JP6663003B2 - 焙煎方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、食品（食品製品）、特には、コーヒー、を焙煎する方法および装置に関する。

特許文献１には、コーヒー豆が熱分解を受ける焙煎プロセス中に当該コーヒー豆に起きるハゼ（popping）つまりクラックの現象に基づいてコーヒーを焙煎する方法が開示されている。具体的に述べると、特許文献１では、コーヒーの焙煎に伴う音が、(i)コーヒーのバッチの加熱の開始時から、熱分解過程の開始時に発生する第１のクラック音までの間に発生する背景音、(ii)第１のクラックと第２のクラックとの間における低音量レベルの中間期、および(iii)熱分解がピークであるときの高音量レベルの第２のクラック音の三段階に分けられることが報告されている。特許文献１では、さらに、第１のクラック音と第２のクラック音とが上記中間期の音よりも大きいことが報告されている。特許文献１では、さらに、ヒトの耳の可聴周波数であって、約９７１から約９，１７２Ｈｚの間で可変である可聴周波数の帯域において周波数が高くなるほど、上記中間期の音レベルと第１および第２のクラックの音レベルとの違いが大きくなることが報告されている。

特許文献１には、これらの報告に基づき、コーヒーを焙煎する方法であって：焙煎対象であるコーヒー豆のバッチを焙煎室に入れるステップと；上記バッチを熱風流に曝して上記コーヒー豆を熱分解させるステップと；熱分解の開始を示す音の最初の発生を特定するために上記コーヒー豆により発せられるクラック音を分析して、上記バッチの熱分解が始まる時点を設定するステップと；熱分解の開始が設定されると、タイマを所定期間作動させるステップと；上記所定期間の終わりに、焙煎プロセスを終了させる出力信号を生成して且つ焙煎されたコーヒーを上記焙煎室から取り出すステップと；を備える方法が記載されている。

米国特許第６２６０４７９号明細書

本発明の技術的課題は、例えばコーヒーのような食品の焙煎プロセスを向上させることが可能な方法および装置を提供することである。具体的に述べると、本発明の目的は、優れた品質の焙煎物が確実に得られるように焙煎プロセスを工業レベルで極めて正確且つ信頼度高くすることである。

本出願人は、前述した技術的課題が、請求項１に記載の焙煎方法および請求項１４に記載の装置により解決可能であることを見出した。

具体的に述べると、本発明の第１の構成は、食品を焙煎する方法であって、
−所定の食品種類のバッチを焙煎機器に入れるステップと、
−前記食品の加熱であって、前記食品を焙煎するように適合化された加熱を開始するために、前記焙煎機器の動作パラメータを、前記所定の食品種類用の初期基準値に従って設定するステップと、
−前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を、
＊前記食品により発せられる音であって、ヒトの耳の可聴周波数域と超音波周波数域の両方を含む周波数範囲で検出される音と相関関係のある音量の数値を瞬間ごとに取得する副ステップ、
＊各瞬間に取得された前記音量の数値を、前記所定の食品種類についての前記音量対時間の焙煎曲線において前記音量が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、および
＊前記比較の結果に応じて前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する副ステップ、
により実行するステップと、
を備える、方法に関する。

本発明の第２の構成は、食品を焙煎する装置であって、
−焙煎対象である所定の食品種類のバッチを受け入れるように構成された焙煎機器であって、ヒトの耳の可聴周波数域および超音波周波数域を含む周波数範囲で動作する音センサを含む、焙煎機器と、
−前記焙煎機器の動作パラメータに作用することにより前記焙煎機器の動作を調節する制御装置と、
−複数の食品種類のそれぞれについて、音量対時間の対応する焙煎曲線および前記動作パラメータの対応する初期基準値を記憶するように構成されたデータベースと、
を備え、前記制御装置が、
−前記食品の加熱であって、前記食品を焙煎するように適合化された加熱を開始するために、前記動作パラメータを、前記データベース内において前記所定の食品種類についての対応する初期基準値に従って初期設定し、
−前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を、
＊前記食品により発せられる音であって、前記音センサにより検出される音の音量の数値を瞬間ごとに取得することにより、かつ、
＊各瞬間に取得された前記音量の数値を、前記データベース内において前記所定の食品種類についての前記音量対時間の対応する焙煎曲線において前記音量が当該瞬間に取る数値と比較することにより、かつ、
＊前記比較の結果に応じて前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節することにより、
実行するように構成されている、装置に関する。

従属請求項は、本発明の好適な特徴についてのものである。

前述した本発明の構成のうちの少なくとも１つにおいて、後で説明する下記の好適な特徴のうちの少なくとも１つを備えてもよい。

好ましくは、前記食品の前記加熱は、前記食品を熱風流に曝すことによって行われる。

好ましくは、前記焙煎機器の前記動作パラメータは、熱風温度および熱風流速のうちの少なくとも１つを含む。

好ましくは、前記焙煎機器は、内部に前記食品が入れられる反応器を備え、前記動作パラメータが、熱風温度、熱風流速、および前記反応器の少なくとも１つの回転部材の回転速度のうちの少なくとも１つを含む。前記回転部材は、回転ドラム、または前記反応器の外側ステータ内部の撹拌翼であってもよい。

好ましくは、前記音量は、前記食品により発せられる前記音の大きさ（振幅）を表す。例えば、前記音量は、前記食品により発せられる前記音の音圧または強度を表す。

好適な一実施形態では、前記食品により発せられる前記音の周波数を瞬間ごとに取得して、経時的に取得された周波数に基づいて前記食品種類を特定するステップが設けられる。

好ましくは、前記音量の数値の前記比較が、特定された前記食品種類についての実際の前記音量対時間の焙煎曲線に基づいて行われていることを確認する（検証する）ステップが設けられる。

