WO2024072242A1

WO2024072242A1 - Processo de compactação e pastilhas de café compactadas para extração pressurizada

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Publication number: WO2024072242A1
Application number: PCT/PT2023/050026
Authority: WO
Inventors: Rui Miguel Nabeiro; João André De Figueiredo Branco
Original assignee: Novadelta - Comércio E Indústria De Cafés, Unipessoal, Lda.
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2023-09-15
Publication date: 2024-04-04

Abstract

A presente invenção revela processos industriais de compactação de grãos de café torrado e moído para obtenção de pastilhas de café (1) compactadas adaptadas para preparação de bebidas à base de café por meio de extração por um escoamento pressurizado com pressão de escoamento maior que 5 bar, incluindo bebidas de tipo café expresso e similares, e apresentando características vantajosas em termos de eficácia de extração e manutenção de forma da pastilha de café compactado, bem como de eficiência e capacidade de produção. A presente invenção revela ainda pastilhas de café (1) compactadas adaptadas para preparação de bebidas à base de café e apresentando características vantajosas em termos de eficiência de extração de café por um escoamento pressurizado de extração.

Description

DESCRIÇÃO PROCESSOS DE COMPACTAÇÃO E PASTILHAS DE CAFÉ COMPACTADAS PARA EXTRAÇÃO POR ESCOAMENTO PRESSURIZADO Campo da Invenção A presente invenção refere-se a processos industriais de produção de pastilhas compactadas para preparação de bebidas, em particular de pastilhas de grãos de café torrados e moídos adaptadas para preparação de bebidas do tipo extração por escoamento pressurizado, bem como a pastilhas compactadas para preparação de bebidas com as características resultantes dos referidos processos. Antecedentes da Invenção O estado da técnica inclui diversos documentos relativos a processos de produção de porções individuais de café compactado, geralmente designadas por pastilhas de café compactadas para utilização na preparação de bebidas à base de café. Estes documentos fazem referência a diversos desafios associados a este tipo de processo de compactação de café, em particular por causa das características físico-químicas do café e das dimensões relativas das partículas de café a compactar. A compactação de uma determinada quantidade de grão de café torrado e moído, apresenta diversos desafios, sobretudo associados às características físico-químicas particulares de grão de café previamente torrado e moído, incluindo libertação de gases voláteis, óleos, e também dimensão do grão de café moído. Neste contexto, o leitor estará também familiarizado com o fato de haver diferentes tipos de café, incluindo café solúvel usado sobretudo para preparar café por percolação, e café torrado e moído usado sobretudo para preparar café tipo expresso. Estes dois tipos de café apresentam propriedades físicas e químicas diferentes e relevantes para o processo de compactação, sendo que uma parte do estado da técnica aborda o problema de pastilhas compactadas de café solúvel ou para extração por meio de percolação, ou seja, através de um escoamento à pressão ambiente ou maior que esta e menor que 5 bar. Por exemplo o documento EP2154987 B1 revela um método de produção de uma pastilha de café compactada adequada para utilização numa máquina de café de filtro, ou seja, através de um escoamento à pressão ambiente. Neste caso, a pressão de compressão deverá estar compreendida entre 70 e 130 bar. Antes da compactação, o grão de café torrado e moído pode apresentar uma humidade relativa entre 2 e 8%. A dureza da pastilha de café obtida pode estar no intervalo de 30 – 55 N, e um peso entre 2 e 15 g, sendo que a dureza da pastilha de café é dimensionada para desintegração da mesma num determinado momento, e de uma determinada maneira. A presente invenção aborda o problema particular de compactação de pastilhas de café para preparação de bebidas por meio de extração por um escoamento pressurizado, com uma pressão de escoamento acima de 5 bar, e com frequência uma pressão de escoamento compreendida entre 5 e 20 bar, de um modo preferido entre 10 e 15 bar. A compactação de uma porção individual de café torrado e moído constitui um tipo de problema diferente e singular, visto que pode ser determinada por diferentes propriedades particulares do grão de café torrado e moído, incluindo em função do grau de torra, da humidade residual e da dimensão do granulado e distribuição relativa de dimensão de partículas após moagem de grãos de café, sendo que estas propriedades têm um impacto relativamente importante num processo de compactação. Há neste caso diversos parâmetros físicos que podem desempenhar um papel importante tanto na manutenção de forma de pastilha compactada, promovendo ou constrangendo a sua desagregação física, como na própria preparação de bebida, incluindo por forma a melhorar um determinado tipo de interação da respetiva quantidade de café com um fluido. Estes diversos aspetos assumem uma relevância particular no caso de café tipo expresso, ou similar, em que a pastilha compactada deve ser impingida por um escoamento pressurizado a uma pressão de escoamento maior que 5 bar, de um modo preferido maior que 10 bar. Neste contexto, a dimensão de partículas, a humidade, mas também o grau de torra do grão de café moído, são parâmetros que podem influenciar o resultado de compactação. O estado da técnica inclui referências a problemas de desgaseificação, tal como referido no documento CA 808588 A que revela a possibilidade de produzir pastilhas de grão de café torrado e moído compactadas. O documento EP0229920 B1 revela um processo para produzir pastilhas de café mediante compactação de uma massa de partículas de grão de café torrado e moído com uma humidade de pelo menos 3%, em particular entre 3% e 6% em massa, sendo preferido 4%, e uma dimensão média de partícula entre 0,4 mm e 2,0 mm, em particular entre 0,6 mm e 1,2 mm. A compactação da massa de café é realizada por meio da aplicação de uma pressão compreendida entre 20,7 e 48,3 MPa, sendo preferido um valor de 39,5 MPa. O processo inclui ainda o revestimento do exterior da pastilha compactada com um material edível, dispersível em água, sendo que o referido revestimento inclui humidificação com líquido aquoso e a aplicação de sólidos secos. O documento WO2004/034797 A1 revela um processo para produção de pastilhas de café compactadas numa prensa rotativa e incluindo um passo de arrefecimento antes de compressão. O documento EP2129232 B1 releva um processo de compactação de pós vegetais incluindo apenas um passo de compressão que inclui um período de tempo de compressão, e em que o pó usado para compactação é café torrado e moído que tem uma humidade entre 3 e 10% em peso, e uma dimensão média entre 0,2 a 3 mm, de um modo preferido entre 0,4 e 2 mm. Os documentos EP3081092 B1 e EP2416665 B1 revelam uma pastilha de café torrado e moído e também adaptada para extração de café por gotejamento, ou seja, através de um escoamento à pressão ambiente. Neste caso, a pastilha é obtida por meio de um processo que inclui duas fases de compressão, em particular uma primeira fase de assim designada pré-compressão com uma pressão entre 36,1 MPa e 84,8 MPa, seguida de uma fase de compressão, sendo