CN106998948B - 咖啡烘焙装置、咖啡冲泡装置和咖啡烘焙方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种咖啡烘焙装置（100），包括用于容纳咖啡豆（10）的隔室（110）；用于烘焙所述隔室中的咖啡豆的烘焙元件（140）;以及用于控制烘焙元件的控制器（130），其中控制器适于根据驻留在隔室中的挥发性有机化合物浓度来控制烘焙元件。还公开了一种包括这种咖啡烘焙装置和咖啡烘焙方法的咖啡冲泡装置。

Description

咖啡烘焙装置、咖啡冲泡装置和咖啡烘焙方法

技术领域

本发明涉及一种包括用于容纳咖啡豆的隔室的咖啡烘焙装置；用于在所述隔室中烘焙咖啡豆的烘焙元件;以及用于控制烘焙元件的控制器。

本发明还涉及一种包括这种咖啡烘焙装置的咖啡冲泡装置。

本发明还涉及烘焙咖啡豆的方法，该方法包括加热咖啡豆以烘焙咖啡豆。

背景技术

咖啡已经成为现代社会中最受欢迎的饮料之一，可以通过各种渠道例如咖啡店或超市为家庭消费者提供许多不同类型和风味的咖啡。咖啡作为饮料的受欢迎程度的演变已经引起了咖啡如何消费的转变，例如在家庭环境中。

然而在过去，咖啡主要是从速溶咖啡颗粒或包装的研磨咖啡粉中冲泡的，例如使用家用咖啡机如浓缩咖啡机或过滤机，现在更加重视冲泡咖啡的新鲜度，引发了咖啡烘焙装置的普及。在这种装置中，即，新鲜的咖啡豆可以通过热处理烘焙，例如使用热气体或通过与热表面的物理接触。在高于170℃的温度下烘焙时，重新分配水，引起例如美拉德反应（Maillard reaction）和高温分解等复杂的化学反应。然后可以通过研磨新鲜烘焙的咖啡豆来形成新鲜的咖啡粉，从而有助于新鲜咖啡的冲泡。与从包装的研磨咖啡粉中冲泡的咖啡相比，这种咖啡通常被认为具有出众的味道。

然而，这种咖啡烘焙过程的控制远不是微不足道的。不同的用户可能需要不同程度的烘焙，例如咖啡豆的浅度烘焙或深度烘焙，以满足他们的个人品味。此外，不同品种的咖啡豆将需要不同的烘焙时间以达到一定的烘焙度。事实上，相同种类咖啡豆的不同收成甚至可能会在期望烘焙时间上变化，以达到期望烘焙度。因此，提供咖啡烘焙装置的主要挑战之一是确保烘焙品满足客户的期望;例如具有期望烘焙度。

现有的咖啡烘焙装置如Nesco Model CR-1000系列咖啡烘焙器允许用户指定咖啡豆的烘焙时间，以达到期望烘焙效果。其他烘焙装置通过允许使用者指定烘焙温度来控制烘焙过程。然而，如上所述，已经发现，通过（仅）控制烘焙时间和/或温度，不能始终如一地实现期望烘焙度。

EP1041891提出通过在烘焙期间观察咖啡豆的可测量参数来提高烘焙结果的一致性，例如它们的暗度和/或颜色，并且当该参数达到期望值时终止烘焙过程。

发明内容

本发明寻求提供一种可以以更一致的方式制作烘焙咖啡豆的咖啡烘焙装置。

本发明还寻求提供一种包括这种咖啡烘焙装置的咖啡冲泡装置。

本发明进一步寻求提供以更一致的方式烘焙咖啡豆的方法。

根据一个方面，提供一种咖啡烘焙装置，其包括用于容纳咖啡豆的隔室;用于在所述隔室中烘焙咖啡豆的烘焙元件;以及用于控制烘焙元件的控制器，其中所述控制器适于根据驻留在隔室中的挥发性有机化合物（VOC）总浓度的变化率来控制烘焙元件。

