RU2653762C1 - Способ управления процессом обжарки кофейных зерен и устройство для использования в процессе обжарки кофейных зерен - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ управления процессом обжарки кофейных зерен, согласно которому во время процесса обжарки выполняют измерения фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен для определения профиля выброса твердых частиц в зависимости от времени. Причем на основании профиля определяют фактическую степень обжарки кофейных зерен, а на основании степени обжарки определяют и задают по меньшей мере одну характеристику процесса обжарки. Данный способ позволяет проводить качественную обжарку кофейных зерен в бытовом устройстве для жарки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится к способу управления процессом обжарки кофейных зерен. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству для использования в процессе обжарки кофейных зерен.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] В настоящее время потребители все чаще хотят использовать при приготовлении кофе свежеобжаренные кофейные зерна. В доступных бытовых устройствах для обжарки характеристики процесса обжарки обычно предварительно заданы, однако такие устройства не позволяют согласовывать эти характеристики с первоначальной степенью обжарки кофейных зерен. В результате может случиться так, что когда потребитель решит использовать частично обжаренные кофейные зерна вместо зеленых кофейных зерен, стандартная продолжительность процесса обжарки окажется слишком большой для получения приемлемых результатов, причем кофе в таком случае может оказаться гораздо более горьким по сравнению с ожиданиями потребителя. При этом в случаях, в которых потребитель имеет возможность задавать характеристики процесса обжарки, например температуру и/или продолжительность, не может быть гарантировано, что потребитель принимает правильные решения.

[003] Кофейные зерна обжаривают путем их обработки потоком воздуха при высокой температуре или воздействием на зерна облучением или теплом. Процесс обжарки имеет различные фазы, такие как дегидратация, первое растрескивание, второе растрескивание и обугливание. В целом, процесс обжарки включает физические и химические изменения, которые в конечном итоге приводят к уникальному аромату и вкусу кофейных зерен. Проверка цвета кофейных зерен и наблюдение за звуком растрескивания являются наиболее популярными способами, согласно которым профессиональные обжарщики отслеживают процесс обжарки и определяют завершения процесса. Однако эти способы требуют наличия опыта в обжарке. Не следует ожидать, что среднестатистический домашний пользователь имеет необходимые знания о процессе обжарки, не говоря уже о наличии у него опыта в обжарке.

[004] Существующие технологии определения степени обжарки и/или задания одной или более характеристик процесса обжарки ориентированы на определение цвета, при этом используют свет с точно заданной длиной волны, рефлектор и датчик. Однако восприятие света имеет недостатки, поскольку имеет значение точность оценки окончательной степени обжарки. Проблемы возникают из-за разницы в цветах внутри кофейных зерен и между ними, поскольку разница цвета для различных степеней обжарки может быть трудноуловимой. Помимо определения света предложено использовать восприятие на слух звука, испускаемого во время фаз растрескивания с определением, таким образом, степени обжарки. Однако такой способ также имеет недостатки, относящиеся к соотношению сигнал-шум, поскольку обжарка сама по себе является очень шумным процессом, а растрескивание при недостаточно высокой температуре обжарки слышно очень плохо.

[005] Из этого следует, что существует потребность в создании интеллектуальных устройств для обжарки, которые выполнены с возможностью помогать потребителю в выборе надлежащих характеристик процесса обжарки, а также с возможностью функционировать в соответствии с персональными пожеланиями потребителя в отношении вкуса кофе.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[006] Задача настоящего изобретения состоит в создании способа управления процессом обжарки кофейных зерен, который является точным и который можно применять в бытовом устройстве для обжарки. Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании устройства для использования в процессе обжарки кофейных зерен, которое является простым в использовании, не требует наличия у пользователя опыта в обжарке, а также обеспечивает пользователю возможность обжарки в соответствии с необходимым вкусом, причем такое устройство может быть выполнено в виде блока, который может быть соединен с бытовым устройством для обжарки или подобным устройством, или в виде цельной части бытового устройства для обжарки или подобного устройства.

[007] Согласно настоящему изобретению, предложен способ управления процессом обжарки кофейных зерен, согласно которому во время процесса обжарки для определения профиля выброса твердых частиц в зависимости от времени выполняют измерения фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен, причем на основании указанного профиля определяют фактическую степень обжарки кофейных зерен, а на основании фактической степени обжарки определяют и задают по меньшей мере одну характеристику процесса обжарки. Кроме того, согласно настоящему изобретению, предложено устройство для обжарки кофейных зерен, содержащее измерительные средства для осуществления измерений фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен во время процесса их обжарки, и управляющие средства, соединенные с измерительными средствами для приема от них результатов измерений, причем управляющие средства выполнены с возможностью нахождения профиля выброса твердых частиц в зависимости от времени на основании результатов измерений, возможностью определения фактической степени обжарки кофейных зерен на основании указанного профиля и возможностью определения и задания по меньшей мере одной характеристики процесса обжарки на основании фактической степени обжарки.

