УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЖАРКИ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН, СПОСОБ ОБЖАРКИ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН И КОФЕМАШИНА
COFFEE BEANS FRYING DEVICE, COFFEE BEANS FRYING METHOD AND COFFEE MACHINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству для обжарки кофейных зерен, содержащему камеру для размещения в ней кофейных зерен, обжарочный элемент для обжарки кофейных зерен в камере, a также процессор, содержащий блок управления для управления обжарочным элементом.
[0002] Настоящее изобретение дополнительно относится к кофемашине, содержащей такое устройство для обжарки кофейных зерен.
[0003] Настоящее изобретение кроме того относится к способу обжарки кофейных зерен.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0004] Кофе стал одним из наиболее популярных напитков в современном обществе, причем большой ассортимент кофе различных типов и вкусов ежедневно доступен потребителю как в специализированных кофейных магазинах, так и в супермаркетах товаров домашнего потребления. Рост популярности кофе как напитка обусловил перемены в том, как кофе потребляется, например, в домашних условиях.
[0005] В прошлом кофе можно было сварить преимущественно из растворимых кофейных гранул или из пакетированного молотого кофейного порошка с использованием, например, домашних кофеварок, таких как кофемашины для варки кофе эспрессо или капельные кофеварки, однако теперь большое внимание уделяется свежести сваренного кофе, что вызвало рост популярности устройств для обжарки кофейных зерен. В таком устройстве свежие, то есть зеленые, кофейные зерна могут быть обжарены посредством термообработки с использованием, например, горячих газов или благодаря физическому контакту с горячей поверхностью. Во время обжарки при температурах выше 170°C происходит перераспределение воды, и вызываются сложные химические реакции, такие как реакция Майяра и пиролиз. Свежий кофейный порошок в дальнейшем может быть получен путем измельчения свежеобжаренных кофейных зерен, что облегчает варку свежего кофе. Обычно считают, что такой кофе имеет превосходный вкус по сравнению с кофе, сваренным из пакетированного молотого кофейного порошка.
[0006] Существующие устройства для обжарки кофейных зерен, такие как обжарочные устройства модели «Nesco Model CR-1000 Series» для обжарки кофейных зерен, позволяют пользователю указывать длительность обжарки кофейных зерен для получения необходимой обжарки. Другие обжарочные устройства обеспечивают управление процессами обжарки путем задания пользователем температуры обжарки. Однако используемые для обжарки кофейные зерна могут быть как зелеными, так и частично обжаренными до различных степеней обжарки, поскольку в настоящее время множество компаний по розничной торговле кофейными зернами предлагают частично обжаренные кофейные зерна для дальнейшей обжарки конечным пользователем. Также, различные разновидности кофейных зерен или даже особенные разновидности кофейных зерен, полученные из разных урожаев, могут потребовать различных условий обжарки, например различной длительности обжарки, по сравнению с сопоставимой начальной точкой для получения сравнимой степени обжарки. Эти особенности затрудняют пользователю выбор подходящей длительности обжарки для кофейных зерен для получения необходимого уровня обжарки зерен.
[0007] В известных решениях, раскрытых в US 7,285,300 B1 и US 6,106,877 A, определяют цвет кофейных зерен во время обжарки для получения стабильного результата обжарки. Однако одинаковый цвет поверхности для различных разновидностей кофейных зерен может соответствовать различным уровням обжарки, так что это не гарантирует достаточной стабильности процесса обжарки.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Настоящее изобретение направлено на обеспечение устройства для обжарки кофейных зерен, посредством которого можно получать кофейные зерна, обжаренные до необходимой степени обжарки стабильным образом.
[0009] Настоящее изобретение также направлено на обеспечение кофемашины, содержащей такое устройство для обжарки кофейных зерен.
[0010] Настоящее изобретение кроме того направлено на создание способа обжарки кофейных зерен стабильным образом.
[0011] Согласно одному аспекту предложено устройство для обжарки кофейных зерен, содержащее камеру для размещения в ней кофейных зерен, обжарочный элемент для обжарки кофейных зерен в камере и процессор, содержащий блок управления для управления обжарочным элементом, причем процессор выполнен с возможностью определения скорости потери массы кофейными зернами, а блок управления выполнен с возможностью управления обжарочным элементом в зависимости от определенной скорости потери массы кофейными зернами.
[0012] Изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что скорость потери массы кофейными зернами является, в частности, показательной в отношении степени обжарки кофейных зерен, то есть скорость потери массы является функцией степени обжарки, таким образом, что степень обжарки кофейных зерен может быть точно определена исходя из определенной скорости потери массы.
[0013] Устройство может дополнительно содержать датчик для отслеживания массы кофейных зерен в указанной камере, причем процессор выполнен с возможностью определения скорости потери массы в ответ на сигналы датчика.
[0014] Процессор может дополнительно содержать таймер, выполненный с возможностью реагирования на датчик, для определения времени, прошедшего между первым измерением массы кофейных зерен и последующим измерением массы, при котором первая масса кофейных зерен уменьшилась на заданную величину. Это является особенно простой и экономически эффективной конфигурацией для определения скорости потери массы кофейными зернами.
[0015] Таймер может быть выполнен с возможностью определения прошедшего времени исходя из серии измерений массы, включающих первое измерение массы и последующее измерение массы. Процессор может дополнительно содержать блок вычисления скорости, соединенный с возможностью сообщения с таймером и выполненный с возможностью вычисления скорости потери массы исходя из определенного прошедшего времени. Это обеспечивает более точное и/или тщательное определение скорости потери массы.
[0016] Процессор может дополнительно содержать блок определения степени обжарки, выполненный с возможностью реагирования на блок вычисления скорости и с возможностью определения степени обжарки кофейных зерен на основании вычисленной скорости потери массы.
