精密制造是胶囊成功的关键

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

去年，胶囊咖啡的收入首次超过了美国传统包装 的研磨咖啡的销售额。2015 年，美国人 每月将消费超过 18 亿杯单杯咖啡。 欧洲烘焙商将生产几乎同样数量的浓缩咖啡胶囊，而茶 叶搅拌机将装满数十亿个单份茶胶囊。

在这两个大洲，个人装正在迅速取代研磨咖啡和速溶咖啡，并侵蚀了金字塔袋装特色茶的销售。

“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 

个人装咖啡的烘焙、研磨、包装和营销是咖啡制造商为数百万家庭和办公室冲泡商供货的新常态。食品服务的市场渗透率仍然很低，但赛百味为其 20,000 家美国门店收购 Keurig 的 Bolt 啤酒厂等交易表明，这种情况也在发生变化。

采购、烘焙和混合几乎没有变化，但单杯包装需要极大的包装灵活性和更高的精度，以及用于研磨、填充和包装胶囊的新技术。

烘焙商面临的第一个障碍是一致地复制 Folgers 和 Starbucks 等大品牌最受欢迎的混合咖啡的风味特征。Peet’s Coffee & Tea的团队花了五年时间开发出技术（主要是研磨和压实），保证消费者无法区分他们最受欢迎的混合物的研磨烘焙和份量包装版本。

习惯于基于 4 盎司咖啡、64 盎司水和 4 分钟萃取的黄金标准，烘焙师只需 20 秒和 8 克咖啡即可达到 1.15% 至 1.35% 固体物的理想冲泡强度。这需要提取 18% 和 22% 的咖啡颗粒可溶性固体。

合同烘焙商现在可以在一个月内复制提取曲线。

酿酒商在不到 30 秒的时间内分配 8 盎司热水意味着 “我们已经落后于最佳酿造 周期所需的温度，” 圣地亚哥 Intelligent Blends 的烘焙大师 Jeff McIntosh 观察到。

“我们花费数小时研发与客户的混合物进行合作，以确保从滴磨转向单份形式时具有相同的美味，” 他说。“为此，我们反复测试可溶解固体并调整最终杯测产品的提取百分比，” 他说。

It Boils Down to Extraction 

胶囊设计、流体动力学、内部过滤器的渗透性、 产生足够高水温的冲泡器是重要的 考虑因素，但研磨对于完整的风味和 一致性至关重要。

Ditting USA 的 Albert Bezjian 观察到：“无论采用何种冲 泡方法，选择最好的生咖啡豆并将其烘焙 至完美都很重要，但当涉及到胶囊时，关键元素

将烤豆研磨成均匀的颗粒大小 ，以保持酿造的一致性。

为了快速提取出全部风味，需要精确的研磨。太 粗糙，胶囊会产生微弱的茶状冲泡。太细了， 你会得到苦涩的过度提取，带有令人不快的花生、青草味 。

“咖啡研磨是咖啡加工中的关键步骤，如果 作得当，可以显着改善咖啡提取和香气 保留，从而优化冲泡咖啡的质量，” 现代工艺设备 （MPE） 销售总监 Scott Will 说 。

Bezjian 在 Ditting 的头衔是问题解决者，他解释说：“随着 咖啡饮用者学会了如何制作更好的咖啡，他们改用 过滤方法并继续饮用更浓（更大胆）的咖啡，并且需要 更细的咖啡渣来更好地提取。

例如，为了制作土耳其咖啡，每颗咖啡豆被均匀地分成 30,000 个颗粒。一台以每小时 1,000 公斤的速度运行的机器可生产 1450 亿粒几乎相同的谷物。

用于浓缩咖啡胶囊的 200 微米 （μm） 研磨剂大约是土耳其咖啡的两倍 ，土耳其咖啡研磨成与我们的稠度相似 。K 形杯的理想直径再次翻倍，达到约 850 μm。

“如果你没有一致的颗粒大小，每杯的味道都会 不同，客户不会满意。一致性是 K-Cup 和 pour over 单杯冲泡如此迅速的原因，“Bezjian 说 。“在 MPE，我们为每位客户定制研磨机，以 优化内部结构并为每个 咖啡胶囊应用提供最佳的研磨尺寸和密度，并为市场上的各种 K-Cup 胶囊和欧式胶囊提供不同的设计 ，” MPE 的 Will 说。

