СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЖАРКИ ЧАСТИЧНО ОБЖАРЕННЫХ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН
METHOD AND DEVICE FOR ROASTING PARTIALLY ROASTED COFFEE BEANS

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и машине для приготовления кофе, в частности, к способу и устройству для обжарки частично обжаренных кофейных зерен.
Уровень техники
Наслаждение свежим кофе становится очень популярным среди потребителей. Особенно пользуется спросом свежая обжарка. Однако существующие бытовые обжаривающие аппараты предоставляют потребителям ограниченные возможности получения желаемого вкуса кофе.
Кофейные зерна могут придать чашке кофе множество вкусов, ароматов и оттенков, в зависимости от трех основных факторов, а именно, разновидность кофейного зерна, уровень обжарки и формат заваривания. Различные виды кофейных зерен придают различные вкусы кофейным напиткам. Уровень обжарки влияет на конечный аромат и вкус кофе, включая кислотность, горечь, крепость, терпкость, сладость и т.д. В сочетании с подходящим заварочным форматом поставляются премиальные кофейные напитки, которые становятся популярными во всем мире. Существующие бытовые обжаривающие аппараты сосредоточены на удобстве конечного пользователя. Как правило, эти бытовые обжаривающие аппараты имеют предварительно заданные профили обжарки, оставляя конечным пользователям возможность регулировки нескольких параметров, таких как время и температура обжарки. Другими словами, для конечных пользователей не обеспечена возможность регулировки профиля обжарки для приготовления кофейных напитков с желаемым вкусом.
Обжарка свежих кофейных зерен займет много времени. Если потребителям необходим очень быстрый процесс обжарки, потребуется очень высокая температура (обычно выше, чем 300ºС). В таблице 1 показан известный в настоящее время быстрый процесс обжарки. И этот очень быстрый процесс обжарки обычно не будет приводить к сбалансированной обжарке хорошего качества, так как поверхность будет пережарена, а сердцевина зерна будет все еще зеленой.
Таблица 1: Существующий процесс быстрой обжарки
Тип
Характеристики
Вращающийся цилиндр
Горизонтальный/вертикальныйС перфорированными стенками/без перфорированных стенокПрямой нагрев конвекционным потоком горячих газовОпосредованный нагрев горячими стенками барабанаПериодического действияНепрерывного действия посредством внутреннего конвейераТемпература газа: 400-550ºСВремя обжарки: 8,5-20 мин
Чаша
Прямой нагрев конвекционным потоком горячих газовНепрерывного действия через поток газа;Температура газа: 480-550ºСВремя обжарки: 3-6 мин
Фиксированный барабан
Прямой нагрев конвекционным потоком горячих газовПериодического действияТемпература газа: 400-450ºСВремя обжарки: 3-6 мин
Псевдоожиженный слой
Прямой нагрев флюидизирующим газомПериодического действияТемпература газа: 240-270ºСВремя обжарки: 5 мин
Фонтанирующий слой
Прямой нагрев флюидизирующим газомПериодического действияБыстрая обжарка: Температура газа: 310-360ºС; Время обжарки: 1,5-6 минМедленная обжарка: Температура газа: 230-275ºС; Время обжарки: 10-20 мин
Вихревой слой
Тангенциальный впуск газаСпиралеобразное движение зерен вверхПрямая передача тепла перемещаемого уплотненного слояТемпература газа: 280ºСВремя обжарки: 1,5-3 мин
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, целесообразно создание способа и устройства для обжарки частично обжаренных кофейных зерен.
В данном контексте выражение «частично обжаренный» означает, что указанные кофейные зерна были уже предварительно обжарены до определенного уровня обжарки, причем указанный уровень обжарки не является конечным уровнем обжарки (т.е. уровнем, достигнутым после завершения процесса обжарки). Кроме того, термин «конечный уровень обжарки» относится к уровню, до которого рассчитывают обжарить обжаренные кофейные зерна.
Для решения одной или большего количества вышеупомянутых проблем, согласно оному из аспектов настоящего изобретения, согласно варианту реализации настоящего изобретения предложен способ обжарки частично обжаренных кофейных зерен, включающий этапы, на которых: получают уровень обжарки частично обжаренных кофейных зерен; определяют профиль обжарки для обжарки на основании по меньшей мере уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен перед обжаркой; и обжаривают частично обжаренные кофейные зерна согласно определенному ранее профилю обжарки.
Основная идея настоящего изобретения состоит в обжарке частично обжаренных кофейных зерен до заданного конечного уровня обжарки. В принципе это позволяет преодолеть один или большее количество недостатков традиционных бытовых обжаривающих аппаратов, описанных выше: во-первых, частично обжаренные кофейные зерна с определенным содержанием влаги просто хранить; во-вторых, в отличие от существующих быстрых процессов обжарки, которые обеспечивают неоднородную обжарку, быстрый процесс обжарки согласно настоящему изобретению не только существенно укоротит период обжарки (требуемая энергия будет меньше), но также обеспечит намного более равномерную обжарку зерен. Поскольку частично обжаренные кофейные зерна уже были обжарены (например, не далее появления первого растрескивания), для обжарки зерен до заданного конечного уровня обжарки понадобится меньший нагрев. Таким образом будет предотвращен интенсивный нагрев, который в противном случае, вероятно, приведет к неоднородной обжарке. Результат обжарки, таким образом, сопоставим со стандартной обжаркой или лучше ее. Этот способ особенно подходит для обжарки небольших объемов кофейных зерен и реализуем во встроенных кофемашинах бытового применения.
Предпочтительно уровень обжарки частично обжаренных кофейных зерен является уровнем, достигнутым перед окончанием первого растрескивания.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения индикатором уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен является по меньшей мере одно из следующего: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен.
Предпочтительно этап получения включает: обнаружение по меньшей мере одного из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; или распознавание уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен с помощью индикатора.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения профиль обжарки для обжарки определяется на основании уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен и заданного конечного уровня обжарки.