[008] Настоящее изобретение основано на понимании того, что во время процесса обжарки протекают многочисленные тепловые и химические реакции, в том числе дегидрация, декарбоксилирование, фракционирование, изомеризация, полимеризация, реакция Майяра, деградация Штрекера и карамелизация. Эти реакции обычно вызывают изменение химического состава кофейных зерен и выброс субпродуктов в виде твердых частиц, летучих органических соединений и влаги. Было обнаружено, что выброс загрязняющих веществ имеет связь с фазами обжарки кофе, поэтому предлагается использовать эту связь для индикации степени обжарки и определения одной или более характеристик процесса обжарки. Следовательно, говоря коротко, настоящее изобретение относится к определению твердых частиц в ходе процесса обжарки кофейных зерен и использованию значений твердых частиц, обнаруживаемых во время процесса, для определения степени обжарки в реальном времени, что обеспечивает задание по меньшей мере одной характеристики процесса обжарки надлежащим образом. По меньшей мере одна характеристика процесса обжарки может представлять собой, например, изменение температуры во времени и/или продолжительность процесса или по меньшей мере его стадии.

[009] На практике датчик твердых частиц может быть установлен в устройстве для обжарки кофейных зерен или кофемашине, содержащей устройство для обжарки, в частности так называемой кофемашине полного цикла, или может быть встроен в такое устройство. Датчик твердых частиц предпочтительно расположен в месте на выходе по отношению к устройству для обжарки. В целом, работа датчика твердых частиц основана на использовании пучка света, который излучают в измерительную камеру. Свет отражается частицами, присутствующими в измерительной камере, при этом определяется величина рассеянного света. Известные датчики твердых частиц используют, например, для измерения выхлопа двигателей или в устройствах для очистки воздуха. Можно использовать датчик твердых частиц для подсчета частиц конкретного размера. Было обнаружено, что в случае обжарки кофейных зерен может быть целесообразно регистрировать частицы с размером в 0,3 мкм.

[0010] Было обнаружено, что фаза дегидрации и фаза растрескивания процесса обжарки вызывают высокий выброс твердых частиц. Следовательно, эти фазы связаны со значительными пиками в профиле выброса твердых частиц. Кроме того, было обнаружено, что когда зеленые кофейные зерна обжарены, первый пик возникает как результат фазы дегидрации в конкретный период времени после начала процесса обжарки, например в период времени, начинающийся спустя 3 минуты после начала и завершающийся несколько минут позднее. Когда процесс обжарки осуществляют в отношении частично обжаренных кофейных зерен, фаза дегидрации не будет возникать. Следовательно, проверка присутствия или отсутствия пика в конкретный период времени может быть использована с тем, чтобы отличать зеленые кофейные зерна от частично обжаренных кофейных зерен, то есть для автоматического определения первоначальной степени обжарки кофейных зерен без необходимости во вводе пользователем входных данных. В случаях обнаружения пика делают вывод, что используются зеленые кофейные зерна, которые необходимо дольше обжаривать по сравнению с частично обжаренными кофейными зернами.

[0011] Из вышеуказанного следует, что настоящее изобретение может быть использовано для автоматической адаптации продолжительности процесса обжарки к типу обжариваемых кофейных зерен без необходимости, например, в использовании сложных приспособлений для визуального обследования кофейных зерен в начале процесса обжарки. В целом, согласно настоящему изобретению, можно проверить, возникает ли существенный пик выброса твердых частиц в первый заданный период времени после начала процесса обжарки, причем общую продолжительность процесса обжарки задают таким образом, что она имеет большее значение для случая, в котором обнаруживают пик, чем для случая, в котором пик не обнаруживают. Кроме того, поскольку было обнаружено, что пик, связанный с дегидрацией, выше для кофейных зерен, которые обжаривают с меньшей длительностью, то предлагается задавать общую продолжительность процесса обжарки в зависимости от высоты пика, причем общую продолжительность задают таким образом, что она имеет тем большое значение, чем выше пик. Таким образом, общая продолжительность процесса обжарки может быть точно адаптирована к первоначальной степени обжарки кофейных зерен. Согласно одному из практических вариантов реализации устройство согласно настоящему изобретению может содержать память, хранящую сведения, касающиеся первого заданного периода времени и касающиеся соотношения между возможным пиком выброса твердых частиц и выбираемой общей продолжительностью. Например, соотношение между пиком и описанной продолжительностью может быть записано в виде таблицы соответствия.

[0012] Фазы растрескивания наступают ближе к концу процесса обжарки. Известные предпочтения в отношении обжарки тесно связаны с фазами растрескивания. Следовательно, необходимо создать способ, согласно которому можно завершить процесс обжарки точно в необходимый момент времени фаз растрескивания. Например, может быть применимо следующее соотношение между степенью обжарки и фазами растрескивания:

(1) Обжарка цвета корицы или слабая обжарка - Завершить процесс обжарки в начале первого растрескивания;

(2) Американская обжарка или средняя обжарка - Завершить процесс обжарки в течение первого растрескивания;

(3) Городская обжарка (city roast) - Завершить процесс обжарки в конце первого растрескивания;

(4) Полногородская обжарка (full city roast) - Завершить процесс обжарки в начале второго растрескивания;

(5) Венская обжарка - Завершить процесс обжарки во время второго растрескивания;

(6) Французская обжарка - Завершить процесс обжарки в конце второго растрескивания.

