La Geisenheim University misura l'elasticità dei chicchi di caffè per determinare il processo di tostatura
Case Study
- Cliente: Geisenheim University – Institute for Food Safety
- Luogo: Geisenheim, Germania
- Settore Industriale: Generi alimentari, Academia
- Topic: Misurazione dell'elasticità dei chicchi di caffè all'inizio e durante il processo di tostatura
Marzo 2024
L'Institute of Food Safety presso la Geisenheim University utilizza la zwickiLine Z5.0 per effettuare misure di elasticità sui chicchi di caffè. In questo modo, è possibile determinare l'andamento della tostatura anche nell'area interna dei chicchi ed evitare così scarti dovuti alla scarsa qualità.
Geisenheim University – Institute for Food Safety
L’Institute for Food Safety presso la Geisenheim University
L'Institute for Food Safety presso la Geisenheim University offre diversi corsi di laurea e master che si occupano specificamente dello sviluppo, della produzione e della garanzia di qualità degli alimenti. Circa 1.700 studenti frequentano attualmente corsi orientati alla pratica presso la Geisenheim University. Le attività di ricerca dell'università si concentrano sulla ricerca applicativa e di base. L'università è nota soprattutto per i suoi programmi di viticoltura ed enologia. Inoltre, offre corsi di orticoltura e architettura del paesaggio. L'istituto di ricerca attribuisce grande importanza alla sostenibilità in tutti i suoi programmi.
Il Dr. Hans Gerd Severin sta lavorando alla sua seconda tesi di laurea all'Institute for Food Safety presso la Geisenheim University sotto la supervisione del Prof. Dr. Bernd Lindemann. Si occupa in particolare della bevanda preferita dai tedeschi: il caffè.
Che si tratti di espresso, caffè filtro o cappuccino, il caffè è una delle bevande più popolari in Europa e nel mondo. Secondo Statista, sito web tedesco per la statistica, il Lussemburgo è il Paese con il più alto consumo di caffè in Europa: nel 2022, le vendite pro capite erano di circa dieci chilogrammi a persona. In Germania, Statista indica che il consumo di caffè è di 4,8 kg a persona. Si tratta della bevanda più popolare, addirittura davanti a birra e acqua minerale. Severin, finanziato dalla German Federal Environmental Foundation, si occupa in particolare dei cambiamenti dei chicchi di caffè durante il processo di tostatura, ricercando un approccio innovativo per la tostatura del caffè.
Il task
Efficienza energetica e risparmio di risorse: controllo del processo in linea per la torrefazione del caffè
Il chicco di caffè viene isolato dalla ciliegia attraverso una serie di metodi e fasi di lavorazione differenti, durante i quali è possibile cadere in errore. Il chicco verde deve essere uniforme, non danneggiato e privo di particelle o contaminazioni microbiche e chimiche. Il chicco tostato è, ovviamente, più interessante: deve essere intatto e, soprattutto, tostato in modo uniforme secondo il grado richiesto per sviluppare il profilo aromatico desiderato nel caffè (bevanda).
L’Institute for Food Safety presso la Geisenheim University sta lavorando al progetto in collaborazione con Probat di Emmerich, un produttore leader di sistemi di tostatura del caffè. I ricercatori registrano principalmente i cambiamenti nel colore e nelle proprietà meccanico-elastiche dei chicchi di caffè durante la tostatura in linea, cioè all'interno della macchina e durante il processo di tostatura. Il colore dei chicchi riflette il progresso della tostatura sulla superficie. L'elasticità dei chicchi, che cambia durante la tostatura e viene determinata tramite misurazioni sonore con l'AI (intelligenza artificiale), fornisce informazioni sull'interno dei chicchi e quindi sul processo di tostatura. Per colmare il divario tra il segnale sonoro e le proprietà elastiche, sono state eseguite, presso la sede ZwickRoell a Ulm, in Germania, misurazioni dell'elasticità su chicchi sottoposti a diversi trattamenti e gradi di tostatura.
Il motivo di questo metodo è chiaro: fino ad oggi, il risultato della tostatura dei chicchi di caffè è stato determinato solo dopo la tostatura. Durante il processo di torrefazione, viene effettuato solo un controllo visivo casuale del colore del chicco. Nonostante la tecnologia moderna e la grande esperienza dei maestri torrefattori, si verificano spesso errori di tostatura, portando in alcuni casi a un “caffè di qualità inferiore con margini ridotti”.
