СПОСОБ УСКОРЕННОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОФЕЙНОГО ЭКСТРАКТА ДЛЯ МАЛЕНЬКОЙ ЧАШКИ ИЗ КАПСУЛЫ
METHOD FOR FASTER PREPARATION OF COFFEE EXTRACT FOR SMALL CUP FROM CAPSULE

Настоящее изобретение относится к способу приготовления кофейных напитков из капсул, предназначенных для экстракции под давлением и содержащих вещество для приготовления кофейного напитка.
Кофе в чашках можно приготовить в кофемашинах с фильтрующей системой. Однако из-за «слабой» экстракции кофе готовый экстракт обычно имеет низкую концентрацию сухих веществ кофе, слабо выраженный ароматический профиль и незначительное количество или отсутствие кофейной пенки на поверхности напитка.
Капсулы, предназначенные для экстракции по давлением и содержащие вещество для приготовления напитка, имеются на рынке. Они обеспечивают улучшенную экстракцию кофе, т.е. повышенный «выход при экстракции», более выраженный аромат и улучшенное качество кофейной пенки, более удобны в употреблении и сохраняют свежесть содержащегося в них вещества. Благодаря этому гарантируется приготовление свежеэкстрагированных напитков постоянного качества.
Например, действующая система, реализуемая на рынке под торговой маркой "Nespresso" (Неспрессо), признана как наиболее пригодная для приготовления маленьких и больших чашек кофе хорошего качества. Под маленькой чашкой кофейного экстракта следует понимать чашку, содержащую менее 50 г жидкого кофейного экстракта, более конкретно - около 40 г для кофе типа эспрессо и около 25 г для кофе типа ристретто (итал. крепкий кофе). Благодаря высокому давлению экстракции, поддерживаемому в капсуле и составляющему от 10 до 20 бар, получаемый жидкий экстракт приобретает требуемые качественные показатели в плане выхода кофе, сухих веществ кофе и кофейной пенки за приемлемое для потребителя время вытекания готового напитка. Таким образом, в типичных случаях крепкий кофейный экстракт в маленькой чашке может быть получен за время вытекания от 20 до 45 секунд с обеспечением требуемых консистенции, вкуса, аромата и кофейной пенки.
Существует потребность в получении крепкого (маленькой чашки) кофейного экстракта при сокращении времени вытекания, но при одновременном поддержании качественных показателей относительно неизмененными.
Существует также потребность в получении крепкого кофейного экстракта с сильно выраженным вкусом.
Настоящее изобретение имеет целью значительное улучшение капсульной системы предшествующего уровня техники. В частности, основной целью является сокращение времени вытекания крепкого кофейного экстракта из капсулы при одновременном сохранении или даже улучшении качественных показателей кофе, в частности его требуемой крепости (например, выражаемой «выходом при экстракции (Y)»), а также достаточной плотности и консистенции кофейной пенки.
Таким образом, основу изобретения составляют полученные новые данные о том, что гранулометрия слоя молотого кофе вкупе с контролем содержания пыли в указанном слое играет ключевую роль в уменьшении падения давления в слое кофе при одновременном поддержании требуемой экстракции кофе. Снижение содержания пыли обеспечивает уменьшение падения давления в слое кофе, что, в свою очередь, обеспечивает получение кофейного экстракта при более высокой скорости вытекания.
Следовательно, изобретение основывается на принципе снижения уровня пыли в молотом кофе; пониженный уровень пыли способствует более быстрому вытеканию экстракта и в то же время позволяет избежать значительного воздействия на выход при экстракции готового кофе.
4,3
Таким образом, изобретение относится к способу приготовления кофейного экстракта для маленькой чашки за более короткое время или с более высоким выходом из запечатанной капсулы, содержащей молотый кофе, путем впрыска воды под давлением внутрь указанной капсулы, в котором капсула заполняется молотым кофе и снабжена мембраной для вытекания продукта; в котором капсула подвергается экстракции в устройстве для экстракции кофе и вода впрыскивается под давлением внутрь капсулы; в котором кофейный напиток вытекает через мембрану капсулы со средством сцепления, соединяющим и/или разъединяющим капсулу с мембраной; в котором падение давления в слое молотого кофе уменьшается за счет заполнения капсулы молотым кофе с процентным содержанием пыли (F), регулируемым в зависимости от среднего размера частиц (D) в следующих пределах:
4,3
F составляет менее 16%, если измеряемый D составляет от 300 до 350 мкм,
4,3
F составляет менее 18%, если измеряемый D составляет от 250 до 299 мкм,
4,3
F составляет менее 21%, если измеряемый D составляет от 200 до 249 мкм,
4,3
F составляет менее 28%, если измеряемый D составляет от 150 до 199 мкм;
в котором выход при экстракции (Y) поддерживается в пределах от 15% до 30% и в котором кофейный экстракт 25 или 40 г поставляется за время вытекания 20 с или менее.
