิสระที่สูงเกินไปสำหรับกาแฟ specialty coffee ในทุกกรณี โดยกาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระสูงมากมีแนวโน้มที่จะเกิดเชื้อรา, เกิดการย่อยสลายอย่างรวดเร็ว และมีอายุการเก็บรักษาที่ลดลง

0.0 – 0.35 Aw / 0.65 – 1.0 Aw: ช่วงเหล่านี้ถือเป็นช่วงอันตราย, 0.0 – 0.35 Aw: ค่าปริมาณน้ำอิสระที่ต่ำมากในเมล็ดจะทำให้เมล็ดได้รับออกซิเจนมากขึ้น ทำให้เกิดการออกซิเดชั่นของไขมัน (lipid oxidation), 0.65 – 1.0 Aw: กิจกรรมของน้ำที่สูงสามารถนำไปสู่ความไม่ความเสถียรของเมล็ด, การทำงานของเอนไซม์, การเจริญเติบโตของเชื้อรา, สารพิษ, ยีสต์ และแบคทีเรีย

0.35 – 0.40 Aw / 0.60 – 0.65 Aw: คุณลักษณะหลายประการของกาแฟในช่วงนี้มีความเสี่ยงที่จะได้รับผลกระทบ รวมถึงคุณภาพทางประสาทสัมผัส, การพัฒนารสชาติ และอายุการเก็บรักษาเมล็ดกาแฟ

0.40 – 0.60 Aw: โซนสีน้ำเงินหมายถึงช่วงที่พบว่าเมล็ดมีความเสถียรที่ดีที่สุด

0.45 – 0.55 Aw: กาแฟทั้งหมดที่อยู่ในช่วงนี้มีความเสถียรมากขึ้น การเสื่อมสภาพทางกายภาพ และประสาทสัมผัสจะเกิดขึ้นหลังจากการเก็บรักษาที่ 1 ปีตราบเท่าที่สภาวะการเก็บรักษานั้นเหมาะสม

0.50 Aw: กาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระนี้ยังคงรักษาคุณสมบัติทางกายภาพ และทางประสาทสัมผัสไว้แม้จะเก็บไว้นาน 18 เดือน ตราบเท่าที่สภาวะการเก็บรักษานั้นเหมาะสม นี่คือจุดที่เสถียรที่สุดในการทำให้กาแฟเขียวมีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน

ค่าปริมาณน้ำอิสระ และคะแนน Cup Score

ตามที่แสดงในกราฟด้านขวาปริมาณน้ำอิสระ และปริมาณความชื้นเพียงอย่างเดียวไม่สามารถทำนายคะแนน Cup Score ได้อย่างน่าเชื่อถือ เนื่องจากมีปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมายในการประเมินคุณภาพทางประสาทสัมผัสของกาแฟ

สิ่งที่พบคือกาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระอยู่นอกช่วง 0.40 – 0.60 มีแนวโน้มที่จะได้คะแนนลดลงเมื่อเวลาผ่านไป และมีโอกาสที่คะแนน Cup Score จะลดลงมากขึ้นเมื่อค่าปริมาณน้ำอิสระ กาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระสูงอาจได้คะแนน Cup Score ที่ดี แต่คะแนนนั้นมักจะลดลงในช่วงเวลาสั้น ๆ

ปริมาณน้ำอิสระ และอายุการเก็บรักษากาแฟเขียว

สามารถพูดว่าค่าปริมาณน้ำอิสระที่สูงขึ้นในกาแฟนั้นส่วนใหญ่จะส่งผลให้กาแฟให้มีอายุการจัดเก็บที่สั้นลง และส่วนใหญ่จะส่งผลให้คะแนน Cup Score ที่ลดลง ซึ่งกาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระสูงยังเสี่ยงต่อการเกิดเชื้อรา

กาแฟที่มีความสามารถดูดความชื้นจากบรรยากาศ (hygroscopic) หมายความว่ามีแนวโน้มที่จะดูดซับ และกักเก็บความชื้นจากอากาศโดยรอบ โดยกาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระสูงกว่า 0.60 Aw มีแนวโน้มที่จะดูดซับความชื้นจากอากาศได้มากกว่ากาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระต่ำกว่า ซึ่งส่งผลให้:

• การเสื่อมสภาพทางกายภาพอย่างรวดเร็ว เช่น การเปลี่ยนสีของเมล็ดกาแฟ (การฟอกสีเมล็ดกาแฟ)
• การพัฒนาของรสชาติที่ไม่พึงประสงค์ และข้อบกพร่อง เช่น ฟีนอล
• การสูญเสียคุณสมบัติทางประสาทสัมผัส เช่น รสชาติ และกลิ่นที่ไม่พึงประสงค์
• การสร้างไมโครทอกซินที่เป็นไปได้ในระหว่างการเก็บรักษาโดยเฉพาะ ochratoxin A.