que o valor da pressão exercida na fase de pré-compressão deverá estar compreendido entre 20% e 100% da pressão de compressão. A pastilha de café compactado deverá apresentar uma dureza maior que 30 N e uma friabilidade menor que 10%. O documento WO2008/123775 A1 revela um método para produzir uma pastilha de café, e uma pastilha de café obtida através do referido método. A referida pastilha de café pode apresentar uma forma geralmente irregular. No que se refere a otimização de períodos críticos de processo, os documentos US 9,474,290 B2 e US 9,756,869 B2 revelam um processo de produção de uma pastilha de café torrado e moído compactada em duas fases, mas adaptada para extração num aparelho de café por gotejamento. Ou seja, a pastilha de café é compactada de modo que se desfaz prontamente quando contactada por água quente a uma pressão ambiente durante a extração. Em particular, o processo inclui um passo de pré-compressão com uma pressão entre 10,6 MPa e 63,6 MPa, e uma compressão com uma pressão entre 63 e 169,7 MPa, ambos os passos realizados no mesmo punção de compactação, de modo a produzir uma pastilha com uma dureza de pelo menos 30 N. Uma maior dureza da pastilha deverá estar, com efeito, associada a uma maior fragilidade estrutural à rutura. Além disso, os documentos revelam a consideração de um período de atraso entre 80 e 900 milisegundos entre o passo de pré- compressão e a compressão principal, e que a duração total desde a pré-compressão até à compressão principal é de aproximadamente 0,1 a 1 segundos. O período de atraso e timings apontados deverão estar também relacionados com a mitigação de variações dimensionais da pastilha após compactação, incluindo em resultado de expansão do volume compactado. O documento WO 2010/137965 A1 refere uma cápsula incluindo 5 a 6,5 gramas de grão de café torrado e moído, sendo que esta quantidade é compactada com uma força de compactação compreendida entre 50 e 800 N, de um modo preferido entre 400 e 600 N. O documento WO 2020/089403 A1 revela um contentor de café que inclui um bolo de café torrado e moído que pode ser compactado mediante a aplicação de uma força de compressão compreendida entre 0,5 kN e 15 kN, de um modo preferido entre 1 kN e 10 kN. Os documentos WO 2021/118376 A1 e WO 2021/118377 A1 foram registados pela autora da presente invenção e são relativos a pastilhas de café compactadas. Entre diversos aspetos, os referidos documentos referem a aplicação de uma força de compactação compreendida entre 4 e 6 kN, de um modo preferido entre 4,5 e 5,5 kN, de modo que se pode obter pastilhas compactadas com uma dureza compreendida entre 10 e 20 N, de um modo preferido entre 13 e 17 N. De acordo com testes realizados, verifica-se que a aplicação de uma força de compactação demasiado elevada pode conduzir a um esmagamento de partículas de grão de café torrado e moído, bem como a pastilhas compactadas com uma dureza relativamente elevada, e que este resultado pode constranger o fluxo de escoamento pressurizado através da pastilha compactada e, desse modo, reduzir a eficácia de extração. Além disso, há diversos aspetos que podem influenciar a produtividade do processo de produção em escala industrial, incluindo em termos de capacidade e taxa de desperdícios em resultado de defeitos e perdas. Descrição Geral da Invenção O objetivo da presente invenção é o de proporcionar um processo de produção de pastilhas de café compactadas para preparação de bebidas à base de café, incluindo um passo de compactação de pastilhas de café de café torrado e moído adaptado de modo que estas pastilhas apresentem melhores características estruturais e operativas com vista à preparação de bebidas à base de café por meio de extração por escoamento pressurizado, incluindo de café tipo expresso. As melhores características estruturais incluem a resistência à rutura e à desagregação, o que seria desvantajoso para o manuseamento das pastilhas, bem como a minimização das variações dimensionais após aplicação da força de compactação, o que seria desvantajoso para um posterior embalamento individual das pastilhas de café. As melhores características operativas incluem proporcionar uma porosidade suficiente que permita um escoamento do fluxo pressurizado segundo uma direção prevalecente, em vez de um bloqueio substancial deste, e a maior produtividade do processo de produção em escala industrial incluindo com maiores capacidades e menos desperdício. Este objetivo é realizado de acordo com a presente invenção através de um processo de acordo com a reivindicação 1. O processo de acordo com a invenção inclui sucessivos ciclos de compactação numa máquina de compactação, sem intervalos de interrupção entre ciclos, cada qual destes incluindo os passos descritos na reivindicação 1. Em particular, é um objetivo da presente invenção proporcionar pastilhas de café adaptadas para melhor extração do volume compactado de café quando impingido por um escoamento pressurizado. Um primeiro aspeto vantajoso é o fornecimento de grão de café torrado e moído para compactação com um índice de Hauser menor que 1.30, de modo a proporcionar boa fluidez da substância edível, ou seja, dos grãos de café torrados e moídos, e mitigar propensão para agregação de porções de maiores dimensões, por exemplo em resultado da ação adesiva dos óleos de café libertados durante a ação de compactação. Este intervalo de parâmetro do índice de Hausner proporciona possibilidade de fornecer as quantidades individual de substância edível, entre 5 e 7 g em massa, de forma mais fiável e em velocidades de fornecimento relativamente elevadas, a respetivos suportes individuais de compactação de uma máquina de compactação. Um segundo conjunto de aspetos relevantes é o das principais características das pastilhas de café obtidas, em vista de uma utilização das mesmas em processos de extração de café tipo expresso, ou similar. Neste sentido, as pastilhas de café apresentam uma dureza após compactação que corresponde a um menor esmagamento das partículas de grãos de café torrado e moído inicialmente fornecidas a um aparelho de compactação, de modo a não constranger substancialmente os percursos de líquido através do corpo da pastilha compactada. De acordo com testes realizados pela requerente, as pastilhas de café compactadas devem apresentar uma dureza compreendida entre 4N e 30 N, de um modo preferido entre 5N e 20 N, de um modo particularmente preferido entre 6N e 18 N. No caso de uma primeira forma de realização é preferido quando a pastilha de café apresenta uma dureza compreendida entre 4 e 10 N, de um modo preferido entre 5 e 8 N, de um modo particularmente preferido entre 5 e 7 N. No caso de uma segunda forma de realização é preferido quando a pastilha de café apresenta uma dureza compreendida entre 10 e 20 N, de um modo preferido entre 12 e 18 N, de um modo particularmente preferido entre 14 e 18 N. No contexto da presente invenção, as pastilhas de café compactadas devem apresentar ainda uma densidade compactada compreendida entre 0,15 g/ml e 1,0 g/ml, de um modo preferido entre 0,30 g/ml e 0,75 g/ml. Este intervalo corresponde aos valores mais vantajosos em termos de possibilidade de o escoamento pressurizado sem risco de bloqueamento, através da pastilha compactada. A combinação destes dois parâmetros é