La fabricación de precisión es esencial para el éxito de las cápsulas

Los paquetes de porciones son la nueva normalidad para los tostadores de alto volumen.

Los ingresos del café en cápsulas superaron las ventas de tostado molido envasado tradicionalmente en Estados Unidos por primera vez el año pasado. En 2015, los estadounidenses consumirán más de 1.8 mil millones de tazas de una sola porción al mes. Los tostadores europeos producirán casi la misma cantidad de cápsulas de espresso y las batidoras de té llenarán varios miles de millones de cápsulas de té de una sola porción.

En ambos continentes, los paquetes de porciones están reemplazando rápidamente al café molido e instantáneo y erosionando las ventas de té especial en bolsas piramidales.

«La molienda es un paso crucial en el procesamiento del café y, cuando se hace correctamente, puede mejorar drásticamente la extracción del café y la retención del aroma, optimizando así la calidad del café preparado».
— Scott Will

La nueva normalidad

El tostado, la molienda, el envasado y la comercialización de café en paquetes de porciones es la nueva normalidad para los fabricantes de café que suministran a millones de cafeteros en el hogar y en la oficina. La penetración del mercado sigue siendo escasa en el servicio de alimentos, pero acuerdos como la compra de las cervecerías Bolt de Keurig por parte de Subway para sus 20,000 puntos de venta en Estados Unidos sugieren que eso también está cambiando.

El abastecimiento, el tostado y la mezcla han cambiado poco, pero la porción única exige una gran flexibilidad en el empaque y una precisión significativamente mayor, así como nuevas técnicas para moler, llenar y empacar cápsulas.

El primer obstáculo para los tostadores fue replicar con consistencia el perfil de sabor de las mezclas más populares de grandes marcas como Folgers y Starbucks. El equipo de Peet’s Coffee & Tea tardó cinco años en desarrollar técnicas (principalmente de molienda y compactación) que garantizaban que los consumidores no pudieran distinguir entre las versiones de tueste molido y las versiones de paquetes de porciones de sus mezclas más populares.

Acostumbrados a un estándar de oro basado en 4 onzas de café, 64 onzas de agua y una extracción de cuatro minutos, los tostadores tenían solo 20 segundos y 8 gramos de café para lograr la fuerza de preparación ideal de 1.15% a 1.35% de sólidos. Esto requirió la extracción de entre el 18% y el 22% de los sólidos solubles de la partícula de café.

Los tostadores contratados ahora pueden replicar los perfiles de extracción en un mes.

Los cerveceros que dispensan 8 onzas de agua caliente en menos de 30 segundos significan que «ya estamos atrasados en lo que se requiere para el ciclo de preparación óptimo», observa Jeff McIntosh, maestro de tostado de Intelligent Blends, San Diego.

«Pasamos horas de investigación y desarrollo trabajando con las mezclas de nuestros clientes para garantizar el mismo gran sabor al pasar de los formatos de molienda por goteo a formatos de una sola porción», dijo. «Para hacer esto, probamos repetidamente los sólidos solubles y ajustamos el porcentaje de extracción de los productos finales ahuecados», dijo.

Todo se reduce a la extracción

El diseño de la cápsula, la dinámica de fluidos, la permeabilidad de los filtros internos, las cafeteras que generan una temperatura del agua suficientemente alta son consideraciones importantes , pero la molienda es fundamental para obtener un sabor y una consistencia completos.

Albert Bezjian, de Ditting USA, observa que «independientemente del método de preparación , es importante seleccionar los mejores granos de café verde y tostarlos a la perfección, pero cuando se trata de cápsulas, el ELEMENTO CRÍTICO

es moler los granos tostados en tamaños de partícula uniformes para obtener consistencia en la elaboración de la cerveza».

Para extraer todo el sabor rápidamente se requiere una molienda precisa. Si es demasiado grueso, la cápsula producirá una infusión débil similar al té. Demasiado fino y se obtiene una sobreextracción amarga con un desagradable sabor a cacahuete y hierba .

«La molienda del café es un paso crucial en el procesamiento del café y, cuando se hace correctamente, puede mejorar drásticamente la extracción del café y la retención del aroma , optimizando así la calidad del café preparado», según Scott Will, director de ventas de Modern Process Equipment (MPE).