[0013] Как было описано, фазы растрескивания вызывают существенный рост выброса твердых частиц, вследствие чего настоящее изобретение может быть использовано для определения фактических фаз растрескивания, так что оно обеспечивает завершение процесса обжарки точно в подходящий момент времени. В частности, согласно настоящему изобретению, для проверки того, возникает ли существенный пик выброса твердых частиц во втором заданном периоде времени после начала процесса обжарки, предпочтительно предпринимают одно из следующих действий:

- завершение процесса обжарки сразу после обнаружения первого пика или заданного количества пиков во втором заданном периоде времени, или

- завершение процесса обжарки в заданный момент времени вслед за моментом времени, в который во втором заданном периоде времени был обнаружен первый пик.

[0014] Кроме того, определение возникновения существенного пика выброса твердых частиц во втором заданном периоде времени после начала процесса обжарки позволяет задать характеристики окончательной фазы процесса обжарки сразу после обнаружения первого пика во втором заданном периоде времени был. Например, заданная продолжительность окончательной фазы и/или заданная температура обжарки (со временем) могут быть заданы сразу после начала растрескивания, причем характеристики могут быть выбраны согласно предпочтению пользователя в отношении конечной степени обжарки. В устройстве согласно настоящему изобретению управляющие средства могут содержать интерфейс для приема от пользователя устройства входных данных, касающихся необходимой степени обжарки кофейных зерен, причем управляющие средства выполнены с возможностью использования входных данных, предоставляемых пользователем, вместе с входными данными, получаемыми из результатов измерения фактического значения выброса твердых частиц, для определения по меньшей мере одной характеристики процесса обжарки.

[0015] Было обнаружено, что изменение окружающей среды при обжарке является достаточно большим, когда достигается значение содержания твердых частиц, и что это изменение может обуславливать высокий уровень фонового шума для процесса определения твердых частиц, испускаемых со временем из кофейных зерен, подлежащих процессу обжарки. Согласно настоящему изобретению, решение данной проблемы заключается в обнаружении твердых частиц с одним и тем же размером в двух местах, а именно, в одном месте для проверки содержания твердых частиц в окружающей среде и еще в одном месте для проверки содержания твердых частиц в месте на выходе по отношению к обжариваемым кофейным зернам, причем значение содержания твердых частиц, определенное в первом месте, вычитают из значения содержания твердых частиц, полученного во втором месте, для получения фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен. В устройстве согласно настоящему изобретению, место на выходе по отношению к кофейным зернам представляет собой место на выходе по отношению к пространству для размещения в нем кофейных зерен, с которыми связано устройство, по меньшей мере во время процесса обжарки.

[0016] Настоящее изобретение может дополнительно относится к кофемашине для обжарки, измельчения, варки и/или раздачи, содержащей устройство для обжарки кофейных зерен. Такая кофемашина обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что вкус кофе может быть адаптирован в соответствии с персональными пожеланиями потребителя. Кофемашина может быть предназначена для персонального использования или профессионального использования, например в ресторане. Устройство для обжарки может представлять собой устройство, охарактеризованное выше для осуществления способа управления процессом обжарки кофейных зерен.

[0017] Вышеописанные и другие аспекты настоящего изобретения станут более понятными при ознакомлении с приведенным далее описанием различных практических способов применения настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] Настоящее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых идентичные или схожие части обозначены одними и теми же ссылочными номерами.

[0019] На фиг. 1 показана диаграмма процедуры определения первоначальной степени обжарки кофейных зерен.

[0020] На фиг. 2 показан первый возможный график выброса твердых частиц со временем для зеленых кофейных зерен.

[0021] На фиг. 3 показан второй возможный график выброса твердых частиц со временем для частично обжаренных кофейных зерен.

[0022] На фиг. 4 показана диаграмма процедуры определения фаз растрескивания в процессе обжарки.

[0023] На фиг. 5 показан возможный график выброса твердых частиц со временем во время фазы первого растрескивания.

[0024] На фиг. 6 показан график выброса твердых частиц со временем, измеренного для кофейных зерен сорта Иргачеффе, представляющих собой в первоначальном состоянии зеленые кофейные зерна.

[0025] На фиг. 7 показан график выброса твердых частиц со временем, измеренного для кофейных зерен сорта Иргачеффе, представляющих собой в первоначальном состоянии частично обжаренные кофейные зерна.

[0026] На фиг. 8 показан график выброса твердых частиц со временем, измеренного для кофейных зерен сорта «Колумбия», представляющих собой в первоначальном состоянии зеленые кофейные зерна.

[0027] На фиг. 9 показан график выброса твердых частиц со временем, измеренного для кофейных зерен сорта «Колумбия», представляющих собой в первоначальном состоянии частично обжаренные кофейные зерна.

[0028] На фиг. 10 показана схема компонентов устройства согласно настоящему изобретению, используемых в сочетании с устройством для обжарки кофейных зерен путем их обработки потоком воздуха при высокой температуре.

[0029] На фиг. 11 показана схема компонентов устройства согласно настоящему изобретению, используемых в сочетании с устройством для обжарки кофейных зерен на основании еще одного принципа нагрева, отличного от использования потока горячего воздуха.