Предпочтительно падение давления в слое молотого кофе уменьшается за счет заполнения капсулы молотым кофе, имеющим процентное содержание пыли (F), в зависимости от размера частиц кофе, в следующих пределах:
4,3
F составляет от 12% до 16%, если измеряемый D составляет от 300 до 350 мкм,
4,3
F составляет от 14% до 18%, если измеряемый D составляет от 250 до 299 мкм,
4,3
F составляет от 17% до 21%, если измеряемый D составляет от 200 до 249 мкм,
4,3
F составляет от 22% до 28%, если измеряемый D составляет от 150 до 199 мкм.
Контроль уровня пыли, который определяется как функция размера частиц молотого кофе, позволяет уменьшить падение давления в слое молотого кофе и, соответственно, значительно сократить время вытекания напитка.
4,3
Предпочтительно для осуществления способа изобретения в капсулу дозируется или она заполняется кофе из партии одного помола с D в вышеуказанных конкретных пределах. В случае маленькой чашки кофейного экстракта отличительным свойством, которое указывает на характер или крепость кофе в чашке, служит выход при экстракции. Установлено, что выход при экстракции должен поддерживаться предпочтительно в определенном диапазоне. Если выход при экстракции слишком высокий, то кофе в этом случае обычно рассматривается как продукт избыточной экстракции, обладающий горьким и терпким вкусом, обусловленным экстракцией нежелательных соединений. И, наоборот, если выход при экстракции слишком низкий, то кофе имеет водянистый вкус и также считается неприемлемым для среднестатистического потребителя. Следовательно, совершенно удивительным образом изобретение обеспечивает способ, в котором при значительном сокращении времени вытекания выход при экстракции поддерживается или даже повышается в диапазоне предпочтительно от 18% до 30%, наиболее предпочтительно - от 19% до 25%, за счет более тонкого помола кофе.
Количество молотого кофе, содержащееся в капсуле, остается умеренно низким - предпочтительно от 4,5 до 6,5 г, более предпочтительно - от 5 до 6 г.
4,3
4,3
Неожиданным образом установлено, что при среднем размере частиц D в диапазоне от 200 до 300 мкм время вытекания 25 г или 40 г кофейного экстракта может значительно сокращаться до 15 с или даже менее, например до ~10 секунд. Время вытекания также удивительным образом остается относительно постоянным при D в диапазоне от 190 до 300 мкм.
4,3
Несмотря на ускоренную экстракцию ароматный профиль кофе, равно как и его консистенция и послевкусие могут также улучшиться по сравнению с напитком из молотого кофе с таким же средним размером частиц, но с повышенным уровнем пыли. Например, при среднем размере частиц D от 200 до 300 мкм выход при экстракции может поддерживаться или увеличиваться в диапазоне от 20% до 23%.
4,3
Наличие кофейной пенки в кофейном экстракте для маленькой чашки также рассматривается как ключевой показатель качества. Указанная пенка должна быть плотной и стабильной. Она должна покрывать всю поверхность напитка в чашке без темных просветов. Поэтому качество кофейной пенки можно определить тестом, заключающимся в размещении слоя сахара-песка поверх нее и в измерении времени до погружения сахара в кофейный экстракт. Неожиданным образом было установлено, что кофейный экстракт для маленькой чашки, полученный за более короткое время, содержит пенку с отличными характеристиками. Например, результаты теста с сахаром показали, что кофейный экстракт, полученный за сокращенное примерно до 10 с время вытекания, при среднем размере частиц D от 200 до 300 мкм содержит пенку, стабильность которой составляет более 10 с, даже более 12 с, предпочтительно от 12 до 15 с.
В дополнение к этому, для обеспечения улучшенных качественных показателей можно регулировать падение давления на стыке мембраны со средством сцепления.