好ましい一実施形態では、前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
＊前記加熱中に前記食品が達する温度を表す温度の数値を瞬間ごとに取得する副ステップ、および
＊各瞬間に取得された前記温度の数値を、前記所定の食品種類についての温度対時間の焙煎曲線において前記温度が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記温度の数値の前記比較の結果にも応じて行われる。

好ましい一実施形態では、前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
＊瞬間ごとに、当該瞬間までに前記食品により放出された音エネルギーの数値を求める副ステップ、および
＊各瞬間に取得された前記音エネルギーの数値を、前記所定の食品種類についての音エネルギー対時間の焙煎曲線において前記音エネルギーが当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記音エネルギーの数値の前記比較の結果にも基づいて行われる。

好ましい一実施形態では、前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
＊瞬間ごとに、当該瞬間までに前記食品に伝達された伝達熱を表す数値を求める副ステップ、および
＊各瞬間に求められた前記伝達熱を表す数値を、前記所定の食品種類についての伝達熱対時間の焙煎曲線において前記伝達熱が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記伝達熱の数値の前記比較の結果にも基づいて行われる。

好ましくは、前記食品は、コーヒー豆、大麦粒またはナッツ類で構成される。

一実施形態では、少なくとも２種類の食品の混合物のバッチが、前記焙煎機器に入れられる。この場合、好ましくは、前記焙煎機器の前記動作パラメータは、当該混合物についての基準値に従って設定される。また、好ましくは、前述した比較処理は、当該混合物についての焙煎曲線に基づいて行われる。

好ましくは、前記食品が焙煎されると、瞬間ごとに取得されたか又は求められた、前記音量および／または前記温度および／または前記音エネルギーおよび／または前記伝達熱の数値をデータベースに記憶し、かつ、当該数値を前記所定の食品種類（又は混合物）に音量および／または温度および／または音エネルギーおよび／または伝達熱の焙煎曲線として関連付ける。

好ましくは、前記食品が焙煎されると、瞬間ごとに行われた前記焙煎機器の前記動作パラメータの調節をデータベースに記憶し、かつ、当該調節を前記所定の食品種類（又は食品の混合物）に前記動作パラメータの所定の基準値として関連付ける。

前記焙煎機器は、ヒトの耳の可聴周波数域および超音波周波数域を含む周波数範囲で動作する少なくとも１つの第２の音センサを含んでもよい。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しながら行う、本発明の幾つかの好適な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。個々の形態における構成同士を、既述の説明に従って適宜互いに組み合わせることにより、当該組合せによる利点を享受することも可能である。

本発明の一実施形態に係る焙煎装置を概略的に示す図である。 ３つの曲線の例を示す図であって、２つの音圧対時間の曲線と、１つの音エネルギー対時間の曲線とを示す図である。 ３つの曲線の例を示す図であって、２つの温度対時間の曲線と、１つのバーナ火力対時間の曲線とを示す図である。

図１に、焙煎に適した食品（例えば、コーヒー、大麦、ナッツ類などの食品）を焙煎する装置１００を示す。以下では特にコーヒーの焙煎について言及するが、本発明の教示内容は他の食品にも当てはまる。

装置１００は、焙煎機器１０および制御装置２０を備える。

焙煎機器１０は、反応器１２および熱風流発生器１４を含む。熱風流発生器１４は、バーナ１３、ファン１５およびサイクロン１８を有する。サイクロン１８は、反応器１２に入る風をろ過するように構成されている。反応器１２は、焙煎対象であるコーヒー豆のバッチを収容するように構成されている。図１に示す実施形態では、反応器１２が回転ドラムを有する。好ましくは、回転ドラム１２に、焙煎中にコーヒー豆の撹拌を促すフィン（図示せず）が備え付けられている。代わりに、反応器１２は、静止型であって、すなわち、可動エレメントを有さなくてもよい。この場合、コーヒー豆は熱風流のみで動かされる。あるいは、円筒形状の外側ステータとコーヒー豆を動かすように構成された回転する内側の撹拌翼とが備え付けられてもよい。

熱風流発生器１４により発生した熱風流は、反応器１２内部へと適切な方法で運ばれる。

機器１０は、また、温度センサ１１および少なくとも１つの音センサを含む。図示の実施形態における機器１０は２つの音センサ１６を含み、例えばマイクロホンと加速度計である。２つの音センサ１６は、ヒトの耳の可聴周波数域および超音波周波数域を含む周波数範囲で音を検出するように構成されている。

好ましくは、２つの音センサ１６の上限周波数は、５０ＫＨｚ以下である。好ましくは、２つの音センサ１６が検出する前記周波数範囲は、０Ｈｚ〜５０ＫＨｚである。好ましくは、２つの音センサ１６は、約２０Ｈｚ〜約５０ＫＨｚにおいて線形の周波数応答を示す。また、２つの音センサ１６は、最大７０〜１２０℃の動作温度に耐えることが可能である。

コーヒー豆が反応器１２に投入される（入れられる）と、当該反応器１２内へと運ばれた前記熱風流が当該コーヒー豆に当たることで当該コーヒー豆は、コーヒーを焙煎するように適合化された加熱プロセスにかけられる。この焙煎プロセスは、制御装置２０の制御下で実行される。

前記焙煎プロセスは、焙煎物が例えば香り、色、風味（フレーバ）等に関して所望の特性を確実に満足するように前記機器１０の動作パラメータの連続的な微制御が求められる、極めて繊細で複雑なプロセスである。そのような動作パラメータは、例えば、バーナ１３により加熱される熱風の温度（熱風温度）、前記回転ドラムの回転速度もしくは反応器１２の前記円筒形状の外側ステータの前記撹拌翼の回転速度、およびファン１５により生成される熱風流の速度等である。つまり、前記動作パラメータは、バーナ１３や前記回転ドラム又は前記撹拌翼の駆動モータ（図示せず）やファン１５に介入することによって調節可能である。

例えば、バーナ１３により加熱される風の温度は、反応器１２内で加熱されるコーヒー豆の最終的な温度が２００〜２４０℃となるように３８０〜６５０℃とされてもよい。ファン１５により生成される熱風流の速度は、０．５〜１２メートル／秒とされてもよい。

