Precisieproductie is essentieel voor het succes van capsules

Portieverpakkingen zijn de nieuwe norm voor branders met een hoog volume.

De inkomsten uit capsulekoffie overtroffen vorig jaar voor het eerst de verkoop van traditioneel verpakt gemalen gebraad in de VS. In 2015 zullen Amerikanen meer dan 1,8 miljard kopjes eenpersoonsportie per maand consumeren. Europese branders zullen bijna evenveel espressocapsules produceren en theeblenders zullen enkele miljarden theecapsules voor eenmalig gebruik vullen.

Op beide continenten vervangen portieverpakkingen snel gemalen en oploskoffie en holt ze de verkoop van speciale thee in piramidezakken uit.

“Malen is een cruciale stap in de koffieverwerking en kan, als het goed wordt gedaan, de koffie-extractie en het aromabehoud drastisch verbeteren, waardoor de kwaliteit van de gezette koffie wordt geoptimaliseerd.”
– Scott zal

Het nieuwe normaal

Het branden, malen, verpakken en op de markt brengen van koffie in portieverpakkingen is de nieuwe norm voor koffiefabrikanten die leveren aan miljoenen brouwers aan huis en op kantoor. De marktpenetratie blijft dun in de foodservice, maar deals zoals Subway’s aankoop van Keurig’s Bolt-brouwers voor zijn 20.000 Amerikaanse verkooppunten suggereren dat dit ook aan het veranderen is.

Sourcing, branden en mengen zijn weinig veranderd, maar single-serve vereist een grote flexibiliteit in het verpakken en een aanzienlijk grotere precisie en nieuwe technieken voor het malen, vullen en verpakken van capsules.

De eerste hindernis voor branders was om het smaakprofiel van de meest populaire melanges van grote merken als Folgers en Starbucks consequent na te bootsen. Het duurde vijf jaar voordat het team van Peet’s Coffee & Tea technieken ontwikkelde (voornamelijk malen en verdichten) die garandeerden dat consumenten het verschil niet konden zien tussen gemalen gebraden en portieverpakkingen van hun meest populaire melanges.

Gewend aan een gouden standaard op basis van 4 oz koffie, 64 oz water en een extractie van vier minuten, hadden branders slechts 20 seconden en 8 gram koffie om de ideale brouwsterkte van 1,15% tot 1,35% vaste stoffen te bereiken. Dit vereiste de extractie van tussen de 18% en 22% van de oplosbare vaste stoffen van het koffiedeeltje.

Contractbranders kunnen nu extractieprofielen in een maand repliceren.

Brouwers die 8 oz heet water afgeven in minder dan 30 seconden, betekenen dat “we al achterlopen op wat nodig is voor de optimale brouwcyclus “, merkt Jeff McIntosh, roast master bij Intelligent Blends, San Diego, op.

“We besteden uren aan R&D aan het werken met de melanges van onze klanten om dezelfde geweldige smaak te garanderen bij de overgang van drip grinds naar single serve-formaten,” zei hij. “Om dit te doen, testen we herhaaldelijk oplosbare vaste stoffen en passen we het extractiepercentage van de uiteindelijke cupvormige producten aan,” zei hij.

Het komt neer op extractie

Capsuleontwerp, vloeistofdynamica, de doorlaatbaarheid van interne filters, brouwers die een voldoende hoge watertemperatuur genereren, zijn belangrijke overwegingen, maar malen is van cruciaal belang voor een volle smaak en consistentie.

Albert Bezjian van Ditting USA merkt op dat “ongeacht de brouwmethode het belangrijk is om de beste groene koffiebonen te selecteren en ze tot in de perfectie te branden , maar als het gaat om capsules, is het KRITISCHE ELEMENT

is het malen van de geroosterde bonen tot uniforme deeltjesgroottes voor consistentie bij het brouwen.”

Om een volle smaak te extraheren, is dit snel nodig om nauwkeurig te malen. Te grof en de capsule zal een zwak, thee-achtig brouwsel produceren. Te fijn en je krijgt bittere overextractie met een onaangename pinda, grasachtige smaak.

“Het malen van koffie is een cruciale stap in de koffieverwerking en kan, als het goed wordt gedaan, de koffie-extractie en het aromabehoud drastisch verbeteren, waardoor de kwaliteit van de gezette koffie wordt geoptimaliseerd”, aldus Scott Will, verkoopdirecteur bij Modern Process Equipment (MPE).