Падение давления на стыке мембраны со средством сцепления можно регулировать за счет использования мембраны с более высоким сопротивлением проколу, по меньшей мере, 1,1 миллиджоуля (мДж). Даже более предпочтительно, чтобы мембрана обладала сопротивлением проколу от 1,1 мДж до 3,5 мДж. Наиболее предпочтительно, чтобы мембрана обладала сопротивлением проколу от 1,35 мДж до 3,2 мДж. Мембрана может быть изготовлена из различных материалов, таких как алюминий, сплав алюминия и/или пластик.
В предпочтительном примере мембрана, изготовленная из алюминия или сплава алюминия, имеет толщину от 26 до 40 мкм, даже более предпочтительно - около 30 мкм. Мембрана предпочтительно разрывается под действием давления экстракции при контакте со средством сцепления. Средство сцепления может иметь множество выступов или, альтернативно, только один. Капсула может содержать внутренний фильтр в том случае, когда необходимо удерживать молотый кофе внутри капсулы после вскрытия мембраны. Давление воды на стороне впрыска в капсулу может достигать значения, превышающего 11 бар или даже 14 бар.
Один из возможных способов для достижения пониженного содержания пыли в капсулах может предусматривать измельчение кофейных зерен (перед заполнением капсул) в мельнице или кофемолке, содержащей в секции тонкого помола, по меньшей мере, одну пару вальцов с радиальным рифлением в отличие от продольного рифления. Хорошие результаты были получены при помоле кофейных зерен, по меньшей мере, в 3 стадии, предпочтительно - в 4 стадии, с использованием мелющих вальцов только с радиальными рифлями, в частности, в 6 стадий.
Капсулы заполняются молотым кофе в рыхлом состоянии, т.е. без стадии уплотнения до или после заполнения капсулы. Альтернативно кофе может уплотняться перед стадией заполнения капсул с помощью уплотнительного устройства. Однако кофе не следует уплотнять в капсуле настолько, чтобы образовался твердый блок: кофе должен оставаться в капсуле в сыпучем состоянии.
2
2
В предпочтительном примере пластина для вскрытия мембраны образована комплектом выступающих вперед выпуклостей, число которых предпочтительно составляет от 20 до 50, причем каждая отдельная выпуклость имеет плоскую верхнюю поверхность площадью примерно от 0,5 до 5 мм. Более предпочтительно площадь плоской верхней поверхности каждой отдельной выпуклости составляет от 0,8 до 3 мм. Такое вскрывающее приспособление также может вносить свой вклад в падение давления до уровня, достаточного для образования кофейной пенки улучшенного качества.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой график, показывающий зависимость между средним размером частиц молотого кофе и уровнем пыли при стандартном помоле и улучшенном помоле согласно изобретению.
Фиг.2 представляет собой график, показывающий зависимость между гранулометрией и временем вытекания для получения 25 г кофейного экстракта.
Фиг.3 представляет собой график, показывающий зависимость между временем вытекания для получения 25 г кофейного экстракта и выходом при экстракции стандартных смесей и смесей изобретения.
Фиг.4 представляет собой график, показывающий зависимость между временем вытекания для получения 25 г кофейного экстракта и качеством образовавшейся кофейной пенки по результатам теста с сахаром.
Фиг.5 представляет собой другой график, показывающий зависимость между средним размером частиц молотого кофе в диапазоне от 190 до 250 мкм и временем вытекания для получения кофейного экстракта для маленькой чашки.
Фиг.6 представляет собой другой график, показывающий зависимость между временем вытекания для получения 25 г кофейного экстракта и временем вытекания в случае помола до частиц средним размером от 245 до 275 мкм.
Фиг.7 представляет собой другой график, показывающий зависимость между временем вытекания и стабильностью кофейной пенки в случае помола до частиц средним размером от 245 до 275 мкм.
Фиг.8 схематически показывает систему изобретения до размещения в ней капсулы.
Фиг.9 схематически показывает систему в закрытом состоянии, в котором капсула подвергается экстракции.
В настоящей заявке термины употребляются в значениях, раскрываемых ниже.
«Выход при экстракции» относится к крепости экстракта и определяется как общая масса сухих веществ в жидком экстракте, деленная на общую массу начальных ингредиентов кофе в капсуле (например, обжаренный и молотый кофе). Эта величина обычно выражается в процентах.
«Общее содержание сухих веществ» определяется как масса экстрагированных сухих веществ, содержащихся в экстракте, деленная на общую массу экстракта. Эта величина обычно выражается в процентах.
