Vysoká škola Geisenheim měří pružnost kávových zrn, aby určila postup pražení
Případová studie
- Zákazník: Vysoká škola Geisenheim – Institut pro bezpečnost potravin
- Místo: Geisenheim, Německo
- Oblast použití: Potraviny, vzdělávání a výzkum
- Případ: Měření pružnosti kávových zrn na začátku a v průběhu pražení
Vysoká škola Geisenheim – Institut pro bezpečnost potravin
Institut pro bezpečnost potravin při univerzitě Geisenheim
Institut pro bezpečnost potravin na univerzitě Geisenheim nabízí různé bakalářské a magisterské studijní programy, které se zabývají právě vývojem, výrobou a kontrolou kvality potravin. V současné době je na univerzitě Geisenheim zapsáno v prakticky orientovaných oborech přibližně 1 700 studujících. Výzkumná činnost univerzity se zaměřuje jak na základní, tak i na aplikační výzkum. Je proslulá především svými programy v oblasti vinařství a enologie, ale nabízí také studijní programy v oblasti zahradnictví a krajinářské architektury. Ve všech studijních programech je velký důraz kladen na udržitelnost.
Na Institutu pro bezpečnost potravin při univerzitě Geisenheim pracuje Dr. Hans Gerd Severin na své druhé disertační práci pod vedením prof. Dr. Bernda Lindemanna. Zabývá se oblíbeným nápojem nejen v Německu: kávou.
Ať už se jedná o espresso, filtrovanou kávu nebo cappuccino, káva je jednoznačně jedním z nejoblíbenějších nápojů jak v Evropě, tak i na celém světě. Podle portálu Statista se například v Lucembursku spotřebuje nejvíce kávy v Evropě: v roce 2022 se zde prodalo přibližně deset kilogramů kávy na osobu. V Německu je podle Statisty spotřeba 4,8 kg kávy na osobu. Káva je zde považována za nejoblíbenější nápoj, dokonce před pivem či minerální vodou. Severin se zabývá především změnami v kávových zrnech během procesu pražení. Provádí výzkum, který je financovaný Německou spolkovou nadací pro životní prostředí, inovativního přístupu ke sledování a přesné kontrole pražení kávy.
Zadání
Energeticky efektivní a úsporné: kontrola procesu pražení kávy
Pro oddělení kávového zrna od kávové třešně se využívá různých metod v několika procesních krocích, a proto se v tomto procesu může hodně pokazit. Zelená kávová zrna by měla být stejná, neporušená a neměla by obsahovat jiné části nebo mikrobiální a chemické nečistoty. Zajímavější je samozřejmě pražené zrno: To by mělo být také neporušené, ale především rovnoměrně upražené požadovaným stupněm pražení, aby se pak v nápoji rozvinul požadovaný chuťový profil.
Na projektu pracuje Institut pro bezpečnost potravin při univerzitě Geisenheim ve spolupráci se společností Probat z Emmerichu (Německo), předním výrobcem systémů pro pražení kávy. Výzkumníci zaznamenávají především změny barvy a mechanických pružných vlastností kávových zrn během pražení uvnitř stroje a v průběhu pražení. Barva zrn odráží průběh povrchového pražení. Během pražení se mění také pružnost kávových zrn, která se určuje pomocí zvukových měření s využitím umělé inteligence. Poskytuje informace o vnitřku zrn, a tedy o průběhu pražení. Měření pružnosti kávových zrn s různou úpravou a stupněm pražení byla provedena na zkušebním stroji ZwickRoell, špičkového výrobce zkušební techniky z německého Ulmu. Cílem bylo najít spojitost mezi zvukovým signálem a pružnými vlastnostmi.
Důvod tohoto přístupu je zřejmý: dosud se výsledek pražení kávových zrn zjišťoval až po pražení. A během pražení se provádí pouze namátková vizuální kontrola barvy zrn. Navzdory moderním technologickým postupům a rozsáhlým zkušenostem mistrů pražení to znamená, že stále znovu dochází k chybám při pražení, „z nichž některé kávu znehodnotí jako nepoužitelnou nebo se musí nákladně míchat“, vysvětluje Severin. V některých případech to vede k „horší kvalitě kávě se sníženou marží.“
Severin: „Naše přesná kontrola procesu, která zahrnuje i samotný proces pražení, nám umožňuje vyrábět kávu požadované senzorické kvality bez nedostatků. Díky tomu a přesnému řízení procesu dochází k výraznému snížení emisí CO2. To je jeden z důvodů, proč Německá spolková nadace pro životní prostředí (DBU) financuje projekt s názvem „Energeticky úsporné a pražení kávy šetřící zdroje“, dodává Severin.
