ES2345781T3 - Procedimiento para obtener con mayor rapidez un extracto de cafe corto a partir de una capsula. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para preparar más rápidamente un extracto de café corto que contiene menos de 50 gramos de extracto líquido de café en una taza, a partir de una cápsula cerrada (2) que contiene café molido, por inyección de agua a presión dentro de la cápsula, en el que la cápsula es llenada de café molido y tiene una membrana de suministro; de manera que la cápsula es sometida a extracción en un dispositivo de extracción de café (D) y se inyecta agua a presión en la cápsula a presión; en el que la bebida de café es pasada a través de la membrana (21) de la cápsula para el suministro de la bebida, con medios de acoplamiento (13) que establecen contacto en la membrana o contra la misma; en el que la pérdida de presión se reduce en el lecho de café al disponer en la cápsula café molido que tiene un porcentaje de finos (F) controlado, siendo estas partículas de café que tienen un diámetro menor de 88,91 micras cuando se efectúa la medición por el método de difracción láser Malvern®, dependiendo del tamaño medio de partículas (D4,3) dentro de los siguientes límites: F es menor de 16% cuando D4,3 tiene medidas comprendidas entre 300 y 380 micras, F es menor de 18% cuando D4,3 tiene medidas comprendidas entre 250 y 299 micras, F es menor de 21% cuando D4,3 tiene medidas comprendidas entre 200 y 249 micras, F es menor de 28% cuando D4,3 tiene medidas comprendidas entre 150 y 199 micras, y en el que el rendimiento de extracción se mantiene entre el 15 y 30%; y en el que se obtiene un extracto de café de 25 ó 40 gramos con un tiempo de flujo de 20 segundos o menos.
Description
Procedimiento para obtener con mayor rapidez un
extracto de café corto a partir de una cápsula.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para obtener bebidas de café a partir de cápsulas
diseñadas para su extracción a presión y que contienen una
sustancia para preparación de una bebida de café.
Se pueden preparar tazas de café en máquinas de
café con filtro. No obstante, como resultado de una extracción
"ligera" del café, el extracto resultante tiene habitualmente
una baja concentración de sólidos de café, un bajo perfil de aroma
y poca o ninguna "crema" en la parte superior.
Las cápsulas diseñadas para su extracción a
presión y que contienen una sustancia para la preparación de una
bebida existen en el mercado. Proporcionan una mejor extracción del
café, es decir, un mayor "rendimiento de extracción", mejor
aroma y mejor "crema", más comodidad en la operativa y aseguran
la frescura de la sustancia contenida. Como resultado, queda mejor
asegurada la obtención de bebidas recién extraídas con una calidad
constan-
te.
te.
Por ejemplo, el sistema actual comercializado
con la marca "Nespresso®" es apreciado por producir tazas de
café corto de buena calidad y tazas de café largo. Una taza de café
corto se define por contener menos de 50 gramos de extracto líquido
de café en la taza y más específicamente unos 40 g para el tipo
espresso y unos 25 g para el tipo ristretto. Debido a las elevadas
condiciones de presión de extracción que se mantienen en la
cápsula, del orden de 1-2 MPa (10-20
bar) el extracto líquido que se obtiene puede tener características
de calidad deseables en términos de rendimiento del café, sólidos
del café y "crema" y dentro de un tiempo de suministro que es
considerado aceptable para el usuario. Por lo tanto, de manera
típica, un extracto de café corto puede ser obtenido en un
intervalo de tiempo de 20 a 45 segundos a efectos de conseguir el
cuerpo, sabor, aroma y crema deseados.
El documento EP1566127A2 se refiere a un sistema
para el suministro de bebidas de café en una máquina de café a
partir de cartuchos diseñados para su extracción a presión y que
contienen una sustancia para la preparación de un café. El
principio se basa en que se obtiene un extracto líquido de café
largo por un cartucho que deja pasar el agua con mayor velocidad en
comparación con un cartucho para un extracto líquido de café
corto.
El documento EP0844195A1 se refiere a una
cápsula de café que se abre bajo el único efecto de la presión
durante la operación de extracción y que comprende
5-15% de finos para un diámetro medio D_{4,3}
comprendido entre 650 y 300 micras y siendo el café compactado o
comprimido.
Existe la necesidad de conseguir un extracto de
café corto en un tiempo de flujo reducido, manteniendo, no
obstante, la calidad atribuida relativamente sin cambios.
También hay necesidad de conseguir un extracto
de café corto con un sabor más fuerte.
La presente invención está destinada a conseguir
mejoras significativas en el sistema de cápsula de la técnica
anterior. En particular, un objetivo principal consiste en reducir
el tiempo de flujo cuando se suministra un extracto de café corto a
partir de una cápsula, mientras que al mismo tiempo se mantienen o
se mejoran las características de calidad del café, en particular,
la intensidad deseable (expresada, por ejemplo, por su
"rendimiento de extracción") y también un espesor y textura
suficientes de la crema.