“更快的冲泡时间转化为优化的研磨大小，研磨误差的余地最小 ，”他说。“咖啡的风味取决于 咖啡研磨的大小和强度，这由研磨机控制， 以及咖啡的使用量，这与增密剂有关。 通过改变研磨机变量，您可以改变咖啡的味道和 强度，“Will 说。

重要的是不要使颗粒不透水，芝加哥 Probat Burns 总裁 Karl Schmidt 解释说。他解释说，在高斯 曲线上可视化时，一小部分的咖啡渣应该略大一些，并 高于曲线以促进流动，一小部分应该 更细一些，以促进开采。这对于带有施加 10+ 巴压力的冲泡器的浓缩咖啡机 胶囊至关重要。

“你想控制” 超额 “和” 罚款 “，但不要消除它们，” 施密特引用了 Andrea Illy 关于咖啡质量的文章。 由于萃取浓缩咖啡所需的高压，您需要一 定量的较大颗粒才能让水通过。

“诀窍是压碎咖啡细胞，然后让水进出，” 施密特说。

Grinders 

研磨有两个阶段，一个粉碎阶段， 脆豆的卷曲结构被打碎成碎片， 通常约为 1 毫米大小;第二个阶段，正确 地称为研磨，其中碎片被剪切。

干法研磨机要么是将咖啡粉碎 成不规则颗粒的 “冲击” 标志，要么是更受欢迎的 “间隙” 设计，即 咖啡通过切割工具（锥形研磨机、切割辊或研磨机）的缺 口表面之间的剪切间隙掉落。

“你必须在研磨的执行力上做到完美。您正在处理 精确的冲泡时间和非常少量的固定 体积和高密度的咖啡。一切都必须完美对齐，“MPE 的 Will 解释 道。

研磨机必须与许多干扰源作斗争，这些干扰源会导致 设备不规则地运行。咖啡豆不仅来自不同 的植物品种和生产国，而且因季节和气候而异 。10 的混合物包括通过多种 方法加工的咖啡豆。新鲜的咖啡豆比在仓库中存放 数月的咖啡豆含有更多的水分。

Neuhaus Neotec 销售和项目经理 Ralf Torenz 表示， Neuhaus 最近推出了产能为每小时 150 至 1,000 公斤的辊式研磨机，专为胶囊咖啡和豆荚咖啡而设计。

他解释说，灵活性是处理日常干扰的一个关键属性。

“电机和每个滚轮电机都有自己的变频器。 因此，每个辊子都可以以自己的速度驱动。在更换咖啡类型时，研磨 压力也可以根据新的产品规格 进行单独调整。这些参数可以保存为 配方，以便在更换咖啡时快速调整，“他说。

在德国汉堡举行的 COTECA 2014 上，Torenz 在一次演讲中描述了烘焙商因高产能生产而面临的挑战。 最基本的是阻止热量积聚（过热会带来 “烧焦” 的苦味）并防止香气损失 ，同时提供精确的颗粒大小。高速研磨 大体积需要创新的设计，而不仅仅是 简单的研磨烘焙。

Keep It Cool 

散热对于较细的研磨至关重要。除非经过强烈冷却，否则在长时间生产运行中 ，研磨表面 会因摩擦和破裂产生的热量而变得炽热。随着金属表面 的膨胀，辊筒间隙保持 恒定是 “绝对必要的”，这需要精确的间隙调整。

Probat Burns 的 Schmidt 说，300 μm 的 UW 系列研磨机每小时可 输出 2,000 至 3,000 磅。他说，研磨到精确尺寸对市场上的任何研磨机来说都不是一个 挑战。长时间高温运行的一致性 是辊磨机的与众不同之处。

“天气越热，情况就越糟，” 施密特说。在他看来， 工程设计的挑战是开发能够控制热 膨胀并响应咖啡许多变量的研磨机，同时 “保持 间隙的一致性”。

Compacting and Filling 

在烘烤过程中，咖啡豆会膨胀，当空气冷却时，大量的 气体被困在细胞中。由于细胞壁开裂加剧，水淬会导致更多的气体 逸出，但咖啡豆保留了残留 的水分。

考虑体积：Nespresso 胶囊的容量保持不变，为 5-6 克，K-Cups 的容量为 8-14 克，但密集包装咖啡会增加 冲泡的强度。

宾夕法尼亚州西康索霍肯的 Automatic Brewers and Coffee Devices， Inc. （ABCD） 首席执行官罗伯特·梅利基安 （Robert Melikian） 表示，咖啡的密度对于获得一致的 剂量非常重要。