制御装置２０は、例えば、ＰＬＣ２２（プログラマブルロジックコントローラ）、（例えばＰＣ等の）コンピュータ２４、および（当該ＰＣに記憶可能な）データベース２６を含む。コンピュータ２４は、好ましくは、グラフィカルインターフェース（図示せず）を有し、これにより、ユーザは指令および／またはデータを入力でき、情報を表示する。前記ＰＬＣは、ＰＩＤ（比例−積分−微分）制御系を用いて前記機器１０の動作パラメータを調節するように構成されている。

本出願人は、コーヒー豆の細胞構造が、コーヒーの属（genus）、種（species）及び品種（variety）につながる遺伝的特性の違い、気候的栽培条件につながる農業特性の違い、ならびに収穫後プロセス及び乾燥プロセスの特性の違いに応じて変化することに注目する。このため、異なるコーヒーの種類に属するコーヒー豆は、形状、質量、密度、および化学組成、含水率などの特性が互いに異なり得る。なお、「コーヒーの種類」という表現は、豆の細胞構造を決める一連の特性を意味する。ただし、同じコーヒーの種類に属するコーヒー豆であっても、植物産物であることから例えば同じコーヒー木において日光曝露量が異なる等の理由によって若干の違いが生まれることは明らかである。

したがって、異なるコーヒーの種類又は混合物（ブレンド）に属するコーヒー豆は熱に対して異なる反応を示すことから、焙煎プロセス中にはそれらのコーヒー豆の細胞構造に応じて当該コーヒー豆を最良に焙煎するように各自詳細に研究された、相異なる温度対時間の焙煎曲線に従って焙煎される必要がある。つまり、コーヒー豆は、当該豆が属するコーヒーの種類又は混合物に応じた相異なる温度曲線に従って焙煎する必要がある。

図３に、温度（℃）対時間ｔ（秒）の焙煎曲線の一例として曲線Ｃを示す。曲線Ｃでは、焙煎プロセス（図示のように、ｔ＝０秒で開始し、ｔ＝６６０秒で終了する）中に温度センサ１１によって検出される温度が与えられている。

本出願人は、この際に、温度曲線のみに基づいて行われるコーヒーの焙煎プロセスの制御が、状況によっては不十分となり得ることに注目する。事実、温度センサ１１により検出される温度は、コーヒー豆に当たる熱風の温度とコーヒー豆自体の温度との両方により与えられ、コーヒー豆自体の温度は当該熱風の温度よりも低い。

そのため、（例えばサイクロン１８が詰まった等の理由で）熱風流が減少した場合には、温度センサ１１により検出される温度がコーヒーの実際の温度に近付く（換言すると、コーヒーの実際の温度は、完全に熱風流が存在する場合に測定される温度よりも低くなる）。よって、温度曲線のみに基づいた焙煎プロセスの自動制御では、そのような状況において温度の低下が検出された場合に、温度センサ１１により検出される温度が当該温度曲線で期待される温度となるようにバーナ１３の温度を上げることになる。これは、コーヒー豆の温度が必要以上に上昇して例えば焙煎プロセスの発熱段階等で前記食品が引火し反応器１２が爆発する恐れがあるので極めて危険である。

本出願人は、さらに、温度曲線のみに基づいて行われるコーヒーの焙煎プロセスの制御が明白に正確ではないことに注目する。

事実、温度はコーヒー豆の化学的変化を引き起こすための基本的尺度ではあるものの、当該コーヒー豆の化学的変化の実際の進展を表すものではない。結果として、コーヒー豆の２つのバッチであって、同じコーヒーの種類に属するものとしてラベル付けされているバッチ同士が、（例えば２つの異なる収穫元由来である等の理由から）実際には相異なる細胞構造を有しているにもかかわらず同じ温度曲線に従って焙煎されることになる。これは、２つの極めて異なる焙煎結果（例えば一方のバッチが、乾燥してはいるものの焙煎されていない等の結果）につながる可能性があり、いずれにせよ（例えば香り、風味等に関して）満足のいかない焙煎結果を招き得る。

本出願人は、焙煎プロセス中にコーヒー豆により発せられる音であって、可聴周波数域および超音波周波数域を含む周波数範囲の音を分析することにより、発生する典型的な音が、極めて短時間しか続かない無数のインパルス性現象の結果であり、かつ、「ホワイト」型のスペクトル放射により特徴付けられることを見出した。これにより、プラントノイズの影響を抑え、観測帯域を信号／雑音比が極めて有利となる周波数域に限定して、焙煎プロセスに起因する事象のみを識別することが可能である。具体的に述べると、本出願人は、ヒトの耳で可聴な周波数範囲で検出可能な（特許文献１引用される）第１及び第２のハゼ（つまりクラック）の音以外に、焙煎プロセス全体を通じて検出可能な音の連続的な放出があることを見出した。これは、例えば、音圧Ｐ（パスカル）対時間ｔ（秒）の一例を描いた図２の曲線Ａ’に示されている。なお、曲線Ａ’は、焙煎プロセス（図示のように、温度＝１２０℃且つ時間ｔ＝０秒で開始し、温度＝約２２０℃且つ時間ｔ＝６６０秒で終了する）中にコーヒー豆により発せられる音であって、０Ｈｚ〜５０ＫＨｚの周波数範囲の音を検出することによって（後で詳述する方法により）得られたものである。

図２の曲線Ａ’から見て取れるように、第１のハゼの音（ｔ＝４２０秒）および第２のハゼの音（ｔ＝６６０秒）以外にも、焙煎プロセス全体を通じて検出可能な音の放出がある。したがって、当該音が、焙煎プロセスの連続的な制御のための制御変数として利用されることが可能である。