La invención se basa, por lo tanto, en el
descubrimiento de que la granulometría del lecho de café con un
control de contenido de finos en el lecho de café juega un papel
principal en la reducción de la pérdida de presión en el lecho de
café manteniendo al mismo tiempo la extracción deseada del café. La
reducción del contenido de finos proporciona una reducción de la
pérdida de presión en el lecho de café. Al ser reducida la pérdida
de presión, el extracto de café puede ser suministrado con un mayor
caudal.
La invención se basa, por lo tanto, en reducir
el nivel de finos en el café molido; dicho nivel de finos
proporciona un flujo más rápido, no afectando significativamente el
rendimiento de extracción del café resultante.
Por lo tanto, la invención se refiere a un
procedimiento para obtener un extracto de café corto de manera más
rápida o con un rendimiento más elevado a partir de una cápsula
cerrada que contiene café molido, por inyección de agua a presión
dentro de la cápsula,
en el que la cápsula es llenada con café molido
y tiene una membrana de suministro;
en el que la cápsula es extraída en un
dispositivo de extracción de café y se inyecta agua a presión en la
cápsula a presión;
en el que la bebida de café es suministrada a
través de la membrana de suministro de café de la cápsula con
medios de acoplamiento que establecen contacto con la membrana o que
actúan contra la misma;
\newpage
en el que la pérdida de presión es reducida en
el lecho de café al disponer en la cápsula café molido que tiene un
porcentaje controlado de finos (F) dependiendo del tamaño promedio
de partículas (D_{4,3}) dentro de los siguientes límites:
F es menor de 16% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 300 y 350 micras,
F es menor de 18% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 250 y 299 micras,
F es menor de 21% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 200 y 249 micras,
F es menor de 28% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 150 y 199 micras, y en el que el rendimiento de
extracción se mantiene entre el 15 y 30%; y
en el que se obtiene un extracto de café de 25 ó
40 gramos con un tiempo de flujo de 20 segundos o menos.
\vskip1.000000\baselineskip
Preferentemente, la pérdida de presión en el
lecho de café se reduce al disponer en la cápsula café molido que
tiene un porcentaje de finos (F) que depende de la dimensión de las
partículas dentro de los siguientes límites:
F se encuentra entre 12 y 16% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 300 y 350 micras,
F se encuentra entre 14 y 18% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 250 y 299 micras,
F se encuentra entre 17 y 21% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 200 y 249 micras,
F se encuentra entre 12 y 28% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 150 y 199 micras.
El control del nivel de finos determinado en
función del tamaño de partículas del café molido posibilita
disminuir la pérdida de presión en el lecho de café, por lo que
reduce significativamente el tiempo de flujo.
Preferentemente, se dosifica y se llena en la
cápsula una sola molturación dentro de las gamas específicas antes
mencionadas de D_{4,3} para conseguir el procedimiento de la
invención.
Para un extracto de café corto, una
característica distintiva del carácter o intensidad del café en la
taza se refiere al rendimiento de la extracción. Se ha observado
que el rendimiento de la extracción debe ser mantenido
preferentemente dentro de un rango determinado. Si el rendimiento de
la extracción es demasiado elevado, el café habrá sido extraído
habitualmente en exceso y se considerará amargo y áspero porque se
habrán extraído compuestos no deseables. Inversamente, si el
rendimiento de la extracción es demasiado bajo, el sabor del café
es aguado y tampoco se encuentra aceptable por el consumidor
habitual. Por lo tanto, de forma sorprendente, la presente
invención da a conocer un procedimiento en el que, mientras el
tiempo de flujo se reduce significativamente, el rendimiento de la
extracción se mantiene adicionalmente o incluso se incrementa a
través de una molturación más fina con un rango preferentemente
comprendido entre 18 y 30%, más preferentemente entre 19 y 25%.
La cantidad de café molido, contenida en la
cápsula sigue siendo razonablemente reducida; preferentemente de
4,5 a 6,5 gramos, más preferentemente de 5 a 6 gramos.
Se ha descubierto de manera sorprendente que
dentro de un rango preferente de tamaño de partículas de D_{4,3}
comprendida entre 200 y 300 micras, el tiempo de flujo para
suministrar 25 ó 40 g de extracto de café se puede reducir
significativamente a 15 segundos o incluso menos, incluso
aproximadamente 10 segundos. El tiempo de flujo es asimismo
relativamente constante dentro de un rango D_{4,3} de
190-300 micras.
A pesar de una extracción más rápida, el perfil
de sabor del café, así como el cuerpo y regusto se pueden mejorar
en comparación con el mismo tamaño de partículas con un nivel de
finos más elevado. Por ejemplo, el rendimiento de la extracción
dentro de un tamaño de partículas promedio D_{4,3} entre 200 y 300
micras se puede mantener o incrementar dentro del 20 y 23%.
La crema también se considera un atributo de
calidad clave en un extracto de café corto. La crema debe ser
espesa y estable. Debe cubrir toda la superficie de la bebida en la
taza sin dejar ninguna zona negra. Por lo tanto, la calidad de la
crema es determinada por una prueba que consiste en poner una capa
de azúcar cristalino y medir el tiempo antes de que el azúcar se
hunda en el extracto de café. De modo sorprendente, también un
extracto de café corto suministrado en un tiempo más rápido tiene
una crema de excelentes características. Por ejemplo, un extracto
de café obtenido en un tiempo reducido de unos 10 segundos con un
tamaño promedio de partículas de D_{4,3} comprendido entre 200 y
300 micras, la crema muestra una estabilidad en la pureza del
azúcar de prueba de más de 10 segundos, incluso más de 12 segundos,
preferentemente entre 12 y 15 segundos.