В варианте реализации настоящего изобретения этап обжарки включает подвод к частично обжаренным кофейным зернам тепла с температурой окружающей среды, которая находится в пределах от примерно 190ºС до примерно 230ºС, и/или передачу тепловой энергии меньшей чем примерно 15 Дж к каждому частично обжаренному кофейному зерну.
Предпочтительно индикатором заданного конечного уровня обжарки является по меньшей мере одно из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; и заданный конечный уровень обжарки является регулируемым согласно предпочтению пользователя.
Предпочтительно способ обжарки дополнительно включает: обнаружение уровня обжарки в течение этапа обжарки; и остановку обжарки по достижении заданного конечного уровня обжарки.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения в варианте реализации настоящего изобретения предложен способ приготовления кофе, включающий: способ обжарки частично обжаренных кофейных зерен согласно приведенному выше описанию; измельчение кофейных зерен заданного конечного уровня обжарки в кофейный порошок; и заваривание кофе из кофейного порошка.
Благодаря указанному способу обеспечивается очень короткий период времени приготовления «от зерна до чашки» и, таким образом, постоянное наличие свежезаваренного кофе, поскольку быстрый процесс обжарки согласно настоящему изобретению не только обеспечивает очень короткий период обжарки (требуемая энергия будет меньше), но также в результате приведет к намного более равномерному обжариванию зерен. Этот способ особенно подходит для приготовления небольших объемов кофе и реализуем во встроенных кофемашинах бытового применения.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложено обжаривающее устройство для обжарки частично обжаренных кофейных зерен, содержащее: блок получения для получения уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен; блок определения для определения профиля обжарки для обжарки на основании по меньшей мере уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен перед обжаркой; и блок обжарки для обжарки частично обжаренных кофейных зерен согласно определенному ранее профилю обжарки.
Это обжаривающее устройство особенно подходит для встраивания в кофемашины бытового применения. С таким обжаривающим устройством процесс обжарки будет очень быстрым, требуемая энергия будет меньше, и обжарка будет намного более равномерная.
Предпочтительно индикатором уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен является по меньшей мере одно из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; а блок получения содержит: элемент обнаружения для обнаружения по меньшей мере одного из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; или элемент распознавания для распознавания уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен с помощью индикатора.
В варианте реализации настоящего изобретения блок обжарки обжаривает частично обжаренные кофейные зерна согласно профилю обжарки, который определен на основании уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен и заданного конечного уровня обжарки.
В варианте реализации настоящего изобретения элемент распознавания выполнен с возможностью распознавания уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен и/или заданного конечного уровня обжарки и/или выполнен с возможностью выбора профиля обжарки.
В варианте реализации настоящего изобретения блок обжарки выполнен с возможностью подвода к частично обжаренным кофейным зернам тепла с температурой окружающей среды, которая варьируется в пределах от примерно 190ºС до примерно 230ºС, и/или для передачи тепловой энергии меньшей чем примерно 15 Дж к каждому частично обжаренному кофейному зерну.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена кофемашина, содержащая: обжаривающее устройство для обжарки частично обжаренных кофейных зерен согласно приведенному выше описанию; измельчительное устройство для измельчения кофейных зерен заданного конечного уровня обжарки в кофейный порошок; и заварочное устройство для заваривания кофе из кофейного порошка.
Такая кофемашина потенциально позволяет практически непрерывно варить кофе непосредственно из частично обжаренных кофейных зерен.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и объяснены со ссылкой на варианты реализации, рассмотренные в представленном ниже описании. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими примерами вариантов реализации.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет далее описано на основании различных вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 показана система распознавания вращения колеса согласно варианту реализации настоящего изобретения;
На фиг. 2 показана система распознавания цветовой панели согласно варианту реализации настоящего изобретения;
На фиг. 3 показана система распознавания настройки цвета согласно варианту реализации настоящего изобретения;
На фиг. 4 показана система распознавания цвета камеры обжаривающего аппарата согласно варианту реализации настоящего изобретения;
На фиг. 5 показан пример полного профиля обжарки, используемого для выбора профиля для второго этапа обжарки согласно варианту реализации настоящего изобретения;
На фиг. 6 показан пример обжаривающего устройства с датчиком согласно варианту реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже описаны варианты реализации настоящего изобретения, один или большее количество примеров которых проиллюстрированы чертежами. Эти варианты реализации приведены с целью пояснения изобретения и не предназначены для ограничения изобретения. Например, признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного из вариантов реализации, могут быть использованы с другими вариантами для создания дополнительных новых вариантов. Предполагается, что настоящее изобретение охватывает эти и другие модификации и изменения в рамках идеи и объема настоящего изобретения.
Для решения одной или большего количества проблем, указанных в приведенном выше описании, согласно одному аспекту настоящего изобретения в варианте реализации настоящего изобретения предложен способ обжарки частично обжаренных кофейных зерен; указанный способ обжарки содержит этапы, на которых: получают уровень обжарки частично обжаренных кофейных зерен; определяют профиль обжарки для обжарки на основании по меньшей мере уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен; и обжаривают частично обжаренные кофейные зерна согласно определенному на предшествующем этапе профилю обжарки.
Способ обжарки согласно варианту реализации настоящего изобретения отличается от существующих способов быстрой обжарки, которые используют очень высокие температуры (более, чем 300ºС).
Предпочтительно уровень обжарки частично обжаренных кофейных зерен является уровнем, достигнутым перед окончанием первого растрескивания. Реакция Майяра является неферментативной реакцией между сахаром и протеинами, которая происходит при нагреве и которая вызывает потемнение некоторых продуктов питания (таких как кофейные зерна, мясо и хлеб). Указанная реакция Майяра будет происходить в течение процесса обжарки кофейных зерен. После первого растрескивания кофейных зерен из них будет выпущен аромат. Для сохранения аромата, образованного в результате указанной реакции Майяра, частично обжаренные кофейные зерна предпочтительно получают путем нагрева сырых кофейных зерен и остановкой указанного процесса нагрева до окончания первого растрескивания.