具体的に述べると、本出願人は、コーヒー豆により経時的に発せられる音が当該コーヒー豆の化学的変化の進展を表すものであるとみなし、そのような音に基づいてコーヒーの焙煎プロセスを瞬間ごとに制御することにより、当該コーヒー豆内で実際に瞬間ごとに起きている化学的変化を考慮に入れてコーヒーを極めて正確に且つ高い信頼度で焙煎することが可能であることを見出した。

これにより、例えば、既述したようにサイクロン１８が詰まった例や温度センサ１１が異常動作した場合に、コーヒー豆が発火しそうであるか否かを簡単に把握することが可能となる。また、これにより、既述したようなコーヒー豆の２つのバッチの例であって、同じコーヒーの種類に属するものとしてラベル付けされているバッチ同士が実際には相異なる細胞構造を有しているような場合には、正しく焙煎されていないコーヒーのバッチに介入して、当該コーヒー豆を基準の焙煎曲線（音量対時間）に従って振動させるように前記機器１０の動作パラメータを迅速に変化させることが可能となる。

つまり、本出願人は、コーヒー豆のそれぞれの種類又は混合物が、温度対時間の焙煎曲線と音量（例えば、パスカルで表現される音圧Ｐ等）対時間の焙煎曲線との両方により特徴付けられることが可能であることに注目した。

この注目点に基づき、本出願人は、焙煎プロセスが、温度センサ１１により測定される温度及び２つの音センサ１６により検出される音の音量を瞬間ごとに取得して、取得した温度及び音量が前記基準の焙煎曲線を再現するように前記機器１０の動作パラメータの連続的な調節を実行することで（焙煎機器１０の動作パラメータを調節することにより）制御可能であることを見出した。

好適な一実施形態では、所定のコーヒーの種類又は混合物のバッチが反応器１２に投入されると、制御装置２０が、当該バッチが属する所定のコーヒーの種類又は混合物が何であるのかを（例えば、ユーザによる適切な入力データの挿入および当該データの読取りによって）取得するように構成されている。制御装置２０は、この後、その取得した前記所定のコーヒーの種類又は混合物について、(i)温度対時間の焙煎曲線であって、温度センサ１１により測定される温度が所定の焙煎時間中に経時的に再現しなければならない理論的な基準値を提供する温度対時間の焙煎曲線（例えば、図３の曲線Ｃ等）、(ii)音圧対時間の焙煎曲線であって、２つの音センサ１６により検出される音の音圧が前記所定の焙煎時間中に経時的に再現しなければならない理論的な基準値を提供する音圧対時間の焙煎曲線（例えば、後で詳述する図２の曲線Ａ等）、ならびに(iii)前記機器１０の動作パラメータの数値の曲線であって、前記温度対時間の焙煎曲線及び前記音圧対時間の焙煎曲線からなる２つの焙煎曲線を再現するのに当該パラメータ（例えば、バーナ１３により加熱される風の温度、前記ドラムの又は反応器１２の前記撹拌翼の回転速度、ファン１５により生成される風流の速度等）が前記所定の焙煎時間中に経時的に取らなければならない理論的な基準値を提供する前記機器１０の動作パラメータの数値の曲線、をデータベース２６から取り出すように構成されている。

前記制御装置は、そのようなデータをデータベース２６から取り出すと、前記機器１０の動作パラメータを当該パラメータが前記所定の焙煎時間の開始時に取らなければならない理論的な基準値に従って設定するように構成されている。前記制御装置は、この後、コーヒー豆の焙煎プロセスを開始するように設定された動作パラメータに従ってバーナ１３、反応器１２およびファン１５を駆動するように構成されている。

制御装置２０は、焙煎プロセスが開始すると、焙煎機器１０の動作を連続的にフィードバック制御するように、具体的には：
＊２つの音センサ１６により検出される音の音圧の数値を瞬間ごとに（例えば、０．１秒ごとに）取得するステップ；
＊各瞬間に取得された前記音圧の数値を、音圧対時間の焙煎曲線において前記音圧が当該瞬間に取る数値と比較するステップ；
＊温度センサ１１により測定される温度を瞬間ごとに取得するステップ；
＊各瞬間に取得された前記温度を、温度対時間の焙煎曲線において前記温度が当該瞬間に取る数値と比較するステップ；および
＊複数の前記比較の結果に応じて焙煎機器１０の動作パラメータを瞬間ごとに調節するステップ；
により焙煎機器１０の動作を連続的にフィードバック制御するように構成されている。

具体的に述べると、既述したように前記調節ステップは、測定された温度の数値と音圧の数値とが各々の理論的な焙煎曲線を確実に再現するように実行される。

前記調節ステップは、前記比較ステップにおいてコーヒー豆の焙煎が成し遂げられたと呈されるまで続けられる。前記制御装置は、この時点で、前記食品を反応器１２から取り出して焙煎プロセスを停止するように構成されている。

好適な一実施形態では、制御装置２０が、さらに、コーヒー豆により発せられる音の音周波数を瞬間ごとに取得するように、且つこれを音周波数対時間の焙煎曲線（図示せず）において前記音周波数が当該瞬間に取る数値と比較するように構成されている。この比較は、そのような曲線がコーヒーのそれぞれの種類のデジタルフィンガープリントに相当し、焙煎中の粒状物が属するコーヒーの種類又は混合物が何であるのかがその曲線により明白に特定できることを考慮すると、焙煎機器１０の動作が設定されているコーヒーの種類又は混合物（当該コーヒーの種類に関連付けられた曲線をデータベース２６から取り出して設定されている）が実際に、焙煎中のコーヒーのバッチが属するコーヒーの種類又は混合物であることを確認するのに有用である。一致しない場合、すなわち、経時的に測定される前記音周波数が音周波数対時間の理論曲線を再現しない場合には、焙煎機器１０の動作が設定されているコーヒーの種類／混合物とは異なるコーヒーの種類又は混合物に前記コーヒーが属していることを意味する。これは例えば、ユーザによる入力データの不正確な挿入や、特定のコーヒーの種類／混合物に属するとラベル付けされているコーヒー豆が（例えば、異なる収穫元由来である等の理由で）異なる細胞構造を有していること等に起因して起こり得る。この場合、好ましくは、制御装置２０は、そのようなコーヒー豆の焙煎中に焙煎機器１０のフィードバック制御を実行するのに最も適切な曲線をデータベース２６から選択するように構成されている。