particularmente vantajosa no contexto da presente invenção. Além disso, é vantajoso quando a referida quantidade de café moído corresponde a café granulado apresentando uma distribuição de granulometria com pelo menos 90% das partículas com uma dimensão média compreendida entre 100 ^m e 3000 ^m, de um modo preferido com pelo menos 85% das partículas com uma dimensão média compreendida entre 250 ^m e 2000 ^m. Em particular, é vantajoso quando a referida quantidade de café moído se encontra compreendida entre 4 e 8 gramas, de um modo preferido entre 5 e 7 gramas, de um modo particularmente preferido entre 5,3 e 6,7 gramas. As pastilhas compactadas podem apresentar um teor de humidade compreendido entre 1 e 5% em massa, de um modo preferido entre 2 e 4% em massa. Um objetivo associado da presente invenção é o de proporcionar pastilhas de café com melhor estabilidade dimensional, incluindo com menor aumento de volume após compactação, sendo que o valor e distribuição de forças de compactação determina em grande medida este comportamento, bem como outros parâmetros relevantes para a manipulação e eficácia de extração das pastilhas de café compactadas por um escoamento pressurizado com pressão de escoamento maior que 5 bar. Com efeito, a A aplicação de força de compactação tem de igual modo uma relevância particular no caso da compactação de quantidades de grão de café torrado e moído. De acordo com a invenção, o processo pode incluir a compactação sucessiva das quantidades individuais de grão de café torrado e moído por meio de aplicação de forças verticalmente recíprocas sobre estas com um valor de força de compactação compreendido entre 5 kN e 50 kN. O processo pode incluir a aplicação de força de compactação menor que 50 kN, incluindo um primeiro passo de pré-compactação com uma primeira força de compactação. O processo pode incluir um primeiro passo de pré-compactação com uma primeira força de compactação seguido de um segundo passo de compactação com uma segunda força de compactação, sendo que a primeira força de compactação é maior que a segunda força de compactação. O processo pode incluir a aplicação sucessiva de duas forças de compactação, sendo que qualquer das forças de compactação é menor que 40 kN e de um modo preferido maior que 5 kN. Em particular, o processo pode incluir uma primeira força de compactação menor que 20 kN, de modo a reduzir o aumento de volume de pastilha de café compactada que pode ocorrer após compactação. O processo pode incluir a aplicação de uma primeira força de compactação que pode ser pelo menos duas vezes maior que a segunda força de compactação. Um objetivo associado da presente invenção é ainda o de proporcionar uma pastilha compactada de café apresentando uma determinada quantidade de café torrado e moído que apresente melhores propriedades físicas em vista da eficácia de extração e da estabilidade física da pastilha compactada. Este objetivo é resolvido pela presente invenção por uma pastilha de café compactada de acordo com a reivindicação 14. A pastilha de café compactada é de um modo preferido obtida por um processo de acordo com as reivindicações 1 a 13. Descrição das Figuras A invenção será em seguida explicada em maior detalhe com base em formas de realização preferidas e nas Figuras que se anexam. As Figuras mostram, em representações esquemáticas simplificadas: Figura 1: vistas em alçado de topo e em alçado lateral de uma pastilha compactada de acordo com o estado da técnica; Figura 2: diagrama de fluxo de um processo de compactação de pastilha compactada de acordo com o estado da técnica; Figura 3: vista esquemática de máquina de compactação (1) num processo de acordo com a invenção; Figura 4: vistas de alçado lateral e de topo de máquina de compactação (1) num processo de acordo com a invenção; Figura 5: diagrama de fluxo de uma forma de realização do processo de acordo com a presente invenção; Figura 6: diagrama de fluxo de uma forma de realização de um processo de acordo com a presente invenção. Figura 7: diagrama de um primeiro instante de um processo de compactação de pastilha compactada (1) de acordo com a invenção; Figura 8: diagrama de um segundo instante de um processo de compactação de pastilha compactada (1) de acordo com a invenção. Descrição detalhada de formas de realização preferida da Invenção O processo de acordo com a presente invenção refere-se à produção de pastilhas de café (1) compactadas adaptadas para preparação de bebidas à base de café, em particular para utilização em dispositivos de extração de aparelhos de preparação de bebidas de café tipo expresso. O processo de compactação é relativo à produção de pastilhas de café (1) compactadas de um granulado de substância edível incluindo maioritariamente grão de café previamente torrado e moído, ou seja, de modo que grão de café previamente torrado e moído representa pelo menos a maior parte do peso total de uma quantidade inicial (Q_i) de substância edível a compactar. A substância edível fornecida inicialmente para compactação inclui uma de: - grão de café torrado e moído, incluindo apresentando uma torra clara, ou uma torra escura, ou uma torra intermédia, ou uma mistura de pelo menos uma de: uma torra clara, uma torra intermédia e uma torra escura; - uma mistura de grão de café torrado e moído com uma outra substância edível numa forma granular. Em particular, o processo inclui um passo de fornecer uma substância edível que pode incluir grão de café torrado e moído em pelo menos 75%, de um modo preferido em pelo menos 85% de fração em massa. A Figura 1 representa uma forma de realização de pastilhas de café (1) e processos de compactação deste tipo, já antes reveladas pela autora e fazendo, portanto, parte do estado da técnica. A pastilha de café (1) compactada pode apresentar uma secção transversal com uma largura total (D_T) e forma geralmente simétrica com relação a um eixo longitudinal central (XX). A pastilha de café (1) compactada pode apresentar uma porção orientada a montante e uma porção orientada a jusante com relação a uma direção prevalecente de escoamento, e apresentar ainda uma porção intercalar que se estende entre as referidas porções orientadas a montante e a jusante e ao longo da referida largura total em pelo menos a maior parte da sua extensão segundo a direção prevalecente de escoamento. A pastilha de café (1) compactada pode incluir uma porção orientada a jusante apresentando uma cavidade a jusante (B) disposta de forma centrada e que se estende em superfície curva quando vista em corte transversal, ao longo de parte da dimensão transversal da referida porção orientada a jusante, de modo que a região de perímetro da referida cavidade a jusante (B) apresenta uma parte desenvolvendo-se segundo um plano pelo menos aproximadamente transversal até à região de perímetro exterior da referida porção orientada a jusante. Como representado na Figura 2, o processo de acordo com o estado da técnica inclui basicamente os passos sucessivos de fornecimento de uma quantidade inicial (Q_i) de substância edível a um recetáculo de compactação, de aplicação de força de compactação (F) sobre a referida quantidade inicial (Qi) pastilha de café (1) compactada e o passo de descarga desta para fora do recetáculo de compactação. De acordo com o estado da técnica, a pastilha de