Bezjian, wiens titel bij Ditting probleemoplosser is, legde uit dat “toen koffiedrinkers leerden hoe ze betere koffie konden maken, ze overstapten op filtermethoden en sterkere (gedurfdere) koffie bleven drinken, en fijnere gemalen koffie nodig hadden voor een betere extractie.”

Om bijvoorbeeld Turkse koffie te maken, wordt elke boon gelijkmatig verdeeld in 30.000 deeltjes. Een machine die 1.000 kilo per uur draait, levert 145 miljard bijna identieke korrels op.

De maling van 200 micron (μm) die wordt gebruikt voor espressocapsules is ongeveer het dubbele van die van Turkse koffie, die wordt gemalen tot een consistentie die lijkt op de onze. De ideale diameter voor K-Cups verdubbelt opnieuw, tot ongeveer 850 μm.

“Als je geen consistente deeltjesgroottes hebt, zal elk kopje anders smaken en zal de klant niet tevreden zijn. Consistentie is de reden waarom K-Cup en het brouwen van één kopje zo snel van de grond zijn gekomen”, aldus Bezjian. “Bij MPE passen we onze molens aan voor elke klant om de interne onderdelen te optimaliseren en de beste maalgraad en dichtheid te leveren voor elke toepassing van koffiecapsules, en we bieden verschillende ontwerpen voor verschillende K-Cup-capsules en capsules in Europese stijl op de markt”, aldus Will van MPE.

“Snellere brouwtijden vertalen zich in geoptimaliseerde maalgroottes met een minimale marge voor maalfouten”, zei hij. “De smaak van je koffie hangt af van de maalgraad en het volume van de koffie, die wordt geregeld door de molen, evenals de hoeveelheid koffie die wordt gebruikt, die verband houdt met de verdichter. Door de molenvariabelen te veranderen, kun je de smaak en intensiteit van de koffie veranderen”, aldus Will.

Het is belangrijk om de korrels niet ondoordringbaar te maken, legt Karl Schmidt, president van Probat Burns in Chicago, uit. Gevisualiseerd op een Gauss-curve , moet een klein percentage van de gronden iets groter en boven de curve zijn om de stroming te vergemakkelijken en een klein percentage moet fijner zijn om de extractie te verbeteren, legt hij uit. Dit is van cruciaal belang bij espressomachinecapsules met brouwers die 10+ bar druk uitoefenen.

“Je wilt “overs” en “boetes” beheersen, maar niet elimineren”, legt Schmidt uit, daarbij verwijzend naar een tekst over koffiekwaliteit van Andrea Illy. Vanwege de hoge druk die nodig is om espresso te extraheren, heb je een bepaald aantal grotere deeltjes nodig om het water door te laten.

“De truc is om de koffiecellen te verpletteren en dan het water erin en eruit te krijgen”, zegt Schmidt.

Slijpmachines

Er zijn twee fasen om te malen, een pletfase waarin de ingewikkelde structuur van de brosse bonen in fragmenten wordt gebroken, meestal ongeveer een millimeter groot; en een tweede fase, correct malen genoemd, waarin de fragmenten worden afgesneden.

Droogprocesmolens zijn ofwel “impact”-ontwerpen die koffie in onregelmatige deeltjes verbrijzelen , of het veel geprefereerde “gap”-ontwerp waarbij koffie wordt gedropt door een schuifopening tussen de ingekeepte oppervlakken van snijgereedschappen (conische molens, snijwalsen of bij molens).

“Je moet perfect zijn in je uitvoering bij het slijpen. Je hebt te maken met exacte zettijden en zeer kleine hoeveelheden koffie in een vast volume bij hoge dichtheid. Alles moet perfect op één lijn liggen”, legt Will van MPE uit .

Slijpmachines hebben te kampen met vele storingsbronnen die ervoor zorgen dat de apparatuur onregelmatig presteert. Koffiebonen zijn niet alleen afkomstig van verschillende botanische variëteiten en producerende landen, ze variëren ook per seizoen en klimaat. Melanges van tien omvatten bonen die op verschillende manieren zijn verwerkt. Bonen die vers zijn, bevatten meer vocht dan bonen die vele maanden in een magazijn worden bewaard .

Ralf Torenz, verkoop- en projectmanager van Neuhaus Neotec, zei dat Neuhaus onlangs rolmolens heeft geïntroduceerd met een capaciteit van 150 tot 1.000 kilo per uur, speciaal ontworpen voor capsule- en padkoffie.

Flexibiliteit is een belangrijke eigenschap bij het omgaan met wat neerkomt op dagelijkse verstoringen, legt hij uit.

