Плюсы и минусы нержавеющей стали, меди и латуни, когда речь идет о котлах, портафильтрах и блоках.

Называйте меня ботаником, но я хорошо помню, как впервые использовал машину, сделанную из нержавеющей стали. У кофе был яркий и чистый вкус, и продавец показал мне, как легко вытереть остатки внутри портафильтра - больше не нужно протирать Scotch-Brite в конце каждого дня. Сталь была большим аргументом в пользу продажи: ее легко чистить, она более экологична, не содержит свинца, устойчив к образованию накипи. Кажется, что это не проблема, и мы действительно купили машину.

С тех пор количество машин, производимых со стальными котлами, группами или портафильтрами, похоже, увеличилось, но большинство из них по-прежнему изготавливаются традиционным способом с медными котлами и трубами, а также латунными фитингами, группами и портафильтрами.

И латунь, и медь связаны с загрязнением питьевой воды свинцом, что ведет к еще более строгому законодательству в отношении их использования. В связи с растущим давлением на производителей с целью сократить использование этих материалов, должно быть несколько довольно веских причин, чтобы продолжать использовать их вместо стали.

В этом посте мы рассмотрим, почему медь и латунь так полезны в кофемашинах эспрессо, где сталь имеет преимущество, и есть ли какие-либо причины для беспокойства по поводу количества свинца в нашем кофе.

Тепловые свойства

Одна из основных причин того, что медь исторически использовалась в котлах и кухонной посуде, заключается в том, что она настолько хороша. дирижер тепла. Медь имеет теплопроводность более 400 Вт / мКпо сравнению с нержавеющей сталью около 14 Вт / мК.

Электропроводность латуни варьируется в зависимости от того, сколько в ней меди, но обычно она составляет около 111 Вт / мК, но имеет преимущество перед медью в том, что она намного тверже и прочнее.

Это означает, что медный котел или сковорода гораздо более эффективен в передаче тепла от пламени под ним к воде внутри него, чем стальной.

Внутри кофемашины эти свойства могут иметь неожиданное значение. Даже внутри котла, где можно подумать, что изоляционные свойства стали будут преимуществом, это может создать проблемы. Майкл Чайхан, директор Аналоговый кофе, говорит, что когда он работал над суперавтоматами в Бразилиа, они обнаружили, что стальной паровой котел был настолько неэффективен при передаче тепла в верхнюю часть котла, что пар конденсировался на верхних поверхностях, создавая влажный пар. Чтобы решить эту проблему, им пришлось повторно нагреть пар на пути к паровому клапану. «Бойлеры из нержавеющей стали на традиционных машинах обычно имеют меньший диаметр, чтобы минимизировать проблему теплопередачи», - говорит он. «Проблема со сталью в том, что она не пропускает тепло».

Сама вода плохая дирижер тепла, а пара тем более; поэтому для передачи тепла от котла к группе вам нужно либо использовать более проводящий материал, например медь или латунь, либо полагаться на движение воды, чтобы переносить тепло. 

В теплообменнике, в котором используется термосифон для передачи тепла в группу, это движение воды, которое переносит тепло от котла в группу. Но даже здесь медь и латунь имеют преимущество: движение воды в термосифоне зависит от водяного охлаждения в группе. Это заставляет более холодную воду опускаться и возвращаться в теплообменник, создавая постоянный поток воды через головку группы. «Чтобы тепло переместилось, головка группы, включая портафильтр, должна излучать тепло», - объясняет Чайхан. Это намного эффективнее с проводящим материалом, таким как латунь.

В станках на основе стали часто требуются различные методы передачи тепла. Например, La Marzocco, которые начали использовать котлы из нержавеющей стали еще в 1971 году, используют конструкцию «насыщенной группы», когда камера в группе заполнена водой и непрерывна вместе с котлом. В этой конструкции используется циркуляция воды по всей системе для передачи тепла группе, - объясняет Энрико Вурм, менеджер по усовершенствованию продукции в La Marzocco. «Это правда, что сталь сохраняет меньше тепла, чем латунь, однако мы компенсируем эту проблему, создавая тяжелые и толстые группы, чтобы получить большую тепловую инерцию, и [изолируя] наши котлы».

Другие современные конструкции кофемашин эспрессо позволяют решить эту проблему, нагревая группу различными способами: например, путем прямого нагрева материала группы, например, в Нуова СимонеллиAurelia II T3, или даже поместив варочный котел непосредственно над головкой группы, как в Сан-РемоОпера. Это означает, что такие машины меньше полагаются на материал для проведения тепла, что делает сталь более практичной.

Слева: Опера Сан-Ремо, справа: Nuova Simonelli Aurelia II T3.

Механические свойства

Медь относительно мягкая, поэтому с ней легко работать и затягивать трубы. Трубки меньшего размера в кофемашинах эспрессо можно даже согнуть вручную, что вместе с их проводимостью означает, что они по-прежнему используются для трубопроводов во многих других машинах, полностью изготовленных из стали.

В некоторых местах, особенно в одомашненный В суперавтоматах медь заменяется трубкой из PTFE (тефлон), которая является гибкой и дешевой. Однако его можно использовать только в тех случаях, когда проводимость и жесткость меди не нужны.

Поскольку латунь содержит медь, она сохраняет некоторые из этих свойств. Он имеет низкую температуру плавления, что облегчает его отливку, он относительно мягкий и имеет низкое трение, что упрощает обработку. Это делает его идеальным для резьбовых деталей или более сложных компонентов, особенно там, где задействованы движущиеся части - поэтому машины со стальными котлами и группами могут по-прежнему использовать латунь для предохранительных клапанов или сжатие гайки для соединения трубопроводов.