本发明人已经意识到，在咖啡烘焙过程中，达到期望烘焙水平所需时间的变化与咖啡豆第一裂化时间的变化有关。这个第一裂化是由于咖啡豆结构因为热引起的变化而产生的，包括咖啡豆内的孔形成，咖啡豆内的孔形成与咖啡豆中VOC的释放速率显著增加相关，导致隔室内VOC总浓度的快速增加。在第一裂化之后，已经发现使用简单的数学模型可以高度预测咖啡豆的进一步烘焙。因此，通过监测VOC浓度的变化速度并使这些变化与咖啡豆的第一裂化相关联，实现了本发明的咖啡烘焙装置内咖啡烘焙过程再现性的改进控制。

在一个实施例中，咖啡烘焙装置还包括用于确定所述总浓度的传感器，其中控制器适于响应于传感器控制烘焙元件。控制器可以被布置成从由该传感器提供的传感器读数来确定所述总浓度的变化率。

控制器可以响应于超过预定阈值的所述变化率。超过预定阈值的这种变化率可以指示所述咖啡豆的第一裂化阶段的开始。

备选地或另外地，超过预定阈值的变化率可以进一步指示所述咖啡豆的第一裂化阶段的结束。在第一裂化阶段完成后，通常会经历VOC总浓度的负变化率，这是因为总VOC浓度在第一和第二裂化之间的一段时间内变得或多或少是恒定的。

备选地或另外地，当由于总VOC浓度再次增加而通常经历VOC总浓度的正变化率时，超过预定阈值的变化率可以进一步指示所述咖啡豆的第二裂化阶段的开始。如果需要咖啡豆的深度烘焙，那么这例如可以用作参考点。

控制器通常适于在所述变化率超过预定阈值之后以预定方式控制烘焙过程。这种预定方式可以包括将预定的烘焙控制轮廓施加到加热元件，例如基于上述简单数学模型，以预定方式控制烘焙过程的剩余部分。例如，这可以包括使烘焙元件使能预定时间段。

咖啡烘焙装置还可以包括定时器，其中控制器响应于所述定时器，以使烘焙元件使能预定时间段。定时器可以与控制器分开，或者可以形成控制器的一部分。

咖啡烘焙装置还可以包括用于定义咖啡豆烘焙度的用户界面，所述控制器响应于用户界面。这允许咖啡烘焙装置的使用者精确地定义咖啡豆期望烘焙度。

在一个实施例中，隔室包括入口;并且所述烘焙元件包括耦合到所述入口的热空气源;所述咖啡烘焙装置还包括安装在所述隔室中的搅拌元件，用于在烘焙过程中搅拌咖啡豆。当与本发明的VOC浓度速率变化检测原理结合时，已经发现这种热空气烘焙方法特别有效。

根据另一方面，提供了一种包括根据上述一个或多个实施例的咖啡烘焙装置的咖啡冲泡装置。这样的咖啡冲泡装置受益于咖啡烘焙装置改进的一致性，从而提供可以以改善的味道一致性冲泡咖啡的咖啡冲泡装置。

根据另一方面，提供了一种在咖啡烘焙装置的隔室中烘焙咖啡豆的方法，所述方法包括加热咖啡豆以烘焙咖啡豆;监测所述隔室中挥发性有机化合物总浓度的变化率;以及根据所监测的变化率来控制所述加热。这样的烘焙方法能够以特别一致的方式制作烘焙咖啡豆，从而提供了对咖啡豆的烘焙水平的良好控制。

在一个实施例中，所述监测包括检测超出预定阈值的所述变化率;并且所述控制包括在检测到超过预定阈值的所述变化率之后，在预定时间段期间控制所述加热。

预定阈值可以指示所述咖啡豆的第一裂化阶段的开始; 和/或所述咖啡豆的第一裂化阶段的结束; 和/或所述咖啡豆的第二裂化阶段的开始。

附图说明

参考附图，通过非限制性实施例更详细地描述本发明的实施方案，其中：

图1示意性地示出了根据实施例的咖啡烘焙装置;