“当你包装单份时，你是按体积包装， 而不是用秤。如果咖啡蓬松或过于稠密，它会改变 胶囊中的重量，“他说。

Melikian 说，使用标准化器/增密剂来混合研磨物是必不可少的。

你只能在一定程度上压实咖啡，也许是 10% 到 15%，Pro- bat 的 Schmidt。解释。

“致密化” 最初是指将咖啡压缩以装满 一磅罐。这是必要的，因为除了烤豆之外， 一定量的谷壳最终会取代胶囊中的一些磨碎的咖啡 。谷壳没有好处，但去除所有的银皮 是不切实际的。

在生产高产咖啡方面，人们正在进行一些工作， 其中谷壳被消除。这些研磨机将单个细胞粉碎成 非常精确的粒径。例如 ，Marco Uber 研磨机的特点是通过磁铁固定毛刺以消除螺丝孔、玻璃 珍珠喷砂、镀钛和针对 750 至 800 μm 颗粒优化的 倾倒式研磨机，但这些专用的小容量研磨机 不适用于商业填充和包装。

Capsule Design 

所有胶囊必须满足两个关键要求 – 确保较长 的产品保质期并承受冲泡的热量和压力。 Keurig 的 K-Cups 比 Nespresso 的胶囊更大、更薄，并且含有更多的咖啡 ，Nespresso 的胶囊可容纳 5 克咖啡，可承受 高达 19 巴的压力 （VertuoLine）。

Nespresso 胶囊由铝制成，内衬保护 涂层。刺破胶囊底部的网格以允许 咖啡流出。雀巢的 Dolce Gusto 54 毫米胶囊是热成型 聚丙烯，带有 EVOH 屏障和底座上的孔。最新的 K-Cup 设计有一个出水口。为了省钱，Nespresso 仿冒品由 注塑成型塑料制成。兼容 K-Cup 的胶囊通常采用 侧面开口网状设计，其中胶囊充当过滤器。

无论设计如何，胶囊都必须防止暴露在光线、 湿气和氧气中，这些都会损害香气和味道。它们还必须 应对内部挑战，包括沉降、结块和 二氧化碳 （C02） 的释放。一公斤烘焙咖啡在五周内释放 6 升二氧化碳，浓缩咖啡混合排放高达 10 升二氧化碳，这个 量足以损坏包装。Andrea Illy 在他的著作 “浓缩咖啡： 质量科学” 中估计，二氧化碳 的释放与挥发物的损失直接相关。释放 50% 的 CO2 和 一半的芳烃。他 写道，烤得越深，损失就越大。

“咖啡胶囊的尺寸如此之小，以至于大多数人 并不怎么关注它们的复杂性，” Glatfelter的 复合纤维业务部门的食品和饮料销售总经理Kai Wulff说。

当 Keurig 的专利保护于 2012 年到期时，出现了三种解决方案 。总部位于加利福尼亚州的 Rogers Family Coffee 推出了 OneCup，这是一种 塑料环，咖啡悬浮在柔软的网状过滤器中。

TreeHouse Foods 推出了一种硬边 Keurig 兼容胶囊 ，深受提供自有品牌产品的大型杂货连锁店的欢迎。Wulff 说，硬 边胶囊通常包含一个过滤器，该过滤器必须具有优异 的升光性能、运行性能和耐压性，而不会 赋予任何风味。

LBP 推出了一种与 Keurig 啤酒机兼容的开放式通用胶囊，称为 UpShot。LBP 杯利用胶囊的 网状侧面来过滤咖啡。从 LBP 购买空胶囊避免了 许可用户向 Keurig 支付的每杯 6.2 美分的特许权使用费。

ABCD 的 Melikian 使用 LBP 制造的网眼侧罩杯。为了减少 与氧气的接触并延长保质期，开口胶囊必须用 氮气冲洗和外包装，或装在带阀门的传统咖啡 袋中。

由于没有内部过滤器，杯子最多可容纳 14 克 咖啡。Melikian 说，最大的好处之一是 “啊” 效应。 “当顾客打开袋子时，他们会立即闻到咖啡的味道，” 他说 。“你可以透过透明的盖子看到咖啡，” 他补充道。

