La produzione di precisione è essenziale per il successo delle capsule

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

I ricavi del caffè in capsule hanno superato per la prima volta le vendite di tostatura macinata confezionata tradizionalmente negli Stati Uniti lo scorso anno. Nel 2015 gli americani consumeranno più di 1,8 miliardi di tazze di monodose al mese. I torrefattori europei produrranno quasi lo stesso numero di capsule di caffè espresso e i miscelatori di tè riempiranno diversi miliardi di capsule di tè monodose.

In entrambi i continenti le confezioni monoporzione stanno rapidamente sostituendo il caffè macinato e istantaneo ed erodendo le vendite di tè speciali in bustine piramidali.

“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 

La tostatura, la macinazione, il confezionamento e la commercializzazione del caffè in confezioni monoporzione è la nuova normalità per i produttori di caffè che riforniscono milioni di produttori di birra a casa e in ufficio. La penetrazione del mercato rimane scarsa nel settore della ristorazione, ma accordi come l’acquisto da parte di Subway dei produttori di birra Bolt di Keurig per i suoi 20.000 punti vendita negli Stati Uniti suggeriscono che anche questo sta cambiando.

L’approvvigionamento, la tostatura e la miscelazione sono poco cambiati, ma il monodose richiede una grande flessibilità nel confezionamento e una precisione significativamente maggiore e nuove tecniche per la macinazione, il riempimento e il confezionamento delle capsule.

Il primo ostacolo per i torrefattori è stato quello di replicare con coerenza il profilo aromatico delle miscele più popolari di grandi marchi come Folgers e Starbucks. Ci sono voluti cinque anni al team di Peet’s Coffee & Tea per sviluppare tecniche (principalmente macinatura e compattazione) che garantissero ai consumatori di non distinguere tra la tostatura macinata e le versioni monoporzione delle loro miscele più popolari.

Abituati a uno standard aureo basato su 4 once di caffè, 64 once di acqua e un “estrazione di quattro minuti, i torrefattori avevano solo 20 secondi e 8 grammi di caffè per raggiungere la forza di infusione ideale dall” 1,15% all “1,35% di solidi. Ciò richiedeva l” estrazione tra il 18% e il 22% dei solidi solubili della particella di caffè.

I torrefattori a contratto possono ora replicare i profili di estrazione in un mese.

I birrai che erogano 8 once di acqua calda in meno di 30 secondi significano che “siamo già indietro rispetto a ciò che è necessario per il ciclo di infusione ottimale”, osserva Jeff McIntosh, maestro torrefattore presso Intelligent Blends, San Diego.

“Dedichiamo ore di ricerca e sviluppo a lavorare con le miscele dei nostri clienti per garantire lo stesso ottimo gusto quando si passa dalla macinatura a goccia ai formati monodose”, ha affermato. “Per fare questo, testiamo ripetutamente i solidi solubili e regoliamo la percentuale di estrazione dei prodotti finali a coppa”, ha detto.

It Boils Down to Extraction 

Il design della capsula, la fluidodinamica, la permeabilità dei filtri interni, i produttori di birra che generano una temperatura dell’acqua sufficientemente elevata sono considerazioni importanti , ma la macinazione è fondamentale per il pieno sapore e la consistenza.

Albert Bezjian di Ditting USA osserva che “indipendentemente dal metodo di preparazione è importante selezionare i migliori chicchi di caffè verde e tostarli alla perfezione, ma quando si tratta di capsule l’ELEMENTO CRITICO

sta macinando i chicchi tostati in particelle di dimensioni uniformi per garantire la consistenza della birra”.

Per estrarre tutto il sapore, questo richiede rapidamente una macinatura precisa. Troppo grossolana e la capsula produrrà un infuso debole, simile al tè. Troppo fine e si ottiene un’estrazione eccessiva amara con uno sgradevole sapore di arachidi ed erbacei .

“La macinatura del caffè è una fase cruciale nella lavorazione del caffè e, se eseguita correttamente, può migliorare notevolmente l ‘estrazione del caffè e la ritenzione dell’ aroma , ottimizzando così la qualità del caffè preparato”, secondo Scott Will, direttore delle vendite di Modern Process Equipment (MPE).

Bezjian, il cui titolo a Ditting è problem solver, ha spiegato che “man mano che i bevitori di caffè imparavano a fare un caffè migliore, passavano ai metodi di filtraggio e continuavano a bere un consumo di caffè più forte (più audace) e avevano bisogno di fondi più fini per una migliore estrazione”.