2
Как правило, при использовании существующих способов обжарки кофейное зерно будет становиться более кислым, более горьким, более закопчённым, со жженными оттенками, а также более сырыми нотками и более терпким. При обжарке всего зерна внутренняя часть и поверхность не обжариваются однородно. Указанные способы обжарки также образуют большее количество CO; и миграция масла будет происходить быстрее. Таким образом, существующие способы быстрой обжарки включают множество недостатков в отношении качества.
В вариантах реализации настоящего изобретения используются частично обжаренные кофейные зерна с определенным уровнем обжарки. Это означает, что необходимость обжаривания сырых кофейных зерен с нуля отсутствует. В некоторой степени этот принцип позволяет избежать неоднородной обжарки, которая, в целом, происходит из-за длительного нагрева всего процесса обжарки. Таким образом, указанная частичная обжарка будет обеспечивать равномерную обжарку зерна, содержащего сбалансированный вкус и аромат обжарки, что означает более мягкий вкус. Прежде всего, потребителям будет обеспечен очень короткий период обжарки (меньше, чем 4 минуты) без необходимости использования более высоких температур (например, ниже, чем 240ºС).
В типовом варианте реализации настоящего изобретения процесс обжарки включает:
• Подготовку кофейных зерен с плотностью ниже 0,5 г/мл; или содержание влаги составляет меньше, чем 6%; или цвет зерен светлее, чем заданная степень обжарки и не превышает 10 (L-значение по шкале Hunterlab);
• Подвод тепла к этим зернам с температурой примерно 190-230ºС вокруг зерен; путем приложения такой температуры избегают высоких температур, которые обычно выше 230ºС, вызывающих чрезмерную обжарку поверхности зерен;
• Эта температура окружающего воздуха (примерно 190-230ºС) зерен будет поддерживаться в течение менее 4 минут;
• Количество энергии, переданной зернам, будет меньше чем примерно 15 Дж.
• Время обжарки будет изменяться на основании заданной степени обжарки (т.е. конечного уровня обжарки). Если заданная степень обжарки будет соответствовать более темному цвету зерну, то время обжарки будет более длительным; если заданная степень обжарки будет соответствовать относительно светлому цвету зерна, то продолжительность обжарки будет короче. В тоже время, если будет использоваться относительно высокая температура, то продолжительность обжарки будет относительно не большой. Заданная плотность после обжарки находится в диапазоне, например, 0,35 г/мл – 0,30 г/мл.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения перед этапом обжарки способ обжарки дополнительно включает этап: получения уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен, индикатором которого является по меньшей мере одно из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен.
Как видно из указанного в приведенном выше описании типового варианта реализации настоящего изобретения, индикатором уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен может быть по меньшей мере одно из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен. Все эти параметры могут быть использованы для указания на уровень обжарки/степень частично обжаренных кофейных зерен. Из всех этих параметров содержание влаги является относительно точным параметром, так как содержание влаги всех типов частично обжаренных кофейных зерен с определенным уровнем/степенью обжарки так или иначе является постоянной. Специалистам в данной области техники будет понятно, что, учитывая определенный тип кофейных зерен, плотность и цвет частично обжаренных кофейных зерен также могут точно указывать на уровень/степень обжарки.
Различные типы кофейных зерен имеют существенно отличающийся профиль обжарки. Например, твердые зерна, полученные на высотных плантациях, например, Mandheling и Hawaii Kona, являются большими, плотными и имеют высокое содержание воды. Таким образом, им требуется длительное время обжарки перед первым растрескиванием для избавления от воды. И они подходят для темного способа обжарки для полного раскрытия их аромата и оттенка. С другой стороны, зерна, полученные на низинных плантациях, например, Yirgacheffe и Pahama, являются тонкими, плоскими и имеют низкое содержание воды. Они расширяются легко и имеют хороший внешний вид в течение обжарки, однако темный способ обжарки приводит к исчезновению аромата и делает их безвкусными.
Согласно принципу обжарки частично обжаренных кофейных зерен, кофейные зерна, которые подлежат обжарке, могли бы быть частично обжаренными зернами с различными уровнями обжарки. Кроме того, для различных типов кофейных зерен, которые подлежат обжарке, необходимы профили обжарки второй фазы, настроенные под определенного пользователя. По сути, распознавание зерен, которые будут обжарены, является важным для принятия решения относительно профиля обжарки; другими словами, потребители будут испытывать сложности настройки профиля обжарки согласно различным зернам, которые подлежат обжарке.
Цвет зерен имеет сильную корреляцию со степенью обжарки. Цвет кофейных зерен существенно изменяется от зеленого до светлого, желтого, коричневого и черного во время обжарки и при высокой температуре. Специализированная кофейная ассоциация Америки (SCAA) разработала систему классификации цвета зерен в зависимости от обжарки, которая связана с 8 степенями обжарки от легкой светло-коричневой обжарки до Итальянской обжарки. Между тем цвет зерна является одним из самых удобных и эффективных параметров, которые подлежат измерению. Профессиональные контрольно-измерительные приборы, такие как Agtron и Huntlab, измеряют цвет зерна и порошка для указания степени обжарки. Опытные практикующие специалисты обжарки обычно проверяют состояние зерен, т.е. цвет, равномерность и расширение, для определения конечной точки обжарки.
Вариант реализации настоящего изобретения также предлагает систему распознавания для распознавания зерен на основании цвета для управления при достижении специальных и оптимизированных профилей обжарки. Исходные зерна являются частично обжаренными зернами, а не сырыми зернами, идеальные зерна от авторизованных поставщиков, для поддержания сегментированного принципа обжарки. Система распознавания является ключевой для сегментированной технологии обжарки, потому что она обеспечивает оптимизированный профиль обжарки для различных частично обжаренных зерен.