Bezjian, cuyo título en Ditting es solucionador de problemas, explicó que «a medida que los bebedores de café aprendían a hacer un mejor café, cambiaban a métodos de filtrado y seguían bebiendo co más fuerte (más audaz), y necesitaban posos más finos para una mejor extracción».

Para hacer café turco, por ejemplo, cada grano se divide uniformemente en 30.000 partículas. Una máquina que funciona a 1.000 kilos por hora produce 145.000 millones de granos casi idénticos.

La molienda de 200 micras (μm) utilizada para las cápsulas de espresso es aproximadamente el doble que la del café turco, que se muele hasta obtener una consistencia que se asemeja a la nuestra. El diámetro ideal para las K-Cups se duplica de nuevo, hasta aproximadamente 850 μm.

«Si no tienes tamaños de partícula consistentes, cada taza tendrá un sabor diferente y el cliente no estará satisfecho. La consistencia es la razón por la que la preparación de K-Cup y vertido sobre una sola taza ha despegado tan rápidamente», dijo Bezjian. «En MPE, personalizamos nuestros molinillos para cada cliente para optimizar los componentes internos y ofrecer el mejor tamaño y densidad de molienda para cada aplicación de cápsulas de café, y ofrecemos diferentes diseños para varias cápsulas K-Cup y cápsulas de estilo europeo en el mercado», dijo Will, de MPE.

«Los tiempos de preparación más rápidos se traducen en tamaños de molienda optimizados con un margen mínimo para los errores de molienda», dijo. «El sabor de su café depende del tamaño y el perfil de molienda del café, que es controlado por el molinillo, así como de la cantidad de café utilizada, que está relacionada con el densificador. Al alterar las variables del molinillo, se puede cambiar el sabor y la intensidad del café», según Will.

Es importante no hacer que los granos sean impermeables, explica Karl Schmidt, presidente de Probat Burns en Chicago. Visualizado en una curva de Gauss , un pequeño porcentaje de los posos debe ser ligeramente más grande y estar por encima de la curva para facilitar el flujo y un pequeño porcentaje debe ser más fino para mejorar la extracción, explica. Esto es crítico con las cápsulas de las máquinas de espresso con cafeteras que ejercen 10+ bares de presión.

«Lo que se quiere es controlar los ‘excesos’ y las ‘multas’, pero no eliminarlos», explica Schmidt, citando un texto sobre la calidad del café de Andrea Illy. Debido a la alta presión necesaria para extraer el espresso, necesita una cierta cantidad de partículas más grandes para permitir el paso del agua.

«El truco es triturar las células de café y luego meter y sacar el agua», dijo Schmidt.

Molinos

Hay dos fases para la molienda, una fase de trituración en la que la estructura convoluta de los granos quebradizos se rompe en fragmentos, generalmente de aproximadamente un milímetro de tamaño; y una segunda fase, propiamente llamada molienda en la que se cortan los fragmentos.

Los molinillos de proceso seco son diseños de «impacto» que rompen el café en partículas irregulares o el diseño de «espacio» preferido en el que el café se deja caer a través de un espacio de cizallamiento entre las superficies con muescas de las herramientas de corte (molinos cónicos, rodillos de corte o molinos).

«Tienes que ser perfecto en tu ejecución en la molienda. Se trata de tiempos de preparación exactos y cantidades muy pequeñas de café en un volumen fijo a alta densidad. Todo tiene que encajar a la perfección», explica Will, de MPE.

Los molinos deben lidiar con muchas fuentes de perturbaciones que hacen que el equipo funcione de manera irregular. Los granos de café no solo provienen de diferentes variedades botánicas y países productores, sino que varían según la estación y el clima. Las mezclas de diez incluyen granos procesados por diversos métodos. Los frijoles frescos contienen más humedad que los frijoles almacenados durante muchos meses en un almacén.

El gerente de ventas y proyectos de Neuhaus Neotec, Ralf Treenz, dijo que Neuhaus introdujo recientemente molinos de rodillos con una capacidad de 150 a 1.000 kilos por hora, diseñados específicamente para café en cápsulas y cápsulas.