Per fare il caffè turco, ad esempio, ogni chicco è diviso uniformemente in 30.000 particelle. Una macchina che lavora a 1.000 chili all’ora produce 145 miliardi di chicchi quasi identici.

La macinatura di 200 micron (μm) utilizzata per le capsule espresso è circa il doppio di quella del caffè turco, che viene macinato fino a ottenere una consistenza simile alla nostra. Il diametro ideale per le K-Cup raddoppia di nuovo, a circa 850 μm.

“Se non si dispone di particelle di dimensioni coerenti, ogni tazza avrà un sapore diverso e il cliente non sarà soddisfatto. La coerenza è il motivo per cui la K-Cup e la produzione di birra a tazza singola sono decollate così rapidamente”, ha affermato Bezjian. “In MPE, personalizziamo i nostri macinacaffè per ogni cliente per ottimizzare gli interni e fornire la migliore dimensione e densità di macinatura per ogni applicazione di capsule di caffè, e offriamo diversi design per varie capsule K-Cup e capsule in stile europeo sul mercato”, ha affermato Will di MPE.

“Tempi di infusione più rapidi si traducono in dimensioni di macinatura ottimizzate con un margine minimo per gli errori di macinatura”, ha affermato. “Il sapore del tuo caffè dipende dalla dimensione e dal profilo della macinatura del caffè, che è controllata dal macinacaffè, nonché dalla quantità di caffè utilizzata, che è correlata al densificatore. Modificando le variabili del macinacaffè, è possibile modificare il gusto e l’intensità del caffè”, secondo Will.

È importante non rendere impermeabili i grani, spiega Karl Schmidt, presidente di Probat Burns a Chicago. Visualizzato su una curva di Gauss , una piccola percentuale dei fondi dovrebbe essere leggermente più grande e al di sopra della curva per facilitare il flusso e una piccola percentuale dovrebbe essere più fine per migliorare l’estrazione, spiega. Questo è fondamentale con le capsule delle macchine per caffè espresso con birrai che esercitano 10+ bar di pressione.

“Si vogliono controllare le “over” e le “multe” ma non eliminarle”, spiega Schmidt, citando un testo sulla qualità del caffè di Andrea Illy. A causa dell’alta pressione necessaria per estrarre l’espresso, è necessaria una certa quantità di particelle più grandi per consentire il passaggio dell’acqua.

“Il trucco è schiacciare le celle del caffè e poi far entrare e uscire l’acqua”, ha detto Schmidt.

Grinders 

Ci sono due fasi per la macinazione, una fase di frantumazione in cui la struttura convoluta dei chicchi fragili viene rotta in frammenti, tipicamente di circa un millimetro di dimensione; e una seconda fase, propriamente chiamata macinazione, in cui i frammenti vengono tranciati.

I macinacaffè a secco sono disegni “a impatto” che frantumano il caffè in particelle irregolari o il design “a fessura” molto preferito in cui il caffè viene fatto cadere attraverso uno spazio di taglio tra le superfici dentellate degli utensili da taglio (macinacaffè conici, rulli di taglio o macinatori).

“Devi essere perfetto nella tua esecuzione nel grinding. Hai a che fare con tempi di erogazione esatti e quantità molto piccole di caffè in un volume fisso ad alta densità. Tutto deve essere perfettamente allineato”, spiega Will di MPE.

I macinatori devono fare i conti con molte fonti di disturbo che causano prestazioni irregolari dell’apparecchiatura. I chicchi di caffè non solo provengono da diverse varietà botaniche e paesi produttori, ma variano in base alla stagione e al clima. Le miscele di dieci includono chicchi lavorati con metodi diversi . I fagioli freschi contengono più umidità rispetto ai fagioli conservati per molti mesi in un magazzino.

Ralf Torenz, responsabile vendite e progetti di Neuhaus Neotec, ha dichiarato che Neuhaus ha recentemente introdotto macinatori a rullo con una capacità da 150 a 1.000 chili all’ora, progettati specificamente per il caffè in capsule e cialde.

La flessibilità è un attributo chiave nell’affrontare ciò che equivale a disturbi quotidiani, spiega.

