Polvere di caffè analisi della dimensione granulometrica e della forma per ottimi sapori

I chicchi di caffè sono uno dei prodotti più importanti, con una stima di 1,4 miliardi di tazze di caffè consumate ogni giorno in tutto il mondo. Il gusto del caffè è determinato dalla tostatura dei chicchi, dalla distribuzione dimensionale della polvere e dal tipo e dalla qualità della preparazione. I diversi metodi di preparazione nel processo di infusione e filtraggio (ad esempio, macchina per espresso, caffè filtro o AeroPress) richiedono una diversa macinatura della polvere di caffè per ottenere un risultato aromatico. Quando i chicchi di caffè tostati vengono macinati in polvere, la determinazione della distribuzione granulometrica gioca un ruolo decisivo, in quanto influisce in modo significativo sulle proprietà di infusione e filtrazione e quindi sul gusto e sulla salubrità della bevanda.

Quando si prepara il caffè, è importante ottenere un'estrazione ottimale degli ingredienti che vengono sciolti dal caffè macinato dall'acqua calda o dal vapore. Più fine è la polvere di caffè, più ingredienti possono essere estratti in un periodo di tempo più breve. Se la macinatura non è adattata in modo ottimale alla durata e alla temperatura del processo di erogazione, c'è il rischio che il caffè venga estratto in eccesso o in difetto. Un caffè sottoestratto (= macinatura troppo grossa) ha poco aroma e un gusto acquoso. Un caffè sovraestratto (= macinatura troppo fine) ha un sapore amaro a causa dei troppi componenti disciolti (ad esempio, gli acidi tannici).

Determinando in modo affidabile la dimensione delle particelle, è possibile ottenere una macinatura riproducibile per il rispettivo processo di preparazione, ottenendo un caffè di ottimo gusto con aromi equilibrati. A causa dell'elevato contenuto di olio, dell'ampia distribuzione granulometrica e della forma molto irregolare delle particelle, la polvere di caffè presenta un comportamento difficile nei materiali sfusi, ossia le particelle hanno una forte tendenza ad agglomerarsi e la polvere è difficile da versare o trasportare. Questo aspetto deve essere adeguatamente affrontato nei metodi di misurazione meccanici e ottici.

Tradizionalmente, la distribuzione granulometrica del caffè in polvere veniva determinata mediante setacciatura analitica. Tuttavia, il metodo della diffrazione laser si è sempre più affermato come metodo standard. Entrambi i metodi presentano alcune limitazioni in termini di contenuto informativo, accuratezza e sensibilità. La polvere di caffè, soprattutto se utilizzata in capsule o cialde, è altamente ottimizzata per il proprio processo di preparazione e deve rispettare specifiche di qualità molto rigide. Spesso queste possono essere verificate solo con i metodi di imaging, che forniscono distribuzioni dimensionali ad altissima risoluzione con un'elevata produttività del campione.

Esempi di misurazioni di polvere di caffè con analisi dinamica delle immagini, diffrazione laser e setacciatura

La polvere di caffè ha tipicamente un'ampia distribuzione granulometrica con una parte fine e una grossolana pronunciate. La frazione fine è inferiore a 200 μm, mentre la frazione grossa può raggiungere i 2 mm.

Grazie al sistema brevettato a due telecamere e al conseguente campo di misura dinamico molto ampio, il CAMSIZER X2 è in grado di determinare sia con un'alta risoluzione che con una buona affidabilità statistica nel caso del caffè in polvere. Ciò è illustrato nella Figura 4 con l'esempio del caffè in polvere con diverse macinature.

Durante la misurazione, le particelle sono state disperse con aria compressa nel modulo di alimentazione del campione X-Jet (Fig. 2) a 80 kPa. Per l'alimentazione vibrante della polvere di caffè su uno scivolo di dosaggio, Microtrac ha sviluppato dispositivi che consentono un'alimentazione senza problemi per la misurazione anche con polveri di caffè molto poco fluide.

The roasting of the coffee beans influences their brittleness. Ground coffee from brittle beans often consists of angular, or pointed, grains, which lead to lower packing density in compacted coffee. Both, the particle size distribution, and the particle shape affect the bulk density, the filtering and extraction properties of the powder, and thus also the quality of the prepared coffee.

Both figures show that the CAMSIZER X2 can use image analysis to determine both width, length, and circle-equivalent diameter simultaneously and output each as its own distribution curves. Thus, one measurement produces multiple results based on the three different definitions of particle size. The results with respect to these parameters differ significantly, which at the same time describes the irregular grain shape: for spherical particles, the distributions for all three size definitions would be identical.

In comparison, the result of laser diffraction, which assumes the particles to be spherical, provides only an average over the width and length of the particles. Thus, the distribution obtained by laser diffraction most closely matches the "circle equivalent diameter" definition of image analysis, but with a bigger span. In the two examples, the median values (d50) are well comparable, and the same is true for the percentage of fines < 200 µm. Laser diffraction is thus quite capable of characterizing coffee powder reasonably reliably.

However, the correct detection of coarse fraction is difficult. As the diffraction angles become smaller with increasing particle size, this is more difficult to measure. Thus, the resolution of the instruments inevitably becomes poorer for large particles. In addition, small amounts of oversize particles may not generate enough signal to be represented in the results.

This is particularly clear in the example in the second figure: the image analysis finds particles up to 2 mm long, the laser result does not show any particles > 1200 µm!

Il problema dell'analisi al setaccio della polvere di caffè è la coesività del prodotto. Il contenuto di olio porta inevitabilmente all'agglomerazione, all'adesione al telaio del setaccio e all'intasamento delle maglie del setaccio. Al di sotto dei 200 µm, si dovrebbe comunque ricorrere alla setacciatura a getto d'aria.

Tutto ciò rappresenta un elevato dispendio di tempo per determinare una distribuzione dimensionale che alla fine comprende non più di otto punti dati (= numero di setacci utilizzati). Il confronto con l'analisi dinamica delle immagini mostra che i dati dei setacci si confrontano molto bene con la definizione dimensionale "larghezza delle particelle".

Ciò è dovuto al fatto che durante il processo di setacciatura, i grani si allineano in modo tale da passare attraverso il setaccio con l'area di proiezione più piccola possibile. L'analisi al setaccio tende quindi a determinare la larghezza delle particelle. Da queste osservazioni si evince inoltre che un confronto tra l'analisi al setaccio e la diffrazione laser non può essere ragionevolmente e attendibilmente ottenuto per particelle di forma irregolare come la polvere di caffè.