«Давление впрыска» определяется как максимальное давление, выраженное в барах и измеряемое в точке(-ах) впрыска воды в капсулу в процессе экстракции.
«Время вытекания» определяется как время от момента начала капания жидкости в кофейную чашку до момента полного вытекания в чашку требуемой массы экстракта с требуемой крепостью и свойствами.
«Кофейный экстракт для маленькой чашки» определяется как жидкий экстракт, полученный из капсулы с массой кофе примерно 25 г (±2) для ристретто и 40 г (±2) для эспрессо.
4,3
Средний размер частиц "D" означает среднеобъемный диаметр частиц молотого кофе в измерениях методом лазерной дифракции с использованием оптического прибора Malvern и бутанола в качестве диспергирующего агента для частиц.
"Пыль" обозначает частицы кофе диаметром менее 88,91 мкм в измерениях методом лазерной дифракции Malvern.
"Стадия" помола кофе в мельнице или кофемолке означает пару вальцов.
"Мембрана для вытекания экстракта" означает стенку капсулы, из которой вытекает кофе и которая содержит, по меньшей мере, одно отверстие для выхода напитка, образуемое при ее вскрытии любым, пригодным для данной цели, способом, включая разрез, прокол и/или разрыв, либо просто предварительно сформованное выходное отверстие (например, фильтр).
"Сопротивление проколу", выраженное в миллиджоулях (мДж), определяется как энергия, необходимая для прокалывания мембраны капсулы с помощью натяжного устройства MTS Synergie 400, поставляемого Fuch Industrievertretungen (Switzerland), как описано ранее в ЕР 1566127 А2, содержание которого включено в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки.
"Гранулометрия" молотого кофе определяется как средний размер частиц кофе и уровень пыли, образующихся после помола кофейных зерен, как объясняется в примерах.
Кофейная пенка определяется как верхний слой пенки, образующийся на кофейном экстракте и имеющий текстуру в основном из мелких пузырьков. Такой атрибут кофе, как кофейная пенка, можно определить эмпирическим тестом с сахаром, раскрываемым в примере 6, который заключается в размещении строго определенного слоя сахара-песка на поверхности свежеприготовленной чашки кофе и в измерении времени от начала размещения слоя сахара-песка до момента погружения большей части сахара в кофе. Поэтому "результат теста с сахаром" выражается количеством секунд.
"Средство сцепления" представляет собой элемент устройства для экстракции (экстрактора) или капсулы, выполняющий функцию соединения или разъединения капсулы с мембраной с целью обеспечения определенного падения давления, позволяющего задержать во времени вытекание кофе из капсулы. Средство сцепления может иметь различную форму, позволяющую обеспечить при зацеплении с мембраной определенное падение давления, например форму расположенной по центру иглы или множества игл либо пластины со многими выступами и/или выпуклостями, либо фильтрующей пластины, либо другого физического препятствия.
Настоящее изобретение относится к системе, которая использует запечатанные капсулы со всеми их преимуществами, упоминавшимися выше, для приготовления кофейных напитков в малом объеме.
На фиг.8 и 9 схематически представлен показательный пример системы изобретения. Устройство D изобретения содержит модуль экстракции 10 для экстракции кофе из одной капсулы одномоментно. Модуль экстракции включает приемник в форме опорного основания или коллектора 11 и участок впрыска 12. Опорное основание и участок впрыска ограничивают внутренний объем при смыкании двух частей для приема капсулы. На опорном основании размещается средство сцепления 13, предназначенное для зацепления с удерживающей частью капсулы в тот момент, когда внутри капсулы создается давление жидкости. Средство сцепления 13 может быть средством для пробивания отверстий, содержащим, например, ряд выпуклых элементов, таких как пирамиды, или продольных ребер либо игл, размещенных на поверхности пластины. Кофейный экстракт в первую очередь фильтруется в очень узком промежутке между выпуклыми элементами и краями отверстий мембраны. Пластина содержит ряд отверстий для стекания экстракта и в итоге удерживает твердые частицы кофе. Отверстия могут быть выполнены в каналах через пластину, образуемых выпуклыми элементами, или, альтернативно, в самих выпуклых элементах.