好ましくは、本明細書および特許請求の範囲において「瞬間ごとに」という表現は、プロセスにおいて断続的に（例えば、０．１秒ごとに）行われる検出の瞬間を指すのに用いられる。

好ましくは、温度センサ１１は、極めて小さい温度変化（例えば、０．０５℃の温度変化）さえも検出するような感度を有するものとされる。また、音センサ１６は、例えばマイクロホンの場合に１５ｍＶ／Ｐａ、又は加速度計の場合に１００ｍＶ／ｇの高い感度を有するものとされる。これにより、焙煎曲線の傾きを実質上の連続性をもって再現することが可能となる。

焙煎機器１０の動作パラメータを瞬間ごとに調節する前述したステップは、適切なアルゴリズムによって実行される。このようなアルゴリズムは、前述した比較の結果に応じて、例えば方向（すなわち、前記パラメータの数値を上げるか下げるか）、量（すなわち、前記パラメータの数値がどれほど変更される必要があるか）、調節優先順位（すなわち、各種パラメータのうちのどれにまず介入すべきなのか）等を設定する。例えば動作パラメータの調節優先順位に関して言えば、所与の瞬間に温度センサ１１により検出される温度がその焙煎曲線における対応する理論値よりも低いと、制御装置２０が、熱風温度にまず介入してから必要に応じてファン１５により生成される風流の速度に介入し且つ最終的に前記回転ドラムの速度又は反応器１２の前記撹拌翼の速度にも介入する構成となるように、前記アルゴリズムが構成されてもよい。また、動作パラメータの調節の方向及び量に関して言えば、検出される温度が理論温度よりも低いと、前記アルゴリズムが、検出される温度と理論温度との判定された差分に応じて前記パラメータの数値を所定の量だけ増加させるように構成されてもよい。

好適な一実施形態では、制御装置２０が、焙煎機器１０の動作のフィードバック制御を、さらに：
＊瞬間ごとに、当該瞬間までにコーヒー豆により放出された音エネルギーを求めるステップ；
＊各瞬間に求められた前記エネルギーを、音エネルギー対時間の焙煎曲線において前記音エネルギーが当該瞬間に取る数値と比較するステップ；
＊瞬間ごとに、当該瞬間までに前記コーヒー豆に伝達された伝達熱を求めるステップ；
＊各瞬間に求められた前記熱を、伝達熱対時間の焙煎曲線において前記伝達熱が当該瞬間に取る数値と比較するステップ；および
＊複数の前記比較の結果にも応じて焙煎機器１０の動作パラメータを瞬間ごとに調節するステップ；
により実行するように構成されている。

この目的のために、制御装置２０は、焙煎機器１０に投入されたバッチのコーヒー豆が属する所定のコーヒーの種類を突き止めると、データベース２６から、(i)累積音エネルギー対時間の対応する焙煎曲線であって、音センサ１６により検出される音の累積音エネルギーが所定の焙煎時間中に経時的に再現しなければならない理論的な基準値を提供する累積音エネルギー対時間の焙煎曲線、および(ii)累積伝達熱対時間の対応する焙煎曲線であって、累積伝達熱が前記所定の焙煎時間中に経時的に再現しなければならない理論的な基準値を提供する累積伝達熱対時間の焙煎曲線を取り出すように構成されている。

瞬間ごとの音エネルギーは、当該瞬間までに突き止められる音圧に基づいて求められ得る。例えば、音エネルギーは、当該瞬間までに突き止められる音圧（当該音圧は、図２の曲線Ａなどの曲線により表現されることが可能である）の積分を算出することにより求められ得る。当該積分は、例えば、漸増する時間間隔（例えば、３秒、３０秒、６０秒…等という風に）で算出され得る。図２には、音エネルギーＥｎ対時間を表す曲線の一例として曲線Ｂが描かれている。

また、瞬間ごとの伝達熱は、バーナ１３の火力に基づいて、あるいは、反応器１２に入る熱風温度と前記熱風流とに基づいて求められてもよい。例えば、伝達熱は、バーナ１３の火力対時間を表す曲線の積分を算出することにより、あるいは、反応器１２に入る熱風温度対時間を表す曲線と前記熱風流についての経時的な情報との積分に基づいて求められてもよい。当該積分は、例えば、漸増する時間間隔（例えば、３秒、３０秒、６０秒…等という風に）で算出され得る。

図３には、前記曲線Ｃに加えて、バーナ１３の火力Ｑ対時間ｔの曲線Ｄと反応器１２に入る熱風の温度Ｔ対時間ｔの曲線Ｅとの、２つの曲線の例が描かれている。

この好適な実施形態であって、焙煎機器１０の動作パラメータの瞬間ごとの調節が伝達熱および音エネルギーにも基づいて行われるこの好適な実施形態では、好ましくは、前述したアルゴリズムが、前記機器１０の各種動作パラメータを温度の比較、音圧の比較、伝達熱の比較及び音エネルギーの比較の総合的な結果に応じて調節するように構成されている。有利なことに、温度及び音圧の分析だけでなく伝達熱及び放出された音エネルギーの分析にも基づいて焙煎機器１０の動作をフィードバック制御することにより、動作パラメータの調節を伝達熱および放出された音エネルギーに従って予測することが可能となる。例えば、コーヒー豆により放出された音エネルギーが期待の理論値を下回る場合には、突き止められる温度が理論値に対して低下したことが検出される前であっても、熱風の温度を上昇させるように迅速に介入することが可能となる。