[0017] Таймер может быть выполнен с возможностью определения последующего времени, прошедшего между первым дополнительным измерением массы кофейных зерен и последующим дополнительным измерением массы, при котором первая дополнительная масса кофейных зерен уменьшилась на заданную дополнительную величину исходя из последующей серии измерений массы, а блок вычисления скорости может быть выполнен с возможностью вычисления скорости потери массы исходя из определенного прошедшего времени и определенного последующего прошедшего времени. Это, например, упрощает определение зависящих от времени переменных в скорости потери массы таким образом, что может быть определен режим потери массы для кофейных зерен, что кроме того может способствовать определению зависящей от времени степени обжарки кофейных зерен.
[0018] Изобретатели настоящего изобретения также обнаружили, что кофейные зерна проявляют различные скорости потери массы во время различных стадий обжарки кофейных зерен. Следовательно, при выполнении обжарки в устройстве может быть определена степень обжарки кофейных зерен во время обжарки путем определения скорости потери массы кофейными зернами таким образом, что может быть выбран подходящий процесс обжарки кофейных зерен исходя из определенной степени обжарки, определенной исходя из скорости потери массы кофейными зернами.
[0019] Для этой цели блок управления может, например, быть выполнен с возможностью выбора режима обжарки для кофейных зерен в зависимости от определенной степени обжарки кофейных зерен, находящихся в камере, таким образом, что к кофейным зернам может быть применен подходящий режим обжарки на основании определенной степени обжарки.
[0020] В альтернативном или дополнительном варианте реализации поскольку кофейные зерна проявляют обычный режим потери массы, который тесно связан со степенью обжарки кофейных зерен, блок управления может быть выполнен с возможностью отключения обжарочного элемента в зависимости от определенной степени обжарки и необходимой степени обжарки. В этом варианте реализации процессом обжарки можно управлять с использованием в качестве параметра управления определенной зависящей от времени степени обжарки, при этом процесс обжарки может быть закончен при получении кофейными зернами необходимой степени обжарки. Было обнаружено, что управление процессом обжарки таким способом обеспечивает превосходную стабильность результатов обжарки.
[0021] В другом варианте реализации процессор может быть дополнительно выполнен с возможностью задания потери массы кофейными зернами в зависимости от определенной степени обжарки и необходимой степени обжарки, а блок управления может быть выполнен с возможностью отключения обжарочного элемента в зависимости от потери массы кофейными зернами на заданную величину. В этом варианте реализации процессом обжарки можно управлять с использованием в качестве параметра управления потери массы, при этом процесс обжарки может быть закончен после того, как в кофейных зернах произойдет заданная потеря массы. Было обнаружено, что управление процессом обжарки таким способом обеспечивает превосходную стабильность результатов обжарки.
[0022] Блок управления может быть выполнен с возможностью отключения обжарочного элемента после заданного промежутка времени в соответствии с заданной потерей массы кофейных зерен. Это может дополнительно улучшать стабильность процесса обжарки, например, если во время конечных стадий обжарки потеря массы незначительная, в этом случае обжарка кофейных зерен в течение заданного промежутка времени от контрольной точки промежуточной потери массы в процессе обжарки может обеспечить высокую точность в получении необходимой степени обжарки.
[0023] В альтернативном или дополнительном варианте реализации скорость потери массы может содержать первоначальную скорость потери массы, определенную на первоначальной стадии обжарки, а блок управления может быть выполнен с возможностью управления обжарочным элементом в зависимости от определенной первоначальной скорости потери массы кофейными зернами. В этом варианте реализации первоначальная степень обжарки кофейных зерен может быть определена путем определения первоначальной скорости потери массы при инициировании процесса обжарки в устройстве таким образом, что может быть выбран подходящий режим обжарки для кофейных зерен исходя из первоначальной степени, определенной исходя из первоначальной скорости потери массы на первоначальной стадии обжарки. Кроме того, процессор может быть дополнительно выполнен с возможностью задания общей потери массы кофейными зернами исходя из инициирования процесса обжарки в зависимости от определенной первоначальной степени обжарки и необходимой степени обжарки, а как только в кофейных зернах произойдет заданная общая потеря массы, обжарка может быть завершена.
[0024] Устройство для обжарки кофейных зерен может дополнительно содержать пользовательский интерфейс для приема входного сигнала от пользователя относительно необходимой степени обжарки кофейных зерен, причем блок управления выполнен с возможностью реагирования на сигналы от пользовательского интерфейса. Это обеспечивает пользователю устройства для обжарки кофейных зерен возможность задания необходимой степени обжарки кофейных зерен, благодаря чему увеличивается управляемость возможностью обжарки устройства.
[0025] Согласно другому аспекту предложена кофемашина, содержащая устройство для обжарки кофейных зерен согласно одному или более вышеописанных вариантов реализации, измельчающее устройство для измельчения обжаренных кофейных зерен в кофейный порошок и варочное устройство для варки кофе из кофейного порошка. Такая кофемашина имеет преимущества благодаря улучшенной стабильности в обжарке кофейных зерен устройством для обжарки кофейных зерен, благодаря чему кофемашина может варить кофе с более стабильным вкусом.
[0026] Согласно еще одному аспекту предложен способ обжарки кофейных зерен, согласно которому обжаривают кофейные зерна, определяют скорость потери массы во время обжарки, выбирают режим обжарки для кофейных зерен на основании определенной скорости потери массы и завершают обжарку кофейных зерен с использованием выбранного режима обжарки. Это обеспечивает стабильные результаты обжарки кофейных зерен независимо от их первоначальной степени обжарки.
[0027] В одном из вариантов реализации этап определения скорости потери массы кофейными зернами во время обжарки может включать отслеживание массы кофейных зерен, определение времени, прошедшего между первым измерением массы кофейных зерен и последующим измерением массы, при котором первая масса кофейных зерен уменьшилась на заданную величину, и вычисление скорости потери массы исходя из определенного прошедшего времени.
[0028] В альтернативном или дополнительном варианте реализации этап выбора режима обжарки может включать задание потери массы кофейными зернами в зависимости от определенной скорости потери массы, а этап завершения обжарки кофейных зерен может включать окончание обжарки кофейных зерен после потери кофейными зернами массы на заданную величину. Было обнаружено, что управление процессом обжарки в зависимости от потери массы кофейными зернами может обеспечить превосходную стабильность результатов обжарки кофейных зерен.