Устройство содержит далее, по меньшей мере, один трубопровод для жидкости 72, по которому жидкость может подаваться в капсулу, по меньшей мере, через одно приспособление для впрыска 70. Указанное приспособление 70 может содержать одну или более иглы или лопасти, создающие один или более проходы для воды, подаваемой в капсулу. Жидкость подается под давлением по трубопроводу с помощью насоса 73. Насос может представлять собой электромагнитный поршневой насос или любой пригодный для перекачки воды механизм, такой как диафрагменный насос или система с работающей под избыточным давлением насадкой. На напорной стороне насоса 73 может быть установлен резервуар для воды 74 для обеспечения достаточного количества жидкости для подачи в экстракт, рассчитанного более чем на одну капсулу. Предпочтительно резервуар вмещает свыше 750 мл воды во избежание неудобств, связанных с повторным наполнением резервуара после нескольких циклов экстракции. На линии между резервуаром и модулем экстракции 10 может быть установлена нагревательная система 75 для нагрева жидкости до требуемой температуры. Указанная система имеет такую конфигурацию, которая позволяет нагревать воду до температуры экстракции от 70°С до 100°С. Это может быть термоблок или устройство для мгновенного нагрева, например керамические патронные нагреватели. Резервуар может быть выполнен также как бойлер, способный поддерживать жидкость теплой или горячей. В системе обычно предусматривается щит управления с переключателями для автоматического запуска цикла экстракции. Могут использоваться также различные контрольные приборы, такие как датчики температуры, таймеры, расходомеры, датчики давления, перемешивающие лопасти, пробники и т.п., для контроля и управления операциями экстракции. Устройство может охватывать также много других вариантов.
Капсула с кофе S имеет корпус 20 и мембрану 21, изготовленную из такого материала, как алюминий и/или пластик. Капсула может иметь самые разные формы, не ущемляющие масштаба изобретения. Мембрана может быть выполнена также как дно корпуса самой капсулы. Мембрана может иметь заранее выбранную форму (например, выпуклую или вогнутую) и способна деформироваться в процессе экстракции под воздействием средства сцепления 13.
В соответствии с одним из наиболее важных аспектов изобретения капсула заполняется молотым кофе с контролируемым размером частиц и пониженным количеством пыли.
Капсула может омываться при слабом избыточном давлении струей инертного газа с целью увеличения срока хранения кофе в ней. Мембрана может принимать слегка выпуклую форму под действием внутреннего давления газа. В типичных случаях в качестве инертного газа применяется азот, но может использоваться и другой инертный газ. В создании давления внутри капсулы участвует также газообразный диоксид углерода, выделяющийся при дегазации молотого кофе внутри капсулы после ее заполнения и запечатывания. Следовательно, мембрана должна быть достаточно устойчивой, чтобы противостоять внутреннему давлению газа, включая газ из дегазируемого внутри капсулы кофе.
Когда модуль экстракции 10 смыкается вокруг капсулы 2 и капсула занимает заданное положение внутри указанного модуля, как показано на фиг.9, удерживающий элемент, т.е. называемый в описании "мембраной", позиционируется, либо примыкая к средству сцепления 13 устройства, либо отстоя от него на некотором расстоянии. Мембрана капсулы не вскрывается до тех пор, пока внутри капсулы не создастся давление под действием поступающей в капсулу воды. Мембрана и средство сцепления принимают такое положение, которое исключает случайное вскрытие капсулы до начала экстракции. Таким образом, по мере подачи воды в капсулу с помощью насосного средства 75 внутри нее создается внутреннее давление, которое заставляет мембрану 21 деформироваться и прижиматься к средству сцепления 13 до тех пор, пока не произойдет прокол или разрыв мембраны. Капсула начинает открываться при определенном давлении открывания, но это давление обычно продолжает расти в результате уплотнения слоя молотого кофе внутри капсулы, а также в результате падения давления, обусловленного узкими отверстиями, образовавшимися путем прокола или разрыва в мембране капсулы. Затем уровень давления обычно выравнивается до давления экстракции, которое в типичных случаях превышает давление открывания капсулы на несколько бар, а затем падает, как только насос отключается. Общее падение давления обычно дополняется падением давления, создаваемым уплотнением слоя молотого кофе, и падением давления, создаваемым зацеплением мелких отверстий в мембране со средством (пластиной) сцепления 13 устройства. Можно заметить, что средство (пластина) сцепления может быть частью самой капсулы. Можно заметить, что мембрана капсулы может приоткрываться перед впрыском воды с помощью одной или более игл средства (пластины) сцепления.
Насос дает фиксированную кривую эксплуатационных характеристик, что означает, что он обеспечивает определенную скорость подачи воды, и если он находится ниже линии подачи, то ему приходится преодолевать определенное давление в зависимости от характеристик капсулы (гранулометрия, мембрана и др.).
