精确完美

精密研磨对于正确提取咖啡胶囊至关重要。

作者：Daniel Ephraim

人们可能会认为，将豆荚放入单个服务机中，然后冲泡美味的按需浓缩咖啡的过程简单明了;然而，通过更深入地研究该 POD 的开发，可以了解一个小产品中蕴含着大量的艺术和科学，这是非常了不起的。让我们来了解一下这种理解。

首先，如果没有工程研磨（颗粒减少）设备的发展来伴随该市场的增长，就不可能推进优质单杯咖啡市场。一些革命性的发展包括：

1. 生产复杂磨削轮廓所需的磨削技术
2. 发明和开发了一种咖啡正火系统，该系统可以 “压实” 咖啡而不会失去完整性。

此外，这两种技术都需要在水冷（冷藏）和精确控制的环境中运行，以确保离开研磨系统的咖啡与进入研磨系统的咖啡豆一样凉爽，并充满芳香和挥发物。

结果：上述研磨设备考虑因素允许更高价值的单份产品，相当于产品价值增加近 600%（与新鲜酿造产品相比）。例如，大约 800 微米 （um） 的粗滤冲泡研磨的零售价为每克 0.02 至 0.03 美元 （USD），而胶囊中的复杂研磨价将高出约 100%（每克 0.04 至 0.05 美元）。同样，浓缩咖啡风格的研磨物的售价将比过滤冲泡研磨价值高 600%，或每克 0.12 美元（示例 1）。

为什么研磨很重要？

一般来说，咖啡研磨技术，尤其是单杯咖啡研磨技术中最重要的概念是从咖啡豆内咖啡细胞的胶体结构中管理萃取可溶性固体，如下所示。这个概念是咖啡冲泡的 “秘诀”，如果萃取率低，咖啡的浓度就会受到影响;相反，如果提取率过高，则会提取一些不太理想的成分，这对实现最佳冲泡咖啡结果有害。

下图（示例 2）是使用电子显微镜大幅放大的咖啡粉颗粒视图。细胞壁的直径约为 30 微米，胶体材料填充了研磨咖啡和细胞结构内的空隙。这种胶体材料的一部分是我们想要提取的，但有限制。

研磨咖啡和可溶性固体萃取背后的物理原理：

从研磨的咖啡颗粒中提取可溶性固体是研磨咖啡与提取介质（在本例中为水（热或冷））的暴露表面积的函数。随着研磨过程中暴露于水中的面积增加，由于暴露于水中的面积，提取量就越大。下表（示例 3）演示了这种关系。

到目前为止，这个概念似乎很简单：增加暴露在水中的咖啡表面积 = 增加萃取率;但是，有一个问题。每种冲泡方法都有自己的目标，即应该暴露多少暴露区域，至关重要的是不要从咖啡中过度提取可溶性固体，这与可溶性固体提取不足一样有害。下面（示例 4）描述了这个概念：

这个实证说明表明，所需的萃取率有下限和上限，萃取量太少会导致酿造效果较弱、不成熟，而萃取量过多会导致苦涩、味道不佳的酿造结果。

下一个目标是在给定冲泡方法的情况下，将研磨咖啡的平均或平均粒径精确优化到所需的暴露表面积。此外，为了增加难度，优化冲泡方法的平均粒径以及优化所需颗粒分布范围内的颗粒百分比也至关重要。

下图（示例 5）显示了标准过滤冲泡、“K” 杯和浓缩咖啡研磨之间的区别。重要的是要注意浓缩咖啡研磨曲线上的 “凸起”，这是浓缩咖啡产品独特的 “砖块和砂浆” 研磨曲线所需要的。

研磨技术在单份中的应用：

下图（示例 6）清楚地显示了单份研磨的总体挑战：

将倾倒式或瓶装冲泡器的冲泡时间与胶囊的冲泡时间进行比较，可以看到冲泡时间缩短了 90% 以上，但是，有必要达到与上图相同的可溶性固体（不多不少）。所有研磨对于正确冲泡都很重要，但误差幅度和胶囊研磨的技术考虑不仅对冲泡强度至关重要，而且对时间也至关重要。

时间与研磨，研磨与时间：

在为给定的胶囊配置达到理想的研磨尺寸后，还有一个额外的要求，即控制通过研磨的冲泡时间。这与优化啤酒酿造商的研磨大小的概念一起似乎令人困惑;但是，如果按以下方式断开，则可能更有意义：

1. 想想浓缩咖啡冲泡器，特别是颗粒分布如何影响冲泡浓缩咖啡所需的时间。
2. 同样，对于胶囊研磨，还需要 “调整” 研磨，使其在给定的时间内冲泡（参见示例 6）。
3. 浓缩咖啡风格的胶囊尤其如此，其中有多种粒径的组合，一方面提供理想的提取，另一方面在其他颗粒之间提供 “砂浆”。

研磨咖啡的致密化：

致密化可以被描述为咖啡的蓬松度（或相反，不蓬松度），以便它可以以高达每分钟 1600 粒胶囊的速度有效地装入胶囊中。示例 7 显示了两个胶囊之间的比较以及每个胶囊中装入的咖啡量。在每种情况下，体积相同，但咖啡的数量不同。区别在于咖啡的密度或 “致密性”，这是在研磨机上通过 Vortex™ 增密器/标准化器为每种研磨咖啡产品实现的。

以 Vortex™ 归一化器为代表的标准化的第一项技术成就，允许更多的研磨咖啡进入定义的空间，例如胶囊。由于咖啡是一种有机产品，根据其来源具有不同的密度特性，并且经过不同程度的烘焙，因此咖啡进入胶囊的密度或拟合度必须是一个动态过程，以满足特定的密度要求。

归一化的第二个关键要素是密度控制系统，它必须随着时间的推移提供无与伦比的密度一致性，从而提供 “一劳永逸” 的信心。如果艺术包含在最佳（口味和强度）参数控制调整的开发中，那么科学性是由该控制系统在较长时间内提供一致性和可重复性的能力提供的。

总结：

1. 对于特定类型的单份胶囊，颗粒大小和分布必须正确。
2. 首先必须优化咖啡粉的粒度分布，以满足单份咖啡胶囊的设计（平均粒径），并最大限度地减少超出该范围的咖啡粉颗粒。
3. 咖啡研磨机必须能够产生一种研磨，可以通过粒度设计来控制胶囊的冲泡时间。
4. 控制咖啡的密度至关重要，这样才能使最佳咖啡量不仅适合胶囊，而且在高速包装条件下也能适应。
5. 当过程在水冷（温度控制）环境中运行时，必须实现上述所有要求。

显然，必须同时控制这些变量，在手动基础上几乎是不可能的，因此，每个参数选择的 PLC 控制配方是单份研磨系统的关键部分。

现在让我们从我们的短暂旅程中重新浮出水面，以更好地了解咖啡包研磨的制作过程。有了这些更深入的知识，人们对每天单杯咖啡的欣赏水平就会更高。

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Daniel Ephraim 在咖啡业务方面拥有 40 多年的经验，一直积极参与咖啡研磨和其他相关 加工设备的开发和设计。他曾在许多咖啡会议和研讨会上发表演讲，并在北美和海外举办了数百场咖啡研磨研讨会。他的公司 Modern Process Equipment Corporation 位于伊利诺伊州芝加哥。