[0029] Кроме того, этап определения скорости потери массы может включать определение первоначальной скорости потери массы на первоначальной стадии обжарки, а этап выбора режима обжарки для кофейных зерен включает выбор режима обжарки на основании определенной первоначальной скорости потери массы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0030] Варианты реализации настоящего изобретения описаны более подробно посредством неограничивающих примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи.
[0031] На фиг. 1 схематически показано устройство для обжарки кофейных зерен согласно одному из вариантов реализации.
[0032] На фиг. 2 схематически показано устройство для обжарки кофейных зерен согласно другому варианту реализации.
[0033] На фиг. 3 схематически показан аспект устройства для обжарки кофейных зерен по фиг. 1 или 2.
[0034] На фиг. 4 схематически показан график зависимости веса (W) кофейного зерна от времени (t) в течение обжарки.
[0035] На фиг. 5 схематически показан режим обжарки кофейных зерен в зависимости от потери массы (WL) кофейными зернами с течением времени (t) во время обжарки.
[0036] На фиг. 6 схематически показана блок-схема способа обжарки кофейных зерен согласно одному из вариантов реализации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0037] Следует понимать, что чертежи являются всего лишь схематическими и не выполнены в масштабе. Следует также понимать, что одни и те же ссылочные номера на всех чертежах указывают на те же самые или схожие части.
[0038] На фиг. 1 схематически показано устройство 100 для обжарки кофейных зерен согласно одному из вариантов реализации. Устройство 100 для обжарки кофейных зерен обычно содержит камеру 110 для хранения в ней кофейных зерен 10. Камера 110 может дополнительно содержать перемешивающее приспособление, содержащее перемешивающие элементы, например смесительные лопасти 116, установленные на перемешивающем валу 114 или другим образом скрепленные с ним для перемешивания кофейных зерен 10 во время обжарки кофейных зерен. Это перемешивающее приспособление способствует однородной обжарке кофейных зерен 10 в камере 110. Перемешивающим приспособлением можно управлять любым подходящим способом, например посредством процессора 130, содержащего блок 134 управления, который схематично показан более подробно на фиг. 3, что также будет описано.
[0039] Устройство 100 обычно также содержит нагревающее приспособление, то есть обжарочный элемент, для нагрева кофейных зерен 10 во время обжарки. В одном из вариантов реализации нагревающим приспособлением можно управлять блоком 134 управления. Нагревающее приспособление обеспечивает нагрев кофейных зерен 10 до подходящей температуры, при которой происходит обжарка кофейных зерен 10, то есть до подходящей температуры, при которой происходят необходимые химические реакции, такие как реакция Майяра и пиролитические реакции. В качестве неограничивающего примера на фиг. 1, нагревающее приспособление, то есть обжарочный элемент, реализовано в виде генератора 140 горячего воздуха, соединенного с впускным отверстием 112 камеры 110 посредством канала 142. В этом варианте реализации впускное отверстие 112 обычно расположено таким образом, что горячий воздух направляется через кофейные зерна 10 во время обжарки, например при перемешивании кофейных зерен 10 с использованием перемешивающего приспособления. Впускное отверстие 112 может иметь мелкую сетку или тому подобное для предотвращения попадания кофейных зерен 10 в канал 142.
[0040] Однако следует понимать, что может быть использовано любое подходящее нагревающее приспособление, то есть обжарочный элемент, для нагрева кофейных зерен 10, такое как один или более нагревательных элементов, прикрепленных к одной или более стенок камеры 110 или встроенных в них, при этом в данном случае впускное отверстие 112 может быть не использовано. Например, как показано на фиг. 2, нагревающее приспособление 140 может содержать электрический вентилятор 141 и нагревательный элемент 143, установленные в камере 110, при этом нагревающим элементом 143 можно управлять независимо от электрического вентилятора 141, например для облегчения охлаждения кофейных зерен 10 после завершения обжарки путем отключения нагревательного элемента 143 только для того, чтобы подавить любые вызванные нагревом химические реакции, связанные с процессом обжарки. Поскольку такие нагревающие приспособления или обжарочные элементы сами по себе хорошо известны, то в целях краткости они не будут описаны более подробно.
[0041] Процессор 130 выполнен с возможностью определения скорости изменения потери массы кофейными зернами, а блок (134) управления выполнен с возможностью управления нагревающим приспособлением по меньшей мере частично с реагированием на изменение скорости потери массы кофейными зернами 10, находящихся в камере 110 во время обжарки, то есть в зависимости от определенной скорости потери массы, вызванной потерей влаги и/или химическими реакциями в кофейных зернах 10. В одном из вариантов реализации для содействия такому механизму управления устройство 100 может содержать датчик 120, который может быть установлен в любом подходящем месте камеры 110, например в нижней части камеры 110 или на ней. Датчик 120 обычно выполнен с возможностью измерения общей массы кофейных зерен 10 в камере 110. В одном из вариантов реализации датчик 120 представляет собой датчик веса. Как показано на фиг. 2, датчик 120 может взаимодействовать с донной частью 111 камеры 110, например датчик 120 может содержать упругий элемент, например пружину или тому подобное, сжатие которой зависит от нагрузки на донную часть 111. Для определения этой нагрузки может быть измерена степень сжатия, то есть масса кофейных зерен 10. Другие подходящие варианты реализации такого датчика веса будут очевидны для специалиста в области техники. Поскольку датчики определения массы сами по себе хорошо известны, то в целях краткости они не будут описаны более подробно. Достаточно отметить, что для этой цели может быть использован любой подходящий датчик веса.
[0042] Изобретатели обнаружили, что скорость потери массы кофейными зернами 10 является характеристикой степени обжарки кофейных зерен 10. Другими словами, различные стадии процесса обжарки кофейных зерен 10 проявляют различные характеристики скорости потери массы, например посредством датчика 120 обеспечено установление зависящей от времени степени обжарки кофейных зерен 10, размещенных в камере 110 устройства 100. Например, определение скорости потери массы на первоначальной стадии процесса обжарки кофейных зерен будет использовано для установления первоначальной степени обжарки кофейных зерен, например зеленых зерен или частично обжаренных зерен.