Изобретение основывается на том принципе, что падение давления в слое кофе значительно уменьшается по сравнению с падением давления в слое кофе в капсулах существующих систем при одновременном, в основном, поддержании одинаковых характеристик экстракции (т.е. выхода при экстракции (Y)).
4,3
4,3
Для этого гранулометрия молотого кофе в капсуле модифицируется путем снижения уровня пыли. Предпочтительно процентное содержание пыли (F) соотносится с измеряемым диапазоном размера частиц (D). Если размер частиц увеличивается, то количество пыли, наоборот, снижается. Чем тоньше мелется кофе, тем больше образуется пыли. Согласно одному из предпочтительных аспектов изобретения процентное содержание пыли F определяется как функция Dв следующих предпочтительных пределах:
4,3
F составляет от 12% до 16%, когда измеряемый D составляет от 300 до 350 мкм,
4,3
F составляет от 14% до 18%, когда измеряемый D составляет от 250 до 299 мкм,
4,3
F составляет от 17% до 21%, когда измеряемый D составляет от 200 до 249 мкм,
4,3
F составляет от 22% до 28%, когда измеряемый D составляет от 160 до 199 мкм.
4,3
4,3
Предпочтительно капсула заполняется кофе из одной, заранее выбранной, партии помола с выбранным размером частиц D. Другими словами, для заполнения капсулы не используются смеси двух или более партий помола с различными размерами частиц (D).
Гранулометрия с пониженным количеством пыли, как указывалось выше, позволяет контролировать время вытекания для приготовления кофейных экстрактов для маленьких чашек. В частности, время вытекания порядка менее 20 с, предпочтительно 15 с или менее, может с успехом достигаться при приготовлении 25 или 40 г кофейного экстракта с выходом при экстракции (Y) от 15% до 30%, предпочтительно - от 18% до 30%.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют изобретение, не ограничивая его масштаб.
Примеры
В нижеописанных тестах, результаты которых представлены в примерах 1-4, кофекапсулы Nespresso (Неспрессо) стандартных объема и формы заполнялись 5,0 г молотого кофе в рыхлом состоянии. Капсулы, изготовленные из алюминия, запечатывались алюминиевой мембраной 30 мкм для вытекания напитка. Характеристики кофе сравнивались по выходу при экстракции и качеству кофейной пенки ("тест с сахаром").
Пример 1. Технология помола
4,3
График на фиг.1 показывает зависимость между средним диаметром D и процентным содержанием пыли с учетом разных технологий помола.
Кривая "стандартного помола" была получена при измельчении кофейных зерен до частиц различного среднего размера с применением стандартной технологии помола, предусматривающей использование только аксиальных рифленых вальцов.
Кривая "улучшенного помола" была получена при измельчении кофейных зерен до частиц различного среднего размера с применением технологии помола, предусматривающей шесть стадий помола, включая 10 рифленых вальцов на первых пяти стадиях и два гладких (нерифленых) вальца на последней стадии. Такая технология помола позволяет достигнуть пониженного количества пыли по сравнению с традиционным помолом.
Как показывает нижняя кривая улучшенного помола, уровень пыли может снизиться до значения, равного примерно 21%, при среднем размере частиц 199 мкм; равного примерно 19%, при среднем размере частиц около 240 мкм, и равного примерно 15%, при среднем размере частиц 299 мкм.
Пример 2. Влияние гранулометрии (средний размер частиц/пыль) на время вытекания экстракта
4,3
График на фиг.2 показывает влияние среднего размера частиц (D) на время вытекания экстракта из капсулы при использовании смесей с пониженным средним размером частиц, полученных улучшенным помолом, и стандартных смесей, полученных стандартным помолом. Удивительным образом установлено, что в диапазоне от 200 до 300 мкм время вытекания было примерно постоянным (около 10 секунд) при использовании молотого кофе с меньшим содержанием пыли в противовес стандартной кофейной смеси с обычным содержанием пыли. В большинстве случаев время вытекания кофейного экстракта может значительно сократиться при использовании смесей кофе, имеющих пониженные уровни пыли.