café (1) compactada obtida a partir do processo de compactação de acordo com o estado da técnica pode apresentar uma dureza compreendida entre 4 e 30 N. Ora, de acordo com testes adicionais, o Requerente determinou que pode ser vantajoso obter pastilhas de café (1) com uma dureza compreendida de um modo preferido em pelo menos um dos intervalos: entre 4 e 10 N, entre 10 e 16 N e entre 16 e 22 N, conforme se explicará em detalhe mais abaixo. O processo inclui proporcionar uma máquina de compactação (2) adaptada para compactação de substâncias edíveis granulares, em particular com formato de pastilhas ou similares. A máquina de compactação (2) apresenta uma pluralidade de aberturas individuais de recolha (21) de uma matriz de compactação (20) operáveis em interação com respetivos punções de compactação (22, 23). A máquina de compactação (2) apresenta de forma vantajosa uma matriz de compactação (20) que compreende pelo menos 10, de um modo preferido pelo menos 20, de um modo particularmente preferido pelo menos 30 aberturas individuais de recolha (21) operáveis por uma pluralidade de punções de compactação (22, 23), e é adaptada de modo que proporciona compactação pelo menos aproximadamente simultânea de quantidades individuais (Q_i) em pelo menos parte, de um modo preferido em parte das referidas aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20). A máquina de compactação (2) pode ser uma máquina de compactação rotativa de pastilhas tal como representada esquematicamente na Figura 3. A máquina de compactação (2) apresenta neste caso uma matriz de compactação (20) que compreende uma pluralidade de aberturas individuais de recolha associáveis operativamente a pares de punções de compactação (22, 23) dispostos ao longo de um alinhamento circular, e um rotor operável em rotação à volta de um eixo vertical. A máquina de compactação (2) pode apresentar guias para os punções superiores e inferiores (22, 23) que operam conjuntamente de modo a impingir as aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20) com uma força de compactação (F). A matriz de compactação (20) pode ser disposta entre os guias de punções superiores e inferiores e ser configurada como uma peça única ou compreender uma pluralidade de segmentos de moldes individuais. Os punções de compactação (22, 23) podem ser dispostos aos pares alinhados numa direção vertical e configurados de modo que podem ser operados de modo em movimentos mutuamente recíprocos para baixo e para cima segundo a direção vertical, desse modo aplicando uma força de compactação (F) previamente determinada sobre um conteúdo granulado antes proporcionado no interior de uma abertura individual de recolha (21) da matriz de compactação (20). O processo pode incluir um passo de compactação, de um modo preferido pelo menos aproximadamente em simultâneo, de uma pluralidade de quantidades individuais (Q_i), sendo que a posição relativa de punções de compactação (22, 23) e o momento de aplicação de uma força de compactação (F) pode variar entre sucessivas aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20). A leitora encontra outros detalhes deste tipo de máquinas de compactação no estado da técnica pelo que se abdica aqui de uma sua descrição em maior detalhe. Além disso, o processo inclui o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) de substância edível apresentando uma densidade de bolbo compreendida entre 0,250 g/ml e 0,500 g/ml, de um modo preferido entre 0,300 g/ml e 0,400 g/ml. Foi determinado experimentalmente que este intervalo de valores é mais vantajoso em termos de fiabilidade de regulação e fluidez de fornecimento de quantidades individuais (Q_i) de entre 5 g e 7 g, de um modo preferido entre 5,2 g e 6,8 g de grão de café torrado e moído e com as granulometrias consideradas, ao conjunto de compactação que compreende as aberturas individuais de recolha da matriz (20) de compactação. Além disso, os ciclos de compactação são regulados de modo que o fornecimento de pastilhas de café (1) compactadas por uma máquina de compactação (2) apresenta um débito de pelo menos 10.000 unidades por hora por cada conjunto de compactação, de um modo preferido um débito de pelo menos 25.000 unidades por hora por cada conjunto de compactação, ou seja, por máquina de compactação (2). O processo de acordo com a invenção pode incluir passos de fornecimento de quantidades individuais (Qi), de operação de forças de compactação (F₁, F₂) e de descarga de pastilhas de café (1) compactadas que decorrem pelo menos aproximadamente em simultâneo, mas associados a diferentes aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20) da máquina de compactação (2). Antes dos passos acima referidos, e previamente ao fornecimento das quantidades individuais (Q_i) às aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20), o processo pode incluir pelo menos um de: - um passo de caracterização qualitativa ou quantitativa de pelo menos um de: um parâmetro associado ao grau de torra, e um parâmetro associado à dimensão do granulado de café; - um passo de caracterização quantitativa da humidade relativa dos grãos de café torrados e moídos a compactar. Em particular, o processo pode incluir a caracterização do grau de torra, cor de torra do grão de café torrado, e pode incluir a identificação do tipo de moinho e dimensões de moagem utilizadas, ou medição da distribuição de dimensão de grão. As pastilhas de café (1) compactadas obtidas pelo processo de acordo com a invenção proporcionam circulação de escoamento pressurizado de extração com uma pressão compreendida entre 5 bar e 20 bar segundo uma direção prevalecente de escoamento ortogonal a uma dimensão característica (D) da pastilha de café (1), sem desagregação ou dissolução desta quando impactada pelo escoamento pressurizado de extração. Considerando ainda as velocidades de operação do processo de compactação, o passo de descarga de pastilhas de café (1) para fora da máquina de compactação (2) deve ser também considerado como relevante em combinação com outros aspetos de eficiência do mesmo, em particular de modo a mitigar o risco de pastilhas de café (1) partirem. A Figura 4 representa esquematicamente uma disposição de descarga a jusante da saída de descarga de pastilhas de café (1) compactadas para fora da máquina de compactação (2). Após aplicação de força de compactação, o processo de acordo com a invenção inclui um passo de descarga de pastilhas compactadas de café (1) através de uma disposição de descarga (4) configurada de modo que induz uma redução de velocidade de saída das pastilhas (1) de pelo menos 70% numa extensão de 50 cm, de um modo preferido de pelo menos 90% numa extensão de 50 cm sem chocar com outras pastilhas de café (1) previamente descarregadas. A disposição de descarga (4) pode incluir um suporte de deslizamento apresentando uma extensão de pelo menos 0,5 m, de um modo preferido pelo menos 1 m e no máximo 2 m, de modo a pelo menos reduzir a velocidade, de um modo preferido imobilizar as pastilhas compactadas de café (1). É preferido quando o suporte de deslizamento apresenta uma superfície com um material e/ou acabamento de superfície adaptado de modo que proporciona a referida redução de velocidade e imobilização. A disposição de descarga (4) pode apresentar um suporte de deslizamento