“Il motore e ogni motore a rulli hanno i propri convertitori di frequenza. Di conseguenza, ogni rullo può essere azionato alla propria velocità. La pressione di macinatura può anche essere regolata individualmente in base alle nuove specifiche del prodotto quando si passa da un tipo di caffè all “altro. Questi parametri possono essere salvati come ricetta per una rapida regolazione quando si passa da un caffè all” altro”, ha affermato.

Durante una presentazione al COTECA 2014 di Amburgo, in Germania, Torenz ha descritto le sfide che i torrefattori devono affrontare a causa dell “elevata capacità produttiva. Il più fondamentale è sconfiggere l” accumulo di calore (che conferisce un sapore amaro e “bruciato” dovuto al surriscaldamento) e proteggere dalla perdita di aroma, fornendo al contempo una precisa dimensione delle particelle. La macinazione di grandi volumi ad alta velocità richiede innovazioni nel design oltre a quelle richieste per la semplice tostatura macinata.

Keep It Cool 

La dissipazione del calore è fondamentale per le macinature più fini. Le superfici di rettifica diventano incandescenti a causa dell “attrito e del calore generato dalla fratturazione durante i lunghi cicli di produzione, a meno che non vengano raffreddate in modo aggressivo. Man mano che le superfici metalliche si espandono, è ‘assolutamente necessario’ che la distanza tra i rulli rimanga costante, il che richiede un” accurata regolazione della fessura.

Schmidt di Probat Burns ha affermato che i macinatori della serie UW a 300 μm possono produrre da 2.000 a 3.000 libbre all’ora. La rettifica a dimensioni precise non è una sfida per nessuna smerigliatrice sul mercato, ha detto. La costanza per una lunga tiratura ad alta temperatura è ciò che distingue i macinatori a rulli.

“Più fa caldo, peggio diventa”, ha detto Schmidt. A suo avviso, la sfida ingegneristica consiste nello sviluppare macinacaffè che controllino l’espansione termica e rispondano alle numerose variabili del caffè, “mantenendo la coerenza nel divario”.

Compacting and Filling 

Durante la tostatura i chicchi si gonfiano e quando vengono raffreddati ad aria un “elevata quantità di gas viene intrappolata nelle celle. La tempra in acqua provoca la fuoriuscita di più gas a causa di una maggiore fessurazione della parete cellulare, ma i chicchi trattengono l” umidità residua .

Considera il volume: la capacità rimane la stessa a 5-6 grammi per le capsule Nespresso e 8-14 grammi per le K-Cup, ma imballare densamente il caffè aumenterà la forza dell’infuso.

La densità del caffè è davvero importante per ottenere una dose costante , secondo Robert Melikian, amministratore delegato di Automatic Brewers and Coffee Devices, Inc., (ABCD) a West Conshohocken, Penn.

“Quando si confeziona un monodose, lo si fa in modo volumetrico, non con una bilancia. Se il caffè è soffice o eccessivamente denso, cambierà il peso della capsula”, ha detto.

L’uso di un normalizzatore/densificante per mescolare la macinatura è essenziale, ha detto Melikian.

Il caffè può essere compattato solo fino a un certo punto, forse dal 10% al 15%, secondo Schmidt di Pro-bat. Spiega.

“Densificante” originariamente si riferiva alla compressione del caffè per riempire una lattina da una libbra. È necessario perché oltre ai chicchi tostati, una certa quantità di pula finisce per sostituire parte del caffè macinato nella capsula. La pula non è di alcun beneficio, ma rimuovere tutta la pelle d’argento non è pratico.

Si sta lavorando sulla produzione di caffè ad alta resa, in cui la pula viene eliminata. Questi macinatori frantumano le singole celle fino a ottenere una dimensione delle particelle molto precisa. Il Marco Uber Grinder, ad esempio, è dotato di bave tenute in posizione da magneti per eliminare i fori delle viti, sabbiatura a perle di vetro , placcatura in titanio e un profilo di colata ottimizzato per granuli da 750 a 800 μm, ma questi macinatori specializzati a basso volume non sono pratici per il riempimento e il confezionamento commerciale.

Capsule Design 

Tutte le capsule devono soddisfare due requisiti fondamentali: assicurare una lunga durata di conservazione del prodotto e resistere al calore e alla pressione della preparazione. Le K-Cup di Keurig sono più grandi, più sottili e contengono più caffè rispetto alle capsule Nespresso che contengono 5 grammi di caffè e resistono a pressioni fino a 19 bar (VertuoLine).

