O Barista Hustle tem uma relação de amor e ódio com a nutrição ao longo dos anos. Você pode se lembrar de clássicos como “Nutação: um pedido de desculpas”Embora seja um método de distribuição fascinante, nunca conseguimos controlá-lo de uma forma que fosse praticável atrás do balcão. Não por falta de tentativa: alguns anos atrás, na preparação para o AutoComb No projeto, demos uma nova olhada na nutação e chegamos ao ponto de construir um aparelho de nutação. Não é moleza construir uma máquina de compactação onde o pistão pressiona para baixo enquanto simultaneamente gira em uma espiral estreita e decadente — como uma moeda de 20 centavos oscilando no final de um giro — redistribuindo suavemente o pó pelo disco superfície.

O aparelho não funcionou, não porque não funcionasse. Na verdade era excelente em nutação, mas fez o disco tão denso que exigia uma moagem supergrossa que sempre resultava em subextração. Mais recentemente, nossos pensamentos têm voltou para lá, principalmente depois que Lance Hedrick e Mark Al-Shemmeri começaram a falar sobre densificação. Quer dizer, a teoria da densificação é muito boa: você pode moer um grão de café e depois esmagá-lo todo. multas de volta para as pedras. E durante o processo de compressão, há o outro possível benefício de arredondar as bordas das pedras. Ao final de um processo de densificação ideal, você acaba com o que parece uma caixinha encantadora de bolinhas de gude microscópicas, todas do mesmo tamanho e formato, apenas esperando a água deslizar entre o espaçamento perfeitamente igual entre cada partícula. Que sonho. 

Irritantemente, a indústria em massa consegue fazer bom uso de densificadores para coisas como café em cápsulas. Algumas (não todas) empresas de cápsulas fazem coisas incríveis com quantidades muito pequenas de café espremidas em espaços muito pequenos. Existem muitas empresas que vendem cápsulas usando torrefadores de marca branca que moem o café em máquinas EK43 e fazem pouco mais do que despejar os grãos moídos na cápsula, gaseificá-los com nitrogênio e, em seguida, colar um adesivo de alumínio na parte superior. Mas algumas empresas usam densificadores como este bad boy (abaixo) que, assim como Moinhos de rolos, são excelentes no processamento de 180 quilos de café por hora e, portanto, nunca são usados por aqueles que mais os apreciariam — os baristas. 

Este é o 'mini densificador' da MPE — projetado para processar até 180 kg/h de café moído! Se 180 kg é a capacidade do "mini", você consegue imaginar o que o cachorro grande consegue fazer?!

Veja como funciona um densificador: "Pás anguladas especiais são usadas para aplicar força compressiva ao café. Uma comporta de descarga ajustável determina a magnitude da força compressiva aplicada antes que o café seja expelido pela descarga."

Depois de ler as palavras "pás anguladas especiais" e "forças compressivas", parece bastante com nutação — certo? Então, nossos pensamentos voltaram à nossa máquina de nutação mais uma vez e a como poderíamos projetar um experimento para descobrir se a nutação de grãos de café leva à densificação de grãos de café individuais. Se fosse esse o caso, um densificador de mesa valeria a pena. Aqui está o que criamos como experimento:

O Experimento de Nutação e Peneiramento

Infelizmente, peças da nossa máquina de nutação foram recuperadas pelo nosso departamento de P&D para a prototipagem inicial do AutoComb. Portanto, ao projetar um teste para descobrir se a nutação pode causar densificação, sabíamos que precisaríamos usar nutação manual, e bastante para igualar a potência de nutação do nutador mecânico. Passamos dois minutos exaustivos girando o compactador enquanto aplicávamos força para baixo em cinco réplicas de cada amostra testada. 

A primeira descoberta surpreendente sobre a nutação pesada foi que ela aumenta a densidade aparente do leito de café compactado em 25%!!!

Como você pode ver acima, a compactação normal atingiu uma profundidade de leito de 11,5 mm, enquanto dois minutos contínuos de nutação atingiram uma profundidade de leito de 9,24 mm. Isso representa uma diferença de apenas 2,26 milímetros na profundidade do leito, mas representa uma mudança significativa na densidade do material. disco. Aqui estão os calculados densidades aparentes com base em nosso disco dados de profundidade:

• Moagens normais: ~0,582 g/cm³
  
• Moagens Nutadas: ~0,725 g/cm³

Isso confirma uma densificação "macro" significativa — as moagens nutadas estão se compactando mais firmemente, provavelmente devido a um melhor rearranjo das partículas e à redução dos espaços vazios. Essa densificação explica por que você pode observar densificações semelhantes ou mais longas. tempos de tiro em configurações de moagem mais grossas em discos nutados. Mas o que realmente queremos é a "microdensificação" ou a alteração da forma efetiva das partículas individuais.

O que a nutação faz com as pedras?

Nossa hipótese era que, durante a nutação, os grãos de café agiriam uns sobre os outros como pequenos pedaços de lixa, raspando os pedaços angulares dos grãos, tornando-os lentamente mais esféricos. Na falta de um microscópio eletrônico para testar isso, utilizamos a peneira de 355 µm. 