horizontal ou com uma primeira extensão adjacente à saída da máquina de compactação (2) e inclinada para cima relativamente à saída da máquina de compactação (2) – não representada na figura. A disposição de descarga (4) pode ser associada operativamente a uma posterior estação de recolha e/ou transporte de pastilhas de café (1) – também não representada na figura. As Figuras 5 e 6 representam formas de realização preferidas do processo de acordo com a invenção. A substância edível a compactar é fornecida em cada ciclo de compactação através de uma disposição de enchimento (30) adaptada de modo que pode fornecer quantidades individuais (Qi) a uma pluralidade a uma pluralidade de aberturas individuais de recolha da matriz (20) de compactação, sendo que a referida pluralidade corresponde a uma parte, de um modo preferido uma menor parte do total de aberturas individuais de recolha na matriz (20) de compactação. De acordo com um aspeto, o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) inclui o fornecimento sucessivo a uma pluralidade de pelo menos 15, de um modo preferido a pelo menos 20 suportes individuais de compactação (21) em cada ciclo de compactação, sendo que o fornecimento sucessivo de quantidades individuais (Qi) à referida pluralidade de suportes individuais (20) é de um modo preferido realizado num período de tempo menor que 1 segundo, de um modo particularmente preferido menor que 0,5 segundos. O fornecimento de quantidades individuais (Q_i) pode incluir o fornecimento pelo menos aproximadamente simultâneo de uma fração da pluralidade de suportes individuais de compactação (21), de um modo preferido de pelo menos 2, de um modo preferido pelo menos 4 suportes individuais de compactação (21). A disposição de enchimento (30) é proporcionada em ligação operacional com uma primeira disposição de fornecimento (31) configurada de modo que pode recolher uma quantidade de substância edível a montante. De acordo com um aspeto, a primeira disposição de alimentação (31) apresenta um volume de recolha menor que 1 m³, de um modo preferido menor que 0,5 m³, sendo que o volume da primeira disposição de alimentação (31) apresenta ainda de um modo preferido uma razão de aspeto entre altura e largura menor que 8:1, de um modo preferido menor que 5:1. Neste contexto, é vantajoso proporcionar pelo menos uma segunda disposição de alimentação (32) a montante da primeira disposição de alimentação (31), e configurar o controlo de processo de modo que a taxa de alimentação da primeira disposição (31) pela segunda disposição (32) é pelo menos aproximadamente igual à taxa de descarga de substância edível a partir da primeira disposição (31) para a disposição de enchimento (30), de modo que se pode manter uma quantidade de substância edível de referência na primeira disposição de alimentação (31). Considerando que o grão de café torrado e moído apresenta óleos e alguma humidade, as características acima referidas contribuem de forma vantajosa para mitigar a possibilidade de adesão e/ou compactação parcial de porções na parte a jusante da primeira disposição de alimentação (31) em resultado de peso acumulado acima dessas porções, e desse modo uma maior dificuldade em fornecer as quantidades individuais (Q_i). O fornecimento de quantidades individuais (Q_i) para compactação pode ser regulado de modo a fornecer uma pluralidade de quantidades individuais (Q_i) de substância edível com uma massa total compreendida entre 4,5 e 12,5 g, de um modo preferido entre 5,0 e 12,0 g. O fornecimento de quantidades individuais (Qi) para compactação pode ser regulado para um dos seguintes intervalos: - uma massa compreendida entre 4,8 e 7,2 g para um primeiro tipo de pastilhas de café (1); - uma massa compreendida entre 8,0 e 12,0 g para um segundo tipo de pastilhas de café (1). O fornecimento de quantidades individuais (Q_i) para compactação é de um modo preferido realizado segundo uma direção vertical a uma pluralidade de respetivas aberturas individuais de recolha (21) da matriz (20) de compactação. Além disso, é ainda preferido quando o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) é realizado a uma distância de fornecimento menor que 1 mm, de um modo preferido menor que 0,5 mm acima da abertura de alimentação das aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20) na região de topo das referidas aberturas. É particularmente vantajoso quando o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) é proporcionado a partir de uma câmara de alimentação em ligação direta com pelo menos um, de um modo preferido com uma pluralidade de aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20), de modo a reduzir perdas da quantidade de substância edível das referidas quantidades individuais (Q_i) a menos de 5%, de um modo preferido a menos de 3%, em cada ciclo de compactação. Um objetivo da presente invenção é proporcionar um processo de tal forma que a pastilha de café (1) compactada apresente uma melhor resistência mecânica e ao mesmo tempo permeabilidade ao escoamento, adaptados para a preparação de bebidas à base de café, incluindo café de tipo expresso, através de impingir a pastilha de café com um escoamento de fluido pressurizado sem que a pastilha de café (1) se parta ou se libertem porções da mesma. Conforme representado no diagrama da Figura 5, o processo de acordo com a presente invenção inclui proporcionar uma quantidade individual (Q_i) previamente determinada incluindo maioritariamente grão de café torrado e moído a um recetáculo de compactação (22) e exercer uma força de compactação (F) compreendida entre 5 kN e 50 kN. Neste contexto, verifica-se que a força de compactação (F) pode, conjuntamente com outros parâmetros como por exemplo a dimensão média de partículas, humidade relativa, determinar em grande medida a dureza e porosidade, e deste modo a permeabilidade, da pastilha de café (1) compactada. Em geral, para obter uma boa extração de café sem rutura ou desagregação da pastilha de café (1) compactada, é por um lado vantajoso quando esta apresenta uma dureza tão reduzida quanto possível, e simultaneamente uma porosidade, quantificada pela densidade compactada, que possibilite o escoamento pressurizado, e por outro lado, uma dureza dentro de um intervalo de valores de dureza suficiente para assegurar a manutenção de forma sem partir quando impingida pelo escoamento pressurizado aquando da extração de bebida de tipo café expresso. Neste contexto, e de acordo com testes realizados, usando as granulometrias de grão de café referidas na presente descrição, é vantajoso quando se obtém pastilhas de café (1) com uma dureza compreendida entre 4 e 30 N. No caso de uma primeira forma de realização preferida, com vista a obter melhores resultados de extração foi determinado experimentalmente que a dureza apresenta de um modo preferido um valor compreendido entre 13 N e 25 N, de um modo particularmente preferido entre 16 e 22 N. De acordo com uma segunda forma de realização, foi determinado experimentalmente que a dureza apresenta de um modo preferido um valor compreendido entre 4 N e 20 N, de um modo particularmente preferido entre 5 e 8 N. É preferido quando a dureza de diferentes pastilhas de café adaptadas para diferentes valores de pressão de escoamento de escoamento de extração, por exemplo entre 5 