多伦多的Mother Parkers Tea & Coffee设计了其RealCup与 Keurig机器兼容，但内部带有塑料过滤器。 氧气由氮气吹扫，无需外包装。去年 ，我们推出了一种名为 EcoCup 的可生物降解版本，后来 被包装联盟授予 “最具创新性产品” 奖。

“EcoCup 解决方案是快速增长的 单份胶囊市场的真正游戏规则改变者，” Mother Parkers Bill VandenBygaart 说。

Packing Cartons 

POD Pack International 在巴吞鲁日投资 1010 万美元的新制造工厂的胶囊灌装线是最先进的。 这家咖啡代加工商的 e.v.p. 兼首席运营官 Tom Martin 表示，单份灌装和密封线的重量 公差设定为 十分之二克。

“每班次 25,000 杯，我们只拒绝了 50 杯，“Martin 说。“我从来没有 见过这样的事情。这比我们预期的要好，“他说。 研磨机、脱气机和致密剂（由 MPE 提供） 组合式研磨机、脱气机和增密机在受控气氛中利用 氮气冲洗技术将成型的聚苯乙烯胶囊分解，该技术可置换内置滤纸器下方 空间内的空气。然后将 Keurig 兼容的胶囊密封 并“嵌套” 在 12 支、18 支和 24 支装的纸箱中。

Martin 于 12 月安装了这条线路。“这是我见过的最接近即插即用的东西，” 他说。

Fill and Packing Equipment 

早期采用者在大批量包装 机上每条灌装线花费数百万美元。为了满足烘焙机的要求，像 OPEM 这样的公司，一家早期 的胶囊灌装设备制造商，开发了具有 8 条 灌装线的机器，每分钟产量高达 1,400 个胶囊。Optima 的 CFL-4 一次填充 20 粒胶囊，每分钟生产 1,500 粒胶囊。IMA Industries 将其每分钟 480 台灌装和封口机与氧气 提取装置和氮气冲洗装置配对，使用加工胶囊大小的密封室 ，以确保最低的气体消耗。密封 可以通过加热或超声波设置。

最初的生产运行量很大，以证明机器 费用的合理性。由于胶囊费用高昂，废物成本很高。为了减少 ne 研磨物的氧化，同时允许在 包装过程中释放二氧化碳，需要进行大量的 试验和错误。在美国，Keurig Green Mountain 率先进行了初始设计，在 20 年的时间里建立了胶囊直径和深度的行业标准。

随着 Keurig 与星巴克、Folgers 和 Dunkin’s Brands 签订合同，每家工厂的胶囊产量从数亿粒增加到数十亿粒 胶囊。最终，甚至拥有 竞争对手 Tassimo 系统的 Kraft Foods 也决定以获得许可的 K-Cups 提供其 Maxwell House、Gevalia、 Yuban 和 McCafe 咖啡。Keurig 现在授权了 60 个品牌拥有的 400 种饮料类型，其中包括美国销量 前三的咖啡。

Intelligent Blends 是首批接受最低 25,000 次运行的代加工商之一。Melikian 提供了一个程序，可以让小品牌打包 低至 50 磅的咖啡（38 杯到磅大约 2000 个过滤器）。他说，他的公司现在每天生产 50,000 杯咖啡，分两班 7.5 小时 ，积压订单还在增加。难怪他的 一些精品烘焙客户的零售价为每杯 2 美元。

Martin 刚刚在 POD Pack 开设了一条新生产线，他已经在制定扩张计划。

根据 MPE 的 Will，胶囊解决方案需要设备制造商、烘焙商和代加工商之间加强合作。

为了满足一家著名的北美客户的需求，Will说：“我们 最初创建了一个工程化的双峰研磨方案，以满足他们的冲泡器 要求，并提供更好的咖啡口味。

他们之前的研磨过程导致冲泡时间 异常长，并且味道“向前烘烤 “。这种味道是 丰富的味道在啜饮早期到达舌头，但余味平淡 ，这是不可取的。我们能够改变他们的研磨效果 ，以最大限度地减少咖啡中的内部“灰尘”。风味专家 变成了一杯更干净、更一致的咖啡，具有更 持久的风味余味，这最终更受欢迎，“威尔说。

这是底线。味道。

所有的技术进步、精确的调整、设计 工程和魔法对于想要充分的风味 和多样性以及按钮式便利性的消费者来说是看不见的。30 秒的倒酒需要做很多工作 。他们愿意付出代价是一件好事。