图2示意性地示出了图1的咖啡烘焙装置的工作原理 ; 和

图3示意性地示出了根据实施例的咖啡烘焙方法的流程图。

具体实施方式

应当理解的是，附图仅仅是示意性的，并没有按比例绘制。还应当理解的是，在整个附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

在本发明的上下文中，VOC是在室温（298K或25℃）下具有确定的最小蒸气压的有机化合物，例如沸点小于或等于250℃的有机化合物，例如沸点在50-250℃范围内。 VOC总浓度可以是由VOC传感器检测到的咖啡豆10释放的所有VOC总浓度，或者备选地可以由VOC传感器检测的由咖啡豆10释放的VOC选择的总浓度，例如一种只能检测所述选择的VOC传感器。

图1示意性地示出了根据实施例的咖啡烘焙装置100。咖啡烘焙装置100通常包括用于在其中存储咖啡豆10的隔室110。隔室110还可以包括包含搅拌构件的搅拌装置，例如安装在搅拌棒114上或以其他方式固定到搅拌棒114的搅拌叶片116，以在咖啡豆的烘焙过程中搅拌咖啡豆10。这种搅拌装置有助于确保咖啡豆10在隔室110中的均匀烘焙。搅拌装置可以以任何合适的方式进行控制，例如通过控制器130，这将在下面进一步详细说明。

咖啡烘焙装置100通常还包括用于在烘焙过程中加热咖啡豆10的加热装置。在一个实施例中，加热装置可以由控制器130控制。加热装置确保咖啡豆10被加热到适当的温度，在该温度下发生咖啡豆10的烘焙，即期望化学反应如美拉德反应和高温分解反应发生的适当的温度。在图1中，加热装置由仅通过非限制性示例经由导管142连接到隔室110的入口112的热空气发生器140来实现。在该实施例中，入口112通常布置成使得热空气在烘焙过程中被引导通过咖啡豆10，例如，当使用搅拌装置搅拌咖啡豆10时。入口112可以包括细格栅等，以防止咖啡豆10进入导管142。

然而，应当理解的是，可以使用用于加热咖啡豆10的任何合适的加热装置，例如连接到或集成到隔室110的一个或多个壁中的一个或多个加热元件，在这种情况下，入口112可以被省略。由于这种加热装置本身是公知的，所以为了简洁起见，将不再详细解释它们。

控制器130适于至少部分地控制加热装置，以响应于在烘焙过程期间咖啡豆10驻留在隔室110中的速率变化来释放VOC，例如隔室110中的VOC总浓度变化率。

在一个实施例中，为了促进这种控制机构，咖啡烘焙装置100可以包括用于检测隔室110中的VOC这种总浓度的VOC传感器120。VOC传感器本身是公知的，因此为了简洁起见，不再详细地加以解释。可以使用任何合适的VOC传感器作为VOC传感器120。

控制器130可以适于响应于VOC传感器120在隔室110中检测到的总VOC水平来控制加热装置140。特别地，控制器可以适于响应于由咖啡豆10释放的VOC浓度变化率的增加（表明第一裂化阶段的发生）。这将在图2的帮助下更详细地解释，其示意性地描绘了在咖啡豆10的烘焙过程期间典型VOC释放曲线。VOC释放曲线表示作为烘焙时间t函数的隔室110中VOC总浓度C。曲线可以分为四个不同的区域。第一区域I通常与咖啡豆10的干燥阶段相关联，在此期间，隔室110中的VOC浓度通常接近于零，并且直到咖啡豆进入区域II所识别的第一裂化阶段之前，VOC浓度就算有增加，可能也仅略微增加，在区域II中隔室110中的VOC浓度快速增加，如VOC释放曲线的段II所示，即总VOC浓度的变化率增加。在VOC释放曲线中的点12所示的第一裂化阶段完成后，隔室110中的总VOC浓度的增加速率显着降低，并且在VOC释放曲线的段III所示的第三区域期间可能达到零或甚至略微负的值。总VOC浓度的这种稳定状态通常被维持，直到咖啡豆10进入VOC释放曲线中由点14识别的第二裂化阶段，VOC释放曲线的区域IV所识别的第二裂化阶段通常以在隔室110中总VOC浓度的显着增加为表征。