bar e 10 bar, entre 10 e 15 bar e entre 15 bar e 20 bar. Neste sentido, de acordo com outros testes realizados, e alternativamente à forma de realização acima referida, é vantajoso as pastilhas de café (1) apresentam uma dureza compreendida entre 4 N e 10 N, entre 10 N e 16 N ou entre 16 N e 22 N, respetivamente para cada intervalo de pressão de escoamento acima referido. De acordo com testes realizados, os intervalos de dureza acima referidos podem proporcionar pastilhas de café (1) adaptadas de modo que proporcionam melhor relação entre resistência à rutura e atravessamento de escoamento, respetivamente no caso de escoamentos de extração com maiores valores de pressão de escoamento. Estes intervalos de dureza correspondem aos mais vantajosos de modo a assegurar a resistência da pastilha de café a impactos exteriores, sem que a pastilha de café se parta ou se soltem pedaços da mesma. Além disso, como acima referido, um parâmetro relevante para a eficácia de extração da pastilha de café (1) é a densidade compactada. Neste contexto, foi determinado experimentalmente que é particularmente vantajoso para a eficácia de extração quando a pastilha de café (1) apresenta uma densidade compactada compreendida entre 0,15 g/ml e 1,0 g/ml, de um modo preferido entre 0,300 e 0,750 g/ml, de um modo particularmente preferido entre 0,400 e 0,600 g/ml. Com vista a obter melhores resultados de extração foi determinado que a densidade compactada apresenta de um modo preferido um valor compreendido entre 0,400 e 0,600 g/ml, de um modo particularmente preferido entre 0,350 e 0,550 g/ml. É preferido quando o peso da pastilha de café (1) compactada corresponde a pelo menos 98%, de um modo preferido pelo menos 99% da quantidade individual (Q_i) fornecida inicialmente. Para além da dureza e da densidade compactada, também o formato dimensional da pastilha de café (1) é considerado como um aspeto relevante para obter uma boa eficácia de extração de café tipo expresso. O processo inclui o fornecimento de pastilhas de café (1) de modo que 12 horas após compactação apresentam pelo menos um de, de um modo preferido pelo menos dois de: - um volume exterior compreendido entre 2 e 6 mm³, de um modo preferido entre 2,5 e 4 mm³, - uma altura compreendida entre 7 e 13 mm, de um modo preferido entre 8 e 12 mm, de um modo particularmente preferido entre 9 e 11 mm, e - diâmetro compreendido entre 25 e 45 mm, de um modo preferido entre 30 e 40 mm. O processo pode incluir um passo de empacotamento de porção de café (1) compactada após o passo de compactação, sendo que o referido passo de empacotamento é de um modo preferido realizado não mais que duas horas após, de um modo preferido não mais que uma hora após o passo de compactação na máquina de compactação (2). O passo de compactação não é de um modo preferido precedido de um passo de associação de um elemento de envolvente a uma quantidade individual (Q_i), e as aberturas individuais de recolha (21) da matriz (20) de compactação não são nem recolhem um elemento de embalagem da pastilha de café (1) compactada. Conforme representado no diagrama da Figura 6, e nas Figuras 7 e 8, o processo de acordo com a presente invenção inclui a aplicação de uma primeira força de compactação (F₁), e de uma segunda força de compactação (F₂) após a primeira (F₁), sobre as quantidades iniciais (Qi). De acordo com testes realizados, demonstrou-se como vantajoso operar a aplicação de duas forças de compactação sucessivas, em particular com uma primeira força de compactação (F₁) maior que uma segunda força de compactação (F₂). O passo de compactação pode incluir a aplicação sucessiva de uma primeira força de compactação (F₁) e de uma segunda força de compactação (F₂) sobre as quantidades individuais (Q_i), sendo que a primeira força de compactação (F₁) é maior que a segunda força de compactação (F₂). Além disso, complementar ou alternativamente, o passo de compactação pode incluir a aplicação sucessiva de duas forças de compactação (F₁, F₂) de modo que a razão entre primeira e segunda força de compactação (F₁, F₂) é maior que 1.50:1, de um modo preferido maior que 2:1, e ser menor que 4:1, de um modo preferido menor que menor que 3:1. Neste contexto, demonstrou-se como particularmente vantajoso quando o passo de compactação inclui a aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) menor que 50 kN, de um modo preferido igual ou menor que 45 kN, e inclui ainda a aplicação de uma segunda força de compactação (F₂) menor que 20 kN, de um modo preferido menor que 17 kN, após a aplicação da primeira força de compactação (F₁). Os testes realizados mostraram ainda que um valor muito elevado de segunda força de compressão (F₂) pode dar lugar a problemas de “capping”, significando que uma parte da pastilha de café (1) pode ficar retida no interior das aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20), conduzindo desse modo a riscos de operacionalidade da máquina de compactação (2). A aplicação de uma segunda força de compactação (F₂) menor que 20 kN, de um modo preferido menor que 17 kN, resolve este problema. É preferido quando o passo de compactação inclui a aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) compreendida entre 35 e 45 kN, de um modo preferido compreendida entre 37 e 43 kN, de um modo particularmente preferido entre 38 e 42 kN, e seguida da aplicação de uma segunda força de compactação (F2) de valor maior que a primeira força de compactação (F₁). É preferido quando o passo de compactação inclui a aplicação de uma segunda força de compactação (F₂) compreendida entre 5 e 20 kN, de um modo preferido compreendida entre 7 e 18 kN, de um modo particularmente preferido entre 8 e 16 kN, e precedida da aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) de valor maior que o valor da segunda força de compactação (F₂). De acordo com um aspeto, o passo de compactação inclui a aplicação de uma segunda força de compactação (F₂) com um atraso relativamente à aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) menor que 0,5 segundos, de um modo preferido menor que 0,3 segundos, de modo que cada um dos ciclos de compactação apresentam um período menor que 1 segundos, de um modo preferido menor que 0,7 segundos. O processo de compactação pode incluir apenas duas forças de compactação (F₁, F₂). O processo pode incluir três fases de aplicação de uma força de compactação, sendo preferido quando pelo menos duas dessas fases apresentam um valor diferente de respetiva força de compactação. O processo pode incluir a aplicação de forças de compactação segundo a direção do eixo central de simetria das pastilhas compactadas de café, e similar à direção prevalecente do escoamento pressurizado. O processo pode incluir apenas a aplicação de forças de compactação, de modo que pode ser melhorada a eficiência do processo. O processo não inclui um passo de desgaseificação do grão de café torrado e moído, prévio ao passo de compactação. O processo não inclui um passo de humidificação do grão de café torrado e moído, prévio ao passo de compactação. O processo não inclui a aplicação de força de compactação sobre uma quantidade individual (Q_i) disposta sobre um elemento, por exemplo de tipo contentor ou fólio de base, que é parte de uma respetiva embalagem individual. Lisboa, 15 de setembro de 2023