また、この種の制御により、有利なことに、動作パラメータの調節の量を正確に調整することが可能となる。具体的に述べると、これは、算出された伝達熱及び音エネルギーの数値に対して反比例的に実行される。実際に、例えば、突き止められる温度が理論値よりも低いことが検出された場合に、熱風の温度を、伝達熱および／または放出されたエネルギーが期待の理論値を下回っていれば大きく上昇させ、期待の理論値を上回っていれば小さく上昇させることが可能である。また、コーヒー豆に伝達された熱の分析から、進行中の化学的変化が吸熱段階であるか発熱段階であるかを決定することが可能である。これにより、突き止められる温度が理論値よりも低いことが検出された場合に、熱風の温度を大量に、ただし、前記化学的変化が吸熱段階であればより多く、前記化学的変化が発熱段階であればより少なく上昇させることが可能である。また、調節が熱変数と音変数との両方に基づいて行われることから、反応器１２が蓄えた熱エネルギーにより制約されることのない（すなわち、コーヒーの新たなバッチの焙煎の開始時に反応器１２が多少なりとも高温であるか低温であるかに制約されることのない）制御が可能となる。

好適な一実施形態では、音センサ１６により検出される音の音圧の数値を瞬間ごとに突き止める前述したステップと瞬間ごとに当該瞬間までにコーヒー豆により放出された音エネルギーを突き止める前述したステップとが、２つの音センサ１６からの信号をリアルタイムで取得し且つ下記の処理演算を実行することによって行われる：
−２つの音センサ１６から出力された前記信号を、工学単位（例えば、パスカル等）に変換すること；
−前記信号を、設定可能な帯域周波数（典型的には、７，５００〜４０，０００Ｈｚ）で帯域通過フィルタリングすること；
−信号のうちの設定可能な時間長さ（典型的には、１００ミリ秒）の部分について、Ｐａで表現されたｒｍｓ（二乗平均平方根）を算出すること；
−信号のうちの設定可能な時間長さ（典型的には、１００マイクロ秒）の部分について、ピーク値（Ｐａ）を算出すること；
−瞬間ごとにピーク値とｒｍｓ値との差分を算出し、設定可能な時間長さ（典型的には、１００ミリ秒）の可動窓内の９９パーセンタイル（１００分位数の９９番目）のレベルを抽出すること；
−リアルタイムで実行されたＰａで表現される（図２の曲線Ａ’などの曲線で表されることが可能な）測定結果から、ピークのうち、所定の設定可能な閾値レベルを超える（典型的には、０．５Ｐａ超の）レベル（Ｐａ）であって、検出の回数（典型的には、３回）で表現される設定可能な区間よりも長い時間長さのレベル（Ｐａ）を抽出すること；
−これらのピークを、２つの音センサ１６により検出される音の音圧の（図２の曲線Ａなどの曲線で表されることが可能な）数値であって、後に理論的な基準値と比較される数値を瞬間ごとに取得するように補間すること；および
−瞬間ごとに当該瞬間までにコーヒー豆により放出された音エネルギーの（図２の曲線Ｂなどの曲線で表されることが可能な）数値であって、後に理論的な基準値と比較される数値を取得するように、瞬間ごとに前記ピークのレベル（Ｐａ）を算出し（エネルギー単位で）これまでのレベルに加算する（二乗の合計）こと。

これらの曲線は、焙煎プロセスのパラメータおよび前記食品の特性に応じて、（典型的な２つの音（ノイズ）放出段階間の）成長速度と絶対値との両方に関して異なる形状を取る。また、当該プロセスの速度を表すものとして、前述した曲線Ｂの微分を算出することも可能である。

これまでに述べた説明から、データベース２６は、複数の所定のコーヒーの種類と、当該複数の所定のコーヒーの種類のそれぞれについて、温度対時間の各自の焙煎曲線、音圧対時間の各自の焙煎曲線、音エネルギー対時間の各自の焙煎曲線、伝達熱対時間の各自の焙煎曲線、音周波数対時間の各自の焙煎曲線、および前記機器１０の動作パラメータの数値の各自の曲線であって、当該パラメータ（例えば、バーナ１３により加熱される風の温度、前記回転ドラムの回転速度又は反応器１２の前記撹拌翼の回転速度、ファン１５により生成される風流の速度等）の理論基準値を時間の関数として提供する各自の曲線、とを記憶するように構成されていることが理解される。

本発明の好適な一実施形態では、好ましくは、制御装置２０が、データベース２６を自己学習プロセスに従って自動的に更新するように構成されている。具体的に述べると、好ましくは、制御装置２０は、コーヒーのバッチの各焙煎プロセスが終わると、終わったばかりの当該焙煎プロセスで実際に使用された温度の焙煎曲線、音圧の焙煎曲線、伝達熱の焙煎曲線、放出されたエネルギーの焙煎曲線および前記機器１０の動作パラメータの数値の曲線を記憶するように構成されている。これらの曲線が焙煎されたばかりのバッチのコーヒーの種類に対応させてデータベース２６内に関連付けられることにより、既存の曲線を最新の曲線に置き換えたり当該データベース２６に新たなコーヒーの種類を追加したりすることが可能である。なお、これに関して言えば、新たなコーヒーの種類又は混合物に属する（すなわち、データベース２６に存在しない）コーヒーのバッチが反応器１２に投入されると、そのようなコーヒーの種類／混合物用の温度の焙煎曲線Ｃ、音圧の焙煎曲線Ａ、伝達熱の焙煎曲線Ｂ及び放出されるエネルギーの焙煎曲線Ｄを（例えばユーザにより入力データとして与えられた等の理由から）把握している制御装置２０は、（所定の条件に基づいて選択された）同様のコーヒーの種類／混合物についての前記機器１０の動作パラメータの数値の曲線に基づいて焙煎プロセスを制御し、その後、焙煎プロセス中に実際に使用された曲線を、前述したコーヒーの種類を特徴付けるものとしてデータベース２６に記憶する。