Пример 3. Влияние времени вытекания на выход при экстракции
График на фиг.3 показывает влияние времени вытекания при приготовлении 25 г кофейного экстракта на выход при экстракции в случае использования соответственно капсул изобретения, содержащих молотый кофе с пониженным содержанием пыли ("улучшенный помол"), при трех различных средних размерах частиц - соответственно 200, 250 и 300 мкм. Капсулы изобретения сравнивались с капсулами, содержащими молотый кофе с обычным содержанием пыли ("стандартный помол"), при таких же средних размерах частиц. Выход при экстракции готовых кофейных экстрактов рассчитывался согласно методике, объясняемой в примере 9. Результаты удивительным образом показали, что улучшенные смеси с пониженным уровнем пыли обеспечивают также значительное сокращение времени вытекания по сравнению со стандартными смесями при одновременном поддержании выхода при экстракции в пределах требуемого диапазона. Все смеси изобретения в диапазоне от 200 до 300 мкм показали в экспериментах время вытекания при приготовлении 25 г кофейного экстракта менее 15 с. Также удивительным образом было отмечено, что наиболее высокий выход (около 23%) достигался при более тонком помоле по улучшенной технологии помола. Это прямо противоположно стандартным смесям, при использовании которых при более тонком помоле достигался наиболее низкий выход (около 16,5%). Чем меньше средний размер частиц, тем медленнее вытекал экстракт в случае стандартных смесей. При использовании стандартных смесей сопротивление потоку через слой кофе было, предположительно, слишком высоким для обеспечения полной экстракции всего количества кофе ("эффект каналов"), в частности, при размере частиц 200 мкм.
Пример 4. Влияние времени вытекания на кофейную пенку
Диаграмма на фиг.4 показывает результаты, полученные при использовании смесей с относительно низким содержанием пыли ("улучшенный помол") и обычным содержанием пыли ("стандартный промышленный продукт"). Капсулы заполнялись 5,0 г молотого кофе. Смеси измельчались до размера частиц соответственно 200, 250 и 300 мкм. Капсулы подвергались экстракции для получения 25 г кофейного экстракта. Результаты показывают, что кофейная пенка оставалась относительно стабильной в течение, по меньшей мере, более 12 с, более конкретно - от 12 до 15 с, в случае улучшенных смесей с пониженным содержанием пыли. Время вытекания может сократиться до менее 15 с в случае улучшенного помола.
Пример 5. Влияние среднего размера частиц на время вытекания при среднем размере частиц от 200 до 240 мкм
Диаграмма на фиг.5 показывает дополнительные результаты в диапазоне среднего размера частиц от 200 до 240 мкм. Улучшенный помол с более низкими уровнями пыли сравнивался с кофе "Roma" промышленного помола со средним размером частиц около 230 мкм. Образцы, помол которых осуществлялся в мельнице (кофемолке) с радиально рифлеными вальцами, имели примерно такой же средний размер частиц или меньше. Образцы уплотняли с помощью нормализатора, как описано в ЕР 1566127 А2. Капсулы заполнялись 5 г молотого кофе. Улучшенный помол позволяет сократить время вытекания до менее 20 с.
Пример 6. Влияние времени вытекания на выход при экстракции при среднем размере частиц от 200 до 240 мкм
Диаграмма на фиг.6 показывает дополнительные результаты в диапазоне среднего размера частиц от 200 до 240 мкм. Выход при экстракции при улучшенном помоле был выше, чем при стандартном помоле, особенно в случае более тонкого помола. При времени вытекания примерно от 12 до 20 с выход при экстракции может увеличиться до значений примерно от 20,5% до 22,5%.
Пример 7. Дополнительные результаты
Дополнительные результаты представлены в табл.1.
Таблица 1
Физические свойства смесей
Сыпучесть и показатели кофе
D<sub>4,3</sub>
Пыль
Масса кофе
Время вытекания (среднее)
Стандартное отклонение
Пенка
% выхода (средний)
[мкм]
[%]
[г]
[с]
[с]
[с]
%
Стандарт-ные смеси
200
36,2
5,0
36
7
14
17,5
250
26,7
5,0
23
3
17
21,1
300
20,9
4,8
17
4
17
22,3
Улучшенн-ые смеси
200
21,4
5,0
10
3
14
22,9
250
15,8
5,0
10,2
3
15
21,7
300
13,8
5,0
85
2
12
20,5
Дополнительные результаты для различных смесей кофе со средним размером частиц примерно от 160 мкм до 375 мкм представлены также в табл.2.