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para produção de pastilhas de café (1) compactadas para preparação de bebidas à base de café por meio de um escoamento pressurizado de extração, incluindo café de tipo expresso, caracterizado por o processo incluir os passos: - proporcionar uma máquina de compactação (2) que inclui uma matriz de compactação (20) apresentando uma pluralidade de aberturas individuais de recolha (21) operáveis com punções de compactação (22, 23); - fornecer quantidades individuais (Q_i) de uma substância edível apresentando um índice de Hausner menor que 1.30, às aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20); - operar a compactação das quantidades individuais (Q_i) por meio de aplicação sobre estas pelos punções de compactação (22, 23) de forças verticalmente recíprocas com um valor compreendido entre 5 kN e 50 kN; - descarregar pastilhas de café (1) compactadas apresentando uma dureza compreendida entre 4 N e 30 N e uma densidade compactada compreendida entre 0,15 g/ml e 1,0 g/ml.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) em cada ciclo de compactação incluir o fornecimento sucessivo e segundo uma direção vertical a uma pluralidade de pelo menos 10, de um modo preferido a pelo menos 20 aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20) dispostas segundo um alinhamento comum, sendo que o fornecimento sucessivo de quantidades individuais (Q_i) à totalidade da referida pluralidade de abertura individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20) é de um modo preferido realizado num período de tempo menor que 1 segundo, de um modo particularmente preferido menor que 0,5 segundos. 1