Принцип использования цвета для распознавания исходных зерен применяют следующим образом.
1) Цвет кофейного зерна связан с разновидностью кофейного зерна и, таким образом, определяет рекомендуемую степень обжарки.
2) Цвет кофейного зерна определяет степень обжарки частично обжаренных зерен, влияющую на конечное время обжарки.
3) Цвет кофейного зерна имеет корреляцию с содержанием воды, влияющим на профиль обжарки.
Система распознавания может быть использована с автономным обжаривающим аппаратом, или она может быть встроена в кофемашину, наряду с измельчением и завариванием для предложения кофе с различными вкусами.
Основные элементы для распознавания цвета содержат таблицу цветов, средство выбора и/или панель управления программным обеспечением для осуществления распознавания.
Таблица цветов представляет собой набор цветов, охватывающих цвета потенциальных, коммерчески доступных кофейных зерен по принципу сегментированной обжарки. В идеальном случае таблица цветов выполняется согласно разрешенным кофейным зернам.
Средство выбора выполнено с возможностью получения входных данных потребителя о статусе зерен после сравнения зерна (зерен) с таблицей цветов.
Панель управления программным обеспечением выполнена с возможностью логического определения степени обжарки, исходя из входных данных о цвете, и выведения соответствующего профиля обжарки, т.е. регулируемой скорости повышенной температуры, продолжительности и конечной температуры.
Другой дизайн UI, за исключением таблицы цветов устройства, может представлять собой таблицу цветов на телефоне/планшете через синхронизацию приложения; или бумажную таблицу цветов, результат которой вводится в устройство.
В целом система распознавания для исходных зерен выполнена для направления при достижении настроенного для определенного потребителя и оптимизированного профиля обжарки на основании цвета. Распознавание может быть реализовано путем сравнения цвета исходного зерна с таблицей предварительно заданных цветов, и соответствующий цвет может быть выбран вручную. Программное обеспечение принимает и анализирует цвет зерна и в дальнейшем инициирует соответствующий профиль обжарки. В сочетании с функцией измельчения и заваривания, свежий и имеющий хороший вкус кофейный напиток может быть доставлен удобным способом. Для осуществления системы распознавания в настоящем изобретении предложены четыре вида средства выбора вместе с его вариантом реализации которое будет раскрыто в представленном ниже описании со ссылкой на схематический чертеж (фиг. 1).
Пример 1 средства выбора:
Поворотное колесо 100 имеет таблицу цветов с набором цветных зон 101. Для простоты понимания на фиг. 1 различные рисунки указывают на различные цвета. Каждая цветовая зона указывает на группу коммерчески доступных кофейных зерен в качестве исходных зерен, которые подлежат обжарке. Указатель 102 выполнен с возможностью поворота и расположен в соответствующей цветовой зоне для указания типа исходного зерна. Потребители могут вручную устанавливать указатель на заданную цветовую зону после сравнения исходного зерна и таблицы цветов. Впоследствии указатель инициирует профили обжарки посредством панели управления программного обеспечения. Процесс распознавания теперь закончен. Профиль обжарки, который, как правило, содержит контроль температуры и времени, определяется заранее и задается в машине.
Пример 2 средства выбора:
В качестве альтернативного варианта реализации цветовая панель 200 выполнена на машине на фиг. 2. Для простоты понимания на фиг. 2 различные рисунки указывают на различные цвета. Группа цветных полос 201 расположена вместе для формирования цветной панели. Каждая цветная полоса указывает на тип коммерчески доступного кофейного зерна в качестве исходного зерна, подлежащего обжарке. Цветная полоса используется не только для сравнения исходного зерна и цветовой панели, но также служит для выбора заданного цвета. Путем нажатия или касания цветной полосы, цветная полоса связывается с соответствующим профилем обжарки и запускает процесс обжарки.
Пример 3 средства выбора:
В качестве альтернативного варианта реализации цветовой блок 300 настройки выполнен на машине на фиг. 3. Для простоты понимания на фиг. 3 различные рисунки указывают на различные цвета. Цветовой блок настройки полон отдельных цветных зон 301, указывающих на тип коммерчески доступного кофейного зерна. Кнопка 302 в форме диска настраивается вместе с иглой 303, размещенной в определенной цветовой зоне. Кнопку нажимают для запуска заданных профилей обжарки посредством панели управления программного обеспечения.
Пример 4 средств выбора:
В качестве альтернативного варианта реализации была выполнена камера 400 обжаривающего аппарата, украшенная цветовой зоной 401 (как показано на фиг. 4). Для простоты понимания на фиг. 4 различные рисунки обозначают различные цвета. Камера обжаривающего аппарата может быть изготовлена из прозрачного материала, такого как стекло, техническая пластмасса. Таблица 402 цветов приклеена к наружной стороне камеры. В качестве альтернативного варианта реализации она может быть расположена между двумя слоями камеры. Камера остается прозрачной с таблицей цветов, прикрепленной к ней. Группа кнопок 403 расположена ниже камеры обжаривающего аппарата. Процесс распознания выполняют следующим образом: Исходные зерна загружают в камеру обжаривающего аппарата. Потребитель просматривает камеру (цветовая зона) и решает, какой цвет совпадает с цветом исходного зерна. Впоследствии, путем нажатия одной из кнопок, соответствующий профиль обжарки выбирают посредством панели управления программного обеспечения.
В приведенном ниже описании представлены некоторые примеры системы распознавания, демонстрирующие каким образом использовать раскрытую систему распознавания для определения профиля обжарки.
Зерно Sumatra Mandheling большое по размеру и плотное. Сырое зерно имеет темно-зеленый цвет и относительное высокое содержание воды (~12%). С учетом его особенностей глубина прогревания обычно низкая в течение обжарки. Таким образом, продолжительность обжарки перед первым разломом является длительной для достижения испарения воды во избежание неоднородной обжарки. Степень обжарки должна соответствовать темному способу обжарки для создания многослойного, насыщенного вкуса.