このようにして、本発明に係る方法および装置によれば、焙煎中のコーヒー豆から導き出される熱変数及び音変数（温度、音圧、伝達熱及び音エネルギー）に基づいた焙煎機器１０の動作パラメータの連続的なフィードバック制御によって焙煎が行われる。有利なことに、この制御は、熱変数及び音変数の瞬時値と、設定可能な時間期間で決められる傾向値（tendential value）との両方に基づいて実行される。これにより、有利なことに、コーヒー豆内で進行中の化学的変化の実際の進展に対して焙煎機器１０の動作を連続的に適応させることが可能な手法に従い、コーヒー（又は同様の食品）を極めて正確に且つ高い信頼度で焙煎することが可能となる。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
食品を焙煎する方法であって、
−所定の食品種類のバッチを焙煎機器に入れるステップと、
−前記食品の加熱であって、前記食品を焙煎するように適合化された加熱を開始するために、前記焙煎機器の動作パラメータを、前記所定の食品種類用の初期基準値に従って設定するステップと、
−前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を、
＊前記食品により発せられる音であって、ヒトの耳の可聴周波数域と超音波周波数域の両方を含む周波数範囲で検出される音と相関関係のある音量の数値を瞬間ごとに取得する副ステップ、
＊各瞬間に取得された前記音量の数値を、前記所定の食品種類についての前記音量対時間の焙煎曲線において前記音量が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、および
＊前記比較の結果に応じて前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する副ステップ、
により実行するステップと、
を備える、方法。
〔態様２〕
態様１に記載の方法において、前記食品の前記加熱が、前記食品を熱風流に曝すことによって行われる、方法。
〔態様３〕
態様２に記載の方法において、前記焙煎機器の前記動作パラメータが、熱風温度および熱風流速のうちの少なくとも１つを含む、方法。
〔態様４〕
態様２に記載の方法において、前記焙煎機器は、内部に前記食品が入れられる反応器を備え、前記動作パラメータが、熱風温度、熱風流速、および前記反応器の少なくとも１つの回転部材の回転速度のうちの少なくとも１つを含む、方法。
〔態様５〕
態様１から４のいずれか一態様に記載の方法において、前記音量が、前記食品により発せられる前記音の音圧または強度を表す、方法。
〔態様６〕
態様１から５のいずれか一態様に記載の方法において、さらに、
前記食品により発せられる前記音の周波数を瞬間ごとに取得して、経時的に取得された周波数によって前記食品種類を特定するステップ、
を備える、方法。
〔態様７〕
態様６に記載の方法において、さらに、
前記音量の数値の前記比較が、前記食品種類についての実際の前記音量対時間の焙煎曲線であって、そのように特定された焙煎曲線に基づいて行われていることを確認するステップ、
を備える、方法。
〔態様８〕
態様１から７のいずれか一態様に記載の方法において、前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
＊前記加熱中に前記食品が達する温度を表す温度の数値を瞬間ごとに取得する副ステップ、および
＊各瞬間に取得された前記温度の数値を、前記所定の食品種類についての温度対時間の焙煎曲線において前記温度が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記温度の数値の前記比較の結果にも基づいて行われる、方法。
〔態様９〕
態様１から８のいずれか一態様に記載の方法において、前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
＊瞬間ごとに、当該瞬間までに前記食品により放出される音エネルギーの数値を求める副ステップ、および
＊各瞬間に取得された前記音エネルギーの数値を、前記所定の食品種類についての音エネルギー対時間の焙煎曲線において前記音エネルギーが当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記音エネルギーの数値の前記比較の結果にも基づいて行われる、方法。
〔態様１０〕
態様１から９のいずれか一態様に記載の方法において、前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
＊瞬間ごとに、当該瞬間までに前記食品に伝達された伝達熱を表す数値を求める副ステップ、および
＊各瞬間に求められた前記伝達熱を表す数値を、前記所定の食品種類についての伝達熱対時間の焙煎曲線において前記伝達熱が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記伝達熱の数値の前記比較の結果にも基づいて行われる、方法。
〔態様１１〕
態様１から１０のいずれか一態様に記載の方法において、前記食品が、コーヒー豆、大麦粒またはナッツ類で構成される、方法。
〔態様１２〕
態様１、８、９または１０に記載の方法において、前記食品が焙煎されると、瞬間ごとに取得されたか又は求められた、前記音量、前記温度、前記音エネルギーおよび前記伝達熱の任意の１つまたは複数の数値をデータベースに記憶し、かつ、当該数値を前記所定の食品種類に、音量、温度、音エネルギーおよび伝達熱の任意の１つまたは複数の焙煎曲線として関連付ける、方法。
〔態様１３〕
態様１、８、９または１０に記載の方法において、前記食品が焙煎されると、瞬間ごとに行われた前記焙煎機器の前記動作パラメータの調節をデータベースに記憶し、かつ、当該調節を前記所定の食品種類に前記動作パラメータの所定の基準値として関連付ける、方法。
〔態様１４〕
食品を焙煎する装置であって、
−焙煎対象である所定の食品種類のバッチを受け入れるように構成された焙煎機器であって、ヒトの耳の可聴周波数域および超音波周波数域を含む周波数範囲で動作する音センサを含む、焙煎機器と、
−前記焙煎機器の動作パラメータに作用することにより前記焙煎機器の動作を調節する制御装置と、
−複数の食品種類のそれぞれについて、音量対時間の対応する焙煎曲線および前記動作パラメータの対応する初期基準値を記憶するように構成されたデータベースと、
を備え、前記制御装置が、
−前記食品の加熱であって、前記食品を焙煎するように適合化された加熱を開始するために、前記動作パラメータを、前記データベース内において前記所定の食品種類についての対応する初期基準値に従って初期設定し、
−前記食品の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を、
＊前記食品により発せられる音であって、前記音センサにより検出される音の音量の数値を瞬間ごとに取得することにより、かつ、
＊各瞬間に取得された前記音量の数値を、前記データベース内において前記所定の食品種類についての前記音量対時間の対応する焙煎曲線において前記音量が当該瞬間に取る数値と比較することにより、かつ、
＊前記比較の結果に応じて前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節することにより、
実行するように構成されている、装置。