在VOC释放曲线中出现一个或多个这些参考点以便提高一致性和/或烘焙过程的质量时，这种可预测的性能可用于以预定方式控制咖啡烘焙过程。

在示例性实施例中，控制器130适于通过从由VOC传感器120提供的传感器读数监测总VOC浓度的变化来识别第一裂化阶段的开始，以便识别第一裂化阶段的开始。例如，控制器130可将总VOC浓度的变化率与定义的阈值进行比较，并且当总VOC浓度的变化率超过该定义的阈值时，控制器130可以以预定的方式进一步控制烘焙过程，例如通过以预定的方式控制加热装置140。这可以例如包括在咖啡豆10的第一裂化过程中控制加热温度;在第一裂化过程中，咖啡豆10经受放热反应，导致咖啡豆10的内部温度迅速升高，使得由加热装置140产生的热量可以在第一裂化阶段期间减少或以其他方式控制，以避免在该阶段期间咖啡豆10的过热，即过度烘焙。

在示例性实施例中，控制器130适于从VOC传感器120提供的传感器读数中通过监测总VOC浓度变化来识别通过参考点12识别的第一裂化阶段的结束，以便识别第一裂化阶段的结束。例如，控制器130可以将总VOC浓度的变化率与所定义的另一阈值进行比较，这里另一阈值为负阈值，因为第一裂化的结束由减缓VOC释放的咖啡豆10指示，并且当总VOC浓度的变化率超过这个所定义的另一阈值时，即变化率降低到该所定义的另一阈值以下时，控制器130可以以预定方式控制进一步的烘焙过程，例如通过在预定量时间期间控制加热装置140来完成烘焙过程。预定量时间可以取决于咖啡烘焙装置100的使用者所指定的期望烘焙度;如本领域技术人员将容易理解的，不同的烘焙度可能与从第一裂化阶段结束到完成烘焙过程所需的不同的时间量相关联。控制器130可以适于以如前所述的预定方式控制第一裂化过程，并且随后如上所述在第一裂化过程完成之后以预定方式控制烘焙过程的剩余部分。

在示例性实施例中，控制器130适于通过从由VOC传感器120提供的传感器读数监测总VOC浓度的变化来识别第二裂化阶段的开始，以便识别第二裂化阶段的开始。例如，控制器130可将总VOC浓度的变化率与定义的阈值进行比较，并且当总VOC浓度的变化率超过该定义的阈值时，控制器130可以以预定的方式控制进一步的烘焙过程，例如通过以预定的方式控制加热装置140。如前所述，控制器130可以通过首先识别第一裂化阶段的开始和第一裂化阶段的结束来检测第二裂化阶段的开始，使得随后速率的增加（隔室110中VOC总浓度增加）可以分配给第二裂化阶段的开始，如图2中的点14所示。例如，控制器130可以适于在预定时间段内继续烘焙过程和/或以预定方式控制咖啡豆10在第二裂化阶段期间的加热，如先前关于第一裂化阶段解释的。咖啡烘焙装置100的控制器130可以被配置为在需要咖啡豆10深度烘焙的情况下，根据第二裂化阶段的检测，以预定方式控制烘焙过程，这是因为第二裂化阶段通常是与这种深度烘焙有关。应当注意，第二裂化阶段的结束通常与来自咖啡豆10的VOC释放速率降低相关联，使得控制器130还可以适于通过检测这个降低来检测第二裂化阶段的结束，例如通过将降低速率与预定阈值进行比较，并且还可以进一步适于以预定方式完成烘焙过程，例如，在检测第二烘焙阶段结束之后持续预定量时间。

在一个实施例中，控制器130可适于在VOC释放曲线中选择合适的参考点，以便以预定的方式基于咖啡豆10的用户指定的期望烘焙度根据这些参考点控制烘焙过程。例如，在用户已经指示期望烘焙度是浅度烘焙的情况下，控制器130可适于在检测到第一裂化阶段完成时以预定方式控制烘焙过程的剩余部分，如前所解释的。备选地，如果使用者已经指示期望烘焙度是深度烘焙，则控制器130可以适于在检测到第二裂化阶段的开始和/或完成时以预定方式控制烘焙过程的其余部分，如前所解释的。