“Il nostro accurato controllo di processo in linea, che include il procedimento di tostatura vero e proprio, ci permette di produrre un caffè della qualità sensoriale desiderata senza scarti. Grazie a queste operazioni e alla precisione dei nostri processi, siamo in grado di ottenere una significativa riduzione delle emissioni di CO2. Questo è uno dei motivi per cui la fondazione federale tedesca per l'ambiente Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) sta finanziando il progetto “Tostatura del caffè efficiente dal punto di vista energetico e a risparmio di risorse”, spiega Mr. Severin.
La soluzione ZwickRoell
Misurazioni sui chicchi di caffè: zwickiLine è a tua disposizione
Durante le misurazioni, gli scienziati hanno incontrato molteplici sfide in quanto le proprietà del prodotto naturale - il chicco di caffè - sono soggette a notevoli variazioni: i chicchi, soprattutto se tostati, hanno una struttura estremamente eterogenea e sono molto difficili da standardizzare in termini di superficie e lunghezza. Inoltre, non è possibile determinare una geometria uniforme del campione e i chicchi di caffè non riescono ad essere afferrati. Per giungere a una conclusione affidabile nonostante queste limitazioni, gli esperti di ZwickRoell hanno effettuato un gran numero di misurazioni selezionando chicchi di medie dimensioni e disponendoli orizzontalmente tra gli accessori di prova.
Dr. Severin e i suoi co-ricercatori hanno così potuto confermare questo metodo con misurazioni su varietà di caffè Arabica del Perù e Robusta dell'India con diversi pretrattamenti e dimensioni. È stato determinato che le proprietà elastiche dei chicchi derivano chiaramente dal tipo di caffè, dal pretrattamento e dalle condizioni di tostatura. Le misurazioni sono state effettuate con la macchina zwickiLine Z5.0 di ZwickRoell, una macchina di prova monocolonna portatile e facile da usare. Esegue automaticamente il ciclo di misurazione e registra digitalmente i dati. La valutazione e la visualizzazione delle curve di misura avvengono contemporaneamente sul monitor del sistema di controllo della macchina.
Il risultato
Misurazione dell'elasticità: nuovi risultati sulla tostatura e sull'acustica dei chicchi di caffè
Durante i test eseguiti presso ZwickRoell, sono stati misurati chicchi di caffè delle varietà Arabica del Perù e Robusta dell'India, sia allo stato verde che con diversi gradi di tostatura e pretrattamenti (non essiccati, essiccati, durata della tostatura, temperatura di tostatura). I risultati hanno mostrato quanto segue: i chicchi di caffè verdi non tostati potevano essere praticamente schiacciati senza mostrare rotture evidenti. Sono emerse anche differenze tra i due tipi di caffè: i chicchi di India Robusta hanno richiesto forze maggiori rispetto ai chicchi di Perù Arabica per lo stesso livello di deformazione. Per ulteriori analisi, entrambi i tipi di caffè sono stati essiccati, il che ha dimostrato che i chicchi si rompevano più facilmente ed erano meno elastici rispetto ai chicchi di caffè verdi. Tuttavia, i più veloci a rompersi sono stati i chicchi di caffè tostati, per i quali è stato possibile osservare nuovi dettagli di frattura durante l'ulteriore deformazione.
“I risultati della misurazione dell'elasticità offrono quindi spunti interessanti per l'interpretazione dei fenomeni acustici nella tostatura del caffè e dei cambiamenti durante il processo di tostatura”, riassume Severin. Potrebbero anche essere utilizzati per rispondere a domande sulla struttura e sull'andamento della tostatura all'interno del chicco di caffè. Queste correlazioni saranno approfondite in studi futuri.
Cosa pensa il ricercatore stesso del consumo di caffè? Severin: “Sono d'accordo con Honoré de Balzac, che una volta disse: ‘Il caffè è l'olio nero che da solo fa funzionare questa meravigliosa macchina da lavoro’. La sera, però, spengo la macchina e bevo un buon Riesling del Rheingau.
“ZwickRoell dispone dei metodi di prova più moderni e soprattutto automatizzati, con comodi strumenti di valutazione.
Poiché il caffè è un prodotto naturale con un'ampia gamma di proprietà, è necessario un gran numero di misurazioni per ottenere un risultato statisticamente rilevante. L'elevata frequenza di misurazione fa sì che il metodo si riveli adatto a scopi di controllo del processo”.
Dr. Hans Gerd Severin, Geisenheim University – Institute for Food Safety
Laboratorio all'avanguardia presso l'Institute of Food Safety