С другой стороны, зерно Ethiopia Yirgacheffe маленькое по размеру и бледно-зеленого цвета. Содержание воды также низкое (~10%). Оно обжаривается равномерно из-за хороших свойств глубины прогревания зерна. Конечная степень обжарки должна соответствовать светлому способу обжарки, потому что излишняя обжарка уменьшает запах и аромат.
Частично обжаренные зерна Mandheling и Yirgacheffe имеют темно-зеленый и бледно-зеленый цвет, соответственно. Распознавание, таким образом, достигается путем сравнения таблицы цветов и исходного зерна. Соответствующий профиль обжарки задают согласно описанию. Для зерна Mandheling желательны более повышенный температурный режим, большая продолжительность и высокая, равномерная температура обжарки по сравнению с зерном Yirgacheffe. Жареное зерно Yichacheffe представляет собой зерно светлого способа обжарки, тогда как обжаренное зерно Mandheling представляет собой зерно сильного способа обжарки.
Предпочтительно этап получения включает: определение по меньшей мере одного из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; или распознавание уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен с помощью индикатора.
Следует отметить, что, с одной стороны, эти параметры могут быть обнаружены одним или большим количеством датчиков; с другой стороны, уровень обжарки частично обжаренных кофейных зерен также может быть распознан с помощью индикатора. Такое распознавание включает «считывание» указанного уровня обжарки, например, с упаковки частично обжаренных кофейных зерен или «ввод» уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен потребителем после сравнения кофейных зерен со стандартной таблицей цветов.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения профиль обжарки для обжарки определяется на основании уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен и предопределённого конечного уровня обжарки.
Согласно настоящему изобретению сегментированная обжарка включает два этапа обжарки кофейных зерен, причем второй этап выполняется потребителем. Вариант реализации настоящего изобретения также предлагает способ управления вторым этапом обжарки на основании свойств частично обжаренных зерен (т.е. уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен).
В настоящее время сушёные сырые кофейные зерна обжариваются обжаривающим предприятием и поставляются в магазин, где их помещают на полку. Потребители могут купить обжаренные кофейные зерна и приготовить кофе дома с использованием кофемашины. В течение этого процесса будет потерян некоторый вкус/аромат. Это особенно применимо для зерен, обжаренных темным способом обжарки и имеющих масло на поверхности; поэтому, аромат и запах теряются более легко. Между тем, поскольку профиль вкуса предварительно определен обжаривающей промышленностью, для потребителей существует ограниченная возможность проявления их собственного предпочтения.
Для того, чтобы получить более свежий и более вкусный кофе и для обеспечения потребителям возможности проявления их собственного предпочтения (предпочтений), автор настоящего изобретения предлагает сегментировать процесс обжарки.
На основании уровня обжарки полученных зерен и, в качестве необязательного условия, на основании заданного уровня обжарки или заданного вкуса для зерен будет выбран профиль обжарки.
Как раскрыто в приведенном выше описании, уровень обжарки полученных, частично обжаренных зерен может быть достигнут несколькими способами: такими как пользовательский ввод (например, выбор уровня), обнаружение (например, датчиком для определения цвета объекта, предназначенным для обнаружения уровня обжарки) или машиночитаемые входные данные (например, сканирование штрихкода, радиочастотной метки RFID на упаковке и т.д.).
Предпочтительно обжаривающее устройство может использовать уровень обжарки исходного зерна и заданный/конечный уровень обжарки и определять профиль обжарки, исходя из этих двух уровней. Показатели, используемые для определения профиля обжарки, не ограничиваются вводом и конечными уровнями обжарки, и устройство может учитывать другие факторы (например, температура окружающей среды, возраст зерен, тип зерен или некоторые специфические особенности первого этапа обжарки).
Уровень обжарки исходных зерен может быть задан непосредственно или опосредованно, причем непосредственно означает, что уровень обжарки может представлять собой степень обжарки (например, со шкалой от 0 до 10 или в виде цвета обжарки), и опосредованно означает, что он может быть задан другими соответствующими параметрами (например, содержание влаги, плотность, …).
Упрощенный случай - когда используется только один уровень обжарки, и профиль обжарки определяется уровнем обжарки частично обжаренных зерен и конечной целью.
Используемый профиль обжарки не должен быть полностью фиксированным, однако он может быть адаптирован в течение работы на основании некоторой обратной связи от датчика.
В таблице 2 представлен основной случай, в котором используется справочная таблица, где Px,y означает профиль обжарки, использующий зерна уровня X обжарки для производства зерен уровня Y обжарки.
Таблица 2: Справочная таблица для определения профиля обжарки (может представлять собой постоянную кривую время/температура или может содержать правила для динамического управления)
Ввод/Задание
7
8
9
10
11
12
4
P4,7
P4,8
P4,9
P4,10
P4,11
P4,12
5
P5,7
P5,8
P5,9
P5,10
P5,11
P5,12
6
P6,7
P6,8
P6,9
P6,10
P6,11
P6,12
7
P7,8
P7,9
P7,10
P7,11
P7,12
8
P8,9
P8,10
P8,11
P8,12
Профиль обжарки может представлять собой фиксированную кривую времени/температуры, или он может определять заданные значения выходных данных определенного датчика и управлять обжаркой на основании выходных данных датчика.
Главное то, что примененный профиль обжарки будет отличаться в зависимости от свойств полученных зерен.
На основании уровня обжарки полученных зерен и заданного уровня обжарки устройство определит профиль обжарки. Он может быть статическим (однажды выбранный таким образом – является фиксированным) или динамическим (может быть адаптирован в течение обжарки). Профиль обжарки может быть определен на основании других факторов, таких как температура окружающей среды, возраст зерен, тип зерен или специфические особенности первого этапа обжарки.
Крайний случай - когда входные данные определяют профиль обжарки для зерен, и он будет обязательно зависеть от уровня обжарки полученных зерен.