“De motor en elke rolmotor hebben hun eigen frequentieomvormers. Hierdoor kan elke rol met zijn eigen snelheid worden voortgedreven. De maaldruk kan ook individueel worden aangepast aan nieuwe productspecificaties bij het wisselen tussen koffiesoorten. Deze parameters kunnen worden opgeslagen als een recept voor snelle aanpassing bij het wisselen tussen koffies”, zei hij.

Tijdens een presentatie op COTECA 2014 in Hamburg, Duitsland, beschreef Torenz de uitdagingen waarmee branders worden geconfronteerd als gevolg van productie met hoge capaciteit. De meest fundamentele is het verslaan van warmteontwikkeling (die een ‘verbrande’, bittere smaak geeft door oververhitting) en het beschermen tegen het verlies van aroma, terwijl het een nauwkeurige deeltjesgrootte levert. Het malen van grote volumes op hoge snelheid vereist innovaties in het ontwerp die verder gaan dan wat nodig is voor eenvoudig gemalen branden.

Houd het koel

Het afvoeren van warmte is van cruciaal belang bij fijnere malingen. Slijpoppervlakken worden roodgloeiend door wrijving en de hitte die wordt gegenereerd door breken tijdens lange productieruns, tenzij ze agressief worden afgekoeld. Naarmate metalen oppervlakken uitzetten, is het “absoluut noodzakelijk” dat de rolopening constant blijft , wat een nauwkeurige aanpassing van de opening vereist.

Schmidt van Probat Burns zei dat de UW-serie slijpmachines van 300 μm 2.000 tot 3.000 pond per uur kunnen produceren. Slijpen tot precieze grootte is geen uitdaging voor slijpmachines op de markt, zei hij. Consistentie gedurende een lange run op hoge temperatuur is wat rollende slijpmachines onderscheidt.

“Hoe heter het wordt, hoe erger het wordt”, zei Schmidt. Volgens hem is de technische uitdaging het ontwikkelen van molens die de thermische uitzetting regelen en reageren op de vele variabelen van koffie, terwijl “de consistentie in de opening behouden blijft “.

Verdichten en vullen

Tijdens het branden zwellen de bonen op en bij luchtkoeling wordt er een grote hoeveelheid gas in de cellen opgesloten. Het blussen van water zorgt ervoor dat er meer gas ontsnapt als gevolg van grotere barsten in de celwand, maar de bonen houden restvocht vast.

Houd rekening met het volume: de capaciteit blijft hetzelfde op 5-6 gram voor Nespresso-capsules en 8-14 gram voor K-Cups, maar door de koffie dicht op te pakken, neemt de sterkte van het brouwsel toe.

De dichtheid van de koffie is erg belangrijk om een consistente dosis te krijgen, volgens Robert Melikian, ceo van Automatic Brewers and Coffee Devices, Inc., (ABCD) in West Conshohocken, Pennsylvania.

“Als je single-serve inpakt, pak je volumetrisch in, niet met een weegschaal. Als de koffie luchtig of te dicht is, zal het gewicht in de capsule veranderen , “zei hij.

Het gebruik van een normalisator/verdichter om de maling te mengen is essentieel, zei Melikian.

Je kunt koffie maar tot op zekere hoogte comprimeren, misschien 10% tot 15%, Probat’s Schmidt. Wordt uitgelegd.

“Verdichten” verwees oorspronkelijk naar het comprimeren van de koffie om een blikje van een pond te vullen. Het is nodig omdat naast de gebrande bonen een bepaalde hoeveelheid kaf een deel van de gemalen koffie in de capsule vervangt. Kaf heeft geen zin, maar het verwijderen van al het zilvervel is niet praktisch.

Er wordt wat werk verzet aan het produceren van koffie met een hoge opbrengst, waarbij het kaf wordt geëlimineerd. Deze grinders vermalen individuele cellen tot een zeer precieze deeltjesgrootte. De Marco Uber Grinder is bijvoorbeeld voorzien van bramen die op hun plaats worden gehouden door magneten om schroefgaten te elimineren, glasparelstralen , titaniumbeplating en een overgietpro die is geoptimaliseerd voor korrels van 750 tot 800 μm, maar deze gespecialiseerde grinders met een laag volume zijn onpraktisch voor commercieel vullen en verpakken.

Capsule ontwerp

Alle capsules moeten aan twee cruciale vereisten voldoen: zorgen voor een lange houdbaarheid van het product en zijn bestand tegen de hitte en druk van het brouwen. De K-Cups van Keurig zijn groter, dunner en bevatten meer koffie dan de capsules van Nespresso, die 5 gram koffie bevatten en bestand zijn tegen een druk tot 19 bar (VertuoLine).

