Manufaktur Presisi Sangat Penting untuk Kesuksesan Kapsul

Portion packs are the new normal for high-volume roasters.

Pendapatan dari kopi kapsul melampaui penjualan panggang giling kemasan tradisional di AS untuk pertama kalinya tahun lalu. Pada tahun 2015, orang Amerika akan mengonsumsi lebih dari 1,8 miliar cangkir satu porsi sebulan. Pemanggang Eropa akan memproduksi kapsul espresso dan blender teh yang hampir sama banyaknya akan mengisi beberapa miliar kapsul teh satu porsi.

Di kedua benua, paket porsi dengan cepat menggantikan kopi bubuk dan instan dan mengikis penjualan teh khusus dalam kantong piramida.

“Grinding is a crucial step in coffee processing and, when done properly, can dramatically improve coffee extraction and aroma retention, thereby optimizing the brewed coffee quality,”
— Scott Will

The New Normal 

Memanggang, menggiling, mengemas, dan memasarkan kopi dalam kemasan porsi adalah normal baru bagi produsen kopi yang memasok jutaan pembuat bir di rumah dan kantor. Penetrasi pasar tetap tipis dalam layanan makanan, tetapi kesepakatan seperti pembelian Subway dari pabrik bir Bolt Keurig untuk 20.000 gerai AS menunjukkan bahwa itu juga berubah.

Sumber, pemanggangan, dan pencampuran sedikit berubah tetapi satu porsi menuntut fleksibilitas besar dalam pengemasan dan presisi yang jauh lebih besar dan teknik baru untuk menggiling, mengisi, dan mengemas kapsul.

Rintangan pertama bagi pemanggang adalah meniru dengan konsistensi profil rasa dari campuran paling populer dari merek besar seperti Folgers dan Starbucks. Butuh lima tahun bagi tim di Peet’s Coffee & Tea untuk mengembangkan teknik (terutama penggilingan dan pemadatan) yang menjamin konsumen tidak dapat membedakan antara versi panggang tanah dan kemasan porsi dari campuran mereka yang paling populer.

Terbiasa dengan standar emas berdasarkan 4 oz kopi, 64 ons air, dan ekstraksi empat menit, pemanggang hanya memiliki 20 detik dan 8 gram kopi untuk mencapai kekuatan minuman ideal 1,15% hingga 1,35% padat. Ini membutuhkan ekstraksi antara 18% dan 22% dari padatan larut partikel kopi.

Pemanggang kontrak sekarang dapat mereplikasi profil ekstraksi dalam sebulan.

Pembuat bir yang mengeluarkan 8 ons air panas dalam waktu kurang dari 30 detik berarti bahwa “kami sudah tertinggal dari apa yang diperlukan untuk siklus pembuatan bir yang optimal,” kata Jeff McIntosh, master roast di Intelligent Blends, San Diego.

“Kami menghabiskan berjam-jam R&D bekerja dengan campuran pelanggan kami untuk memastikan rasa lezat yang sama saat beralih dari penggilingan tetes ke format porsi tunggal,” katanya. “Untuk melakukan ini, kami berulang kali menguji padatan larut dan menyesuaikan persentase ekstraksi produk akhir yang ditangkupkan,” katanya.

It Boils Down to Extraction 

Desain kapsul, dinamika fluida, permeabilitas filter internal, pembuat bir yang menghasilkan suhu air yang cukup tinggi adalah pertimbangan penting tetapi penggilingan sangat penting untuk rasa dan konsistensi penuh.

Albert Bezjian dari Ditting USA mengamati bahwa “terlepas dari metode penyeduhan , penting untuk memilih biji kopi hijau terbaik dan memanggangnya dengan sempurna, tetapi ketika datang ke kapsul ELEMEN KRITIS

menggiling kacang panggang menjadi ukuran partikel yang seragam untuk konsistensi dalam pembuatan bir.”

Untuk mengekstrak rasa penuh, ini dengan cepat membutuhkan penggilingan yang tepat. Terlalu kasar dan kapsul akan menghasilkan minuman seperti teh yang lemah. Terlalu halus dan Anda mendapatkan ekstraksi berlebihan pahit dengan rasa kacang tanah yang tidak enak, berumput .

“Penggilingan kopi adalah langkah penting dalam pemrosesan kopi dan, jika dilakukan dengan benar, dapat secara dramatis meningkatkan ekstraksi kopi dan retensi aroma , sehingga mengoptimalkan kualitas kopi yang diseduh,” menurut Scott Will, direktur penjualan di Modern Process Equipment (MPE).