Профиль обжарки может быть статическим. На фиг. 5 показан типовой профиль обжарки из сырых зерен в полностью обжаренные зерна. На фиг. 5 горизонтальная координата обозначает уровень обжарки, и вертикальная координата указывает температуру, используемую в профиле обжарки. Предположим, что исходные зерна находятся на одном из этих заданных уровней, и заданный результат является одним из более поздних уровней, устройство может просто выбрать профиль обжарки для движения от входного уровня к конечному уровню.
На практике может иметь место множество таких профилей для выбора, исходя из, типа зерен или специфических особенностей первого этапа обжарки и на их основании.
На фиг. 5 в прямоугольнике указан один пример (P4,9), означающий, что профиль обжарки будет использован для полученных зерен 4-ого уровня обжарки для создания зерен 9-ого уровня обжарки. Подобным образом из этого профиля могут быть выбраны другие случаи.
Альтернативный вариант реализации использует один или большее количество датчиков для управления конечной обжаркой. Значения датчика будут использованы для определения отправной точки и конечной точки. На практике отправная точка не должна быть явно идентифицирована, и датчики будут управлять процессом так, чтобы была достигнута желаемая конечная точка. Это будет приводить в результате к другому профилю обжарки для полученных зерен с различным уровнем обжарки.
При необходимости, заданный конечный уровень обжарки определяется непосредственно как один из дискретного множества определенных уровней обжарки (например, [0, 1, 2, …, 12]); или заданный конечный уровень обжарки определяется непосредственно как уровень в непрерывном диапазоне уровней обжарки (например, 0-12).
При необходимости, заданный конечный уровень обжарки определяется опосредованно на основании параметров, таких как содержание влаги, плотность, … (датчик не требуется в этом случае); или заданный конечный уровень обжарки определяется опосредованно на основании выходных данных одного или большего количества датчиков.
При необходимости, конкретизация профиля обжарки введена в устройство.
В варианте реализации настоящего изобретения этап обжарки включает подвод нагрева к частично обжаренным кофейным зернам с температурой окружающей среды, которая находится в пределах от примерно 190ºС до примерно 230ºС, и/или передачу тепловой энергии, меньшей чем примерно 15 Дж, к каждому частично обжаренному кофейному зерну.
Обжарка сырых зерен кофе будет занимать больше времени. Если потребителям необходим очень быстрый процесс обжарки, то потребуется чрезвычайно высокая температура (обычно выше, чем 300ºС). Поскольку частично обжаренные кофейные зерна уже были предварительно обжарены (например, до уровня, не превышающего первое растрескивание), то для обжарки зерен до заданного конечного уровня обжарки понадобится меньшее количество тепла. Таким образом, будет предотвращен интенсивный нагрев, который, в противном случае, вероятно, вызвал бы неравномерную обжарку.
Вариант реализации настоящего изобретения также предлагает решение, в котором заданные значения датчика поступают в устройство в машиночитаемой форме. Устройство будет управлять конечным этапом обжарки на основании заданных значений входного датчика.
Сегментированная обжарка предлагает модель, в которой начальная обжарка кофе выполняется профессиональными обжаривающими аппаратами, а конечный этап обжарки выполняется потребителем. Свойства частично обжаренных зерен контролируют обжаривающие аппараты или обжаривающее устройство. Потребительское устройство может управлять конечным этапом обжарки для выдачи заданного результата.
Обнаружение может быть использовано для управления конечным этапом обжарки на основании, например, цветового распознавания. Однако в зависимости от типа и состояния частичной обжарки зерен, идеальный конечный цвет может отличаться. Таким образом, согласно общему решению все зерна будут обжарены до общего уровня, тогда как идеальное решение заключается в обжарке каждой разновидности частично обжаренных зерен до их оптимального уровня. Характер будет изменяться каждый год, в особенности, для кофейных зерен. Идеальный или рекомендуемый способ обжарки изучается ежегодно после сборки урожая кофейных зерен. Профессиональные обжаривающие аппараты, которые обеспечивает частично обжаренное зерно или конечное обжаренное зерно, знают цель идеальной обжарки. Если эта идеальная цель могла бы быть «обновлена» для конечной обжарки потребительским устройством, потребители могли бы наслаждаться кофе, изготовленным из зерен с высокотемпературной обжаркой.
Предпочтительно индикатором заданного конечного уровня обжарки является по меньшей мере одно из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; а заданный конечный уровень обжарки является регулируемым согласно предпочтению пользователя.
Вариант реализации настоящего изобретения предлагает решение, в котором заданные значения датчика вводятся в устройство в машиночитаемой форме. Устройство будет управлять конечным этапом обжарки на основании заданных входных значений датчика.
Цель состоит в том, чтобы ввести определенные значения, которые непосредственно относятся к датчикам, присутствующим в устройстве. Эти значения не предназначены для понимания потребителями и, поэтому, могут быть введены в машиночитаемом формате.
Например, машиночитаемые входные данные могут содержать заданные значения датчика для трех возможных уровней обжарки на основании значений цветовой модели RGB от датчика для определения цвета:
Для зерна Mandheling, например, входные данные следующие:
R
G
B
Светлый способ обжарки
100,5
88,3
73,4
Нью-йоркский (средний) способ обжарки
73,0
68,8
64,2
Темный способ обжарки
55,5
58,4
55,9
Для следующей обжарки, если тип зерна изменился на Yirgacheffe, например, входные данные будут следующими:
R
G
B
Светлый способ обжарки
76,1
61,2
45,3
Нью-йоркский (средний) способ обжарки
53,0
44,6
35,5
Темный способ обжарки
43,3
44,9
42,1
Используя возможный реальный пример, пользователь может добавить зерна в устройство, и он и/или она вводит заданные значения датчика для этих определенных зерен, чтобы убедиться, что устройство может оптимально управлять конечным этапом обжарки.
Как раскрыто в приведенном выше описании, заданные значения обнаружения могут быть введены несколькими способами: такими как сканирование штрихкода (линейный, 2D) на упаковке, этикетки с RFID-меткой или с использованием приложений на смартфоне и/или планшете.