[0030] Следует отметить, что на каждом из графиков, показанных на фиг. 2, 3, 5, 6, 7, 8 и 9, показан профиль выброса твердых частиц со временем из кофейных зерен, подвергаемых процессу обжарки.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0031] На фиг. 1 показана процедура определения первоначальной степени обжарки кофейных зерен, которая может быть осуществлена автоматически в устройстве, содержащем измерительные средства и управляющие средства, то есть без необходимости в каких-либо действиях и/или входных данных со стороны пользователя. На фиг. 2 и 3 показаны графики, иллюстрирующие базовый принцип процедуры, причем график 2 относится к кофейным зернам, которые первоначально имеют зеленый цвет, а график 3 относится к кофейным зернам, которые первоначально частично обжарены, при этом на обоих графиках значения по оси x отражают время обжарки в секундах, а значения по оси y отражают содержание твердых частиц, выраженное в мг/м3. Графики были получены на основании соответственно процессов обжарки зеленых кофейных зёрен и частично обжаренных кофейных зерен, осуществляемых в контексте исследования возможностей реализации настоящего изобретения, а также путем осуществления измерений общего содержания твердых частиц, испускаемых из кофейных зерен во время этих процессов, в режиме реального времени.

[0032] В целом устройство 1 для обжарки кофейных зерен оборудовано по меньшей мере одним датчиком 10 твердых частиц и контроллером 20 для приема от датчика 10 сигналов, отражающих фактические значения содержания твердых частиц, для анализа и интерпретации таких сигналов, а также для использования результатов анализа и интерпретации по меньшей мере одной характеристики процесса обжарки в процессе задания. На фиг. 1 устройство 1 для обжарки кофейных зерен, датчик 10 твердых частиц и контроллер 20 графически показаны в виде прямоугольников. Устройство 1 для обжарки кофейных зерен может представлять собой устройство любого типа, которое выполнено с возможностью осуществления процесса обжарки кофейных зерен и которое может быть встроено в кофеварку (не показана). Поскольку настоящее изобретение посвящено тому, как устройство 1 для обжарки кофейных зерен, датчик 10 твердых частиц и контроллер 20 используют в процессе получения превосходных результатов обжарки в соответствии с желанием пользователя, а не в соответствии с тем как эти устройства в действительности работают, технические сведения об этих устройствах не будут конкретизированы в данном документе, если только такие сведения не относится к указанному процессу.

[0033] Из фиг. 2 следует, что обжарка зеленых кофейных зёрен приводит к большому выбросу твердых частиц приблизительно через 3 минуты после начала процесса обжарки. График, показанный на фиг. 2, был получен путем определения общего содержания твердых частиц. Наибольшее значение общего содержания твердых частиц наблюдают спустя приблизительно 5 минут после начала, причем это значение составляет порядка 10000 мг/м3. Наличие пика 11 выброса твердых частиц указывает на процесс дегидрации, во время которого происходит выпаривание воды, первоначально присутствующей в зеленых кофейных зёрнах, и образование твердых частиц. С другой стороны, как показано на фиг. 3, делают вывод о том, что кофейные зерна были первоначально частично обжарены, когда общее содержание твердых частиц остается постоянным, приблизительно составляет 100-200 мг/м3, в период времени, составляющий от приблизительно 3 минут до приблизительно 6 минут от начала. Аналогично графику, показанному на фиг. 2, график, показанный на фиг. 3, был получен путем определения общего содержания твердых частиц. К обоим графикам применимы идентичные условия процесса обжарки, такие как количество кофейных зерен и температура. Было отмечено, что обычное значение температуры, связанной с дегидрацией кофейных зерен, составляет приблизительно 180°C.

[0034] Высокий контраст в общем содержании твердых частиц, величина которого составляет приблизительно 100, включает высокую чувствительность при выявлении первоначального состояния кофейных зерен. Следовательно, из сравнения графиков следует, что имеется возможность определения типа кофейных зерен, которые используют в фактическом процессе обжарки, что обеспечивает возможность выбора подходящих значений одной или более характеристик процесса обжарки, таких как продолжительность. Например, ко времени обжарки могут быть добавлены 15 минут после обнаружения высокого пика 11 общего содержания твердых частиц в течении приблизительно 5 минут от начала, что даёт подходящее общее время обжарки зеленых кофейных зёрен. Добавление меньшего времени обжарки, например 10 минут, необходимо, когда в первый заданный период времени, составляющий, например, приблизительно 3-6 минут, не обнаружено какого-либо пика 11. Следовательно, путем измерения спектра выброса твердых частиц во время первого заданного периода времени и проверки того, возникает ли пик 11, можно защитить зеленые кофейные зёрна от недостаточной обжарки и защитить частично обжаренные кофейные зерна от чрезмерной обжарки.

[0035] На фиг. 4 показана процедура определения первоначальной степени обжарки кофейных зерен в реальном времени, которая может быть осуществлена автоматически в устройстве, содержащем измерительные средства и управляющие средства, то есть без необходимости в каких-либо действиях и/или входных данных со стороны пользователя. На фиг. 5 показан график для иллюстрации основного принципа процедуры, причем значения по оси x отражают время обжарки в секундах, а значения по оси y отражают содержание твердых частиц, выраженное в мг/м3. Аналогично графикам, показанным на фиг. 2 и 3, график, показанный на фиг. 5, был получен путем определения общего содержания твердых частиц в процессах обжарки кофейных зерен, осуществляемых в контексте исследования возможности реализации настоящего изобретения, а также путем осуществления измерений общего содержания твердых частиц, испускаемых из кофейных зерен во время этих процессов, в режиме реального времени. В приведенном далее описании будет пояснено применение процедуры в фазе растрескивания процесса обжарки.