Bezjian, yang judulnya di Ditting adalah pemecah masalah, menjelaskan bahwa “ketika peminum kopi belajar bagaimana membuat kopi yang lebih baik, mereka beralih ke metode filter dan terus minum co fee yang lebih kuat (lebih berani), dan membutuhkan bubuk yang lebih halus untuk ekstraksi yang lebih baik.”

Untuk membuat kopi Turki, misalnya, setiap biji dibagi rata menjadi 30.000 partikel. Sebuah mesin yang beroperasi pada 1.000 kilogram per jam menghasilkan 145 miliar biji-bijian yang hampir identik.

Gilingan 200 mikron (μm) yang digunakan untuk kapsul espresso sekitar dua kali lipat dari kopi Turki yang digiling hingga konsistensi yang menyerupai kami. Diameter ideal untuk K-Cup berlipat ganda lagi, menjadi sekitar 850 μm.

“Jika Anda tidak memiliki ukuran partikel yang konsisten, setiap cangkir akan terasa berbeda dan pelanggan tidak akan puas. Konsistensi adalah mengapa K-Cup dan tuang satu cangkir telah lepas landas begitu cepat,” kata Bezjian. “Di MPE, kami menyesuaikan penggiling kami untuk setiap pelanggan untuk mengoptimalkan bagian dalam dan memberikan ukuran dan kepadatan penggilingan terbaik untuk setiap aplikasi kapsul kopi, dan kami menawarkan desain yang berbeda untuk berbagai kapsul K-Cup dan kapsul bergaya Eropa di pasar,” kata Will dari MPE.

“Waktu penyeduhan yang lebih cepat diterjemahkan ke ukuran penggilingan yang dioptimalkan dengan margin minimal untuk kesalahan penggilingan,” katanya. “Rasa kopi Anda tergantung pada ukuran dan pro le, yang dikendalikan oleh penggiling , serta jumlah kopi yang digunakan, yang terkait dengan densifier. Dengan mengubah variabel penggiling, Anda dapat mengubah rasa dan intensitas kopi,” menurut Will.

Penting untuk tidak membuat biji-bijian kedap air, jelas Karl Schmidt, presiden Probat Burns di Chicago. Divisualisasikan pada kurva Gauss , persentase kecil dari tanah harus sedikit lebih besar dan di atas kurva untuk memfasilitasi aliran dan persentase kecil harus lebih halus untuk meningkatkan ekstraksi, jelasnya. Ini sangat penting dengan kapsul mesin espresso dengan pembuat bir yang memberikan tekanan 10+ bar.

“Anda ingin mengontrol” over “dan” denda “tetapi tidak menghilangkannya,” jelas Schmidt, mengutip teks tentang kualitas kopi oleh Andrea Illy. Karena tekanan tinggi yang diperlukan untuk mengekstrak espresso, Anda memerlukan sejumlah partikel yang lebih besar untuk memungkinkan air masuk.

“Triknya adalah menghancurkan sel-sel kopi dan kemudian memasukkan air masuk dan keluar,” kata Schmidt.

Grinders 

Ada dua fase untuk penggilingan, fase penghancuran di mana struktur berbelit-belit dari kacang rapuh dipecah menjadi fragmen-fragmen, biasanya berukuran sekitar satu milimeter; dan fase kedua, yang disebut penggilingan di mana fragmen digeser.

Penggiling proses kering adalah tanda “benturan” yang menghancurkan kopi menjadi partikel tidak beraturan atau desain “celah” yang lebih disukai di mana kopi dijatuhkan melalui celah geser antara permukaan berlekuk alat pemotong (penggiling berbentuk kerucut, rol pemotong atau di penggiling).

“Anda harus sempurna dalam eksekusi Anda dalam grinding. Anda berurusan dengan waktu penyeduhan yang tepat dan jumlah kopi dalam jumlah yang sangat kecil dalam volume tetap pada kepadatan tinggi. Semuanya harus sejajar dengan sempurna,” jelas Will dari MPE.

Penggiling harus bersaing dengan banyak sumber gangguan yang menyebabkan peralatan berubah secara tidak teratur. Biji kopi tidak hanya berasal dari varietas botani dan negara penghasil yang berbeda, tetapi juga bervariasi menurut musim dan iklim. Campuran sepuluh termasuk kacang yang diproses dengan berbagai metode. Kacang yang segar mengandung lebih banyak kelembaban daripada kacang yang disimpan selama berbulan-bulan di gudang.

Manajer penjualan dan proyek Neuhaus Neotec Ralf Torenz mengatakan bahwa Neuhaus baru-baru ini memperkenalkan penggiling gulungan dengan kapasitas 150 hingga 1.000 kilogram per jam yang dirancang khusus untuk kopi kapsul dan polong.