[0043] Не желая быть связанными теорией, авторы полагают, что кофейные зерна 10 при различных уровнях частичной обжарки содержат различное количество влаги или имеют различные плотности. Чем суше кофейные зерна 10, тем больше времени необходимо кофейным зернам 10 для потери конкретной величины массы. Например, более сухие частично обжаренные кофейные зерна 10 потребуют больше времени для потери той же величины массы по сравнению, например, с зелеными кофейными зернами 10, имеющими более высокое содержание влаги, поскольку из зеленых кофейных зерен легче вывести единицу величины содержания влаги. В таблице I показано обычное содержание влаги кофейных зерен при различных уровнях частичной обжарки. В таблице I p-1, p-2 и p-3 показывают различные степени частичной обжарки, где более высокое число указывает на более высокий уровень частичной обжарки. Более низкое содержание влаги кофейных зерен 10 соответствует зернам, имеющим меньшую массу.
Таблица I
Частичный уровень обжарки
Содержание влаги (масс.%)
p-3
3,20
p-2
4,30
p-1
7,70
Зеленый
10-13
[0044] Это дополнительно продемонстрировано на фиг. 4, на которой схематично показано изменение массы W кофейных зерен 10 в виде функции от времени t во время обжарки. Сразу очевидны две тенденции, в первую очередь кофейные зерна 10 постепенно теряют массу во время обжарки. Было обнаружено, что степень потери массы воспроизводима и соотносится со степенью обжарки кофейных зерен 10 таким образом, что процессом обжарки можно управлять путем отслеживания потери массы в кофейных зернах 10. Например, обжарка кофейных зерен 10 может быть закончена после того, как кофейные зерна 10 потеряют целевую величину массы, например абсолютную величину или процентную величину их первоначальной массы, поскольку величина потери массы может соотноситься с кофейными зернами 10, достигшими необходимой степени обжарки. Путем управления всем процессом обжарки таким способом может быть обеспечена превосходная стабильность результатов обжарки.
[0045] Это дополнительно продемонстрировано в таблице II, в которой показана иллюстративная потеря массы кофейными зернами, имеющими различные первоначальные уровни обжарки, для различных целевых уровней обжарки. Были рассмотрены различные степени частично обжаренных кофейных зерен, где более глубокая частичная обжарка характеризуется более низким содержанием влаги (уровнем) в кофейных зернах 10.
Таблица II
Степень обжарки
Зеленые кофейные зерна (уровень влаги 12 масс.%)
Частично обжаренные кофейные зерна (уровень влаги 7-8 масс.%)
Частично обжаренные кофейные зерна (уровень влаги 5-6 масс.%)
Частично обжаренные кофейные зерна (уровень влаги 3-4 масс.%)
1
12%
6%
4%
2%
2
14%
8%
6%
4%
3
16%
10%
8%
6%
4
18%
12%
10%
8%
5
20%
14%
12%
10%
6
22%
16%
14%
12%
7
24%
18%
16%
14%
[0046] Как продемонстрировано в таблице II, после задания необходимой степени обжарки и определения степени обжарки кофейных зерен 10 на стадии процесса обжарки, может быть задана целевая величина потери массы в зависимости от определенной степени обжарки и необходимой степени обжарки, и путем отслеживания потери массы кофейными зернами может быть обеспечена необходимая степень обжарки. В одном варианте реализации после определения первоначальной степени обжарки кофейных зерен 10 на первоначальной стадии может быть задана общая величина потери массы от первоначальной массы кофейных зерен. Необходимая степень обжарки может быть обеспечена после потери кофейными зернами 10 массы на заданную общую величину, и процесс обжарки заканчивают. Например, начиная с зеленых кофейных зерен и с необходимостью получения целевой степени обжарки, равной 5, процесс обжарки может быть закончен после того, как кофейные зерна 10 потеряют 20% своей первоначальной массы. Начиная с частично обжаренных кофейных зерен 10 до средней величины, то есть имеющих содержание влаги 5-6% по массе, и с необходимостью получения целевой степени обжарки, равной 6, процесс обжарки может быть закончен после того, как кофейные зерна 10 потеряют 14% своей первоначальной массы.
[0047] Во-вторых, как можно увидеть на фиг. 4, на различных стадиях процесса обжарки кофейные зерна 10 теряют массу при различных скоростях. Таким образом, можно определить степень обжарки кофейных зерен 10 путем определения скорости, при которой кофейные зерна 10 теряют массу на каждой различной стадии. Это, например, может быть использовано для управления дальнейшим процессом обжарки, например для определения режима обжарки, которому следует подвергнуть кофейные зерна 10, для получения необходимой степени обжарки кофейных зерен 10. В одном варианте реализации первоначальную степень обжарки кофейных зерен 10 определяют с помощью первоначальной скорости потери массы на первоначальной стадии обжарки, а подходящий режим обжарки может быть выбран для управления дальнейшим процессом обжарки, чтобы обеспечить необходимую степень обжарки превосходных образом.
[0048] Такой режим обжарки может, например, содержать информацию относительно температуры и продолжительности последующего процесса обжарки, и может, кроме того или дополнительно, содержать информацию относительно целевой величины потери массы кофейными зернами 10. Например, процессор 130 может быть выполнен с возможностью определения первоначальной массы кофейных зерен 10, определения первоначальной скорости потери массы кофейными зернами 10 для определения первоначальной степени обжарки кофейных зерен 10 и определения целевого уменьшения в массе от первоначальной массы кофейных зерен 10, соответствующей необходимой (целевой) степени обжарки кофейных зерен 10, причем блок 134 управления может быть выполнен с возможностью отключения обжарочного элемента 140 после измерения датчиком 120 и определения процессором 130 этой целевой величины потери массы кофейными зернами 10.