La flexibilidad es un atributo clave para hacer frente a lo que equivale a perturbaciones diarias, explica.

«El motor y cada motor de rodillos tienen sus propios convertidores de frecuencia. Como resultado, cada rodillo puede ser accionado a su propia velocidad. La presión de molienda también se puede ajustar individualmente a las nuevas especificaciones del producto al cambiar entre tipos de café. Estos parámetros se pueden guardar como una receta para un ajuste rápido al cambiar entre cafés», dijo.

Durante una presentación en COTECA 2014 en Hamburgo, Alemania, Torenz describió los desafíos que enfrentan los tostadores debido a la producción de alta capacidad. El más fundamental es vencer la acumulación de calor (que imparte un sabor amargo y «quemado» por el sobrecalentamiento) y proteger contra la pérdida de aroma al tiempo que proporciona un tamaño de partícula preciso. La molienda de grandes volúmenes a alta velocidad requiere innovaciones en el diseño más allá de lo requerido para un simple tueste molido.

Manténgalo fresco

La disipación del calor es fundamental con moliendas más finas. Las superficies de molienda se vuelven al rojo vivo por la fricción y el calor generado por la fractura durante largos ciclos de producción, a menos que se enfríen agresivamente. A medida que las superficies metálicas se expanden, es «absolutamente necesario» que el espacio entre los rodillos permanezca constante, lo que requiere un ajuste preciso del espacio.

Schmidt, de Probat Burns, dijo que los molinos de la serie UW a 300 μm pueden producir de 2.000 a 3.000 libras por hora. La molienda a un tamaño preciso no es un desafío para ningún molinillo en el mercado, dijo. La consistencia durante una tirada larga y a alta temperatura es lo que distingue a los molinos de rodillos.

«Cuanto más se calienta, peor se pone», dijo Schmidt. En su opinión, el desafío de la ingeniería es desarrollar molinillos que controlen la expansión térmica y respondan a las muchas variables del café, al tiempo que «mantienen la consistencia en el espacio».

Compactación y relleno

Durante el tostado, los granos se hinchan y cuando se enfrían por aire, una gran cantidad de gas queda atrapada en las celdas. El enfriamiento con agua hace que escape más gas debido a un mayor agrietamiento de la pared celular, pero los granos retienen la humedad residual .

Tenga en cuenta el volumen: la capacidad sigue siendo la misma en 5-6 gramos para las cápsulas Nespresso y 8-14 gramos para las K-Cups, pero empacar densamente el café aumentará la fuerza de la preparación.

La densidad del café es realmente importante para obtener una dosis consistente , según Robert Melikian, director ejecutivo de Automatic Brewers and Coffee Devices, Inc., (ABCD) en West Conshohocken, Pensilvania.

«Cuando se empaca una sola porción, se empaca volumétricamente, no con una báscula. Si el café es esponjoso o demasiado denso, cambiará el peso de la cápsula», dijo.

El uso de un normalizador/densificador para mezclar la molienda es esencial, dijo Melikian.

Solo se puede compactar el café hasta cierto punto, tal vez entre el 10% y el 15%, según Schmidt, de Probat. Explica.

«Densificante» originalmente se refería a comprimir el café para llenar una lata de una libra. Es necesario porque además de los granos tostados, una cierta cantidad de paja acaba desplazando parte del café molido de la cápsula. La paja no es beneficiosa, pero quitar toda la piel plateada no es práctico.

Se está trabajando en la producción de café de alto rendimiento, en el que se elimina la paja. Estos molinos trituran células individuales hasta obtener un tamaño de partícula muy preciso. El molinillo Marco Uber, por ejemplo, cuenta con rebabas sujetas por imanes para eliminar los orificios de los tornillos, chorreado de perlas de vidrio , revestimiento de titanio y un perfil de vertido optimizado para gránulos de 750 a 800 μm, pero estos molinos especializados de bajo volumen no son prácticos para el llenado y el empaque comerciales.

Diseño de la cápsula

Todas las cápsulas deben cumplir con dos requisitos críticos: asegurar una larga vida útil del producto y soportar el calor y la presión de la preparación. Las K-Cups de Keurig son más grandes, más delgadas y contienen más café que las cápsulas de Nespresso, que contienen 5 gramos de café y soportan presiones de hasta 19 bar (VertuoLine).