ปัญหาเหล่านี้อาจทวีความรุนแรงขึ้นหากสภาพการจัดเก็บไม่เหมาะสม เช่น หากสภาพคลังสินค้าชื้นเกินไป, อุณหภูมิสูงเกินไป หรือมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และความชื้นในคลังสินค้าอย่างมาก

กาแฟในขั้นต้นจะถูกจัดเก็บไว้ที่ที่มีปริมาณน้ำอิสระ และปริมาณความชื้นต่ำทำให้มีแนวโน้มที่กาแฟจะคงที่มากขึ้นในระหว่างการเก็บรักษา แนวปฏิบัตินี้ยังช่วยให้ความผันผวนที่อาจเกิดขึ้นเป็นเรื่องที่น่ากังวลน้อยลง เนื่องจากความชื้นที่กาแฟได้รับ หรือสูญเสียไปในระหว่างการเก็บรักษามีโอกาสน้อยที่จะเป็นปริมาณที่มีนัยสำคัญ และจะยังช่วยให้กาแฟสามารถรักษาให้อยู่ในค่าพารามิเตอร์ที่ยอมรับได้

ภายใต้สภาวะการเก็บรักษากาแฟที่ดี การรักษาคุณภาพที่สม่ำเสมอของลักษณะทางกายภาพ และทางประสาทสัมผัสในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้นคือกาแฟในช่วง:

a) ความชื้นระหว่าง 10.5 – 11.5% (ภายในช่วงความชื้นที่เหมาะสมคือ 10 – 12%)

b) ค่าปริมาณน้ำอิสระระหว่าง 0.45 – 0.55 (อยู่ในช่วงที่เหมาะสมที่สุดคือ 0.4 – 0.6 Aw)

อย่างไรก็ตามกาแฟที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดลดลงระหว่าง 0.45 – 0.55 Aw ซึ่งสัมพันธ์กับช่วงความชื้นในอุดมคติ (10.5 -11.5%) กาแฟเหล่านี้สามารถรักษาคุณภาพได้ดีในช่วง 8 เดือนที่ผ่านมา โดยกาแฟที่อยู่นอกช่วงนั้นเริ่มแสดงสัญญาณของอายุ และความเสื่อมสภาพ

สรุปผล และประเด็นที่น่าสนใจ

โดยสรุปเชื่อว่าความชื้นในช่วง 10.5-11.5% เหมาะสำหรับกาแฟทุกชนิด โดยกาแฟที่วัดได้ในช่วงนี้ส่วนใหญ่จะสัมพันธ์กับค่าปริมาณน้ำอิสระระหว่าง 0.45 – 0.55 Aw; ภายใต้สภาพการเก็บรักษาที่ดี กาแฟเหล่านี้จะมีโอกาสที่ดีที่สุดในการรักษาคุณภาพได้ยาวนานขึ้น

ซึ่งต้องย้ำว่าความสัมพันธ์ระหว่างค่าปริมาณน้ำอิสระกับปริมาณความชื้นอาจไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป เพียงแค่เป็นความสัมพันธ์ที่น่าเชื่อถือเพียงพอที่จะเป็นประโยชน์ในกรณีส่วนใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออ้างถึงพารามิเตอร์นี้ ตัวอย่างเช่น กาแฟที่มีความชื้น 11% เกือบจะมีค่าปริมาณน้ำอิสระในอุดมคติ อย่างไรก็ตามกาแฟที่มีความชื้นที่ 12% อาจมีหรือไม่มีค่าปริมาณน้ำอิสระในอุดมคติก็ได้ และในความเป็นจริงมีโอกาสมากที่จะมีค่าปริมาณน้ำอิสระที่สูงเกินไป ทำให้อายุการเก็บรักษาลดลง และมีโอกาสเกิดเชื้อรา และสารพิษได้มากขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่ความชื้นที่ 12% หรือมากกว่า 12% แทบจะไม่มีค่าปริมาณน้ำอิสระที่ยอมรับได้

ในช่วงเริ่มต้นของการศึกษานี้ได้ระบุคำถามจำนวนหนึ่งเพื่อเป็นแนวทางในการวิจัยนี้ แม้ว่าจะเชื่อว่าจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม โดยด้านล่างนี้เป็นข้อมูลเชิงลึกบางประการเกี่ยวกับพฤติกรรมของปริมาณน้ำอิสระ และกาแฟเขียวเชื่อถือได้

ค่าปริมาณน้ำอิสระไม่ใช่ตัวทำนายคะแนน cup score ที่มีประโยชน์ ในการค้นพบของการศึกษานี้ไม่สามารถวาดความสัมพันธ์ระหว่างค่าปริมาณน้ำอิสระที่สูงขึ้น และต่ำลงที่สามารถเป็นตัวบ่งชี้คะแนน cup score ที่ดีขึ้น หรือแย่ลงได้ อย่างไรก็ตามสามารถสังเกตเห็นแนวโน้มที่กาแฟที่มีค่าปริมาณน้ำอิสระสูงมีแนวโน้มที่จะได้คะแนน cup score ที่ลดลงอย่างรวดเร็ว ขึ้นรวมถึงการเสื่อมสภาพทางกายภาพของเมล็ดกาแฟด้วย