Используемые типы датчика не ограничиваются цветом и могут также включать, например, измерение уровня влаги (и параметра, связанного с потерей влаги).
Фактические физические датчики в устройстве не обязательно должны соответствовать непосредственно введенным заданным значениям датчика, может иметь место преобразование из физических датчиков в заданные значения датчика. Например, введенное заданное значение датчика может быть потерей влаги, а фактический физический датчик, используемый для обнаружения потери влаги, может представлять собой весы.
Решение, достигаемое при введении заданного значения датчика, может содержать некоторое количество режимов:
1. Входные данные только конечных заданных значений датчика (предположим, что используется стандартная программа приготовления пищи);
2. Входные данные конечных заданных значений датчика и заданного профиля обжарки;
3. Входные данные множества заданных значений датчика для промежуточных результатов (с использованием стандартной программы обжарки на сегмент или входные данные заданного профиля обжарки на сегмент);
4. Входные данные множества конечных заданных значений датчика (и заданные профили обжарки) плюс множество исходных значений датчика таким образом, что конечное заданное значение датчика и/или профиль обжарки зависит от начального значения датчика.
Множество заданных значений датчика могут быть захвачены одним или множеством компонентов датчика.
Основная установка варианта реализации показана на фиг. 6. Устройство 600 для обжарки кофейных зерен содержит один или большее количество датчиков 601 в контейнере 602 и интерфейс 603 (проводной/беспроводной) для приема входных данных. Входные данные будут содержать заданные значения для датчиков 601 для указания завершения процесса обжарки. Блок 604 управления управляет нагревательным элементом 605 согласно профилю обжарки, указанный профиль обжарки может быть определен из заданных значений и/или уровня обжарки полученных частично обжаренных зерен в контейнере 602.
Без входных заданных значений датчика система, показанная на фиг. 6, имеет проблему, состоящую в том, что датчик может управлять обжаркой без определенных знаний о типе зерен и уровня обжарки. В некоторых случаях это может привести к субоптимальному результату.
Предпочтительно способ обжарки дополнительно включает: обнаружение уровня обжарки в течение этапа обжарки; и остановку процесса обжарки по достижении заданного конечного уровня обжарки.
На основании решения, достигнутого при введении заданного значения датчика, в приведенном ниже описании будут рассмотрены 4 режима.
Режим 1: Входные данные только конечных заданных значений датчика (предположим, что используется стандартный профиль обжарки).
В этом случае допустим, что используется стандартный профиль обжарки, и входные заданные значения датчика используются для определения конечной точки процесса.
Допустим, что устройство может измерить значения S1, S2, …, Sn датчика, введенные заданные значения датчика должны представлять поднабор S1, S2, …, Sn. Процесс приготовления будет управляться на основании введенного поднабора (например, S1, S2, …, Sk, где k ≤ n).
Идеальный алгоритм:
Если (S1A, S2A, …, SkA) = (S1T, S2T, …, SkT)
ТО процесс приготовления/заваривания кофе завершен.
В указанном алгоритме SiA является фактическим значением датчика, и SiT является заданным значением.
Однако на практике, вследствие частоты выборки, разрешающей способности датчика и естественных флуктуаций значений. величина SiA никогда не может точно равняться SiT.
Практический алгоритм должен проверить выполнение условия:
Если SiA = SiT±Δ,
Где Δ может быть процентной долей заданного значения.
В более общем смысле система должна определить меру F на k-ом датчике (т.е. функция, которая преобразует (S1, S2, …, Sk) в неотрицательное значение), и затем тест:
Действительно ли f (S1T - S1A, S2T - S2A, …, SkT - SkA) <Δ
Мера может быть использована для дифференциации параметров по важности.
Мера также может быть одним из входных данных для системы вместе с заданными значениями датчика.
Полный алгоритм управления имеет вид:
1. Прием заданных значений S1T, S2T, …, SkT датчика
2. Начало приготовления/заваривание (как правило, нагревание)
3. Снятие показаний S1A, S2A, …, SkA значения датчика
4. ЕСЛИ f (S1T - S1A, S2T - S2A, …, SkT - SkA) < Δ ТО этап 5 ИНАЧЕ этап 3
5. Процесс завершен (прекращение приготовления/заваривания),
В частности, предположим, что датчики в устройстве могут измерять изменение веса и цвета RGB в течение обжарки. Однако заданные значения датчика определяются только для компонентов веса и цвета GB.
Например, заданные значения представлены следующими:
Вес: -12% ± 0,01% (заданное значение составляет 12%-ое сокращение веса в течение обжарки),
R: 61,3 ±3
G: 52 ± 3
B: 43 ± 1
Заданные значения содержат допустимую дельту для соответствия заданным значениям. Путем определения дельты возможно сделать один параметр датчика более важным, чем другой (т.е. параметры с большой (нормализованной) дельтой на практике менее важны).
Режим 2: Входные конечные заданные значения датчика и заданный профиль обжарки.
В этом случае входные данные также содержат профиль обжарки (например, заданная температура и/или другие параметры для приготовления). Блок управления будет задавать параметры устройства на основании этого профиля, пока не будут достигнуты заданные значения датчика.
Например, профиль обжарки просто заключается в нагреве до 200°C, пока не достигнуто заданное значение датчика.
Режим 3: Входные множественные заданные значения датчика для промежуточных результатов (используют стандартный профиль обжарки на каждый сегмент или вводят заданные профили обжарки для каждого сегмента).
В этом случае множество заданных значений датчика введены для управления различными этапами в процессе обжарки:
Этап 1: S1T, S2T, …, SkT
Этап 2: S1T, S2T, …, SkT
Этап 3: S1T, S2T, …, SkT
Алгоритм управления будет следовать за алгоритмом Уровня 1, указанного в приведенном выше описании, для каждого этапа. Предположим, что профиль обжарки изменяется для каждого этапа (мог бы быть введен вместе с заданными значениями датчика).