[0036] В целом устройство 1 для обжарки кофейных зерен оборудовано по меньшей мере одним датчиком 10 твердых частиц и контроллером 20 для приема от датчика 10 сигналов, отражающих фактические значения твердых частиц, для анализа и интерпретации таких сигналов, а также для использования результатов анализа и интерпретации по меньшей мере одной характеристики процесса обжарки в процессе задания. На фиг. 4 устройство 1 для обжарки кофейных зерен, датчик 10 твердых частиц и контроллер 20 схематически показаны в виде прямоугольников. Согласно приведенному выше описанию, устройство 1 для обжарки кофейных зерен может представлять собой устройство любого типа, которое выполнено с возможностью осуществления процесса обжарки кофейных зерен и которое может быть встроено в кофеварку (не показана).

[0037] Первые фазы процесса обжарки, в том числе фаза дегидрации, описанная выше для случая, в котором обжаривают зеленые кофейные зёрна, представляют собой фазы нагрева, вызывающие первое растрескивание, после которого протекают экзотермические реакции. Известно, что из всего процесса наиболее сильные ароматы обычно источаются при первом растрескивании. Фактически фаза между первым растрескиванием и завершением процесса обжарки может быть отмечена как наиболее важная фаза всего процесса за счет скорости и чувствительности протекающих реакций.

[0038] Во время процесса обжарки датчик 10 твердых частиц используют для отслеживания значения выброса из кофейных зерен со временем. На основании этого можно определить начало, процесс продолжения и завершение первого растрескивания. График, показанный на фиг. 5, относится к периоду времени, во время которого происходит первое растрескивание, и на нем четко показано, что острые пики 12 выброса твердых частиц созданы во время этого периода. Было обнаружено, что общее содержание твердых частиц быстро и существенно увеличивается, когда выявляются слышимые звуки растрескивания, и падает до опорной линии 13 после окончания растрескивания. Таким образом, путем регистрации острых пиков 12 выброса твердых частиц, могут быть определены начало, процесс продолжения и завершение первого растрескивания, причем это может быть осуществлено аналогичным образом в отношении второго растрескивания. Точная информация, касающаяся состояния растрескивания, подходит для использования в процессе задания подробного описания окончательной фазы обжарки и/или определения момента окончания обжарки. Было замечено, что для определения степени обжарки и управления операцией обжарки можно использовать таймер, причем настройки таймера могут быть предварительно определены на основании опыта и/или результатов экспериментальной проверки. Например, таймер может быть приведен в действие, как только будет определено начало фазы растрескивания, для обеспечения завершения процесса обжарки после периода времени, составляющего 2 минуты от указанного момента для достижения конкретной степени обжарки, например средней обжарки. Следовательно, в таком случае процесс обжарки сначала контролируют на основании информации о выбросе твердых частиц, а в дальнейшем процессом обжарки управляют посредством таймера, который в процессе обжарки включают в заданный момент времени.

[0039] При регулировке температуры и времени процесса обжарки окончательная степень обжарки может быть связана с пользовательской субъективной оценкой вкуса для нахождения оптимальной настройки характеристик процесса обжарки. Например, пользователь, который предпочитает более горький вкус кофе, может выбрать увеличение продолжительности процесса обжарки для достижения более темной степени обжарки. В таком случае точка завершения процесса обжарки может быть задана в начале второго растрескивания. Фактическое значение температуры обжарки во время фазы растрескивания обычно составляет приблизительно 220°C-230°C. Для получения фазы растрескивания с большей интенсивностью может быть применена более высокая температура обжарки. В результате это приводит к более высокой частоте пиков 12 выброса и более коротким интервалам отслеживания выбросов и выдачи отклика в виде задания характеристики или характеристик процесса обжарки. Новую информацию, касающуюся выброса твердых частиц, записывают итерационно для определения оптимальной настройки процесса обжарки в соответствии со вкусовыми предпочтениями пользователя.

[0040] Вышеописанные сведения о настоящем изобретении подтверждены экспериментами, проведенными в контексте настоящего изобретения. Графики, показанные на фиг. 6-9, относятся к результатам этих экспериментов, как будет пояснено ниже. Как и в случае с другими графиками, значения по оси x на этих графиках отражают время обжарки в секундах, а значения по оси y на этих графиках отражают содержание твердых частиц, выраженное в мг/м3. Кроме того, эти графики были получены путем определения общего содержания твердых частиц.

[0041] В первом эксперименте в бытовом устройстве 1 было обжарено 100 г кофейных зерен сорта Иргачеффе, а во время процесса обжарки датчик 10 твердых частиц отслеживал выброс твердых частиц.