ปริมาณน้ำอิสระสามารถทำนายอายุ และความเสถียรของกาแฟได้ โดยกาแฟที่มีการวัดค่าปริมาณน้ำอิสระอยู่ในช่วงขอบบนสามารถคาดว่าจะย่อยสลายได้เร็วกว่ากาแฟที่อยู่ที่ระดับขอบล่างสุด หากไม่ได้รับการจัดเก็บอย่างเหมาะสมกระบวนการย่อยสลายนี้ก็จะถูกเร่งขึ้น

สิ่งนี้หมายความอย่างไรสำหรับผู้ผลิต? ในเวลานี้ยังไม่แนะนำให้กำหนดค่าปริมาณน้ำอิสระในระดับผู้ผลิต การทำเช่นนี้จะทำให้กระบวนการซับซ้อน และลำบากโดยไม่จำเป็น และไม่ได้ช่วยผู้ผลิตในการปรับปรุงวิธีปฏิบัติในการอบแห้ง หรือการแปรรูปอย่างมีนัยสำคัญ ผู้ผลิตควรให้ความสำคัญกับความพยายาม และทรัพยากรในการปรับปรุงเทคนิคการอบแห้ง และการแปรรูปเพื่อรับประกันความเสถียรของเมล็ดกาแฟ และกาแฟโดยไม่เสี่ยงต่อการเกิด ochratoxin A ขั้นตอนการทำให้แห้งเป็นสิ่งสำคัญมากต่อปริมาณน้ำอิสระที่เสถียร

สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรสำหรับผู้ซื้อ? หากกาแฟของคุณมีความชื้นระหว่าง 10.5 – 11.5% และมีการจัดเก็บอย่างถูกต้อง คุณควรมั่นใจได้ว่าคุณภาพกาแฟจะได้รับถนอมไว้อย่างน้อย 8 เดือน หรือนานกว่านั้น ซึ่งไม่ได้หมายความว่ากาแฟที่ไม่อยู่ในช่วงนี้จะไม่สามารถเก็บรักษาได้นาน; มีหมายความเพียงว่ากาแฟที่ไม่ได้อยู่ในช่วงนี้อาจเสี่ยงต่อการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว และคุณควรจัดลำดับการบริโภคกาแฟเหล่านี้เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดเหตุการณ์นั้นขึ้น

•  Yimara Martinez Agudelo
• ผู้เชี่ยวชาญด้านการควบคุมคุณภาพที่ Sustainable Harvest
• Q Arabica Grader
• QP3 – Q Processing Expert
• CQI Q Processing Instructor, ผู้มีความรู้หลากหลายสาขา และผู้เชี่ยวชาญ

อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการเก็บรวบรวมข้อมูล

เครื่องวัดความชื้น

Shore Model 920C Portable   Moisture Tester Package The Shore Model 920C ให้ผลการวัดความชื้นที่รวดเร็ว และแม่นยำสำหรับสินค้าจำนวนมาก โดยผลลัพธ์จะแสดงโดยตรงโดยไม่ต้องใช้ตารางการแปลงความชื้น หรืออุณหภูมิ ค่าความชื้นของแต่ละตัวอย่างถูกนำมาเป็นค่าเฉลี่ยจากการวัด 3 ครั้งโดยมีการประเมินที่ 250 g. ต่อตัวอย่าง

เครื่องวัดปริมาณน้ำอิสระ

Pawkit Water Activity Meter Decagon Devices, Inc.

ความสามารถของเซ็นเซอร์จำกัดความแม่นยำไว้ที่ ± 0.02 Aw.

การเก็บตัวอย่าง:

ตัวอย่างทั่วไปที่ได้รับจะถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน นำตัวอย่างส่วนหนึ่งมาใส่ถ้วยสำหรับวัดผล ตัวอย่างที่ต้องอยู่ต่ำกว่ากึ่งกลางของถ้วยวัดผล เมื่อถ้วยวัดผลมีการบรรจุตัวอย่างแล้วให้ทำการอ่านค่า การวัดปริมาณน้ำอิสระแต่ละครั้งใช้เวลา 5 นาทีในการอ่าน โดยการวัดค่าปริมาณน้ำอิสระจะดำเนินการ 1 ครั้งสำหรับแต่ละตัวอย่าง อุปกรณ์ที่ใช้ได้มาตรฐาน และสอบเทียบเป็นระยะ – สำหรับกาแฟใน QC ของการศึกษานี้ได้รับการกำหนดมาตรฐาน: คือ 0.760 Aw; 6.00 mol / kg ของ NaCl ใน H₂O เมื่อค่าการอ่านมาตรฐานไม่ตรงที่ 0.760 Aw หรือ +/- 0.02 จะดำเนินการส่งอุปกรณ์ไปสอบเทียบ สำหรับการประเมินเหล่านี้อุณหภูมิในห้องปฏิบัติการจะอยู่ระหว่าง 20 ° C – 24 ° C เสมอ ตัวอย่างทั้งหมดนี้เป็นการรวบรวมตัวอย่างก่อนการจัดส่ง, ลงจอด / มาถึง และการควบคุมสินค้าคงคลังในคลังสินค้าที่ห้องปฏิบัติการหลักในพอร์ตแลนด์, OR

Credit : Sustainable harvest relationship coffee