Las cápsulas Nespresso están hechas de aluminio revestidas con una capa protectora . Se perfora una rejilla en la base de la cápsula para permitir la salida del café. Las cápsulas Dolce Gusto de 54mm de Nestlé son de polipropileno termoformado con una barrera de EVOH y un agujero en la base. El último diseño de K-Cup tiene un pico. Para ahorrar dinero, las imitaciones de Nespresso están hechas de plástico formado por inyección. Las cápsulas compatibles con K-Cup a menudo cuentan con un diseño de malla de lados abiertos en el que la cápsula actúa como filtro.

Independientemente del diseño, las cápsulas deben evitar la exposición a la luz, la humedad y el oxígeno, que perjudican el aroma y el sabor. También deben adaptarse a los desafíos internos que incluyen la sedimentación, la aglomeración y la liberación de dióxido de carbono (C02). Un kilo de café tostado libera seis litros y el espresso mezcla hasta 10 litros de CO2 en cinco semanas, una cantidad suficiente para dañar el embalaje. En su libro Espresso Coffee: The Science of Quality, Andrea Illy estima que la liberación de CO2 está directamente relacionada con la pérdida de volátiles. Libera el 50% del CO2 y la mitad de los aromáticos se desvanecen. Cuanto más oscuro es el tueste, mayor es la pérdida, escribe .

«Las cápsulas de café son tan pequeñas en tamaño que la mayoría de las personas no prestan mucha atención a su complejidad», dijo Kai Wulff, gerente general de ventas de alimentos y bebidas de la unidad de negocios de fibras compuestas de Glatfelter.

Cuando la protección de la patente de Keurig expiró en 2012, surgieron tres soluciones . Rogers Family Coffee, con sede en California, presentó la OneCup, un anillo de plástico con café suspendido en un filtro de malla suave.

TreeHouse Foods presentó una cápsula rígida compatible con Keurig popular entre las grandes cadenas de supermercados con ofertas de marca privada. Las cápsulas duras a menudo contienen un filtro que debe poseer excelentes propiedades de alfabetización, capacidad de funcionamiento y resistencia a la presión sin impartir ningún sabor, dijo Wulff.

LBP presentó una cápsula genérica de lados abiertos compatible con las cafeteras Keurig llamada UpShot. La taza LBP utilizaba los lados de malla de la cápsula para filtrar el café. La compra de cápsulas vacías de LBP evitó las regalías de 6,2 centavos por taza que los usuarios con licencia pagaron a Keurig.

Melikian en ABCD utiliza copas laterales de malla fabricadas por LBP. Para reducir la exposición al oxígeno y aumentar la vida útil, las cápsulas de lados abiertos deben lavarse con nitrógeno y envolverse o empaquetarse en bolsas de café convencionales con válvulas.

Como no hay filtro interno, las tazas contienen hasta 14 gramos de café. Uno de los grandes beneficios es el efecto «ahhh», dijo Melikian. «Cuando un cliente abre la bolsa, instantáneamente huele el café», dijo . «Se puede ver el café a través de la tapa transparente», agregó.

Mother Parkers Tea & Coffee en Toronto diseñó su RealCup para que fuera compatible con las máquinas Keurig pero con un filtro interno de plástico. El oxígeno es purgado por el gas nitrógeno, lo que elimina la necesidad de envoltura. El año pasado se presentó una versión biodegradable llamada EcoCup y más tarde fue galardonada como el «Producto Más Innovador» por el Packaging Consortium.

«La solución EcoCup es un verdadero cambio de juego en el mercado de cápsulas individuales de rápido crecimiento «, dijo Bill VandenBygaart, de Mother Parker.

Cajas de cartón de embalaje

La línea de llenado de cápsulas en la nueva planta de fabricación de POD Pack International en Baton Rouge, con un costo de 10,1 millones de dólares, es de última generación. Tom Martin, vicepresidente ejecutivo y director ejecutivo de la coempacadora de café, dijo que las tolerancias de peso para la línea de llenado y sellado de una sola porción se establecieron en dos décimas de gramo.