Aqui está o que apareceu: Este boxplot mostra a distribuição de partículas grossas (>355 µm) em todas as três abordagens. Moagens normais; moagens nutadas na mesma configuração de moagem como as moagens normais; e finalmente moagens nutadas em uma moagem mais grossa configuração de moagem que produzia o mesmo tempo de disparo que os disparos normais — ou seja, um disparo de 30 segundos.  

A nutrição reduziu consistentemente a proporção de partículas grossas, sugerindo a decomposição parcial de partículas maiores. Também é possível que algumas partículas maiores não sejam, na verdade, partículas sólidas, mas sim uma aglomeração de multas que se aglomeraram e, portanto, a nutação pode estar apresentando menos pedregulhos na mistura porque as "microaglomerações" estão quebradas. Tornar a moagem mais grossa após a nutação restaurou parcialmente a proporção de partículas grossas — o que não é surpresa.

A Parte Final

O próximo passo natural nessa linha de argumentação era descobrir o que acontece se você fizer um expresso com café fortemente nutado, que depois é triturado em grãos soltos antes de socá-lo novamente. "Por que fazer isso?", você pergunta. A nutação certamente causa a densificação de todo o café. disco, mas isso densifica as moagens individuais ou altera o tamanho e a forma das moagens de uma forma que beneficia a eficiência da extração? Para descobrir isso, após a nutação, precisamos quebrar o disco (e qualquer aglomeração que a nutação causa) de volta a partículas soltas e sem grumos. Então surgiu o plano: Moer > Nutação > depois WDT > e compactar novamente. Parece trabalho duro, mas precisávamos descobrir se essa abordagem não seria o barco dos sonhos para disco céu. Aqui estão os resultados: 

Um gráfico de caixa mostrando os rendimentos de extração para três diferentes disco técnicas de preparação.

Esquerda: Preparação normal – sem nutação, apenas uma compactação padrão.
Meio: Preparação Nutated – onde aplicamos um movimento de nutação durante a compactação.
Certo: Nutated>WDT>tamp – nutado, depois agitado com um pente WDT, compactado novamente e extraído.

Olhando para esses dados, certamente não parece que a abordagem nutated>WDT>tamp seja um caminho rápido para disco céu. Nosso objetivo era ver como cada método influenciava rendimento de extração (EY), TDS, e consistência geral dos arremessos.

O tiros nutados saíram na frente em termos de extração. Eles empurraram o EY médio para cima de 19.35% a 20.97% – um aumento sólido de 1,6%, o que é muito importante no expresso — provavelmente devido a um maior disco densidade ou mais uniforme resistência durante a extração.

Mas nem tudo foi positivo para a nutação. A nutação também trouxe mais variabilidade — o desvio padrão para EY saltou de apenas 0,12 para o método normal até 0,68. Então, embora os tiros fossem mais fortes, eles também eram menos previsíveis.

O método Nutation>WDT>Tamp parecia promissor no papel — talvez uma maneira de obter o melhor dos dois mundos? Na realidade, saiu pela culatra. Essas injeções tiveram a menor EY em milhas (17.26%) com a maior inconsistência no tempo de filmagem. Parece que o WDT introduziu muito caos no disco estrutura.

Esses dados implicam densificação em nível de partícula?

Quando uma partícula é densificada, as células abertas em sua superfície ficam preenchidas internamente com multas ou colapsado pela pressão.

Isso é mais difícil de medir e comprovar porque requer microscopia, porosimetria ou tomografia computadorizada de raios X para confirmar. (Na verdade, estamos em discussões com a Dra. Anja Rahn sobre maneiras de analisar isso no momento.) A densificação de partículas envolve o seguinte:

• Multas migrando para os poros internos de moagens maiores
  
• Colapso ou plástico deformação das paredes celulares em partículas grosseiras
  
• Possivelmente sinterização (um processo onde partículas se fundem em altas temperaturas e/ou pressão devido à moagem ou nutação). 

Se você pegar um microscópio comum e comparar os blocos encontrados em moagens comuns com os blocos coletados em moagens nutadas, certamente poderá obter algumas pistas úteis sobre o que está acontecendo. Veja as imagens e os vídeos do microscópio abaixo.

Imagens de microscópio com ampliação de 10x. Pedra de moagem normal (esquerda), pedra de moagem de nutação (direita)

Imagens de vídeo de microscópio (ampliação de 4x) da seção transversal de um compactado disco.

Imagens de vídeo de microscópio (ampliação de 4x) da seção transversal de um nutado disco.

O que vem a seguir? Mutação de Nutation, a continuação

Parece haver menos vazios no nutado disco mas está claro que imagens 3D são necessárias para obter uma resposta satisfatória para isso. 

Primeiro você pensa: essas migalhas são de brownie de chocolate? Então você percebe que, em ambos os casos, há o que parece ser aglomeração ocorrendo tanto na moagem nutada quanto na não nutada. Especialmente quando comparados com a moagem produzida em uma configuração muito mais grossa. Decidimos que essa evidência é pelo menos suficiente para investigar mais a fundo este tópico após encomendarmos algumas imagens de MEV adequadas. Assim que eles retornarem, e uma análise completa do tamanho das partículas, reportaremos com a sequência de "Nutation Mutation". 

Até as fronteiras do café…