[0049] В одном из вариантов реализации датчик 120 выполнен с возможностью периодического измерения массы кофейных зерен 10 в камере 110. Может быть применен любой подходящий период времени между последующими измерениями массы, например, датчик 120 может быть установлен с возможностью выполнения такого периодического измерения с частотой несколько раз в минуту, например один раз в секунду или менее, например с частотой в диапазоне 0,05 – 1,0 Гц, например с частотой один раз в секунду или более, например с частотой в диапазоне 1,0 – 50 или 60 Гц и т.д. Это, например, упрощает определение скорости потери массы кофейными зернами 10.
[0050] Для этой цели процессор 130 может содержать таймер 131, выполненный с возможностью определения времени между первым измерением массы и последующим измерением массы, выполняемыми датчиком 120, при этом масса кофейных зерен 10 уменьшается на заданную величину между первым измерением массы и последующим измерением массы. Это, например, обеспечивает возможность определения скорости потери массы кофейными зернами 10, например, путем разделения определенной потери массы на продолжительность потери массы, то есть время, которое потребовалось кофейным зернам 10, чтобы потерять заданную величину массы.
[0051] В одном из вариантов реализации таймер 131 выполнен с возможностью определения серии хронометражей таких заданных величин потери массы исходя из серии определений потери массы датчиком 120. Например, процессор 130 может дополнительно содержать блок 132 вычисления скорости для вычисления скорости потери массы кофейными зернами 10 исходя из серии хронометражей, определенных таймером 131, причем каждый хронометраж показателен в отношении потери кофейными зернами 10 массы на заданную величину, например 0,1 г для объема 10 г кофейных зерен 10 в камере 110, потеря массы в 1% первоначальной массы кофейных зерен 10, как было измерено датчиком 120, и т.д. Такая серия N значений потери массы, где N положительное целое число, имеющее значение по меньшей мере 2, например N=2, 5, 10, 15 или 20 и т.д.
[0052] Как указано выше, скорость потери массы кофейными зернами 10, полученная исходя из такой серии значений потери массы, может быть использована для определения степени обжарки кофейных зерен 10, например первоначальной степени обжарки на первоначальной стадии обжарки. Для этой цели процессор 130 может дополнительно содержать блок 133 определения степени обжарки, выполненный с возможностью реагирования на блок 132 вычисления скорости.
[0053] В одном из вариантов реализации степень обжарки, определённая блоком 133 определения степени обжарки, может быть проверена путем выполнения таймером 131 последующей серии хронометражей. Для этой цели таймер 131 может определить серию дополнительных хронометражей серии дополнительных заданных величин потерь массы исходя из серии дополнительных определений потери массы, выполняемых датчиком 120, из которых блок 132 вычисления скорости может получить дополнительную скорость потери массы, при этом дополнительная скорость потери массы может быть использована блоком 133 определения степени обжарки для проверки была ли верна изначально определенная степень обжарки кофейных зерен 10. Таким образом, дополнительная скорость потери массы может быть использована блоком 133 определения степени обжарки для корректировки изначально определенной степени обжарки кофейных зерен 10.
[0054] В альтернативном варианте реализации первая серия хронометражей и последующая серия хронометражей, определенных таймером 131, могут быть использованы для определения изменения в скорости потери массы кофейными зернами 10 блоком 132 вычисления скорости, причем изменение скорости потери массы, например характер скорости потери массы, может быть использован блоком 133 определения степени обжарки для обнаружения подходящей степени обжарки кофейных зерен 10, например первоначальной степени обжарки .
[0055] Во избежание сомнений следует отметить, что дополнительная заданная величина потери массы может быть той же, что и заданная величина потери массы, указанная в первоначальной серии хронометражей, выполняемых таймером 131, или отличаться от нее. Аналогично, серия дополнительных хронометражей может включать то же число или отличающееся число хронометражей, что и первоначальная серия хронометражей, выполняемых таймером 131, то есть N может быть таким же числом в последующей серии хронометражей или может отличаться.
[0056] Блок 134 управления может быть выполнен с возможностью управления нагревающим приспособлением в ответ на определение скорости потери массы, осуществляемое датчиком 120. В одном из вариантов реализации блок 134 управления может быть выполнен с возможностью выбора подходящего режима обжарки для кофейных зерен 10 в ответ на определение первоначальной степени обжарки кофейных зерен 10 блоком 133 определения степени обжарки, то есть степени обжарки кофейных зерен 10, когда они размещены в камере 110 устройства 100. Такой режим обжарки может, например, настроить параметры блока 134 управления таким образом, что блок 134 управления будет выполнен с возможностью обеспечения подходящих сигналов управления обжарочному элементу 140 в течении периода времени для установления необходимой степени обжарки кофейных зерен 10 исходя из установленной первоначальной степени обжарки этих кофейных зерен 10. Например, блоком 134 управления можно управлять с помощью процессора 130 в соответствии с данными о потере массы, как показано в таблице II. В одном из вариантов реализации устройство 100 может дополнительно содержать элемент хранения данных, такой как оперативное запоминающее устройство (RAM) или флеш-память, таблица соответствия или тому подобное, которые функционально связаны с блоком 134 управления для хранения режима обжарки кофейных зерен 10.
[0057] В одном из иллюстративных вариантов реализации блок 134 управления может быть выполнен с возможностью включения обжарочного элемента в течение заданного периода времени после определения первоначальной степени обжарки кофейных зерен 10. Заданный период времени может соответствовать заданной пользователем степени обжарки кофейных зерен 10, причем более длительный период времени обычно соответствует более темной обжарке кофейных зерен 10. Для этой цели блок 134 управления может содержать таблицу соответствия или тому подобное, в которой период времени задан в виде функции от степени обжарки, или может иметь доступ к ней. Блок 134 управления может дополнительно содержать таймер для управления обжарочным элементом в соответствии с заданным периодом времени. Поскольку также известно управление нагревающим приспособлением устройства 100 для обжарки кофейных зерен с использованием времени в качестве параметра управления, то в целях краткости это не будет описано более подробно. Указано, что аспект управления временем в вышеописанном варианте реализации может быть реализован любым подходящим способом.