Fleksibilitas adalah atribut kunci dalam menangani apa yang berarti gangguan sehari-hari, jelasnya.

“Motor dan setiap motor rol memiliki konverter frekuensinya sendiri. Akibatnya, setiap roller dapat digerakkan dengan kecepatannya sendiri. Tekanan penggilingan juga dapat disesuaikan secara individual dengan spesifikasi produk baru saat berganti antar jenis kopi. Parameter ini dapat disimpan sebagai resep penyesuaian cepat saat berganti kopi,” katanya.

Selama presentasi di COTECA 2014 di Hamburg, Jerman, Torenz menggambarkan tantangan yang dihadapi roaster karena produksi berkapasitas tinggi. Yang paling mendasar adalah mengalahkan penumpukan panas (yang memberikan rasa pahit yang “gosong” dari panas berlebih) dan melindungi dari hilangnya aroma sekaligus memberikan ukuran partikel yang tepat. Menggiling volume besar dengan kecepatan tinggi memerlukan inovasi dalam desain di luar yang diperlukan untuk pemanggangan tanah sederhana.

Keep It Cool 

Menghilangkan panas sangat penting dengan penggilingan yang lebih halus. Permukaan gerinda menjadi merah panas karena gesekan dan panas yang dihasilkan oleh rekahan selama produksi yang lama kecuali didinginkan secara agresif. Saat permukaan logam mengembang, “mutlak perlu” celah rol tetap konstan, yang membutuhkan penyesuaian celah yang akurat.

Schmidt di Probat Burns mengatakan penggiling seri UW pada 300 μm dapat menghasilkan 2.000 hingga 3.000 pon per jam. Penggilingan dengan ukuran yang tepat bukanlah tantangan bagi penggiling mana pun di pasaran, katanya. Konsistensi selama jangka panjang dan suhu tinggi adalah apa yang membedakan penggiling rol.

“Semakin panas, semakin buruk,” kata Schmidt. Dalam pandangannya, tantangan teknik adalah mengembangkan penggiling yang mengontrol ekspansi termal dan merespons banyak variabel kopi sambil “mempertahankan konsistensi dalam celah.”

Compacting and Filling 

Selama pemanggangan, kacang membengkak dan ketika didinginkan udara, sejumlah besar gas terperangkap di dalam sel. Pendinginan air menyebabkan lebih banyak gas keluar karena retak dinding sel yang lebih besar tetapi kacang mempertahankan kelembaban sisa .

Pertimbangkan volume: kapasitas tetap sama pada 5-6 gram untuk kapsul Nespresso dan 8-14 gram untuk K-Cups tetapi pengemasan kopi yang padat akan meningkatkan kekuatan minuman.

Kepadatan kopi sangat penting untuk mendapatkan dosis yang konsisten , menurut Robert Melikian, c.e.o. Automatic Brewers and Coffee Devices, Inc., (ABCD) di West Conshohocken, Penn.

“Ketika Anda mengemas satu porsi, Anda mengemas secara volumetrik, bukan dengan timbangan. Jika kopinya mengembang atau terlalu padat akan mengubah berat dalam kapsul,” katanya.

Menggunakan normalizer/densifier untuk mencampur gilingan sangat penting, kata Melikian.

Anda hanya dapat memadatkan kopi sampai tingkat tertentu, mungkin 10% hingga 15%, Pro- bat’s Schmidt. Menjelaskan.

“Densifying” awalnya mengacu pada mengompresi kopi untuk mengisi sekaleng satu pon. Hal ini diperlukan karena selain biji panggang, sekam dalam jumlah tertentu akhirnya menggantikan sebagian kopi bubuk di dalam kapsul. Sekam tidak ada gunanya tetapi menghilangkan semua kulit perak tidak praktis.

Ada beberapa pekerjaan yang dilakukan untuk memproduksi kopi hasil tinggi, di mana sekam dihilangkan. Penggiling ini menghancurkan sel individu ke ukuran partikel yang sangat tepat. Marco Uber Grinder, misalnya, memiliki gerinda yang ditahan oleh magnet untuk menghilangkan lubang sekrup, peledakan mutiara kaca , pelapisan titanium, dan pour-over pro le yang dioptimalkan untuk butiran 750 hingga 800 μm, tetapi penggiling volume rendah khusus ini tidak praktis untuk pengisian dan pengemasan komersial.