Además, la pérdida de presión en la
membrana/medios de contacto del interfaz se puede controlar para
conseguir unas características mejoradas de calidad.
La pérdida de presión en la membrana/medios de
contacto del interfaz se puede controlar al disponer una membrana
con una resistencia al punzonado más elevada de un mínimo de 1,1 mJ.
Incluso preferentemente, la membrana tiene una resistencia al
punzonado entre 1,1 mJ y 3,5 mJ. Más preferentemente, la membrana
tiene una resistencia al punzonado comprendida entre 1,35 y 3,2 mJ.
La membrana puede estar realizada a base de un material distinto,
tal como aluminio, una aleación de aluminio y/o plástico.
En un ejemplo preferente, cuando la membrana
está realizada a base de aluminio o una aleación de aluminio, la
membrana tiene un grosor comprendido entre 26 y 40 micras, incluso
más preferentemente de unas 30 micras. La membrana es rota
preferentemente bajo el efecto de la presente extracción en contacto
con los medios de acoplamiento. Los medios de acoplamiento pueden
comprender una serie de relieves o alternativamente uno solo. La
cápsula puede contener un filtro interno en caso necesario para
retener el café molido dentro de la cápsula después de la apertura
de la membrana. La presión del agua en el lado de la inyección de la
cápsula puede alcanzar un valor que supera 1,1 MPa (11 bar), o
incluso más elevado de 1,4 MPa (14 bar).
Para obtener una reducción del contenido de
finos en las cápsulas, un procedimiento posible puede consistir en
moler los granos del café (antes de tirar las cápsulas) utilizando
un molino de molturación que comprende, como mínimo, un par de
rodillos con ondulaciones radiales en la sección de molturación fina
en oposición a ondulaciones longitudinales. Se han obtenido buenos
resultados mediante la molturación de café utilizando, como mínimo,
3 fases, preferentemente 4 fases, siendo, como mínimo, un rodillo
ondulado radialmente. Los mejores resultados se han obtenido
mediante 4 etapas utilizando solamente rodillos de molturación con ondulaciones radiales, en particular, 6 etapas.
mediante 4 etapas utilizando solamente rodillos de molturación con ondulaciones radiales, en particular, 6 etapas.
El café de las cápsulas se puede llenar de forma
libre en la cápsula, es decir, sin etapa de compactado antes o
después del llenado de la cápsula. De forma alternativa, el café
puede ser densificado antes de la etapa de llenado, utilizando un
dispositivo de densificación. No obstante, el café no es compactado
en un bloque sólido en la cápsula, sino que permanece en estado de
flujo libre en la cápsula.
En un ejemplo preferente, la abertura de la
placa para la membrana de suministro está formada a base de una red
de relieves salientes, preferentemente un número comprendido entre
20 y 50; teniendo cada relieve una superficie superior plana de
área superficial individual comprendida aproximadamente entre 0,5 y
5 mm^{2}. Más preferentemente, la superficie superior de cada una
de las áreas superficiales individuales del relieve está
comprendida entre 0,8 y 3 mm^{2}. Esta disposición de aberturas
puede participar también en la generación de una pérdida de presión
suficiente para formar una mejor crema.
La figura 1 es un gráfico que muestra la
relación entre el tamaño promedio de partículas del café molido y
el nivel de finos para una molturación estándar y una molturación
mejorada, según la invención;
La figura 2 es un gráfico que muestra la
relación entre la granulometría y el tiempo de flujo para
suministrar un extracto de café de 25 g;
La figura 3 es un gráfico que muestra la
relación entre el tiempo de flujo para suministrar 25 g de extracto
de café y el rendimiento de extracción para mezclas estándar y
mezclas, según la invención;
La figura 4 es un gráfico que muestra la
relación entre el tiempo de flujo para suministrar 25 g de extracto
de café y la calidad de la crema obtenida determinada por la prueba
de azúcar;
La figura 5 es otro gráfico que muestra la
relación entre el tamaño promedio de partículas del café molido
entre 190 y 250 micras y el tiempo de flujo para suministrar un
extracto de café corto;
La figura 6 es otro gráfico que muestra la
relación entre el tiempo de flujo para suministrar un extracto de
café de 25 g y el tiempo de flujo para una molturación entre 245 y
275 micras;
La figura 7 es otro gráfico que muestra la
relación entre el tiempo de flujo y la estabilidad de la crema para
una molturación entre 245 y 275 micras,
La figura 8 muestra una representación
esquemática del sistema de la invención antes de la inserción de la
cápsula;
La figura 9 muestra una representación
esquemática del sistema, encontrándose el dispositivo cerrado y un
cartucho siendo extraído en el dispositivo.