Le capsule Nespresso sono realizzate in alluminio rivestito con un rivestimento protettivo . Una griglia alla base della capsula viene forata per consentire l “uscita del caffè. Le capsule Dolce Gusto 54mm di Nestlé sono in polipropilene termoformato con barriera EVOH e foro nella base. L” ultimo design K-Cup ha un beccuccio. Per risparmiare denaro, le imitazioni Nespresso sono realizzate in plastica formata a iniezione. Le capsule compatibili con K-Cup sono spesso caratterizzate da un design a rete aperto sui lati in cui la capsula funge da filtro.

Indipendentemente dal design, le capsule devono prevenire l “esposizione alla luce, all” umidità e all “ossigeno, che alterano l” aroma e il gusto. Devono anche far fronte a sfide interne che includono la decantazione, l “aggregazione e il rilascio di anidride carbonica (C02). Un chilo di caffè tostato rilascia sei litri e l” espresso si miscela fino a 10 litri di CO2 entro cinque settimane, una quantità sufficiente a danneggiare l “imballaggio . Nel suo libro Caffè Espresso: La Scienza della Qualità Andrea Illy stima che il rilascio di CO2 sia direttamente correlato alla perdita di sostanze volatili. Rilascia il 50% della CO2 e metà degli aromi svanisce. Più scuro è l” arrosto, maggiore è la perdita, scrive .

“Le capsule di caffè sono di dimensioni così piccole che la maggior parte delle persone non presta molta attenzione alla loro complessità”, ha affermato Kai Wulff, direttore generale delle vendite per il settore food & beverage della business unit fibre composite di Glatfelter.

Quando la protezione del brevetto di Keurig è scaduta nel 2012, sono emerse tre soluzioni . Rogers Family Coffee, con sede in California, ha introdotto la OneCup, un anello di plastica con caffè sospeso in un filtro a rete morbida.

TreeHouse Foods ha introdotto una capsula compatibile Keurig con lato rigido popolare tra le grandi catene di alimentari con offerte a marchio del distributore. Le capsule rigide spesso contengono un filtro che deve possedere eccellenti proprietà di letteratura, macchinabilità e resistenza alla pressione senza conferire alcun sapore, ha detto Wulff.

LBP ha introdotto una capsula generica aperta compatibile con i produttori di birra Keurig chiamata UpShot. La tazza LBP utilizzava i lati in rete della capsula per filtrare il caffè. L’acquisto di capsule vuote da LBP ha evitato i 6,2 centesimi di royalty per tazza che gli utenti con licenza pagavano a Keurig.

Melikian di ABCD utilizza coppe con i lati in rete prodotte da LBP. Per ridurre l “esposizione all” ossigeno e aumentare la durata di conservazione, le capsule aperte devono essere lavate con azoto e avvolte o confezionate in sacchetti di caffè convenzionali con valvole.

Non essendoci un filtro interno, le tazzine contengono fino a 14 grammi di caffè. Uno dei grandi vantaggi è l “effetto ‘ahhh’, ha detto Melikian. ‘Quando un cliente apre la busta, sente immediatamente l’ odore del caffè”, ha detto. “Puoi vedere il caffè attraverso il coperchio trasparente”, ha aggiunto.

Mother Parkers Tea & Coffee di Toronto ha progettato la sua RealCup per essere compatibile con le macchine Keurig ma con un filtro interno in plastica. L’ossigeno viene spurgato dall’azoto gassoso, eliminando la necessità di un rivestimento. L’anno scorso è stata introdotta una versione biodegradabile denominata EcoCup e successivamente premiata come “Prodotto più innovativo” dal Consorzio Imballaggi.

“La soluzione EcoCup è un vero e proprio punto di svolta nel mercato in rapida crescita delle capsule monodose”, ha dichiarato Bill VandenBygaart di Mother Parkers.

Packing Cartons 

La linea di riempimento delle capsule presso il nuovo stabilimento di produzione da 10,1 milioni di dollari di POD Pack International a Baton Rouge è all’avanguardia. Tom Martin, e.v.p. e c.o.o. del co-packer di caffè, ha affermato che le tolleranze di peso per la linea di riempimento e sigillatura monodose sono state fissate a due decimi di grammo.

