A Universidade de Geisenheim faz a medição da elasticidade de grãos de café para determinação do progresso na torrefação
Case Study
- Cliente: Universidade de Geisenheim – Instituto de Segurança Alimentar
- Local: Geisenheim, Alemanha
- Setor da indústria Produtos alimentícios, Academia
- Tema: Medição da elasticidade em grãos de café no início e no decurso do processo de torrefação
Universidade de Geisenheim – Instituto de Segurança Alimentar
O Instituto de Segurança Alimentar da Universidade de Geisenheim
O Instituto de Segurança Alimentar da Universidade de Geisenheim oferece diferentes cursos de graduação e de mestrado especialmente focados no desenvolvimento, na produção e na qualidade assegurada de produtos alimentícios. Atualmente há, na Universidade de Geisenheim, aproximadamente 1.700 pessoas matriculadas em cursos orientados para a prática. No primeiro plano das atividades de pesquisa na Universidade está a pesquisa baseada na aplicação e a pesquisa básica. A Universidade é conhecida por seus programas nos setores de vinicultura e enologia. Além disso são oferecidos cursos em horticultura e paisagismo. Em todos seus programas o instituto de pesquisa faz questão da sustentabilidade.
No Instituto de Segurança Alimentar da Universidade de Geisenheim trabalha Dr. Hans Gerd Severin, sob orientação de Prof. Dr.-Ing. Bernd Lindemann, em sua segunda dissertação. Ele dedica seu trabalho especialmente à bebida preferida dos alemães: Café.
Seja espresso, café do filtro ou cappuccino – o café é uma das bebidas mais consumidas na Europa – e no mundo. De acordo com Statista, Luxemburgo é o país com o maior consumo de café em toda a Europa: Em 2022, o consumo per capita lá era de aprox. dez quilogramas por pessoa. Na Alemanha, o consumo é de 4,8 kg de café por pessoa, conforme Statista. Aqui também ele é a bebida mais consumida, inclusive superando o consumo de cerveja e água mineral. Severin estuda especialmente as modificações dos grãos de café durante a torrefação. Ele pesquisa – com apoio da Fundação Federal Alemã do Meio Ambiente – uma abordagem inovadora para o monitoramento e controle exato da torrefação de café.
A tarefa
Eficiente quanto ao consumo de energia e econômica quanto ao uso de recursos: Controle de processo inline da torrefação de café
Por meio de diferentes métodos e passando por vários passos de processo, o grão de café é praticamente isolado da cereja do café. Desta forma podem ser cometidos muitos erros e várias coisas podem dar errado. O grão verde deve ser uniforme, ileso, livre de partículas ou contaminações microbianas ou químicas. Obviamente, mais interessante é o grão torrado: Ele também deve ser ileso, e principalmente deve apresentar torrefação uniforme com o grau de torrefação desejado para desenvolver na bebida de café o perfil de aroma desejado.
O Instituto de Segurança Alimentar da Universidade de Geisenheim desenvolve o projeto em cooperação com a empresa Probat, baseada no município de Emmerich, uma das fabricantes líderes de instalações de torrefação de café. Os pesquisadores registram principalmente as modificações da cor e das características mecânico-elásticas de grãos de café durante a torrefação inline, isso significa dentro da máquina e durante a torrefação. A cor dos grãos reflete na superfície o progresso na torrefação. Informações quanto ao interior do grão e, portanto, quanto ao grau de torrefação são fornecidas por sua elasticidade que sofre variações durante a torrefação e é determinada por intermédio de medições do nível acústico utilizando IA (inteligência artificial). Para estabelecer o vínculo entre o sinal acústico e as características elásticas foram realizadas, na fabricante de máquinas de ensaios ZwickRoell, em Ulm, medições de elasticidade em grãos de diferente tratamento e grau de torrefação.
O motivo dessa abordagem é óbvio: Até agora, o resultado de torrefação dos grãos de café é determinado somente após a torrefação. Durante a torrefação é feito apenas o controle visual aleatório por meio da cor dos grãos. Apesar da tecnologia de processo moderna e da grande expertise dos torrefadores ocorrem não raramente falhas no processo de torrefação, “as quais fazem com que os grãos se tornem parcialmente inutilizáveis ou exijam processos de mistura trabalhosos“, explica Severin. Isso leva parcialmente a “cafés de qualidade menor com reduções da margem“.