En la presente solicitud se utilizan términos de
los que se facilitan a continuación las definiciones como
preámbulo.
El "rendimiento de extracción" se refiere a
la intensidad del extracto y se define por el peso total de sólidos
en el extracto líquido dividido por el peso total del café inicial
en la cápsula (por ejemplo, café tostado y molido). Este valor se
expresa típicamente como porcentaje.
El "total de sólidos" se define como peso
de sólidos extraídos contenidos en el extracto dividido por el peso
total del extracto. Este valor se expresa de manera típica como
porcentaje.
La "presión de inyección" se define como la
presión máxima expresada en MPa (bar) y medida en el punto o puntos
de inyección en la cápsula durante la extracción.
El "tiempo de flujo" se define como tiempo
desde el primer momento de vertido de fluido en la taza de café
hasta el momento en que el extracto ha sido suministrado a la taza
con el peso, intensidad y carácter deseados.
"Extracto de café corto" se define como el
extracto líquido obtenido de la cápsula con un peso de unos 25 g
(+/-2) para "ristretto" y 40g (+/-2) para "espresso".
El tamaño promedio de partículas
"D_{4,3}" representa el diámetro volumétrico medio del café
molido obtenido por el método de difracción por láser utilizando un
instrumento óptico Malvern® y butanol como agente dispersante de
las partículas.
Los "finos" se consideran partículas de
café que tienen un diámetro menor de 88,91 micras cuando se miden
con el método de difracción láser Malvern®.
Una "etapa" para el café molido en un
molino representa un par de rodillos.
La "membrana de suministro" designa la
pared de la cápsula desde la que se suministra el café
comprendiendo, como mínimo, una salida para la bebida dispuesta
después de la apertura por cualquier método apropiado incluyendo
corte, punzonado y/o rotura o una salida eventualmente preformada
(por ejemplo, un filtro).
La "resistencia al punzonado", expresada en
mili-Joules, se define como la energía necesaria
para punzonar la membrana de la cápsula utilizando un equipo de
tracción MTS Synergie 400 suministrado por la empresa Fuch
Industrievertretungen (Suiza) tal como se describe en el documento
EP 1566127 A2.
La "granulometría" del café molido se
define como el tamaño promedio de partículas de las partículas de
café y nivel de finos resultantes después de molturación, tal como
se explica en los ejemplos.
La "crema" se define como la parte superior
de la espuma creada sobre el extracto de café con una estructura de
burbujas sustancialmente pequeñas. La característica de la crema se
puede medir por una prueba empírica de azúcar, tal como se ha
definido en el ejemplo 6, que consiste en disponer una capa de
azúcar cristalina bien definida en la parte superior de una taza de
café recién preparada y medir el tiempo que transcurre entre el
inicio de la colocación y el hundimiento de la parte principal del
azúcar. Por lo tanto, el "valor de la prueba del azúcar" es un
número de segundos.
Los "medios de acoplamiento" representan un
elemento del dispositivo de extracción o cápsula que tiene la
función de acoplar o presionar contra la membrana para proporcionar
una cierta pérdida de presión que posibilita retrasar la salida del
café desde la cápsula. Los medios de acoplamiento pueden adoptar
diferentes formas capaces de proporcionar conjuntamente con la
membrana una cierta pérdida de presión tal como una aguja central o
múltiples agujas o una placa con múltiples salientes y/o
ondulaciones o una placa de filtro u otros obstáculos físicos.
La presente invención se refiere a un sistema
que utiliza cápsulas cerradas y sus ventajas correspondientes, tal
como se ha mencionado, para conseguir bebidas de café de volumen
reducido.
Las figuras 8 y 9 muestran esquemáticamente un
sistema de la invención a título de ejemplo. El dispositivo
"D" de la invención comprende un módulo de extracción (10) para
extraer café de una cápsula cada vez. El módulo de extracción
comprende medios de recepción en forma de una base de soporte o
colector (11) y una pieza o parte de inyección (12). La base de
soporte y parte de inyección definen un volumen interno al cerrar
las dos partes para recibir la cápsula. En la base de soporte están
situados medios de acoplamiento (13) previstos para su acoplamiento
con una pieza de retención de la cápsula cuando la presión del
fluido aumenta dentro de la misma. Los medios de acoplamiento (13)
pueden ser medios de rotura, tal como una serie de salientes tales
como pirámides, una red de nervios alargados o agujas dispuestas en
la superficie de una placa. El extracto de café es filtrado
básicamente por las separaciones muy estrechas producidas entre los
elementos salientes y los bordes de las aberturas de la membrana.
La placa comprende una serie de aberturas para el drenaje del
extracto y eventualmente para retener cualesquiera partículas de
café sólido. Las aberturas pueden estar dispuestas a través de las
placas en canales formados entre los elementos salientes o, de
manera alternativa, pueden estar dispuestas a través de los propios
elementos salientes.
El dispositivo comprende además, como mínimo,
una conducción de líquido (72) a la que se puede suministrar el
líquido de la cápsula con intermedio de, como mínimo, un inyector
(70). El inyector puede comprender una o varias agujas o cuchillas
que crean uno o varios pasos para que entre el agua en la cápsula.