Capsule Design 

Semua kapsul harus memenuhi dua persyaratan penting – memastikan umur simpan produk yang lama dan tahan terhadap panas dan tekanan pembuatan bir. K-Cup Keurig lebih besar, lebih encer, dan mengandung lebih banyak kopi daripada kapsul Nespresso yang menampung 5 gram kopi dan menahan tekanan hingga 19 bar (VertuoLine).

Kapsul Nespresso terbuat dari aluminium yang dilapisi dengan lapisan pelindung . Kisi-kisi di dasar kapsul ditusuk untuk memungkinkan kopi keluar. Kapsul Dolce Gusto 54mm Nestle termoform polipropilena dengan penghalang EVOH dan lubang di alasnya. Desain K-Cup terbaru memiliki cerat. Untuk menghemat uang, tiruan Nespresso terbuat dari plastik yang dibentuk injeksi. Kapsul yang kompatibel dengan K-Cup sering kali menampilkan desain mesh sisi terbuka di mana kapsul bertindak sebagai filter.

Terlepas dari desainnya, kapsul harus mencegah paparan cahaya, kelembaban dan oksigen, yang merusak aroma dan rasa. Mereka juga harus mengakomodasi tantangan internal yang meliputi pengendapan dan penggumpalan , pelepasan karbon dioksida (C02). Satu kilo kopi panggang melepaskan enam liter dan espresso mencampur hingga 10 liter CO2 dalam waktu lima minggu, jumlah yang cukup untuk merusak kemasan. Dalam bukunya Espresso Coffee: The Science of Quality Andrea Illy memperkirakan bahwa pelepasan CO2 berkorelasi langsung dengan hilangnya volatil. Lepaskan 50% CO2 dan setengah aromatik menghilangkan. Semakin gelap panggangan semakin besar kerugian, tulisnya .

“Kapsul kopi berukuran sangat kecil sehingga sebagian besar individu tidak terlalu memperhatikan kompleksitasnya,” kata Kai Wulff, manajer penjualan umum makanan & minuman dengan unit bisnis serat komposit Glatfelter .

Ketika perlindungan paten Keurig berakhir pada tahun 2012, tiga solusi muncul. Rogers Family Coffee yang berbasis di California memperkenalkan OneCup, cincin plastik dengan kopi yang digantung dalam filter jaring lunak.

TreeHouse Foods memperkenalkan kapsul yang kompatibel dengan Keurig sisi keras yang populer di kalangan rantai kelontong besar dengan penawaran label pribadi. Kapsul sisi keras sering mengandung filter yang harus memiliki sifat literasi yang sangat baik , kemampuan berjalan dan ketahanan tekanan tanpa memberikan rasa apa pun, kata Wulff.

LBP memperkenalkan kapsul generik sisi terbuka yang kompatibel dengan pembuat bir Keurig yang disebut UpShot. Cangkir LBP menggunakan sisi jaring kapsul untuk menyaring kopi. Membeli kapsul kosong dari LBP menghindari royalti 6,2 sen per cangkir yang dibayarkan pengguna berlisensi kepada Keurig.

Melikian di ABCD menggunakan cangkir bersisi mesh yang diproduksi LBP. Untuk mengurangi paparan oksigen dan meningkatkan umur simpan, kapsul sisi terbuka harus dibilas dan dibungkus atau dikemas dalam kantong kopi konvensional dengan katup.

Karena tidak ada filter internal, cangkir menampung hingga 14 gram kopi. Salah satu manfaat besarnya adalah efek “ahhh”, kata Melikian. “Ketika seorang pelanggan membuka kantong, mereka langsung mencium bau kopi,” katanya . “Anda dapat melihat kopi melalui tutupnya yang bening,” tambahnya.

Mother Parkers Tea & Coffee di Toronto menandatangani RealCup agar kompatibel dengan mesin Keurig tetapi dengan filter plastik internal. Oksigen dibersihkan oleh gas nitrogen menghilangkan kebutuhan untuk pembungkus berlebihan. Tahun lalu versi biodegradable yang disebut EcoCup diperkenalkan dan kemudian dianugerahi “Produk Paling Inovatif” oleh Konsorsium Kemasan.

“Solusi EcoCup adalah pengubah permainan sejati di pasar kapsul porsi tunggal yang berkembang pesat,” kata Mother Parkers Bill VandenBygaart.

Packing Cartons 

Lini pengisian kapsul di fasilitas manufaktur baru POD Pack International senilai $10,1 juta di Baton Rouge adalah canggih. Tom Martin, EVP dan CEO dari co-packer kopi mengatakan bahwa toleransi berat untuk garis pengisian dan penyegelan satu porsi ditetapkan pada dua persepuluh gram.

