Universitas Geisenheim Mengukur Elastisitas Biji Kopi untuk Menentukan Kemajuan Pemanggangan
Studi Kasus
- Pelanggan: Geisenheim University – Institute for Food Safety
- Lokasi: Geisenheim, Germany
- Industri: Food, Academia
- Topik: Pengukuran elastisitas biji kopi pada awal dan selama proses pemanggangan
Geisenheim University – Institute for Food Safety
The Institute for Food Safety di Geisenheim University
The Institute for Food Safety di Geisenheim University menawarkan berbagai program gelar sarjana dan magister yang secara khusus menangani pengembangan, produksi, dan quality assurance makanan. Sekitar 1.700 orang saat ini sedang mempelajari mata kuliah yang berorientasi pada praktik di Universitas Geisenheim. Fokus kegiatan penelitian di universitas ini adalah pada penelitian berbasis aplikasi dan penelitian dasar. Universitas ini terkenal dengan program-programnya di bidang pemeliharaan anggur dan oenologi. Selain itu, mereka juga menawarkan kursus di bidang hortikultura dan arsitektur lanskap. Lembaga penelitian ini sangat mementingkan keberlanjutan dalam semua programnya.
Hans Gerd Severin sedang mengerjakan disertasi keduanya di Institut Keamanan Pangan di Universitas Geisenheim di bawah pengawasan Prof. Dia secara khusus menangani minuman favorit orang Jerman: kopi.
Baik espresso, kopi saring, maupun cappuccino-kopi adalah salah satu minuman yang paling populer di Eropa, dan di seluruh dunia. Berdasarkan Statista, Luksemburg adalah negara dengan konsumsi kopi tertinggi di Eropa: pada tahun 2022, penjualan per kapita sekitar sepuluh kilogram per orang. Di Jerman, Statista menunjukkan bahwa konsumsi kopi adalah 4,8 kg per orang. Di sini, minuman ini juga merupakan minuman yang paling populer, bahkan melebihi bir dan air mineral. Severin secara khusus menangani perubahan biji kopi selama proses pemanggangan. Didanai oleh Yayasan Lingkungan Federal Jerman, ia meneliti pendekatan inovatif untuk melacak dan mengontrol pemanggangan kopi secara tepat.
Tugas
Hemat energi dan sumber daya: kontrol proses inline untuk pemanggangan kopi
Biji kopi diisolasi dari buah kopi dengan menggunakan berbagai metode dan beberapa langkah untuk menyelesaikan prosesnya, di mana kesalahan bisa saja terjadi dan banyak hal yang tidak beres. Kacang hijau harus seragam, tidak rusak dan bebas dari partikel atau kontaminasi mikroba dan bahan kimia. Biji kopi yang dipanggang, tentu saja, lebih menarik: biji kopi juga harus utuh dan, di atas segalanya, dipanggang secara merata ke tingkat yang diinginkan untuk mengembangkan profil aroma yang diinginkan dalam kopi (minuman).
Institut Keamanan Pangan di Universitas Geisenheim mengerjakan proyek ini bekerja sama dengan Probat dari Emmerich, produsen sistem pemanggangan kopi terkemuka. Para peneliti terutama mencatat perubahan warna dan sifat mekanik-elastis biji kopi selama pemanggangan inline, yaitu di dalam mesin dan selama proses pemanggangan. Warna biji kopi mencerminkan kemajuan pemanggangan yang dangkal. Elastisitas biji kopi, yang berubah selama pemanggangan dan ditentukan melalui pengukuran suara menggunakan AI (kecerdasan buatan), memberikan informasi tentang bagian dalam biji kopi dan dengan demikian proses pemanggangan. Untuk menjembatani kesenjangan antara sinyal suara dan sifat elastisitas, pengukuran elastisitas dilakukan pada biji kopi dengan perlakuan dan tingkat pemanggangan yang berbeda di produsen mesin penguji ZwickRoell di Ulm, Jerman.
Alasan dari pendekatan ini sudah jelas: hingga saat ini, hasil pemanggangan biji kopi hanya bisa diketahui setelah dipanggang. Selama proses pemanggangan, hanya pemeriksaan visual acak yang dilakukan pada warna biji kopi. Terlepas dari teknologi proses modern dan pengalaman tingkat tinggi dari para ahli pemanggang, kesalahan pemanggangan sering terjadi, "beberapa di antaranya tidak dapat digunakan atau harus dicampur dengan biaya tinggi," jelas Severin. Dalam beberapa kasus, hal ini menyebabkan "kopi dengan kualitas yang lebih rendah dengan margin yang lebih rendah.”