Nespresso-capsules zijn gemaakt van aluminium bekleed met een beschermende coating. Een rooster aan de onderkant van de capsule wordt doorboord om de koffie naar buiten te laten gaan. Nestlé’s Dolce Gusto 54 mm capsules zijn gemaakt van thermogevormd polypropyleen met een EVOH-barrière en een gat in de basis. Het nieuwste K-Cup ontwerp heeft een tuit. Om geld te besparen, zijn Nespresso-knockoffs gemaakt van spuitgegoten plastic. K-Cup-compatibele capsules hebben vaak een mesh-ontwerp met open zijkanten waarbij de capsule als filter fungeert.

Ongeacht het ontwerp moeten capsules blootstelling aan licht, vocht en zuurstof voorkomen, die het aroma en de smaak aantasten. Ze moeten ook rekening houden met interne uitdagingen, waaronder bezinking, klonteren en het vrijkomen van kooldioxide (C02). Bij een kilo gebrande koffie komt zes liter vrij en espresso mengt binnen vijf weken tot 10 liter CO2, een hoeveelheid die voldoende is om de verpakking te beschadigen. In zijn boek Espresso Coffee: The Science of Quality schat Andrea Illy dat het vrijkomen van CO2 direct gecorreleerd is aan het verlies van vluchtige stoffen. Laat 50% van de CO2 vrij en de helft van de aromaten sijpelt weg. Hoe donkerder het gebraad, hoe groter het verlies, schrijft hij .

“Koffiecapsules zijn zo klein van formaat dat de meerderheid van de mensen niet veel aandacht besteedt aan hun complexiteit”, zegt Kai Wulff, general sales manager food & beverage bij Glatfelter’s composite fibers business unit.

Toen de octrooibescherming van Keurig in 2012 afliep, kwamen er drie oplossingen naar voren. Het in Californië gevestigde Rogers Family Coffee introduceerde de OneCup, een plastic ring met koffie opgehangen in een zacht gaasfilter.

TreeHouse Foods introduceerde een Keurig-compatibele capsule met harde zijkanten die populair is bij grote supermarktketens met een huismerkaanbod. Capsules met harde zijkanten bevatten vaak een filter dat uitstekende literatie-eigenschappen, verloopbaarheid en drukbestendigheid moet bezitten zonder enige smaak te geven, zei Wulff.

LBP introduceerde een generieke capsule met open zijkanten die compatibel is met Keurig-brouwers , de UpShot. De LBP-beker gebruikte de gaaszijden van de capsule om de koffie te filteren. Door lege capsules van LBP te kopen, werd de royalty van 6.2 cent per kopje vermeden die gelicentieerde gebruikers aan Keurig betaalden.

Melikian bij ABCD gebruikt LBP vervaardigde mesh sided cups. Om de blootstelling aan zuurstof te verminderen en de houdbaarheid te verlengen, moeten capsules met open zijkanten met stikstof worden gespoeld en oververpakt of verpakt in conventionele koffiezakken met kleppen.

Omdat er geen intern filter is, kunnen de kopjes tot 14 gram koffie bevatten. Een van de grote voordelen is het “ahhh” -effect, zei Melikian. “Als een klant het zakje opent, ruiken ze meteen de koffie,” zei hij . “Je kunt de koffie zien door het doorzichtige deksel”, voegde hij eraan toe.

Mother Parkers Tea & Coffee in Toronto heeft zijn RealCup ontworpen om compatibel te zijn met Keurig-machines, maar met een intern plastic filter. Zuurstof wordt gezuiverd door stikstofgas, waardoor omhulling niet meer nodig is. Vorig jaar werd een biologisch afbreekbare versie, de EcoCup, geïntroduceerd en later bekroond met het “meest innovatieve product” door het Packaging Consortium.

“De EcoCup-oplossing is een echte game-changer in de snelgroeiende markt voor capsules voor eenmalig gebruik”, zegt moeder Parkers Bill VandenBygaart.

Kartonnen verpakkingen inpakken

De capsulevullijn in de nieuwe productiefaciliteit van POD Pack International ter waarde van $ 10,1 miljoen in Baton Rouge is state-of-the-art. Tom Martin, e.v.p. en c.o.o. van de koffie-co-packer, zei dat de gewichtstoleranties voor de single-serve vul- en sluitlijn waren vastgesteld op twee tienden van een gram.