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) incluir o fornecimento pelo menos aproximadamente simultâneo de grupos de aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20) incluindo pelo menos 2, de um modo preferido pelo menos 4 aberturas individuais de recolha (21) da matriz (20) de compactação, e que correspondem a uma parte da pluralidade de aberturas individuais de recolha (21) da matriz de compactação (20) da máquina de compactação (2).

4. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) para compactação incluir fornecer uma substância edível granulada apresentando pelo menos um de: - um índice de Hausner compreendido entre 1,1 e 1,35, de um modo preferido entre 1,15 e 1,30, de um modo particularmente preferido entre 1,20 e 1,25; - um índice de compressibilidade compreendido entre 10% e 30%, de um modo preferido entre 15% e 25%.

5. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o fornecimento de quantidades individuais (Q_i) para compactação incluir uma substância edível granulada apresentando uma granulometria com pelo menos uma de: - dimensão média de maior parte de partículas compreendida entre 0,3 e 1,0 mm, de um modo preferido entre 0,3 e 0,8 mm; - dimensão média de partículas com D_v10 de 100 micrómetro ou menos, e com D_v90 compreendida entre 700 micrómetro e 1 mm, de um modo preferido entre 750 e 950 micrómetro.

6. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado 2 por o passo de compactação incluir a aplicação sucessiva de uma primeira força de compactação (F₁) e de uma segunda força de compactação (F₂) sobre as quantidades individuais (Q_i), sendo que a primeira força de compactação (F₁) é maior que a segunda força de compactação (F2), e/ou por o passo de compactação incluir a aplicação sucessiva de duas forças de compactação (F₁, F₂) de modo que a razão entre primeira e segunda força de compactação (F₁, F₂) é maior que 1.50:1, de um modo preferido maior que 2:1, e ser menor que 4:1, de um modo preferido menor que menor que 3:1.

7. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o passo de compactação incluir a aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) menor que 50 kN, de um modo preferido igual ou menor que 45 kN, e/ou por o passo de compactação incluir a aplicação de uma segunda força de compactação (F2) menor que 20 kN, de um modo preferido menor que 17 kN.

8. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o passo de compactação incluir a aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) compreendida entre 35 e 45 kN, de um modo preferido compreendida entre 37 e 43 kN, de um modo particularmente preferido entre 38 e 42 kN, e seguida da aplicação de uma segunda força de compactação (F₂) de valor que é menor que o valor da primeira força de compactação (F₁).

9. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o passo de compactação incluir a aplicação de uma segunda força de compactação (F₂) compreendida entre 5 e 20 kN, de um modo preferido compreendida entre 7 e 18 kN, de um modo 3 particularmente preferido entre 8 e 16 kN, e precedida da aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) com um valor que é maior que o valor da segunda força de compactação (F₂).

10. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a aplicação de uma segunda força de compactação (F₂) apresentar um atraso relativamente à aplicação de uma primeira força de compactação (F₁) menor que 0,5 segundos, de um modo preferido menor que 0,3 segundos, de modo que os ciclos de compactação apresentam um período menor que 1 segundos, de um modo preferido menor que 0,6 segundos.

11. Processo de acordo com qualquer das anteriores reivindicações, caracterizado por os ciclos de compactação serem regulados de modo que o fornecimento de pastilhas de café (1) compactadas por uma máquina de compactação (2) apresenta um débito de produção de pelo menos 10.000 unidades por hora por cada máquina de compactação (2), de um modo preferido um débito de produção de pelo menos 25.000 unidades por hora por cada máquina de compactação (2).

12. Processo de acordo com qualquer das anteriores reivindicações, caracterizado por o passo de compactação não incluir um período de manutenção de um volume reduzido das quantidades individuais (Q_i) pelos punções de compactação (22, 23), sendo que o período de impacto de forças de compactação (F; F₁, F₂) sobre as quantidades individuais (Q_i) de substância edível é menor que 0,5 segundos, de um modo preferido menor que 0,2 segundos.

13. Processo de acordo com qualquer das anteriores reivindicações, 4 caracterizado por o processo incluir o fornecimento de pastilhas de café (1) que dozes horas após compactação apresentam uma variação de respetiva dimensão paralela à direção de compactação, por exemplo altura, menor que 10%, de um modo preferido menor que 7%, e/ou por as quantidades individuais (Q_i) apresentarem uma humidade menor que 3% em peso, de um modo preferido compreendida entre 1,5% e 3% em peso, de um modo particularmente preferido entre 2,0% e 2,8% em peso.

14. Pastilha de café (1) compactada para preparação de uma bebida de café do tipo expresso, caracterizada por a pastilha de café (1) compactada apresentar uma humidade compreendida entre 0,3% e 3% em peso, uma densidade compactada compreendida entre 0,15 g/ml e 1,00 g/ml e uma dureza compreendida entre 4 N e 30 N, de modo que a pastilha de café (1) é adaptada para atravessamento por um escoamento de extração pressurizado com uma pressão de escoamento compreendida entre 5 e 20 bar.

15. Pastilha de café compactada de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por a pastilha de café (1) compactada apresentar pelo menos um de: - uma humidade compreendida entre 0,5% e 2,7% em peso, de um modo preferido entre 0,7% e 2,6% em peso; - uma dureza compreendida entre 4 N e 22 N, de um modo preferido em pelo menos um dos intervalos: entre 4 N e 10 N, entre 10 N e 16 N e entre 16 N e 22 N; - uma friabilidade menor que 10%, de um modo preferido menor que 8%; - uma densidade compactada compreendida entre 0,300 e 0,750 g/ml, de um modo preferido entre 0,400 e 0,600 g/ml; 5 - um volume compreendido entre 250 mm³ e 450 mm³, de um modo preferido entre 300 mm³ e 400 mm³; - apresentar pelo menos uma, de um modo preferido ambas as seguintes dimensões: uma altura total (H_T) compreendida entre 5 mm e 12 mm, de um modo preferido entre 7 mm e 10 mm, e uma dimensão característica (D) compreendida entre 30 mm e 44 mm, de um modo preferido entre 32 mm e 40 mm; - uma razão de aspeto entre largura e altura compreendida entre 1:1 e 5:1, de um modo preferido entre 2:1 e 3,5:1, sendo que é preferido quando as pastilhas de café (1) não apresentam regiões de perímetro em aresta ortogonal. Lisboa, 15 de setembro de 2023 6