“A 25.000 tazze per turno, ne abbiamo scartate solo 50”, ha detto Martin. “Non ho mai visto niente del genere. È meglio di quanto ci aspettassimo”, ha detto. La combinazione di trituratore, degasatore e densificatore (fornita da MPE) riempie le capsule di polistirene formate in atmosfera controllata utilizzando una tecnica di lavaggio con azoto che sposta l’aria nello spazio sottostante il filtro di carta incorporato. Le capsule compatibili Keurig vengono quindi sigillate e “annidate” in cartoni da 12, 18 e 24 pezzi.

Martin ha installato la linea a dicembre. “Era la cosa più vicina al plug-and-play che avessi mai visto”, ha detto.

Fill and Packing Equipment 

I primi utilizzatori hanno speso milioni per linea di riempimento in macchine per l “imballaggio ad alto volume. Per soddisfare le esigenze dei torrefattori, aziende come OPEM, uno dei primi produttori di apparecchiature per il riempimento di capsule, hanno sviluppato macchine con otto linee di riempimento e producono fino a 1.400 capsule al minuto. La CFL-4 di Optima riempie 20 capsule alla volta per produrne 1.500 al minuto. IMA Industries abbina alle sue macchine di riempimento e sigillatura da 480 al minuto un” unità di estrazione dell “ossigeno e di lavaggio dell” azoto gassoso, utilizzando camere ermetiche delle dimensioni di una capsula lavorata, per garantire il minimo consumo di gas. Le guarnizioni possono essere fissate a caldo o ad ultrasuoni.

I cicli di produzione inizialmente erano massicci per giustificare la spesa della macchina . I costi dei rifiuti erano elevati a causa della spesa per le capsule. Ci sono voluti molti tentativi ed errori per ridurre l “ossidazione delle macinature ne, consentendo il rilascio di anidride carbonica durante l” imballaggio. Negli Stati Uniti, Keurig Green Mountain è stata pioniera del progetto iniziale, stabilendo in un periodo di 20 anni uno standard industriale per il diametro e la profondità delle capsule.

La produzione è aumentata da centinaia di milioni a miliardi di capsule per fabbrica, poiché Keurig ha firmato contratti con Starbucks, Folgers e Dunkin’s Brands. Alla fine anche Kraft Foods, che possiede il sistema concorrente Tassimo, ha deciso di offrire i suoi caffè Maxwell House, Gevalia, Yuban e McCafe in K-Cup con licenza. Keurig ora concede in licenza 400 tipi di bevande di proprietà di 60 marchi, tra cui i primi tre caffè più venduti in America.

Intelligent Blends è stato tra i primi co-packer ad accettare tirature minime di 25.000 tirature. Melikian offre un programma che consente alle piccole marche di confezionare un minimo di 50 libbre di caffè (a 38 tazze per libbra circa 2000 filtri). La sua azienda ora produce 50.000 tazze al giorno in due turni di 7,5 ore e l “arretrato è in crescita, ha detto. Non c” è da stupirsi, alcuni dei suoi clienti di torrefazione boutique ottengono $ 2 a tazza al dettaglio.

Martin, che ha appena aperto una nuova linea di produzione presso POD Pack, sta già pianificando l’espansione.

Le soluzioni in capsule richiedono una maggiore cooperazione tra produttori di attrezzature, torrefattori e co-packer, secondo la volontà di MPE.

Per soddisfare le esigenze di un importante cliente nordamericano, inizialmente “abbiamo creato un profilo di macinatura bimodale ingegnerizzato per soddisfare le esigenze dei loro produttori di birra e offrire un migliore profilo di gusto del caffè”, ha affermato Will.

Il loro precedente processo di macinatura ha portato a un tempo di infusione insolitamente lungo e a un gusto “tostato in avanti”. Questo profilo gustativo è quello in cui l “abbondanza di sapore colpisce la lingua all” inizio del sorso, ma ha un finale piatto , che non è desiderabile. Siamo stati in grado di modificare il loro profilo di macinatura per ridurre al minimo la “polvere” interna nel caffè. Il profilo del sapore è cambiato in una tazza di caffè più pulita e coerente, con un finale di sapore più duraturo , che alla fine era più desiderabile”, ha detto Will.

Questa è la linea di fondo. Gusto.

Tutti i progressi tecnologici, le regolazioni precise, l’ingegneria del design e la magia sono invisibili ai consumatori che desiderano un sapore pieno e una varietà con la comodità di un pulsante. È un sacco di lavoro per una colata di 30 secondi. È una buona cosa che siano disposti a pagarne il prezzo.