[0042] Весь спектр выброса твердых частиц зеленых кофейных зерен сорта Иргачеффе (L* = 53,8, содержание воды = 10,2%) во время обжарки показан на графике, показанном на фиг. 6. Для полноты картины стоит отметить, что L* является известным параметром цвета, указывающим на светлость кофейных зерен и обычно находящимся в диапазоне 0-100, причем меньшее значение указывает на более темный цвет, а указанный параметр цвета указывает на степень обжарки кофейных зерен. Было выяснено, что спектр выброса твердых частиц начал увеличиваться после 3 минут от времени обжарки, а максимальный пик 11 наблюдался при обжарке в течение 5 минут при экстремально высоком значении (при общем содержании твердых частиц, составляющем приблизительно 10,000 мг/м3). Впоследствии выброс твердых частиц снизился и остался постоянным на очень небольшом уровне, что указывает на завершение фазы дегидрации. На более поздней фазе острые пики 12 выброса твердых частиц возникали одновременно с четкими звуками растрескивания. В отличие от одиночного широкого пика 11 во время фазы дегидрации, серии острых пиков 12 для твердых частиц были обнаружены в фазе первого растрескивания. Каждый отдельный пик 12 был обнаружен в тот же момент времени, что и был услышан звук растрескивания, что указывает на то, что растрескивание в действительности включает выброс измеряемых частиц и летучих органических соединений. В результате наблюдения было выяснено, что было достигнуто значение содержания твердых частиц, уменьшившееся обратно до опорной линии 13 сразу после рассматриваемого растрескивания. Следовательно, точная информация, касающейся степени обжарки кофейных зерен в реальном времени может быть извлечена прямо из проявившихся пиков 12, если рассматривать эти пики 12 в качестве индикаторов фазы обжарки.

[0043] Весь спектр выброса твердых частиц частично обжаренных кофейных зерен сорта Иргачеффе (L* = 46,5, содержание воды = 4,8%) во время обжарки показан на графике, показанном на фиг. 7. Процесс обжарки может быть обозначен как обжарка второй фазы кофейных зерен сорта Иргачеффе в состоянии очень слабой обжарки. Наблюдалось отсутствие пика 11 во время первых минут процесса обжарки, что в основном обусловлено низким содержанием воды в частично обжаренных кофейных зернах. Обжарка была продолжена в фазе растрескивания, а как только была достигнута эта фаза, появились серии острых пиков 12.

[0044] Для исследования универсальности настоящего изобретения был проведен второй эксперимент с кофейными зернами еще одного типа, а именно кофейными зернами сорта «Колумбия». Две партии кофейных зерен сорта «Колумбия», а именно одна партия зеленых кофейных зерен и еще одна партия частично обжаренных кофейных зерен, были обжарены при схожих условиях. Выброс твердых частиц отслеживался и представлялся на графике в виде функции от времени обжарки, в результате чего были получены графики, показанные на фиг. 8 и 9. Зеленые кофейные зерна сорта «Колумбия» показали широкий пик 11 во время первых минут процесса обжарки, а при использовании частично обжаренных кофейных зерен сорта «Колумбия» такой пик 11 не возникал. Что касается фазы растрескивания, то было обнаружено, что оба типа кофейных зерен выработали серии пиков 12 выброса твердых частиц.

[0045] На основании результатов этих экспериментов был сделан вывод о том, что смело можно полагать, что во время процесса обжарки кофейных зерен имеется общий профиль выброса твердых частиц, причем первый относительно большой пик 11 встречается только в случае зеленых кофейных зерен (или только совсем слегка обжаренных кофейных зерен) в течение первого периода времени после начала процесса, причем серии пиков 12 встречается в течение более позднего или второго периода времени после начала процесса. Следовательно, отслеживание твердых частиц подходит для выявления первоначальной и фактической степеней обжарки кофейных зерен в отношении кофейных зерен различных типов.

[0046] Пример первого периода времени представляет собой период времени, составляющий 3-6 минут после начала процесса обжарки. Второй период времени представляет собой более поздний период времени, который может начаться, например, через 6 минут после начала процесса обжарки. В случае, в котором кофейные зерна первоначально имеют зеленый цвет, растрескивания возникают на более поздней фазе, чем для случая, в котором кофейные зерна первоначально частично обжаривают. Следовательно, может быть целесообразно сделать выбор в отношении второго периода времени, причем этот выбор зависит от того, обнаружен ли пик 11 в течение первого периода времени или нет. Например, второй период времени может представлять собой период, составляющий 6-12 минут после начала процесса обжарки в случае отсутствия пика 11 в первом периоде времени, а второй период времени может представлять собой период, составляющий 13-23 минут после начала процесса обжарки в случае наличия пика 11 в первом периоде времени.

[0047] При отслеживании выброса твердых частиц его используют для управления процессом обжарки кофейных зерен, на практике может потребоваться, чтобы датчик 10 твердых частиц был чувствителен к небольшим частицам, выработанным во время обжарки и имеющим конкретный размер, например 0,3 мк. Однако, было выяснено, что качество воздуха в помещении изменяется день ото дня, так что следует полагать, что при обжарке окружающая среда очень сильно изменяется. Например, количество твердых частиц в окружающей среде в один день может составлять приблизительно 3000 штук, а в другой день оно может составлять более 40000 штук. Это изменение может обуславливать сильный фоновый шум для процедуры, основанной на измерении содержания твердых частиц, и может даже делать такую процедуру бесполезной.