“Dengan 25.000 cangkir per shift kami hanya menolak 50,” kata Martin. “Saya belum pernah melihat hal seperti itu. Ini lebih baik dari yang kami harapkan,” katanya. Penggiling kombinasi, degasser, dan densifier (dipasok oleh MPE) menyakitkan kapsul polistiren yang terbentuk dalam atmosfer yang terkontrol menggunakan teknik pembilasan nitrogen yang menggantikan udara di ruang di bawah filter kertas built-in. Kapsul yang kompatibel dengan Keurig kemudian disegel dan “bersarang” dalam karton 12, 18 dan 24 hitungan.

Martin memasang saluran tersebut pada bulan Desember. “Itu adalah hal yang paling dekat dengan plug-and-play yang pernah saya lihat,” katanya.

Fill and Packing Equipment 

Pengadopsi awal menghabiskan jutaan per jalur pengisian untuk mesin pengemasan volume tinggi. Untuk memenuhi persyaratan roaster, perusahaan seperti OPEM, produsen awal peralatan pengisian kapsul, mengembangkan mesin dengan delapan jalur pengisian dan menghasilkan hingga 1.400 kapsul per menit. CFL-4 Optima mengisi 20 kapsul sekaligus untuk menghasilkan 1.500 per menit. IMA Industries memasangkan mesin pengisian dan penyegelan 480 per menit dengan unit ekstraksi oksigen dan pembilasan gas nitrogen, menggunakan ruang kedap udara seukuran kapsul yang diproses, untuk memastikan konsumsi gas minimum. Segel dapat diatur dengan panas atau ultrasound.

Produksi awalnya sangat besar untuk membenarkan biaya mesin . Biaya limbah tinggi karena biaya kapsul. Dibutuhkan banyak percobaan dan kesalahan untuk mengurangi oksidasi penggilingan ne sambil memungkinkan pelepasan karbon dioksida selama pengepakan. Di AS, Keurig Green Mountain memelopori desain awal, menetapkan standar industri selama 20 tahun untuk diameter dan kedalaman kapsul.

Produksi meningkat dari ratusan juta, menjadi miliaran kapsul per pabrik karena Keurig menandatangani kontrak dengan Starbucks, Folgers dan Dunkin’s Brands. Akhirnya bahkan Kraft Foods, yang memiliki sistem Tassimo yang bersaing, memutuskan untuk menawarkan kopi Maxwell House, Gevalia, Yuban, dan McCafe di K-Cup berlisensi. Keurig sekarang melisensikan 400 jenis minuman yang dimiliki oleh 60 merek termasuk tiga kopi terlaris di Amerika.

Intelligent Blends adalah salah satu co-packer pertama yang menerima proses minimum 25.000. Melikian menawarkan program yang memungkinkan merek kecil mengemas sedikitnya 50 pon kopi (pada 38 cangkir per pon sekitar 2000 filter). Perusahaannya sekarang memproduksi 50.000 cangkir sehari dalam dua shift 7,5 jam dan backlog terus bertambah, katanya. Tidak heran, beberapa klien pemanggang butiknya mendapatkan ritel $2 per cangkir.

Martin, yang baru saja membuka lini produksi baru di POD Pack, sudah membuat rencana ekspansi.

Solusi kapsul menuntut kerja sama yang lebih besar antara produsen peralatan, pemanggang dan pengepakan bersama, menurut Surat Wasiat MPE.

Untuk memenuhi kebutuhan klien Amerika Utara terkemuka pada awalnya “kami menciptakan prosfer penggilingan bimodal yang direkayasa untuk memenuhi kebutuhan pembuat bir mereka, dan memberikan profil rasa kopi yang lebih baik,” kata Will.

Proses penggilingan mereka sebelumnya menghasilkan waktu penyeduhan yang luar biasa lama dan rasa “panggang ke depan”. Rasa ini adalah tempat rasa yang melimpah mengenai lidah di awal tegukan, tetapi memiliki hasil akhir yang rata , yang tidak diinginkan. Kami dapat mengubah cara penggilingan mereka untuk meminimalkan “debu” internal dalam kopi. Propro rasa berubah menjadi secangkir kopi yang lebih bersih dan lebih konsisten, dengan hasil akhir rasa yang lebih tahan lama, yang pada akhirnya lebih diinginkan,” kata Will.

Itulah intinya. Rasa.

Semua kemajuan teknologi, penyesuaian yang tepat, rekayasa desain , dan sihir tidak terlihat oleh konsumen yang menginginkan rasa penuh dan variasi dengan kenyamanan tombol tekan. Ini banyak pekerjaan untuk penuangan 30 detik. Untung mereka bersedia membayar harganya.