Таблица 2
Мембрана
Масса кофе
Продукт/смесь
Тест с сахаром
D<sub>4,3</sub>
Пыль <89
Вытекание
Выход
[мкм]
[г]
[с]
[мкм]
[%]
[с]
[%]
Стандарт-ные
30
5,0
Смесь А 40 г
16
372,86
17,77
16
23,3
30
5,0
Без кофеина 40 г
16
245,09
21,32
19
20,5
30
5,5
Без кофеина крепкий 40 г
13
283,94
22,45
13
20,7
30
5,5
Смесь В 40 г
16
240,16
24,46
15
26,9
Улуч-шенные
30
5,0
Без кофеина 40 г
15,3
249,29
16,41
12,5
20,2
30
5,0
Без кофеина 40 г
16,7
258,25
16,24
14,6
20,7
30
5,0
Без кофеина 40 г
15
194,5
21,39
13,3
21,5
30
5,0
Без кофеина 40 г
14,8
186,29
21,6
13,9
21,5
30
5,5
Без кофеина крепкий 40 г
15,2
282,32
15,15
12,2
20,3
30
5,5
Без кофеина крепкий 40 г
14,5
271,23
14,75
13
20,5
30
5,5
Без кофеина крепкий 40 г
15,5
215,54
19,82
11,8
21,7
30
5,5
Без кофеина крепкий 40 г
13,3
211,71
18,75
12,8
21,8
30
5,0
Смесь А 40 г
16,5
337,27
12,75
13,2
22,3
30
5,0
Смесь А 40 г
13,9
340,35
12,46
14,7
22,8
30
5,0
Смесь А 40 г
19,3
308,08
14,06
12
22,9
30
5,0
Смесь А 40 г
9,6
317,29
12,56
14,5
23,4
30
5,5
Смесь В 40 г
14,9
161,98
28,21
17,5
26,6
30
5,5
Смесь В 40 г
14,9
161,98
28,21
17,5
26,7
Пример 8. Гранулометрия
Распределение частиц по размерам определялось методом лазерной дифракции с применением прибора "Mastersizer S" от Malvern, оборудованного оптическими линзами 1000 мм. 1-2 г порошка диспергировались в 1 л бутанола и рециркулировали перед лазерным лучом для получения затемнения порядка от 15% до 20%. Распределение частиц по размерам получали путем расчета дифракционной картины с использованием приближения Фраунгофера. Весь эксперимент повторялся трижды (или до тех пор, пока стандартное отклонение (StDev) не составило <5%) и рассчитывались усредненные результаты.
Пример 9. Тест с сахаром для измерения кофейной пенки
4,3
Механизированное устройство для проведения теста с сахаром состоит из небольшого бункера, содержащего сахар. Призматическая V-образная форма этого бункера, имеющего прорезь строго определенного размера (2 мм × 40 мм) у нижнего края, способна создавать завесу, как только указанная прорезь открывается и в бункере остается минимум сахара. Указанный бункер может перемещаться по горизонтали с регулируемой скоростью (~40 мм/с) из точки "А" в точку "В" (расстояние между которыми составляет 20 см). В конечном положении в обеих точках высыпанию сахара при работе устройства в запасном режиме препятствует отражательная перегородка. В процессе перемещения бункера на всем его пути образуется завеса сахара между двумя точками "А" и "В". Кофейная пенка в чашке, размещенной на 60 мм ниже траектории перемещения бункера между двумя точками, покрывается однородным слоем сахара по мере продвижения бункера над ней. Хронограф запускается в момент размещения слоя сахара поверх слоя пенки. Количество сахара (толщина слоя для получения точной массы 5 г сахара), осаждаемое в чашке, может регулироваться путем изменения скорости передвижения бункера или размеров прорези. Сахар представляет собой сахар-песок с D частиц, равным 660 мкм.
Между окончанием экстракции и началом проведения теста с сахаром следует соблюдать точный период ожидания (20 с в случае маленьких чашек). Слой сахара остается некоторое время на поверхности пенки, а затем, когда большая часть сахара вдруг сразу опустится в кофе, оператор должен отключить хронограф.
"Результат теста с сахаром" показывает количество секунд, зафиксированное хронографом.
Пример 10. Выход при экстракции
Выход при экстракции рассчитывается по уравнению:
e
c
s
выход (%) = M × T/M,
e
s
c
где M - масса кофейного экстракта, M - масса молотого кофе, содержащегося в капсуле, T - процентное общее содержание сухих веществ кофе в кофейном экстракте, полученное после сушки кофейного экстракта в печи.