[0058] В альтернативном или дополнительном варианте реализации блок 134 управления может быть выполнен с возможностью управления процессом обжарки в зависимости от скорости потери массы кофейными зернами 10. В частности, блок 134 управления может управлять обжарочным элементом 140 в зависимости от этой потери массы, и может закончить работу обжарочного элемента 140, то есть отключить его, после потери кофейными зернами 10 массы на заданную величину, то есть достижения кофейными зернами 10 целевой величины потери массы. Как пояснено выше, целевая величина потери массы обычно соответствует необходимой степени обжарки таким образом, что управление процессом обжарки таким способом может обеспечить превосходную стабильность результатов обжарки между различными случаями процесса обжарки.
[0059] В одном из вариантов реализации блок 134 управления может управлять обжарочным элементом 140 в зависимости от скорости потери массы кофейными зернами 10 в сочетании с заданным временем, на которое обжарочный элемент 140 следует включить. Например, процессор 130 может быть выполнен с возможностью определения промежуточной скорости потери массы кофейными зернами 10, причем промежуточную скорость потери массы используют как контрольную точку, при которой процесс обжарки завершен с использованием заданного времени. Например, промежуточная точка в процессе обжарки, например завершение первого растрескивания кофейных зерен 10, может быть определена путем отслеживания скорости потери массы кофейными зернами 10, после чего процесс обжарки может быть завершен путем обжарки кофейных зерен 10 в течении постоянной величины времени, причем эта постоянная величина зависит от необходимой степени обжарки кофейных зерен 10. Это, например, может быть полезно, если потеря массы кофейными зернами 10 после промежуточной точки, например точки первого растрескивания кофейных зерен 10, относительно незначительна, так что точное определение скорости потери массы может оказаться сложным в рамках разрешающей способности датчика 120. В этом случае первоначальное управление процессом обжарки с использованием скорости потери массы в качестве параметра управления, сопровождаемое завершением обжарки кофейных зерен 10 с использованием постоянного времени, может дополнительно улучшить стабильность процесса обжарки.
[0060] В одном из вариантов реализации устройство 100 может содержать дополнительные датчики, обеспечивающие измерение данных, которые могут быть использованы для содействия блоку 134 управления в управлении обжарочным элементом 140. Например, может быть предусмотрен датчик для определения цвета кофейных зерен 10 и/или температурный датчик для определения температуры кофейных зерен 10, причем блок 134 управления выполнен с возможностью управления обжарочным элементом 140 в зависимости от потери массы кофейными зернами 10 в сочетании с данными от одного или более датчиков в камере 110 устройства 100.
[0061] Блок 134 управления может быть выполнен с возможностью реагирования на сигналы от пользовательского интерфейса 150, что может, например, упростить задание пользователем необходимой степени обжарки кофейных зерен 10 любым подходящим способом, например с использованием наборного диска, серии кнопок, программируемого дисплея, которым может являться сенсорный дисплей, и тому подобное Для этой цели может быть использован пользовательский интерфейс 150 любого подходящего типа. Поскольку пользовательские интерфейсы сами по себе хорошо известны, то в целях краткости они не будут описаны более подробно.
[0062] Понятно, что эти варианты реализации представляют собой неограничивающие примеры возможных конструкций и что в равной мере подходят и многие другие конструкции, например, несмотря на то, что вариант реализации устройства 100 для обжарки кофейных зерен, показанного на фиг. 1-3, был пояснен с использованием процессора 130, содержащего дискретные компоненты, то есть дискретный таймер 131, блок 132 вычисления скорости, блок 133 определения степени обжарки и блок 134 управления, следует понимать, что такие дискретные компоненты были показаны только в целях более понятного пояснения идей по меньшей мере некоторых вариантов реализации настоящего изобретения, и что фиг. 1-3 не следует толковать таким образом, что вариант реализации настоящего изобретения будет ограничен наличием таких дискретных компонентов. В равной мере допустимо, чтобы по меньшей мере некоторые из дискретных компонентов образовывали часть одиночной конструкции, например, таймер 131 может образовывать часть блока 132 вычисления скорости, блок 133 определения степени обжарки может образовывать часть блока 132 вычисления скорости и/или блока 134 управления и т.д.
[0063] Кроме того, по меньшей мере некоторые из этих компонентов не требуют реализации в оборудовании, в равной мере допустимо, что, например, по меньшей мере некоторые из этих компонентов реализованы в виде программного обеспечения или прошивки, исполняемых на процессоре указанного процессора 130.
[0064] Кроме того, следует понимать, что по меньшей мере некоторые из этих компонентов могут образовывать часть другого объекта устройства 100 для обжарки кофейных зерен, например, по меньшей мере некоторые из этих компонентов могут образовывать часть датчика 120 и/или нагревающего приспособления устройства 100 для обжарки кофейных зерен.
[0065] Кроме того, следует понимать, что процессор 130 не ограничен вариантом реализации, показанным на фиг.3, в равной мере допустимо, что по меньшей мере некоторые из блоков, показанных на фиг. 3, могут быть опущены или что могут быть представлены дополнительные блоки. Например, устройство 100 для обжарки кофейных зерен может быть выполнено с возможностью задания пользователем первоначальной степени обжарки кофейных зерен 10, таким образом избегая необходимости наличия таймера 131, блока 132 вычисления скорости и/или блока 133 определения степени обжарки. Пользователь может задать первоначальную степень обжарки любым подходящим способом, например с использованием пользовательского интерфейса 150. В альтернативном варианте реализации устройство 100 может содержать устройство обнаружения уровня обжарки (не показано), такое как считыватель штрихкода, устройство связи ближнего действия или тому подобное, для получения первоначальной степени обжарки кофейных зерен 10 из упаковки кофейных зерен, причём упаковка может, например, содержать штрихкод, чип радиочастотной идентификации (RFID chip) и т.д., хранящий информацию о первоначальной степени обжарки кофейных зерен.