«A 25.000 tazas por turno solo rechazamos 50», dijo Martin. «Nunca había visto algo así. Es mejor de lo que esperábamos», dijo. La combinación de triturador, desgasificador y densificador (suministrado por MPE) infecta las cápsulas de poliestireno formadas en una atmósfera controlada utilizando una técnica de lavado con nitrógeno que desplaza el aire en el espacio debajo del filtro de papel incorporado. Las cápsulas compatibles con Keurig se sellan y se «anidan» en cajas de cartón de 12, 18 y 24 unidades.

Martin instaló la línea en diciembre. «Fue lo más parecido a un plug-and-play que he visto en mi vida», dijo.

Equipos de llenado y embalaje

Los primeros usuarios gastaron millones por línea de llenado en máquinas de envasado de gran volumen. Para cumplir con los requisitos de los tostadores, empresas como OPEM, uno de los primeros fabricantes de equipos de llenado de cápsulas, desarrollaron máquinas con ocho líneas de llenado y producciones de hasta 1.400 cápsulas por minuto. La CFL-4 de Optima llena 20 cápsulas a la vez para producir 1.500 por minuto. IMA Industries combina sus máquinas de llenado y sellado de 480 por minuto con una unidad de extracción de oxígeno y lavado con gas nitrógeno, utilizando cámaras herméticas del tamaño de una cápsula procesada, para garantizar un consumo mínimo de gas. Los sellos se pueden colocar por calor o ultrasonido.

Al principio, las tiradas de producción fueron masivas para justificar el gasto de la máquina . Los costos de desperdicio eran altos debido al gasto de la cápsula. Se necesitó mucho ensayo y error para reducir la oxidación de las moliendas y permitir la liberación de dióxido de carbono durante el empaque. En los EE. UU., Keurig Green Mountain fue pionera en el diseño inicial, estableciendo durante un período de 20 años un estándar de la industria para el diámetro y la profundidad de la cápsula.

La producción aumentó de cientos de millones a miles de millones de cápsulas por fábrica a medida que Keurig firmaba contratos con Starbucks, Folgers y Dunkin’s Brands. Eventualmente, incluso Kraft Foods, propietaria del sistema Tassimo de la competencia, decidió ofrecer su café Maxwell House, Gevalia , Yuban y McCafe en K-Cups con licencia. Keurig ahora otorga licencias de 400 tipos de bebidas propiedad de 60 marcas, incluidos los tres cafés más vendidos en Estados Unidos.

Intelligent Blends fue uno de los primeros co-packers en aceptar tiradas mínimas de 25.000. Melikian ofrece un programa que permite a las marcas pequeñas empacar tan solo 50 libras de café (a 38 tazas por libra, alrededor de 2000 filtros). Su empresa ahora produce 50,000 tazas al día en dos turnos de 7.5 horas y el atraso está creciendo, dijo. No es de extrañar que algunos de sus clientes de tostado de boutique obtengan $ 2 por taza al por menor.

Martin, que acaba de abrir una nueva línea de producción en POD Pack, ya está haciendo planes de expansión.

Las soluciones de cápsulas exigen una mayor cooperación entre los fabricantes de equipos, los tostadores y los co-empacadores, según Will, de MPE.

Para satisfacer las necesidades de un importante cliente norteamericano, inicialmente «creamos un producto de molienda bimodal diseñado para satisfacer los requisitos de su cafetera y ofrecer un mejor perfil de sabor a café», dijo Will.

Su proceso de molienda anterior dio como resultado un tiempo de preparación inusualmente largo y un sabor a «tueste hacia adelante». Este sabor pro le es donde una gran cantidad de sabor llega a la lengua al principio del sorbo, pero tiene un final plano , lo cual no es deseable. Pudimos alterar su molienda pro le para minimizar el «polvo» interno en el café. El sabor pro le cambió a una taza de café más limpia y consistente, con un acabado de sabor más duradero, que en última instancia era más deseable», dijo Will.

Esa es la conclusión. Gusto.

Todos los avances tecnológicos, los ajustes precisos, la ingeniería de diseño y la magia son invisibles para los consumidores que desean un sabor y una variedad completos con la comodidad de un botón. Es mucho trabajo para un vertido de 30 segundos. Menos mal que están dispuestos a pagar el precio.