[0048] Согласно приведенному выше описанию, в настоящем изобретении предложен способ, согласно которому уменьшают шум, обусловленный качеством воздуха в помещении. Предложенный способ основан на обеспечении наличия управляющего приспособления, в котором твердые частицы с конкретным размером могут быть измерены в двух местах, а именно в месте для измерения содержания твердых частиц в окружающей среде и в месте для измерения содержания твердых частиц, испускаемых кофейными зернами. Могут быть использованы два датчика твердых частиц, причем при осуществлении процесса обжарки посредством потока горячего воздуха, первый датчик может быть размещен в месте, в котором поток воздуха попадает в пространство, в котором во время процесса обжарки присутствуют кофейные зерна, а второй датчик может быть размещен в некотором месте в пространстве, а именно рядом с выходом из пространства. Результаты измерений, осуществляемых обоими датчиками, могут быть использованы для нахождения фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен, при этом результаты измерений, полученные первым датчиком, вычитают из результатов измерений, полученных вторым датчиком. Таким образом, исходя из результатов измерений, полученных двумя датчиками, и результата расчета разницы, представление выброса твердых частиц во время процесса обжарки получают без влияния содержания твердых частиц в окружающей среде. Два параллельных датчика твердых частиц могут быть приведены в действие одновременно, что не меняет тот факт, что содержание твердых частиц в окружающей среде можно измерить только один раз в момент времени перед процессом обжарки.

[0049] Применение двух датчиков 10a, 10b твердых частиц показано на фиг. 10 и 11, причем различные компоненты графически показаны в виде прямоугольников, пространство для размещения в нем кофейных зерен обозначено ссылочным номером 30, а соответствующий нагревательный блок обозначен ссылочным номером 35. На фиг. 10 показан случай, в котором при осуществлении процесса обжарки в кофейные зерна подают горячий поток воздуха. В этом случае первый датчик 10a твердых частиц используют для отслеживания количества частиц окружающей среды с конкретным размером, например 0,3 мкм. Второй датчик 10b твердых частиц используют для отслеживания количества частиц с тем же самым размером, что и в случае с первым датчиком 10a твердых частиц. Входной поток воздуха, показанный двумя непрерывными стрелками, нагревают нагревательным блоком 35. Первый датчик 10a твердых частиц может быть размещен в месте выше по потоку по отношению к нагревательному блоку 35 или на линии входного потока воздуха. В показанном примере выходной поток воздуха, показанный пунктирной стрелкой, отслеживают вторым датчиком 10b твердых частиц, что не изменяет тот факт, что второй датчик 10b твердых частиц также может быть расположен внутри пространства 30. В любом случае результаты измерений, осуществляемых датчиками 10a, 10b обрабатывают посредством отслеживающего модуля 21 для отслеживания твердых частиц в контроллере 20, который выполнен с возможностью вычитания значения, определенного первым датчиком 10a, из значения, полученного вторым датчиком 10b. На основании определенного таким образом фактического значения содержания твердых частиц определяют настройки процесса обжарки способом, описанным в приведенном выше описании, и фактически задают указанные настройки модулем 22 управления обжаркой контроллера 20.

[0050] Еще в одном варианте реализации, графически показанном на фиг. 11, настоящее изобретение относится к устройству для обжарки, работающему на другом принципе нагрева, а не на принципе подачи потока горячего воздуха. Несмотря на отсутствие потока воздуха, частицы окружающей среды создают фоновый шум при измерении содержания твердых частиц вследствие того, что пространство 30, в котором находятся кофейные зерна, обычно не представляет собой герметизированный контейнер. В этой ситуации второй датчик 10b твердых частиц предпочтительно расположен внутри пространства 30 для его размещения в месте обнаружения твердых частиц, испускаемых кофейными зернами.

[0051] Специалисту в данной области техники будет очевидно, что объем настоящего изобретения не ограничен примерами, раскрытыми в приведенном выше описании, однако возможны другие варианты реализации и их модификации, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения, заданного прилагаемой формулой изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретение было показано и подробно описано на чертежах и в описании, такие описание и чертежи следует рассматривать в качестве иллюстрации или примера, а не в качестве ограничения. Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами реализации.

[0052] Изменения в отношении раскрытых вариантов реализации могут быть очевидны специалисту в данной области техники и осуществлены им при реализации заявленного изобретения в результате изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В пунктах формулы термины «содержащий» не исключает другие этапы или элементы, а неопределенный артикль «a» или «an» не исключает множественное число. Тот факт, что конкретные средства измерения определены в несвязанных друг с другом зависимых пунктах не указывает на то, что комбинация этих средств измерения не может быть использована с обеспечением соответствующих преимуществ. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует толковать как ограничение объема настоящего изобретения.

Claims (33)

1. Способ управления процессом обжарки кофейных зерен, согласно которому во время процесса обжарки выполняют измерения фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен для определения профиля выброса твердых частиц в зависимости от времени, причем

на основании профиля определяют фактическую степень обжарки кофейных зерен, а

на основании степени обжарки определяют и задают по меньшей мере одну характеристику процесса обжарки.