El fluido es alimentado a presión en la conducción por medio de una
bomba (73). La bomba puede ser una bomba electromagnética de émbolo
o cualquier mecanismo apropiado de bombeo de agua, tal como una
bomba de diafragma o sistemas a presión. Un recipiente de líquido
(74) puede estar montado más arriba de la bomba (73) para
posibilitar la alimentación de líquido en cantidad suficiente para
suministrar líquido para extraer más de una cápsula.
Preferentemente, el recipiente contiene más de 750 ml de agua de
forma que elimina el inconveniente de relleno repetido del
recipiente después de unos pocos ciclos de extracción. Un sistema de
calentamiento (75) puede ser instalado a lo largo de la conducción
entre el recipiente y el módulo de extracción (10) para calentar el
líquido a una temperatura requerida. El calentador está configurado
para calentar el agua a una temperatura de extracción comprendida
entre 70 y 100ºC. Puede ser un "termobloc" o un dispositivo de
calentamiento instantáneo tal como cartuchos de calentamiento de
tipo cerámico. El recipiente puede ser también un calentador o
caldera que puede mantener el líquido templado o caliente. Un panel
de control con interruptores es habitualmente aconsejable para
poner en marcha automáticamente el ciclo de extracción. Se pueden
añadir diferentes controles, tales como sensores de temperatura,
temporizadores, medidores de flujo, sensores de presión, válvulas,
sondas y otros para controlar y supervisar las operaciones de
extracción. El dispositivo podría también comprender muchas otras
variantes.
La cápsula de café (S) tiene un cuerpo (20) y
una membrana (21) realizada en un material tal como aluminio y/o
plástico. La cápsula puede adoptar muchas formas distintas sin salir
del ámbito de la invención. La membrana podría estar también
formada como fondo del cuerpo propiamente dicho. La membrana puede
adoptar una forma predefinida antes (por ejemplo, convexa o
cóncava) y se deforma contra los medios de acoplamiento (13) durante
la extracción.
De acuerdo con un aspecto importante de la
invención, la cápsula está llena de café molido con tamaño de
partículas controlado y una cantidad reducida de finos.
La cápsula puede ser llenada con una cierta
sobrepresión con un gas inerte para incrementar la vida de
almacenamiento del café contenido. La membrana puede adoptar una
forma ligeramente convexa como resultado de la presión interna de
gas. El gas inerte es típicamente nitrógeno, pero se podría utilizar
otro gas inerte. El gas de dióxido de carbono del café participa
también en el aumento de la presión interior como resultado de la
desgasificación del café molido dentro de la cápsula después del
llenado y sellado de la cápsula. Por lo tanto, la membrana debe ser
suficientemente resistente para resistir la presión interna del gas,
incluyendo el gas producido por desgasificación dentro de la
cápsula.
Cuando el módulo de extracción (10) es cerrado
alrededor de la cápsula (2) y la cápsula es dispuesta en el módulo,
tal como se ha mostrado en la figura 9, el elemento de retención, es
decir, el que se llama a continuación "membrana", es dispuesta
adyacente o a una reducida distancia de los medios de acoplamiento
(13) del dispositivo. La membrana de la cápsula no es abierta hasta
alcanzar una cierta presión de apertura dentro de la cápsula al
llegar el agua a la cápsula. La membrana y medios de acoplamiento
están dispuestos de forma tal que no se crea abertura accidental
antes de empezar la extracción. Por lo tanto, al entrar el agua
dentro de la cápsula bombeada por los medios de bombeo (75), la
presión interna aumenta dentro de la cápsula, lo que produce la
deformación de la membrana (21) y el presionado de los medios de
acoplamiento (13) hasta el punto en el que se rompe o se abre. La
cápsula empieza a abrirse a una cierta presión de apertura, pero la
presión continua incrementándose usualmente debido al compactado
del lecho de café molido dentro de la cápsula y debido también a la
disminución de presión creada por las estrechas aberturas rotas o
taladradas a través de la membrana de la cápsula. A continuación,
el nivel de presión se aplana usualmente hasta una presión de
extracción, que es críticamente de varios bares por encima de la
presión de apertura y a continuación disminuye cuando la bomba es
desconectada. La caída de presión total es habitualmente la suma de
la pérdida de presión creada por el lecho de café compactado y la
pérdida de presión creada por el conjunto de pequeñas aberturas que
atraviesan la membrana y la placa de acoplamiento (13) del
dispositivo. Se puede observar que la placa de acoplamiento puede
formar parte de la propia cápsula. Se debe observar que la membrana
de la cápsula puede ser reabierta antes de la inyección de agua,
por ejemplo, mediante una o varias agujas de las placas de
acoplamiento.
La bomba tiene un curva característica de
rendimiento fija, lo que significa que suministra un determinado
caudal de agua cuando, más abajo de la bomba, se tiene que superar
una cierta presión que depende de las características de la cápsula
(granulometría, membrana, etc.).