[0066] Устройство 100 может быть встроено в кофемашину, дополнительно содержащую устройство для измельчения кофейных зерен и устройство для варки кофе. Например, кофемашина может быть размещена с возможностью автоматической передачи части обжаренных кофейных зерен в измельчающее устройство для измельчения кофейных зерен, после чего молотый кофе автоматически передают в устройство для варки кофе для варки чашки свежего кофе. Поскольку кофемашины сами по себе хорошо известны, то в целях краткости они не будет описаны более подробно. Следует понимать, что конкретный вариант реализации такой кофемашины не является критичным для настоящего изобретения, и что может быть предусмотрена любая подходящая конструкция такой кофемашины.
[0067] Аспекты настоящего изобретения будут далее пояснены более подробно с помощью нижеследующих неограничивающих примеров. Следует понимать, что эти не ограничивающие примеры служат только для целей иллюстрации и их не следует толковать как ограничивающие объем настоящего изобретения.
[0068] Пример 1
[0069] 60 грамм зеленых кофейных зерен Yirgacheffe, имеющих первоначальное содержание влаги около 11,10%, были обжарены в обжарочном устройстве модели Nesco и периодически удалялись из обжарочного устройства для определения их массы.
[0070] Пример 2
[0071] 60 грамм частично обжаренных кофейных зерен Yirgacheffe, имеющих первоначальное содержание влаги около 7,70% по массе, были обжарены в обжарочном устройстве модели Nesco и периодически удалялись из обжарочного устройства для определения их массы.
[0072] Пример 3
[0073] 60 грамм частично обжаренных кофейных зерен Yirgacheffe, имеющих первоначальное содержание влаги около 4,30% по массе, были обжарены в обжарочном устройстве модели Nesco и периодически удалялись из обжарочного устройства для определения их массы.
[0074] Пример 4
[0075] 60 грамм зеленых кофейных зерен Mandheling, имеющих первоначальное содержание влаги около 12,10%, были обжареныв обжарочном устройстве модели Nesco и периодически удалялись из обжарочного устройства для определения их массы.
[0076] Пример 5
[0077] 60 грамм частично обжаренных кофейных зерен Mandheling, имеющих первоначальное содержание влаги около 3,20% по массе, были обжарены в обжарочном устройстве модели Nesco и периодически удалялись из обжарочного устройства для определения их массы.
[0078] Результаты потери массы примеров 1-5 показаны на фиг. 5. Кривые потери массы кофейными зернами, использованными в примерах 1-5, обозначены римскими цифрами I-V соответственно. Как можно увидеть из фиг. 1-5, различные первоначальные степени обжарки кофейных зерен 10 имеют значительное влияние на скорость потери массы, проявленную кофейными зернами 10. Совпадение кривых I и IV демонстрирует, что скорость потери массы большей частью независима от разнообразия кофейных зерен, поскольку зеленые кофейные зерна Yirgacheffe и Mandheling показывают почти идентичную скорость потери массы.
[0079] Более того, кривые II, III и V наглядно демонстрируют, что различные первоначальные степени обжарки проявляют различные скорости потери массы с более глубокой обжаркой кофейных зерен, проявляющих более высокую скорость потери массы. Это следует понимать по факту того, что частично обжаренные кофейные зерна с более глубокой обжаркой быстрее завершат свое первое растрескивание, при этом процесс первого растрескивания обычно проявляет ускоренную потерю влаги вследствие растрескивания и образования пор в кофейных зернах. Таким образом, примеры 1-5 обеспечивают подтверждение идеи о том, что первоначальная степень обжарки кофейных зерен 10 может быть определена исходя из их скорости потери массы.
[0080] Это может быть дополнительно получено исходя из прямых жирных линий на фиг. 5, которые показывают линейную аппроксимацию скорости потери массы кофейными зернами примеров 1-5 соответственно. Линейные аппроксимации превосходно подходят для примеров 1-4, но менее для примера 5, который можно понять по частично обжаренным кофейным зернам Mandheling примера 5, вступающих в процесс первого растрескивания, во время которого ускоряется потеря массы, как пояснено выше.
[0081] Кроме того было обнаружено, что путем увеличения числа N точек, взятых в качестве примера значений массы, в определении уровней частичной обжарки, например от N =10 до N = 20 или N = 40, скорости потери массы в большей степени проявляют нелинейность с уровнем нелинейности, связанным с относительной первоначальной степенью обжарки. Таким образом оказалось также возможным определение первоначальной степени обжарки кофейных зерен 10 с использованием тенденций скорости потери массы кофейными зернами 10.
[0082] Вышеописанное также демонстрирует, что устройство 100 для обжарки кофейных зерен может быть выполнено с возможностью отслеживания изменения скорости потери массы кофейными зернами 10 с увеличением в этой скорости, указывающей на начало процесса первого растрескивания, и последующего уменьшения в этой скорости, указывающей на завершение процесса первого растрескивания. Это, например, может быть использовано для определения вышеупомянутой точки промежуточной потери массы, после которой дальнейшим процессом обжарки можно управлять с использованием заданной величины длительности обжарки от точки, в которой достигается промежуточная величина потери массы, как было пояснено выше.
[0083] Пример 6
[0084] Три партии по 120 г зеленых кофейных зерен Yirgacheffe были обжарены в обжарочном устройстве модели Hearthware iRoast с периодическим взвешиванием для определения потери массы кофейными зернами. Процесс обжарки был закончен после потери кофейными зернами 12% своей первоначальной массы, после чего был определен цвет обжаренных кофейных зерен в устройстве определения цвета Hunterlab.
[0085] Пример 7
[0086] Три партии по 120 г зеленых кофейных зерен Yirgacheffe были обжарены в обжарочном устройстве модели Hearthware iRoast с периодическим взвешиванием для определения потери массы кофейных зерен. Процесс обжарки был закончен после потери кофейными зернами 14% своей первоначальной массы, после чего был определен цвет обжаренных кофейных зерен в устройстве определения цвета Hunterlab.