2. Способ по п. 1, согласно которому проверяют, возникает ли существенный пик (11) выброса твердых частиц в первый заданный период времени после начала процесса обжарки,

причем общую продолжительность процесса обжарки задают таким образом, что она больше для случая, в котором обнаруживают пик (11), чем для случая, в котором пик (11) не обнаруживают.

3. Способ по п. 2, согласно которому общую продолжительность процесса обжарки задают в зависимости от высоты пика (11),

причем общую продолжительность задают таким образом, что она тем больше, чем выше пик (11).

4. Способ по п. 1, согласно которому проверяют, возникает ли существенный пик (12) выброса твердых частиц во втором заданном периоде времени после начала процесса обжарки, причем предпринимают одно из следующих действий:

- завершение процесса обжарки сразу после обнаружения первого пика (12) или заданного количества пиков (12) во втором заданном периоде времени, или

- завершение процесса обжарки в заданный момент времени вслед за моментом времени, в который во втором заданном периоде времени был обнаружен первый пик (12).

5. Способ по п. 1, согласно которому проверяют, возникает ли существенный пик (12) выброса твердых частиц во втором заданном периоде времени после начала процесса обжарки,

причем характеристики окончательной фазы процесса обжарки задают сразу после обнаружения первого пика (12) во втором заданном периоде времени.

6. Способ по любому из пп. 1-5, согласно которому твердые частицы одного и того же размера обнаруживают в двух местах, а именно, в одном месте для проверки содержания твердых частиц в окружающей среде и еще в одном месте для проверки содержания твердых частиц в месте на выходе по отношению к подлежащим обжариванию кофейным зернам,

причем значение содержания твердых частиц, определенное в первом месте, вычитают из значения содержания твердых частиц, определенного во втором месте, для получения фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен.

7. Устройство для использования в процессе обжарки кофейных зерен, содержащее

измерительные средства (10; 10a, 10b) для осуществления измерений фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен во время процесса обжарки кофейных зерен, и

управляющие средства (20), соединенные с измерительными средствами (10; 10a, 10b) для приема указанных результатов измерений от измерительных средств (10; 10a, 10b), причем

управляющие средства (20) выполнены с возможностью определения профиля выброса твердых частиц в зависимости от времени на основании результатов измерений, возможностью определения фактической степени обжарки кофейных зерен на основании профиля и возможностью определения и задания по меньшей мере одной характеристики процесса обжарки на основании степени обжарки.

8. Устройство по п. 7, в котором измерительные средства (10; 10a, 10b) содержат по меньшей мере один датчик твердых частиц.

9. Устройство по п. 7 или 8, в котором управляющие средства (20) выполнены с возможностью проверки того, возникает ли существенный пик (11) выброса твердых частиц в первый заданный период времени после начала процесса обжарки, а также возможностью задания общей продолжительности процесса обжарки таким образом, что она больше для случая, в котором обнаружен пик (11), чем для случая, в котором пик (11) не обнаружен.

10. Устройство по п. 9, в котором управляющие средства (20) выполнены с возможностью задания общей продолжительности процесса обжарки в зависимости от высоты пика (11) и возможностью задания общей продолжительности таким образом, что она тем больше, чем выше пик (11).

11. Устройство по п. 7 или 8, в котором

управляющие средства (20) выполнены с возможностью проверки того, возникает ли существенный пик (12) выброса твердых частиц во втором заданном периоде времени после начала процесса обжарки, и с возможностью выполнения одного из следующих действий:

- завершение процесса обжарки сразу после обнаружения первого пика (12) или заданного количества пиков (12) во втором заданном периоде времени, или

- завершение процесса обжарки в заданный момент времени вслед за моментом времени, в который во втором заданном периоде времени был обнаружен первый пик (12).

12. Устройство по п. 7 или 8, в котором управляющие средства (20) выполнены с возможностью задания характеристики окончательной фазы процесса обжарки сразу после обнаружения первого пика (12) во втором заданном периоде времени.

13. Устройство по любому из пп. 7-12, в котором управляющие средства (20) содержат интерфейс для приема от пользователя устройства входных данных, касающихся необходимой степени обжарки кофейных зерен,

причем управляющие средства (20) выполнены с возможностью использования входных данных, предоставленных пользователем для определения указанной по меньшей мере одной характеристики процесса обжарки.

14. Устройство по любому из пп. 7-13, связанное с пространством (30) для размещения в нем кофейных зерен, причем

измерительные средства (10; 10b) расположены в месте на выходе по отношению к указанному пространству.

15. Устройство по любому из пп. 7-13, связанное с пространством (30) для размещения в нем кофейных зерен, причем

измерительные средства (10a, 10b) выполнены с возможностью обнаружения твердых частиц одного и того же размера в двух местах, а именно, в одном месте для проверки содержания твердых частиц в окружающей среде и еще в одном месте для проверки содержания твердых частиц в месте на выходе по отношению к указанному пространству (30), а

управляющие средства (20) выполнены с возможностью вычитания значения содержания твердых частиц в окружающей среде из значения содержания твердых частиц в месте на выходе для получения фактического значения выброса твердых частиц из кофейных зерен во время процесса обжарки.

Images