La invención se basa en el principio de que la
pérdida de presión en el lecho de café se ha reducido
significativamente en comparación con la pérdida de presión del
lecho de café en las cápsulas de los sistemas existentes, mientras
que al mismo tiempo se mantienen sustancialmente las características
de extracción (es decir, el rendimiento de la extracción).
Para ello, la granulométrica del café molido en
la cápsula ha sido modificada con niveles reducidos de finos.
Preferentemente un porcentaje de finos (F) está relacionado con el
rango medido de tamaño de partículas (D_{4,3}). Cuando aumentan
las dimensiones de las partículas, la cantidad de finos disminuye
habitualmente de forma inversa. Cuanto más fino se muela el café,
mayor es la proporción de finos que se crea. De acuerdo con un
aspecto preferente de la invención, el porcentaje de finos (F) se
determina como función de D_{4,3} dentro de los siguientes límites
preferentes:
F se encuentra entre 12 y 16% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 300 y 350 micras,
F se encuentra entre 14 y 18% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 250 y 299 micras,
F se encuentra entre 17 y 21% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 200 y 249 micras,
F se encuentra entre 22 y 28% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 160 y 199 micras.
\newpage
Preferentemente, la cápsula rellena con una
única molturación seleccionada que tiene un tamaño de partículas
seleccionado D_{4,3}. En otras palabras, dos o más molturaciones
con diferentes tamaños de partículas (D_{4,3}) no se mezclan para
el llenado de una cápsula.
La granulometría con cantidad reducida de finos,
tal como se ha definido en lo anterior, posibilita el control del
tiempo de flujo para extractos de café cortos. En particular, un
tiempo de flujo menor de 20 segundos, preferentemente 15 segundos o
menos, puede ser obtenido satisfactoriamente para suministrar 25 o
40 gramos de extracto de café con un rendimiento de extracción
comprendido entre 15 y 30%, preferentemente entre el 18 y 30%.
Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente
la invención de manera no limitativa.
En los siguientes resultados de las pruebas
presentadas en los siguientes ejemplos 1 a 4 se llenaron cápsulas
de café Nespresso® de volumen y forma estándar con 5,0 gramos de
café molido suelto. Las cápsulas, fabricadas en aluminio fueron
estanqueizadas con una membrana para suministro de bebida de
aluminio de 30 micras. Las características del café se compararon
teniendo en cuenta el rendimiento de extracción y la calidad de la
crema ("prueba del azúcar").
El gráfico de la figura 1 muestra la relación
entre el diámetro promedio D_{4,3} y el porcentaje de finos
considerando diferentes tecnologías de molturación.
La curva "molturación estándar" se obtuvo
moliendo granos de café a diferentes tamaños de partículas,
utilizando una tecnología de molturación estándar, utilizando
solamente rodillos ondulados axialmente.
La curva de "molturación mejorada" fue
obtenida moliendo granos de café con diferentes tamaños de
partículas, utilizando una tecnología de molturación que utiliza
seis etapas incluyendo 10 rodillos ondulados en las primeras cinco
etapas y dos rodillos lisos en la última etapa. La técnica de
molturación ha conducido a obtener una cantidad reducida de finos
en comparación con la molturación estándar.
Tal como se ha mostrado por la curva inferior
para la molturación mejorada, el nivel de finos se puede disminuir
a un valor comprendido aproximadamente entre el 21% para un tamaño
promedio de partículas de 199 micras, alrededor del 19% para un
tamaño de partículas promedio de unas 240 micras y aproximadamente
15% para un tamaño promedio de partículas de 299 micras.
El gráfico de la figura 2 muestra el impacto del
tamaño de partículas promedio (D_{4,3}) sobre el tiempo de flujo
a través de la cápsula para mezclas que tienen tamaños de partículas
reducidas obtenidas por la molturación mejorada y mezclas estándar
obtenidas por una molturación estándar. De modo sorprendente, en el
rango de 200 a 300 micras, el tiempo de flujo es aproximadamente
constante (unos 10 segundos) con un café molido que tiene menos
finos en oposición a la mezcla de café estándar que tiene el
contenido de finos habitual. En general, el tiempo de flujo del
extracto de café se puede reducir significativamente con mezclas de
café con niveles reducidos de finos.
El gráfico de la figura 3 muestra el impacto del
tiempo de flujo para suministrar 25 g de extracto de café en el
rendimiento de la extracción, utilizando, respectivamente, cápsulas
de la invención que contienen café molido con un reducido contenido
de finos ("mejorado") para tres tamaños distintos de
partículas, respectivamente, 200, 250 y 300 micras. Las cápsulas de
la invención fueron comparadas con cápsulas que contenían café
molido con un contenido normal de finos ("estándar") para los
mismos tamaños de partículas promedio. El rendimiento de extracción
de los extractos de café resultantes fue calculado de acuerdo con el
procedimiento explicado en el ejemplo 9. De manera sorprendente,
los resultados demuestran que las mezclas mejoradas con un nivel de
finos reducido proporcionan un tiempo de flujo significativamente
más reducido en comparación con las mezclas estándar, mientras que
al mismo tiempo el rendimiento de extracción permanece dentro del
rango deseado. Todas las mezclas de la invención dentro del rango
de 200 a 300 micras experimentan un tiempo de flujo para suministrar
25 g de extracto de café que es significativamente menor de 15
segundos. También es sorprendente observar que el rendimiento más
elevado (aproximadamente 23%) se consigue con la molturación más
fina para mejora de la molturación. Esto es lo contrario de las
mezclas estándar, en las que el rendimiento más bajo
(aproximadamente 16,5%) se consigue con la molturación más fina.