Severin: “Já o nosso controle rigoroso do processo-inline com inclusão da torrefação interna efetiva permite a produção de cafés com a qualidade sensória desejada sem refugo. Dessa forma, e em virtude do controle preciso do processo, é alcançada uma redução significativa da emissão de CO2. Um dos motivos por que a Fundação Federal Alemã do Meio Ambiente (DBU) apóia o projeto sob o nome de “Torrefação de café com consumo de energia eficiente e economia de recursos““, diz Severin.
A solução da ZwickRoell
Medições em grãos de café: zwickiLine apóia
Nas medições, os cientistas encontraram vários desafios, visto que as características do produto natural grão de café estão sujeitas a fortes dispersões: Os grãos, principalmente após a torrefação, apresentam estrutura extremamente heterogênea e dificilmente podem ser normalizados quanto à área e ao comprimento. Ademais, não é possível constatar uma geometria uniforme das amostras e os grãos de café não podem ser fixados em mordentes. Para chegar a uma afirmação confiável apesar das referidas restrições, os cientistas realizaram na ZwickRoell uma série de medições selecionando grãos de tamanho médio para posicioná-los em posição horizontal entre os pistões de ensaio.
Dessa forma, Severin e seus colegas pesquisadores conseguiram confirmar esse procedimento por meio de medições nos tipos de café Peru Arabica e India Robusta com diferentes pré-condicionamentos e dimensões. Foi constatado que as características elásticas dos grãos inequivocamente dependem do tipo de café, do pré-condicionamento e das condições de torrefação. As medições foram executadas com a zwickiLine Z5.0 da ZwickRoell, uma máquina de ensaios móvel de coluna única e de fácil operação. Ela atravessa o ciclo de medição de forma automatizada e registra digitalmente todos os dados. A avaliação e o display do percurso de medição podem ser acompanhados no monitor do controle da máquina.
O resultado
Medição de elasticidade: novos conhecimentos quanto à torrefação e acústica de grãos de café
Para os ensaios na ZwickRoell foram tomadas as medidas de grãos de café dos tipos Peru Arabica e India Robusta, em seu estado verde e em diferentes graus de torrefação e pré-condicionamentos (antes da secagem, em estado seco, tempo de torrefação, temperatura de torrefação). Os ensaios forneceram os resultados: Os grãos de café verdes, não torrados, conseguiram ser esmagados sem apresentar um evento de ruptura que chamasse à atenção. Também diferenças entre os dois tipos de café se manifestaram claramente: Os grãos India Robusta exigiram forças maiores para a mesma deformação do que os grãos Peru Arabica. Para outras análises, os dois tipos de café passaram pelo processo de secagem, o que revelou que eles se tornaram mais frágeis e menos elásticos do que os grãos verdes. Contudo, os grãos de café mais frágeis eram os grãos torrados que apresentaram eventos de fratura adicionais durante a deformação contínua.
“Portanto, os conhecimentos das medições de elasticidade oferecem observações interessantes na interpretação de fenômenos acústicos da torrefação de café e das modificações durante o processo de torrefação“, resume Severin. Isso também permitiu encontrar respostas às perguntas referentes à estrutura e ao progresso de torrefação dentro do grão de café. Essas relações serão objeto de outras pesquisas futuras.
E qual a opinião do próprio pesquisador quanto ao prazer de tomar café? Severin: “Eu concordo com Honoré de Balzac, que disse outrora: “Café é o óleo preto que sempre põe em movimento essa fantástica máquina de trabalho.“ Contudo, à noite eu desligo a máquina e tomo um bom vinho tipo Riesling do Rheingau“.
“A ZwickRoell dispõe dos métodos mais modernos e – principalmente – automatizados com confortáveis ferramentas de avaliação.
Visto que o café é um produto natural com grande amplitude de dispersão das características, um grande número de medições é necessário para obter um resultado de relevância estatística. A alta frequência de medição torna plausível que o método também seja adequado para utilização no controle de processo."
Dr. Hans Gerd Severin, Universidade de Geisenheim – Instituto de Segurança Alimentar
Laboratório moderno do Instituto de Segurança Alimentar