[0087] Пример 8
[0088] Три партии по 120 г зеленых кофейных зерен Yirgacheffe были обжарены в обжарочном устройстве модели Hearthware iRoast с периодическим взвешиванием для определения потери массы кофейных зерен. Процесс обжарки был закончен после потери кофейными зернами 16% своей первоначальной массы, после чего был определен цвет обжаренных кофейных зерен в устройстве определения цвета Hunterlab.
[0089] Полученные таким образом результаты цвета для примеров 6-8 показаны в таблице 3.
цвет
Степень обжарки 1 (12%)
Степень обжарки 2 (14%)
Степень обжарки 3 (16%)
Партия 1
40,20
38,20
37,44
Партия 2
40,66
38,10
37,61
Партия 3
40,10
38,25
37,20
Средний цвет
40,32 ± 0,3
38,18 ± 0,08
37,42 ± 0,2
[0090] Сравнительный пример 1
[0091] Четыре партии по 120 г зеленых кофейных зерен Yirgacheffe были обжарены в течение одного и того же фиксированного промежутка времени в обжарочном устройстве модели Hearthware iRoast, после чего был определен цвет обжаренных кофейных зерен в устройстве определения цвета Hunterlab. Результаты показаны ниже в таблице 4.
Таблица 4
Партия
Цвет обжарки
1
38,80
2
38,21
3
37,45
4
36,82
Средний цвет
37,70 ± 0,7
[0092] Сравнение результатов обжарки примеров 6-8 с результатами обжарки сравнительного примера 1 четко демонстрирует, что путем управления процессом обжарки с использованием скорости потери массы в качестве параметра управления помимо только фиксированного промежутка времени, то есть путем управления всем процессом обжарки только с помощью времени, получают значительное улучшение в стабильности степени обжарки.
[0093] Иллюстративный вариант реализации способа 400 варки кофе согласно настоящему изобретению будет пояснен более подробно со ссылкой на фиг. 6, на которой показана блок-схема данного иллюстративного варианта реализации. Способ начинается на этапе 410, например, с включения устройства 100 и/или заполнения камеры 110 обжариваемыми кофейными зернами 10. На данном этапе пользователь также может задать необходимую степень обжарки кофейных зерен 10, например с использованием пользовательского интерфейса 150. Способ далее переходит к этапу 420, согласно которому определяют первую массу кофейных зерен 10, после чего определяют последующую массу кофейных зерен 10 на этапе 30, например при определенном количестве времени после определения первой массы на этапе 420.
[0094] На этапе 432 можно проверить, необходимо ли определение дополнительной последующей массы кофейных зерен 10, например для облегчения определения скорости потери массы кофейными зернами 10 на основании более чем двух измерений массы. Если определено, что следует выполнить измерение дополнительной последующей скорости, способ возвращается на этап 430, иначе, способ переходит на этап 440, согласно которому скорость потери массы вычисляют из регулируемых по времени определений потери массы этапов 420 и 430, после чего способ может перейти к этапу 450, согласно которому степень обжарки кофейных зерен 10 определяют на основании скорости потери массы, определенной на этапе 440.
[0095] Затем способ может перейти к этапу 452 при необходимости, согласно которому проверяют, необходимо ли определить дополнительную скорость потери массы кофейными зернами 10, например для подтверждения того, являются ли верными скорость потери массы, определенная на этапе 440, исходя из первой серии определений массы, и степень обжарки кофейных зерен 10, определенная на этапе 450. Если решено, что следует определить такую дополнительную скорость, способ возвращается обратно на этап 420, согласно которому этап 450 с учетом обстоятельств может включать дополнительный этап подтверждения определенной степени обжарки кофейных зерен 10 и корректировки определенной степени обжарки при необходимости.
[0096] Способ далее переходит к этапу 460, согласно которому выбирают режим обжарки для кофейных зерен 10 на основании определенной степени обжарки кофейных зерен 10, например путем определения оставшейся длительности обжарки и/или оставшейся величины потери массы кофейными зернами 10 для дальнейшей обжарки. Затем процесс обжарки кофейных зерен 10 завершают на этапе 470 в соответствии с режимом обжарки, выбранным на этапе 460, после чего процесс обжарки заканчивают на этапе 480, поскольку процесс обжарки завершен.
[0097] Следует понимать, что вышеописанный способ 400 является всего лишь иллюстративным вариантом реализации такого способа обжарки, и что для специалиста в области техники будут очевидны множество разнообразий. Например, вместо выполнения этапов 420, 430, 432 440, 450 и 452 для определения первоначального уровня обжарки кофейных зерен 10 на первоначальной стадии обжарки, эти этапы могут быть опущены, если первоначальный уровень обжарки кофейных зерен введен в устройство 100, например задан пользователем или другим образом получен из упаковки кофейных зерен 10, как было пояснено выше.
[0098] Также, этап 460 может задать режим обжарки в условиях контрольной скорости потери массы, подлежащей определению, в сочетании с фиксированной величиной длительности обжарки, которой следует подвергнуть кофейные зерна 10 при обнаружении контрольной величины скорости потери массы, при этом обжарочным элементом 140 управляют с помощью блока 134 управления соответственно для обжарки кофейных зерен 10 в соответствии с таким режимом обжарки на этапе 470.
[0099] Следует отметить, что вышеописанные варианты реализации иллюстрируют настоящее изобретение, а не ограничивают его, а специалисты в данной области техники смогут создать множество альтернативных вариантов реализации без выхода за пределы объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, заключенные в скобки, не следует толковать как ограничение пункта формулы. Слово «содержащий» не исключает наличие элементов или этапов, отличных соответственно от элементов или этапов, перечисленных в пункте формулы. Грамматические показатели единственного числа, предшествующие элементу, не исключают наличие множества таких элементов. Настоящее изобретение может быть реализовано посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов. В пункте формулы на устройство, в котором перечислены несколько средств, некоторое количество из этих средств могут быть реализованы посредством одного и того же элемента из числа аппаратных средств. Сам факт, что конкретные средства измерения приведены во взаимно несвязанных зависимых пунктах формулы, не указывает на то, что сочетание таких средств измерения не может быть использовано с обеспечением достижения некоторого преимущества.