Cuanto más fino es el tamaño promedio de las partículas, menor es
el flujo con las mezclas estándar. Con las mezclas estándar, la
resistencia al flujo a través del lecho de café es presumiblemente
demasiado elevada para asegurar una extracción completa de toda la
cantidad de café ("efecto canal") en particular con un tamaño
de partículas de 200 micras.
El gráfico de la figura 4 representa los
resultados obtenidos con mezclas que tienen, respectivamente, un
contenido de finos reducido ("mejorado") y un contenido de
finos normal ("producto industrial estándar"). Las cápsulas
fueron llenadas con 5,0 gramos de café molido. Las mezclas fueron
molturadas respectivamente a 200, 250 y 300 micras. Las cápsulas
fueron extraídas para suministrar extractos de café de 25 g. Los
resultados muestran que la crema sigue siendo relativamente
estable, por lo menos más de 12 segundos, más particularmente entre
12 y 15 segundos, para las mezclas mejoradas con un contenido de
finos reducido. El tiempo de flujo se podría reducir en menos de 15
segundos con la molturación mejorada.
El gráfico de la figura 5, muestra resultados
adicionales dentro de un tamaño promedio de partículas comprendido
entre 200 y 240 micras. Las molturaciones mejoradas con niveles más
bajos de finos se comparan con una molturación de café industrial
"Roma" de 230 micras de tamaño promedio de partículas. Las
muestras molidas con un molino ondulado radialmente tienen
aproximadamente las mismas partículas o partículas más finas. Las
muestras se densificaron utilizando un normalizador, tal como se
describe en EP 1 566 127 A2. Las cápsulas se llenaron con 5 gramos
de café molido. El tiempo de flujo puede ser reducido a menos de 20
segundos con la molturación mejorada.
El gráfico de la figura 6 muestra resultados
adicionales dentro de un tamaño promedio de partículas de entre 200
y 240 micras. El rendimiento de la extracción de una molturación
mejorada es superior que el estándar, especialmente para
molturación más fina. Para un tiempo de flujo comprendido entre 12 y
20 segundos los rendimientos de la extracción se pueden incrementar
hasta valores comprendidos entre 20,5 y 22,5%.
Se presentan resultados adicionales en la
siguiente tabla 1:
\vskip1.000000\baselineskip
También se representan resultados adicionales en
la siguiente tabla 2 para diferentes mezclas de café con un tamaño
promedio de partículas comprendido entre unas 160 micras y 375
micras.
\vskip1.000000\baselineskip
La distribución de tamaños de partículas fue
determinada por difracción por láser utilizando un instrumento
"Mastersizer S" de la firma Malvern® dotado de lentes ópticas
de 1000 mm. Se dispersaron 1-2 g de material en
polvo en 1 litro de butanol y se recirculó por delante del haz de
rayos láser para obtener un oscurecimiento entre el 15 y 20%. La
distribución de tamaños de partículas se obtiene por aproximación de
Fraunhofer del modelo de difracción. El experimento completo se
repite 3 veces (es decir, hasta que StDev < 5%) y los resultados
son promediados.
El dispositivo de prueba del azúcar mecanizado
se compone de un pequeño silo que contiene azúcar. La forma
prismática en V de este silo comprende una ranura definida (2 mm x
40 mm) en el borde del fondo que puede crear una cortina de azúcar
uniforme siempre que la ranura se encuentre libre y se encuentre una
cantidad mínima de azúcar en el silo. Este silo puede ser
desplazado horizontalmente, con velocidad controlada (\sim40 mm/s)
desde un punto "A" hasta un punto "B" (la distancia entre
A y B es de 20 cm). En la parte extrema, en ambos puntos, un
deflector impide que el azúcar pueda escapar si el dispositivo está
en modalidad de espera. Cuando se desplaza el silo, la cortina de
azúcar se produce en la totalidad entre los dos puntos "A" y
"B". La crema de una taza colocada a 60 mm de esta trayectoria
dentro de los dos puntos recibirá el recubrimiento de una capa
uniforme de azúcar cuando el silo pasa sobre la misma. El cronómetro
se pone en marcha cuando la capa de azúcar está colocada sobre la
capa de espuma. La cantidad de azúcar (grosor de la capa para
obtener un peso preciso de 5 gramos de azúcar) depositada en la
taza es ajustable variando la velocidad del silo o las dimensiones
de la ranura. El azúcar es azúcar cristalino de D_{4,3} igual a
660 micras.
Se debe observar un periodo de tiempo de espera
preciso (20 segundos, para tazas pequeñas) entre el final de la
extracción y el inicio de la prueba del azúcar.
La capa de azúcar permanece un cierto tiempo por
encima de la crema. Más adelante, cuando la parte principal del
azúcar se hunde bruscamente, el operador que observa debe parar el
cronómetro.