Заданные значения датчика для каждого этапа необязательно должны использовать один и тот же набор датчиков. Например:
Этап 1: Вес - 6% ± 0,1% (при окончательной жарке могло бы потребоваться снижение веса на 12%, но на первом этапе требуются только 5% снижения веса.)
Этап 2: R: 61,3 ±3; G: 52 ± 3; B: 43 ± 1.
В этом случае первый этап должен контролировать потерю массы, тогда как второй этап (с использованием более высокой температуры) достигает заданного уровня обжарки.
Режим 4: Введение множества конечных значений датчика (и заданные профили обжарки) плюс множества исходных значений датчика таким образом, что конечные заданные значения датчика и/или профили обжарки зависят от исходного значения датчика.
Основная идея состоит в том, что заданные значения датчика основаны на ингредиентах и, таким образом, можно достичь более точного управления. Дальнейшая обработка должна использовать исходные значения датчика для выбора конечного заданного значения. Это позволяет учитывать изменения в пределах одного и того же типа ингредиентов (например, из-за созревания) или уменьшать изменения информации, которая вводится для одного и того же класса ингредиентов.
В этом случае входные данные будут содержать набор пар исходных значений датчика (определенные значения или диапазон) и заданных значений датчика, как описано в приведенном выше описании.
Фактические исходные значения датчика будут использованы для выбора заданных значений датчика. Если исходные входные данные датчика являются набором определенных значений, то может быть выбрано самое близкое соответствие. Если входные данные представляют собой диапазон, то подходящий диапазон будет выбран на основании фактических значений датчика.
Исходные значения датчика относятся к фактическим значениям в начале процесса, но не обязательно к мгновенным измерениям в начале. Они также могут представлять собой измерения, проведенные в течение первых нескольких минут процесса.
В этом примере входные данные содержат исходные значения, которые затем управляют профилем и заданным конечным результатом. В зависимости от того, каким образом хранятся кофейные зерна, их свойства могут измениться, например, они могут терять или абсорбировать влагу. Путем добавления исходных значений датчика это может быть компенсировано для выдачи оптимального конечного результата.
Например, содержание влаги может быть начальным параметром, измеренным для управления профилем обжарки, и связано с конечным результатом. В таблице 3 показан такой пример.
Таблица 3:
Исходный датчик(содержание влаги)
Профиль обжарки
Конечное заданное значение
> 8%
200<sup>o</sup>C (5 мин)
R = 61,3±3, G = 52± 3, B= 43 ± 1
4-8%
180<sup>o</sup>C (2 мин), 200<sup>o</sup>C (1,5 мин)
R = 61,3±3, G = 52± 3, B= 43 ± 1
< 4%
180<sup>o</sup>C (1,5 мин), 200<sup>o</sup>C (1 мин)
R = 61,3±3, G = 52± 3, B= 43 ± 1
Таким образом, разновидность зерен в течение хранения (включая созревание) может быть компенсирована.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения в варианте реализации настоящего изобретения предложен способ приготовления кофе, включающий: способ обжарки частично обжаренных кофейных зерен, как описано в приведенном выше описании; измельчение кофейных зерен, имеющих заданный конечный уровень обжарки, в кофейный порошок; и использование кофейного порошка для заваривания кофе.
При таком способе обеспечивается очень короткое время приготовления напитка «от зерна до чашки» и, таким образом, постоянное наличие свежезаваренного кофе, поскольку быстрый процесс обжарки согласно настоящему изобретению не только обеспечит очень короткий период обжарки (требуемая энергия будет меньше), но также обеспечивает намного более равномерную обжарку зерна.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложено обжаривающее устройство для обжарки частично обжаренных кофейных зерен, содержащее: блок получения для получения уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен; блок определения для определения профиля обжарки для обжарки на основании по меньшей мере уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен; и блок обжарки для обжарки частично обжаренных кофейных зерен согласно определённому ранее профилю обжарки.
При таком обжаривающем устройстве процесс обжаривания будет очень быстрым, требуемая энергия будет меньше, а обжарка будет намного более равномерная.
Предпочтительно индикатором уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен является по меньшей мере одно из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; а блок получения содержит: элемент обнаружения для обнаружения по меньшей мере одного из: содержания влаги, плотности и цвета частично обжаренных кофейных зерен; или элемент распознавания для распознавания уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен с помощью индикатора.
В варианте реализации настоящего изобретения блок обжарки обжаривает частично обжаренные кофейные зерна согласно профилю обжарки, который определён согласно уровню обжарки частично обжаренных кофейных зерен и заданному конечному уровню обжарки.
Предпочтительно элемент распознавания выполнен с возможностью распознавания уровня обжарки частично обжаренных кофейных зерен и/или заданного конечного уровня обжарки и/или выполнен с возможностью выбора профиля обжарки.
В варианте реализации настоящего изобретения блок обжарки выполнен с возможностью подвода тепла к частично обжаренным кофейным зернам с температурой окружающей среды, которая находится в пределах от примерно 190ºС до примерно 230ºС, и/или передачи тепловой энергии, меньшей чем примерно 15 Дж, к каждому частично обжаренному кофейному зерну.
Согласно еще другому аспекту настоящего изобретения предложена кофемашина, содержащая: обжаривающее устройство для обжарки частично обжаренных кофейных зерен, как описано в приведенном выше описании; измельчительное устройство для измельчения кофейных зерен, имеющих заданный конечный уровень обжарки, в кофейный порошок и заварочное устройство для заваривания кофе из кофейного порошка.
Такая кофемашина потенциально позволяет моментально заварить кофе непосредственно из частично обжаренных кофейных зерен.
Другие изменения раскрытых вариантов реализации могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения, в результате изучения чертежей, раскрытия настоящего изобретения и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и неопределенный артикль «a» или «an» английского языка не исключает множественное число. Сам по себе факт, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для достижения технического результата. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем настоящего изобретения.