“Bij 25.000 kopjes per dienst hebben we er slechts 50 afgewezen”, zegt Martin. “Zoiets heb ik nog nooit gezien. Het is beter dan we hadden verwacht”, zei hij. De combinatie vermaler, ontgasser en verdichter (geleverd door MPE) vernevelt de gevormde polystyreencapsules in een gecontroleerde atmosfeer met behulp van een stikstofspoeltechniek die lucht in de ruimte onder het ingebouwde papieren filter verplaatst. De Keurig-compatibele capsules worden vervolgens verzegeld en “genest” in dozen van 12, 18 en 24 stuks.

Martin installeerde de lijn in december. “Het kwam het dichtst in de buurt van plug-and-play dat ik ooit heb gezien,” zei hij.

Vul- en verpakkingsapparatuur

Early adopters gaven miljoenen per vullijn uit aan verpakkingsmachines met een hoog volume. Om aan de eisen van de brander te voldoen, ontwikkelden bedrijven als OPEM, een vroege fabrikant van capsulevulapparatuur, machines met acht vullijnen en een output tot 1.400 capsules per minuut. Optima’s CFL-4 vult 20 capsules per keer om er 1.500 per minuut te produceren. IMA Industries koppelt zijn vul- en sluitmachines met een snelheid van 480 per minuut aan een zuurstofextractie-eenheid en stikstofgasspoeling, met behulp van hermetische kamers ter grootte van een verwerkte capsule, om een minimaal gasverbruik te garanderen. Afdichtingen kunnen worden ingesteld door middel van warmte of echografie.

De productieruns waren aanvankelijk enorm om de machinekosten te rechtvaardigen. De afvalkosten waren hoog vanwege de capsulekosten. Het kostte veel vallen en opstaan om de oxidatie van de ne-grind te verminderen en tegelijkertijd het vrijkomen van kooldioxide tijdens het verpakken mogelijk te maken. In de VS was Keurig Green Mountain een pionier in het eerste ontwerp en vestigde over een periode van 20 jaar een industriestandaard voor capsulediameter en -diepte.

De productie steeg van honderden miljoenen tot miljarden capsules per fabriek toen Keurig contracten tekende met Starbucks, Folgers en Dunkin’s Brands. Uiteindelijk besloot zelfs Kraft Foods, dat eigenaar is van het concurrerende Tassimo-systeem, om zijn Maxwell House-, Gevalia -, Yuban- en McCafe-koffie aan te bieden in gelicentieerde K-Cups. Keurig geeft nu licenties voor 400 soorten dranken die eigendom zijn van 60 merken, waaronder de drie best verkopende koffiesoorten in Amerika.

Intelligent Blends was een van de eerste co-packers die een minimumoplage van 25.000 accepteerde. Melikian biedt een programma waarmee kleine merken slechts 50 pond koffie kunnen verpakken (bij 38 kopjes tot ongeveer 2000 filters). Zijn bedrijf produceert nu 50.000 kopjes per dag in twee ploegen van 7,5 uur en de achterstand groeit, zei hij. Geen wonder dat sommige van zijn klanten in de boetiek $ 2 per kopje krijgen.

Martin, die net een nieuwe productielijn heeft geopend bij POD Pack, is al bezig met het maken van uitbreidingsplannen.

Capsule-oplossingen vereisen meer samenwerking tussen fabrikanten van apparatuur, branders en co-packers, volgens het testament van MPE.

Om in eerste instantie aan de behoeften van een prominente Noord-Amerikaanse klant te voldoen, “hebben we een ontwikkeld, bimodaal maalsysteem gecreëerd om aan de eisen van hun brouwers te voldoen en een beter koffiesmaakprofiel te leveren”, aldus Will.

Hun vorige maalproces resulteerde in een ongewoon lange brouwtijd en een “roast forward” smaakprolé. Dit smaakpro le is waar een overvloed aan smaak vroeg in de slok de tong raakt, maar heeft een vlakke afdronk, wat niet wenselijk is. We waren in staat om hun maalpromille aan te passen om het interne “stof” in de koffie te minimaliseren. Het smaakprofiel veranderde in een schonere, consistentere kop koffie, met een langdurigere smaakafdronk, wat uiteindelijk wenselijker was”, aldus Will.

Daar komt het op neer. Smaken.

Alle technologische vooruitgang, nauwkeurige aanpassingen, ontwerptechniek en tovenarij zijn onzichtbaar voor consumenten die volle smaak en variatie willen met het gemak van een drukknop. Het is veel werk voor een schenking van 30 seconden. Het is maar goed dat ze bereid zijn de prijs te betalen.