El "valor de la prueba de azúcar" es el
número de segundos que muestra el cronómetro.
\vskip1.000000\baselineskip
El rendimiento de extracción se calcula con la
siguiente relación:
Rendimiento (%)
= M_{e} x
Tc/M_{S}
en la que M_{e} representa el
peso del extracto de café y M_{S} representa el peso del café
molido contenido en la cápsula y Tc representa el porcentaje de
sólidos totales de café en el extracto de café obtenido después de
secado en estufa del extracto de
café.
Claims (18)
1. Procedimiento para preparar más rápidamente
un extracto de café corto que contiene menos de 50 gramos de
extracto líquido de café en una taza, a partir de una cápsula
cerrada (2) que contiene café molido, por inyección de agua a
presión dentro de la cápsula,
en el que la cápsula es llenada de café molido y
tiene una membrana de suministro; de manera que la cápsula es
sometida a extracción en un dispositivo de extracción de café (D) y
se inyecta agua a presión en la cápsula a presión;
en el que la bebida de café es pasada a través
de la membrana (21) de la cápsula para el suministro de la bebida,
con medios de acoplamiento (13) que establecen contacto en la
membrana o contra la misma;
en el que la pérdida de presión se reduce en el
lecho de café al disponer en la cápsula café molido que tiene un
porcentaje de finos (F) controlado, siendo estas partículas de café
que tienen un diámetro menor de 88,91 micras cuando se efectúa la
medición por el método de difracción láser Malvern®, dependiendo del
tamaño medio de partículas (D_{4,3}) dentro de los siguientes
límites:
F es menor de 16% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 300 y 380 micras,
F es menor de 18% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 250 y 299 micras,
F es menor de 21% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 200 y 249 micras,
F es menor de 28% cuando D_{4,3} tiene medidas
comprendidas entre 150 y 199 micras,
y en el que el rendimiento de extracción se
mantiene entre el 15 y 30%; y
en el que se obtiene un extracto de café de 25 ó
40 gramos con un tiempo de flujo de 20 segundos o menos.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que la pérdida de presión en el lecho de café es reducida
disponiendo en la cápsula café molido con un porcentaje de finos (F)
que depende del tamaño de partículas dentro de los siguientes
límites:
F se encuentra entre 12 y 16% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 300 y 350 micras,
F se encuentra entre 14 y 18% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 250 y 299 micras,
F se encuentra entre 17 y 21% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 200 y 249 micras,
F se encuentra entre 22 y 28% cuando D_{4,3}
tiene medidas comprendidas entre 160 y 199 micras.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2,
en el que el rendimiento de la extracción (Y) se mantiene entre 18 y
30%.
4. Procedimiento, según la reivindicación 3, en
el que el rendimiento de la extracción (Y) está comprendido entre 19
y 25%.
5. Procedimiento, según la reivindicación 3, en
el que la cápsula (2) es llenada de café molido que tiene un tamaño
promedio de partículas comprendido entre 190 y 300 micras.
6. Procedimiento, según la reivindicación 3 ó 4,
en el que la cápsula (2) es llenada con una masa de café de
aproximadamente 4,5 a 6 gramos.
7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en
el que la cápsula (2) es llenada con una masa de café de unos 5
gramos.
8. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 7, en el que el tiempo de flujo se reduce a
menos de unos 15 segundos.
9. Procedimiento, según la reivindicación 5, 6 ó
7, en el que el extracto de café tiene una crema que es estable en
la prueba del azúcar durante un mínimo de 10 segundos,
preferentemente entre 12 y 15 segundos.
10. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la pérdida de presión en el
interfaz de la membrana/medios de acoplamiento (21, 13) es
incrementado al seleccionar una membrana (21) que tiene una
resistencia al punzonado de un mínimo de 1,1 mJ.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la pérdida de presión en el
interfaz de la membrana/elementos de acoplamiento (21, 13) es
incrementado al seleccionar una membrana (21) que tiene una
resistencia al punzonado entre 1,1 y 3,5 mJ.
12. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la pérdida de presión en el
interfaz de la membrana/medios de acoplamiento (21, 13) es
incrementado al seleccionar una membrana (21) realizada en aluminio
que tiene un grosor comprendido entre 26 y 40 micras.
13. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el nivel de finos es
controlado por la molturación de granos de café antes del llenado de
la cápsula (2) empleando un dispositivo de molturación que
comprende, como mínimo, un par de rodillos ondulados radialmente en
la sección de molturación fina.
14. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la presión del agua de
extracción alcanza un valor superior a 1,1 MPa (11 bar) en el lado
de inyección.
15. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el café molido no es
compactado en la cápsula después de llenado.
16. Procedimiento, según la reivindicación 15,
en el que el café molido es densificado antes del llenado o es
llenado de forma suelta.
17. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la membrana es fracturada
contra medios de acoplamiento por el efecto de la presión de
extracción para la salida del extracto de café de la cápsula.
18. Procedimiento, según la reivindicación 17,
en el que los medios de acoplamiento comprenden una serie de
relieves.
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