Řešení ZwickRoell
Výzkum kávových zrn se zwickiLine
Vědci museli během výzkumu překonat řadu výzev, jelikož vlastnosti přírodního produktu, jakým kávová zrna jsou, podléhají značným odchylkám: Zrna, zejména pražená, mají velmi různorodou strukturu a lze je jen stěží standardizovat z hlediska povrchu a délky. Kromě toho nelze určit jednotnou geometrii vzorku, a kávová zrna se proto nenechají snadno upnout. Aby bylo možné i přes tyto překážky dospět ke spolehlivému výsledku, provedli vědci ze společnosti ZwickRoell velké množství měření. Vybrali kávová zrna střední velikosti a uspořádali je horizontálně mezi zkušební přípravky.
Severin a jeho spolupracovníci prováděli měření tímto způsobem. Jako vzorky používaly kávová zrna odrůd Peru Arabica a India Robusta o různých rozměrech a s úpravami před zkouškou. Tým dospěl k závěru, že pružné vlastnosti kávových zrn jsou jednoznačně ovlivněny podmínkami, jako druhem kávy, předúpravy či způsobem pražení. Zkoušky byly provedeny na zařízení zwickiLine Z5.0 ZwickRoell, který patří mezi přenosné jednosloupové zkušební stroje a vyniká snadným ovládáním. Celý zkušební cyklus probíhal automaticky a všechny údaje byly digitálně zaznamenány. Po celou dobu probíhala rovněž analýza průběhu měření a výsledky byly průběžně zobrazovány na monitoru řídicí jednotky.
Výsledek
Měření pružnosti: nové poznatky o pražení kávových zrn a jejich akustických vlastnostech
Pro zkoušky ve společnosti ZwickRoell byla vybrána kávová zrna peruánských odrůd Arabica a indických odrůd Robusta. Jednalo se jak o zelenou kávu, tak v různých stupních pražení a s různými úpravami (nesušená, sušená, s různou délkou pražení, teplotou pražení). Výsledek prokázal, že zrna zelené nepražené kávy lze prakticky rozdrtit, aniž by bylo poškození viditelné. Mezi oběma odrůdami kávy byly rovněž patrné zřetelné rozdíly: Pro stejnou deformaci zrn bylo nutné použít u indické Robusty větší sílu než u peruánské kávy Arabica. Pro další zkoumání byly obě kávy sušeny, což prokázalo, že po takovéto úpravě se kávy lámou rychleji a vykazují menší pružnost než zelená zrna. Pražená kávová zrna se však lámala nejrychleji. Při další deformaci bylo možné pozorovat další poškození.
„Výsledky měření pružnosti nabízejí zajímavé poznatky o interpretaci akustických jevů při pražení kávy a o změnách během procesu pražení,“ shrnuje Severin. Poskytují odpovědi na otázky týkající se struktury a průběhu pražení uvnitř kávového zrna. Budoucí studie se těmito zákonitostmi budou dále zabývat.
A co si o konzumaci kávy myslí sám vedoucí studie? Severin: „Souhlasím s Honoré de Balzacem, který kdysi řekl: „Káva je černý olej, který jako jediný udržuje tento úžasný pracovní stroj v chodu.“ Večer však stroj vypínám a dopřeji si sklenku dobrého rýnského ryzlinku.“
„Společnost ZwickRoell nabízí nejmodernější – a především – automatizované zkušební metody včetně pohodlných vyhodnocovacích nástrojů.
Protože je káva přírodní produkt se širokou škálou vlastností, je k získání statisticky relevantního výsledku zapotřebí velký počet měření. Díky vysoké měřicí frekvenci je metoda vhodná pro použití pro kontrolu procesů.“
Dr. Hans Gerd Severin: Vysoká škola Geisenheim – Institut pro bezpečnost potravin
Moderní laboratoř v Institutu pro bezpečnost potravin