Claims (13)

1. コーヒー豆を焙煎する方法であって、
   −所定のコーヒー豆種類のバッチを焙煎機器に入れるステップと、
   −前記コーヒー豆の加熱であって、前記コーヒー豆を焙煎するように適合化された加熱を開始するために、前記焙煎機器の動作パラメータを、前記所定のコーヒー豆種類用の初期基準値に従って設定するステップと、
   −前記コーヒー豆の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を、
   ＊前記コーヒー豆により発せられる音であって、ヒトの耳の可聴周波数域と超音波周波数域の両方を含む周波数範囲で検出される音と相関関係のある音量の数値を瞬間ごとに取得する副ステップ、
   ＊各瞬間に取得された前記音量の数値を、前記所定のコーヒー豆種類についての前記音量対時間の焙煎曲線において前記音量が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、および
   ＊前記比較の結果に応じて前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する副ステップ、
   により実行するステップと、
   を備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記コーヒー豆の前記加熱が、前記コーヒー豆を熱風流に曝すことによって行われる、方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記焙煎機器の前記動作パラメータが、熱風温度および熱風流速のうちの少なくとも１つを含む、方法。
4. 請求項２に記載の方法において、前記焙煎機器は、内部に前記コーヒー豆が入れられる反応器を備え、前記動作パラメータが、熱風温度、熱風流速、および前記反応器の少なくとも１つの回転部材の回転速度のうちの少なくとも１つを含む、方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、前記音量が、前記コーヒー豆により発せられる前記音の音圧または強度を表す、方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、さらに、
   前記コーヒー豆により発せられる前記音の周波数を瞬間ごとに取得して、経時的に取得された周波数によって前記コーヒー豆種類を特定するステップ、
   を備える、方法。
7. 請求項６に記載の方法において、さらに、
   前記音量の数値の前記比較が、前記コーヒー豆種類についての実際の前記音量対時間の焙煎曲線であって、そのように特定された焙煎曲線に基づいて行われていることを確認するステップ、
   を備える、方法。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、前記コーヒー豆の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
   ＊前記加熱中に前記コーヒー豆が達する温度を表す温度の数値を瞬間ごとに取得する副ステップ、および
   ＊各瞬間に取得された前記温度の数値を、前記所定のコーヒー豆種類についての温度対時間の焙煎曲線において前記温度が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
   を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記温度の数値の前記比較の結果にも基づいて行われる、方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法において、前記コーヒー豆の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
   ＊瞬間ごとに、当該瞬間までに前記コーヒー豆により放出される音エネルギーの数値を求める副ステップ、および
   ＊各瞬間に取得された前記音エネルギーの数値を、前記所定のコーヒー豆種類についての音エネルギー対時間の焙煎曲線において前記音エネルギーが当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
   を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記音エネルギーの数値の前記比較の結果にも基づいて行われる、方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法において、前記コーヒー豆の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を実行する前記ステップが、さらに、
    ＊瞬間ごとに、当該瞬間までに前記コーヒー豆に伝達された伝達熱を表す数値を求める副ステップ、および
    ＊各瞬間に求められた前記伝達熱を表す数値を、前記所定のコーヒー豆種類についての伝達熱対時間の焙煎曲線において前記伝達熱が当該瞬間に取る数値と比較する副ステップ、
    を含み、前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節する前記副ステップが、前記伝達熱の数値の前記比較の結果にも基づいて行われる、方法。
11. 請求項１、８、９または１０に記載の方法において、前記コーヒー豆が焙煎されると、瞬間ごとに取得されたか又は求められた、前記音量、前記温度、前記音エネルギーおよび前記伝達熱の任意の１つまたは複数の数値をデータベースに記憶し、かつ、当該数値を前記所定のコーヒー豆種類に、音量、温度、音エネルギーおよび伝達熱の任意の１つまたは複数の焙煎曲線として関連付ける、方法。
12. 請求項１、８、９または１０に記載の方法において、前記コーヒー豆が焙煎されると、瞬間ごとに行われた前記焙煎機器の前記動作パラメータの調節をデータベースに記憶し、かつ、当該調節を前記所定のコーヒー豆種類に前記動作パラメータの所定の基準値として関連付ける、方法。
13. コーヒー豆を焙煎する装置であって、
    −焙煎対象である所定のコーヒー豆種類のバッチを受け入れるように構成された焙煎機器であって、ヒトの耳の可聴周波数域および超音波周波数域を含む周波数範囲で動作する音センサを含む、焙煎機器と、
    −前記焙煎機器の動作パラメータに作用することにより前記焙煎機器の動作を調節する制御装置と、
    −複数のコーヒー豆種類のそれぞれについて、音量対時間の対応する焙煎曲線および前記動作パラメータの対応する初期基準値を記憶するように構成されたデータベースと、
    を備え、前記制御装置が、
    −前記コーヒー豆の加熱であって、前記コーヒー豆を焙煎するように適合化された加熱を開始するために、前記動作パラメータを、前記データベース内において前記所定のコーヒー豆種類についての対応する初期基準値に従って初期設定し、
    −前記コーヒー豆の前記加熱中の前記焙煎機器の動作のフィードバック制御を、
    ＊前記コーヒー豆により発せられる音であって、前記音センサにより検出される音の音量の数値を瞬間ごとに取得することにより、かつ、
    ＊各瞬間に取得された前記音量の数値を、前記データベース内において前記所定のコーヒー豆種類についての前記音量対時間の対応する焙煎曲線において前記音量が当該瞬間に取る数値と比較することにより、かつ、
    ＊前記比較の結果に応じて前記焙煎機器の前記動作パラメータを瞬間ごとに調節することにより、
    実行するように構成されている、装置。

Images