Сталь намного прочнее, но работать труднее, чем латунь или медь, и многое другое. хрупкий. Это еще одна причина того, что сталь, как правило, используется для небольших котлов, которые имеют меньший риск растрескивания. «Производители, которые предпочитают работать со сталью, должны переходить на другие технологии производства», - объясняет Вурм. «316L [сталь] - очень твердый сплав, который трудно обрабатывать с помощью обычного инструмента, а также очень трудно сваривать», - говорит он. «Этот материал заставил нас освоить такие методы, как TIG и плазменная сварка. Сегодня наши группы составляют литье по выплавляемым моделям техника, что означает, что они сделаны из твердой стали 100%, без стыков или сварки ».

Поскольку латунь легче обрабатывать и отливать, она оказывается дешевле работать с, несмотря на более высокую стоимость сырья. Однако эти свойства латуни зависят от сплава, содержащего процентное содержание свинца (Н. Гейн, 1981). Без свинца это преимущество исчезает - нержавеющую сталь легче обрабатывать, чем бессвинцовую латунь, по словам Чайхана, а бессвинцовая латунь может сломать формы, используемые в традиционных методах литья. Однако работа со сталью в целом по-прежнему обходится дороже, утверждает Вурм, из-за навыков и рабочей силы, необходимых для создания таких машин.

Вести

Содержание свинца, которое придает латуни ее полезные свойства, также стало одним из главных факторов, заставляющих отказаться от ее использования в кофемашинах эспрессо. Свинец в питьевой воде связан с многочисленными проблемами со здоровьем, особенно у детей, где даже небольшие количества свинца могут вызвать проблемы с развитием или проблемы с поведением и обучением. В результате считается, что нет безопасного уровня содержания свинца в питьевой воде (Агентство по охране окружающей среды США).

Это одна из причин, по которой La Marzocco перешла на использование стали в головных предприятиях, а также в котлах. «Качество воды во всем мире ухудшилось за последние 10 лет», - говорит Вурм. «Поэтому мы перешли на материалы, которые лучше выдерживали [коррозия] и, таким образом, не выделяет тяжелых металлов ».

Законодательство в отношении использования свинца также становится все более строгим. Части машины, контактирующие с водой в США, теперь должны содержать не более 0,25% свинца по общему весу. В Европе действует аналогичный стандарт с допустимым содержанием свинца 0,3%.

В соответствии с законодательством некоторые производители решили покрыть латунные поверхности для предотвращения контакта с водой, например, используя процесс, называемый Тройной эко-сплав (ЧАЙ). Другие перешли на так называемую «бессвинцовую» латунь с содержанием свинца менее 0,25%. В «бессвинцовой» латуни для замены свинца можно использовать другие добавки, такие как висмут или кремний, чтобы облегчить обработку латуни (J Choucri и другие, 2019).

Однако, поскольку «бессвинцовая» латунь все еще может содержать до 0,25% свинца, некоторое количество свинца все же может попадать в воду. Если вода застаивается, количество выделяемого свинца может стать достаточным, чтобы нарушить рекомендации по безопасной питьевой воде (DQ Ng & YP Lin, 2016 г.).

Так должны ли потребители опасаться воздействия свинца из кофемашин эспрессо?

«Честно говоря, нет, - говорит Чайхан. «Основные проблемы со свинцом связаны с развитием ребенка», - отмечает он. «Когда вы достигнете возраста, в котором пьете кофе, все будет готово».

Хотя были страшилки Что касается свинца, содержащегося в кофе из кафе, более систематические исследования показали, что воздействие свинца из кофе довольно низкое (Агентство по охране окружающей среды Дании, 2015 г.). Согласно исследованию, свинец в кофе, по-видимому, исходит от самого кофе, а не от оборудования. «Независимо от используемого метода заваривания, весь свинец, присутствующий в кофейных зернах, был извлечен [в] сваренный кофе… Не было никаких указаний на то, что свинец извлекался из оборудования для домашнего пивоварения».

Исследователи не тестировали эспрессо-машины специально, но обнаружили, что кофе из кафе в Дании имеет такое же содержание свинца, что и кофе домашних пивоваров. «Потребление свинца из кофе низкое по сравнению с поступлением из других пищевых источников, и он не составляет основной части общего потребления свинца с пищей», - заключают они.

Другие источники свинца, вероятно, будут более важными, и основным источником воздействия свинца на детей в США является домашняя пыль (Центр контроля заболеваний США, 2017 г.). Фактически, даже простого выбора чашки, из которой вы пьете кофе, может быть достаточно, чтобы воздействие свинца превысило максимально допустимый уровень дозы в Калифорнии (Г.Л. Андерсон и др., 2017).

Однако домашним бариста нужно быть немного осторожнее. В рамках правительственного исследовательского проекта в Германии было обнаружено, что домашние кофемашины эспрессо выделяют высокий уровень свинца, особенно после удаление накипи (BfR, 2013 г.). Поскольку домашние машины используются реже, вода также намного дольше контактирует со свинцовыми деталями, что может увеличить количество свинца, вымываемого в воду. Чтобы ограничить воздействие, исследователи рекомендуют промывать машины перед использованием и тщательно ополаскивать машины после любых удаление накипи процесс.

А как насчет алюминия?

Алюминий довольно дешевый, легкий, прочный и хорошо теряет тепло. дирижер - во многом идеальный материал для котлов. Однако он токсичен при попадании в воду (Си Эксли, 2016), поэтому там, где он используется, он часто покрывается или облицован сталью. Алюминий обычно используется только для небольших котлов в одомашненный машины, или для термоблоков в суперавтоматах, где проводимость особенно полезна. Однако его нельзя использовать везде, где он может контактировать с кислым кофе, который может вызвать высвобождение ионов алюминия.