在一个实施例中，控制器130可以适于在由第一裂化过程完成之后的设置时间段内接合加热装置140，如上述由咖啡豆10释放的VOC中的总浓度变化率所检测的。设置时间段可以对应于咖啡豆10的用户定义的烘焙度，其中较长的时间段通常对应于咖啡豆10的较深度烘焙。为此，控制器130可以包括或可以访问诸如ROM或闪存的非易失性数据存储元件、查找表等（未示出），其中将时间段定义为烘焙度的函数。控制器130还可以包括用于根据设置时间段来控制加热装置的定时器135。备选地，定时器135可以与控制器130分离。由于众所周知的是使用时间作为控制参数来控制咖啡烘焙装置100的加热装置，所以仅仅为了简洁起见不再更详细地说明。仅仅需要注意的是，上述实施例的时间控制方面可以以任何合适的方式来实现。

控制器130可以响应于用户界面150，用户界面150例如可以方便用户以任何合适的方式指定咖啡豆10的期望烘焙度，例如使用刻度盘、一系列按钮、可编程显示器，该可编程显示器可以是触摸屏显示器等。为此可以使用任何合适类型的用户界面150。

应当理解的是，这些实施例是可能布置的非限制性示例，并且许多其他布置也是同样适合的;例如，即使如图1所示的咖啡烘焙装置100的实施例已经使用分立控制器130进行了解释，但至少一些分立组件形成单一布置的一部分也是同样可行的。例如，控制器130可以形成VOC传感器120的一部分等等。

在一个示例性实施例中，咖啡烘焙装置100还可以适于通过确定咖啡豆10的颜色来控制烘焙过程，例如在通过上述由咖啡豆10释放的VOC总浓度变化率的变化来确定咖啡豆10的第一裂化阶段的完成之后。为此，另一传感器（未示出）可以存在于隔室110，该另一传感器被布置成确定隔室110中的咖啡豆10的颜色。该另一传感器以通信方式耦合到控制器130，使得控制器130可以响应于该另一传感器以进一步控制咖啡烘焙装置100的加热装置。由于咖啡豆颜色确定过程本身是众所周知的，所以仅仅为了简洁起见，将不再详细解释这一点。仅仅需要注意的是，可以使用任何合适的咖啡豆颜色确定感测装置。

咖啡烘焙装置100可以集成在咖啡冲泡装置中，该咖啡冲泡装置还包括咖啡豆研磨机和咖啡冲泡台架。例如，咖啡冲泡装置可以布置成自动地将一部分烘焙过的咖啡豆转移到用于研磨的咖啡豆研磨机中，之后将研磨的咖啡自动运送到咖啡冲泡台架以冲泡新鲜的咖啡。因为这样的咖啡冲泡装置本身是公知的，所以仅仅为了简洁起见，这里不作更详细地说明。应当理解的是，这种咖啡冲泡装置的具体实施例对于本发明不是关键的，并且可以设想这种咖啡冲泡装置的任何合适的布置。

根据本发明的咖啡冲泡方法800的示例性实施例将会借助于图3进一步详细解释，图3描绘了该示例性实施例的流程图。该方法开始于步骤310，例如接通咖啡烘焙装置100和/或用待烘焙的咖啡豆10填充隔室110。然后，该方法进行到步骤320，其中用户例如使用用户界面150定义咖啡豆10的期望烘焙水平。

在步骤330中，通过使能加热装置140，结合了咖啡豆10的烘焙过程，在烘焙过程中，由咖啡豆10释放的VOC的总浓度在步骤340中由控制器130进行解释并且由VOC传感器120监测，以便在烘焙过程中检测参考点，例如第一裂化阶段的开始或结束、第二裂化阶段的开始或结束等等。应当理解的是，虽然步骤340被示出为步骤330的后面步骤，但步骤340通常与步骤330并行执行。