Severin: "Kontrol proses inline kami yang akurat, yang mencakup proses pemanggangan yang sebenarnya, memungkinkan kami untuk menghasilkan kopi dengan kualitas sensorik yang diinginkan tanpa perlu menolak produk. Sebagai hasil dari hal ini dan kontrol proses yang tepat, kami dapat mencapai pengurangan emisi CO2 yang signifikan. Inilah salah satu alasan mengapa Yayasan Lingkungan Federal Jerman (DBU) mendanai proyek ini dengan nama "Pemanggangan Kopi yang Hemat Energi dan Sumber Daya," kata Severin.
Solusi ZwickRoell
Pengukuran pada biji kopi: zwickiLine ada untuk mendukung
Para ilmuwan menghadapi sejumlah tantangan selama pengukuran, karena sifat-sifat produk alami - biji kopi - tunduk pada variasi yang cukup besar: biji kopi, terutama ketika dipanggang, memiliki struktur yang sangat heterogen, dan sangat sulit untuk distandardisasi dalam hal luas permukaan dan panjangnya. Selain itu, geometri spesimen yang seragam tidak dapat ditentukan dan biji kopi tidak dapat dicengkeram. Untuk sampai pada kesimpulan yang dapat diandalkan meskipun ada keterbatasan ini, para ilmuwan di ZwickRoell melakukan sejumlah besar pengukuran dengan memilih kacang berukuran sedang dan mengaturnya secara horizontal di antara cetakan uji.
Dengan demikian, Severin dan rekan-rekan penelitinya dapat mengkonfirmasi pendekatan ini dengan melakukan pengukuran pada varietas kopi Peru Arabika dan India Robusta dengan pra-perlakuan dan dimensi yang berbeda. Telah ditentukan bahwa sifat elastisitas biji kopi jelas berasal dari jenis kopi, pra-perlakuan dan kondisi pemanggangan. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan zwickiLine Z5.0 dari ZwickRoell, dan mesin penguji kolom tunggal yang mudah dioperasikan dan portabel. Mesin ini secara otomatis menjalankan siklus pengukuran dan merekam datanya secara digital. Evaluasi dan tampilan kurva pengukuran berlangsung secara simultan pada monitor sistem kontrol alat berat.
Hasilnya
Pengukuran elastisitas: temuan baru pada pemanggangan biji kopi dan akustik
Untuk pengujian di ZwickRoell, biji kopi dari varietas Peru Arabika dan India Robusta diukur, baik dalam kondisi hijau maupun dalam berbagai tingkat pemanggangan dan pra-perlakuan (belum dikeringkan, dikeringkan, durasi pemanggangan, suhu pemanggangan). Hasil pengujian menunjukkan sebagai berikut: biji kopi hijau yang belum disangrai dapat dihancurkan secara virtual tanpa menunjukkan kerusakan yang nyata. Perbedaan antara kedua jenis kopi ini juga terlihat jelas: Biji kopi Robusta India membutuhkan kekuatan yang lebih tinggi daripada biji kopi Arabika Peru untuk tingkat deformasi yang sama. Untuk pengujian lebih lanjut, kedua jenis biji kopi tersebut dikeringkan, yang menunjukkan bahwa biji kopi hitam lebih mudah pecah dan kurang elastis dibandingkan dengan biji kopi hijau. Namun, yang paling cepat pecah adalah biji kopi yang dipanggang, di mana detail patahan tambahan dapat diamati selama deformasi lebih lanjut.
"Temuan dari pengukuran elastisitas ini memberikan wawasan yang menarik mengenai interpretasi fenomena akustik dalam pemanggangan kopi dan perubahan-perubahan yang terjadi selama proses pemanggangan," kata Severin. Alat ini juga dapat digunakan untuk menjawab pertanyaan tentang struktur dan proses pemanggangan di dalam biji kopi. Korelasi ini akan diselidiki lebih lanjut dalam penelitian selanjutnya.
Apa pendapat peneliti sendiri tentang konsumsi kopi? Severin: "Saya setuju dengan Honoré de Balzac, yang pernah berkata: "Sendirian, kopi adalah minyak hitam yang selalu membuat mesin yang bekerja dengan sangat baik ini kembali bekerja." Namun, di malam hari saya mematikan mesin dan memilih segelas Rheingau Riesling."
"ZwickRoell memiliki metode pengujian yang paling modern dan, yang terpenting, metode pengujian otomatis dengan alat evaluasi yang nyaman.
Karena kopi adalah produk alami dengan berbagai macam khasiat, sejumlah besar pengukuran diperlukan untuk mendapatkan hasil yang relevan secara statistik. Frekuensi pengukuran yang tinggi membuat metode ini tampak cocok untuk tujuan pengendalian proses."
Dr. Hans Gerd Severin, Geisenheim University – Institute for Food Safety
Laboratorium yang dilengkapi dengan peralatan canggih di Institut Keamanan Pangan