然后该方法进行到步骤350，其中控制器130检查由咖啡豆10释放的VOC总浓度的变化率是否超过预定阈值，如前面所解释的。如果不是这种情况，则该方法返回到步骤340并且继续监测。然而，如果控制器确定该变化率已经超过预定阈值，则该方法进行到步骤360，其中以预定的方式继续烘焙过程，例如通过在第一裂化期间控制咖啡豆10的热量输入和/或通过在预定量时间内完成烘焙过程，在此期间，可以根据需要改变输入咖啡豆10的热量（以预定的方式），可以基于用户指定的咖啡豆10的期望烘焙度选择预定量时间，如前面所解释的。一旦咖啡豆10以这种方式被烘焙，则该方法在步骤370终止。

应当注意的是，上述实施例是举例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书范围的情况下将能够设计出许多替代实施例。在权利要求书中，放置在括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。单词“包括”不排除除了权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的几个装置可以由同一个硬件项实现。在相互不同的从属权利要求中记载的某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。

Claims (15)

1.一种咖啡烘焙装置（100），包括：

用于容纳咖啡豆（10）的隔室（110）;

用于烘焙所述隔室中的咖啡豆的烘焙元件（140）;和

用于控制所述烘焙元件的控制器（130），其中所述控制器适于根据驻留在所述隔室中的挥发性有机化合物总浓度的变化率来控制所述烘焙元件。

2.根据权利要求1所述的咖啡烘焙装置（100），还包括用于确定所述总浓度的传感器（120），其中所述控制器（130）适于响应于所述传感器控制所述烘焙元件。

3.根据权利要求1所述的咖啡烘焙装置（100），其中所述控制器（130）响应于超出预定阈值的所述变化率。

4.根据权利要求3所述的咖啡烘焙装置（100），其中超过预定阈值的所述变化率指示所述咖啡豆的第一裂化阶段的开始。

5.根据权利要求4所述的咖啡烘焙装置（100），其中超过预定阈值的所述变化率进一步指示所述咖啡豆的第一裂化阶段的结束。

6.根据权利要求4所述的咖啡烘焙装置（100），其中超过预定阈值的所述变化率进一步指示所述咖啡豆的第二裂化阶段的开始。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的咖啡烘焙装置（100），其中所述控制器（130）适于在所述变化率超过所述预定阈值之后以预定方式控制所述烘焙过程。

8.根据权利要求7所述的咖啡烘焙装置（100），其中所述控制器（130）适于通过使所述烘焙元件使能预定时间段以预定方式来控制所述烘焙元件（140）。

9.根据权利要求8所述的咖啡烘焙装置（100），还包括定时器（135），其中所述控制器（130）响应于所述定时器使所述烘焙元件使能所述预定时间段。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的咖啡烘焙装置（100），还包括用于定义所述咖啡豆烘焙度的用户界面（150），所述控制器（130）响应于所述用户界面。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的咖啡烘焙装置（100），其中：

所述隔室（110）包括入口（112）;和

所述烘焙元件（140）包括耦合到所述入口的热空气源;

所述咖啡烘焙装置还包括安装在所述隔室中的用于在烘焙过程中搅拌咖啡豆（10）的搅拌元件（114,116）。

12.一种咖啡冲泡装置，包括如权利要求1-11中任一项所述的咖啡烘焙装置（100）。

13.一种在咖啡烘焙装置的隔室中烘焙咖啡豆的方法（500），所述方法包括：

加热（530）咖啡豆以烘焙咖啡豆;

监测（540）所述隔室中挥发性有机化合物总浓度的变化率;和

根据所述监测的变化率控制（560）所述加热。

14.根据权利要求13所述的方法（500），其中：

所述监测包括检测超过预定阈值的所述变化率;和

所述控制包括在检测到超出预定阈值的所述变化率之后，在预定时间段期间控制所述加热。

15.根据权利要求13或14所述的方法（500），其中所述预定阈值指示：

- 所述咖啡豆的第一裂化阶段的开始;

- 所述咖啡豆的第一裂化阶段的结束;或

- 所述咖啡豆的第二裂化阶段的开始。

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