Pó de café Análise de tamanho e formato de partícula e para sabores fortes

Os grãos de café são uma das commodities mais importantes, com cerca de 1,4 bilhões de xícaras de café consumidas em todo o mundo todos os dias. O sabor do café é determinado pela torra dos grãos, pela distribuição de tamanho do pó e pelo tipo e qualidade de preparo. Diferentes métodos de preparação no processo de preparação e filtragem (por exemplo, máquina de café expresso, café de filtro ou AeroPress) requerem diferentes moagens de pó de café para obter um resultado aromático. Quando os grãos de café torrados são moídos em pó, a determinação da distribuição do tamanho das partículas desempenha um papel decisivo, pois tem uma influência significativa nas propriedades de preparação e filtragem e, portanto, no sabor e na salubridade da bebida.

Ao preparar o café, é importante obter uma extração ideal dos ingredientes que são dissolvidos do café moído pela água quente ou pelo vapor. Quanto mais fino o pó de café, mais ingredientes podem ser extraídos em menos tempo. Se a moagem não for perfeitamente ajustada à duração e à temperatura do processo de fabricação, existe o risco de o café ser sobre-extraído ou subextraído. Um café subextraído (= moagem muito grossa) tem pouco aroma e sabor aguado. Um café sobre-extraído (= moagem muito fina) tem sabor amargo devido ao excesso de componentes dissolvidos (por exemplo, ácidos tânicos).

Através da determinação confiável do tamanho das partículas, é possível obter uma moagem reproduzível para o respectivo processo de preparação, resultando em um café saboroso e com aromas equilibrados. Devido ao seu alto teor de óleo, à ampla distribuição do tamanho das partículas e ao formato muito irregular das partículas, o pó de café apresenta difícil comportamento de material a granel, ou seja, as partículas têm uma forte tendência a se aglomerar e o pó é difícil de despejar ou transportar. Isso deve ser abordado adequadamente nos métodos de medição mecânica e óptica.

Tradicionalmente, a distribuição do tamanho das partículas do pó de café era determinada por peneiramento analítico. No entanto, o método de difração de laser tornou-se cada vez mais consagrado como método padrão. Ambos os métodos têm certas limitações em termos de conteúdo, precisão e sensibilidade das informações. O pó de café, especialmente quando utilizado em cápsulas ou sachês, é altamente otimizado para o respectivo processo de preparação e deve atender a especificações de qualidade muito rigorosas. Muitas vezes, isso só pode ser verificado com métodos de imagem, que apresentam distribuições de tamanho com resolução muito alta com alto rendimento de amostra simultaneamente.

Exemplo de medições de pó de café com Análise Dinâmica de Imagens, Difração de Laser e Peneiramento

Coffee powder typically has a broad particle size distribution with a pronounced fine and coarse part. The fine fraction is less than 200 μm, the coarse fraction can reach up to 2 mm.

Thanks to the patented two-camera system and the resulting very wide dynamic measuring range, the CAMSIZER X2 can determine both with high resolution and good statistical reliability in the case of coffee powder. This is shown in Figure 4 using the example of coffee powder with different grinds.

During the measurement, the particles were dispersed with compressed air in the X-Jet sample feed module (Fig. 2) at 80 kPa. For the vibratory feeding of the coffee powder on a dosing chute, Microtrac developed devices that allow problem-free feeding for measurement even with very poorly flowing coffee powders.

A torra dos grãos de café influencia sua fragilidade. O café moído de grãos quebradiços geralmente consiste em grãos angulares ou pontiagudos, o que leva a uma menor densidade de empacotamento no café compactado. Tanto a distribuição do tamanho das partículas como o formato das partículas afetam a densidade aparente, as propriedades de filtragem e extração do pó e, portanto, também a qualidade do café preparado.

Ambas as figuras mostram que o CAMSIZER X2 pode usar a análise de imagens para determinar a largura, o comprimento e o diâmetro equivalente de círculo simultaneamente e gerar cada um como suas próprias curvas de distribuição. Assim, uma medição produz vários resultados com base nas três diferentes definições de tamanho de partícula. Os resultados em relação a estes parâmetros diferem significativamente, o que, ao mesmo tempo, descreve o formato irregular do grão: para partículas esféricas, as distribuições para todas as três definições de tamanho seriam idênticas.

Em comparação, o resultado da difração de laser, que assume que as partículas são esféricas, fornece apenas uma média sobre a largura e o comprimento das partículas. Assim, a distribuição obtida por difração de laser é a que mais se aproxima da definição de "diâmetro equivalente de círculo" da análise de imagens, mas com uma amplitude maior. Nos dois exemplos, os valores medianos (d50) são bem comparáveis, e o mesmo se aplica à percentagem de finos < 200 µm. A difração de laser é, portanto, perfeitamente capaz de caracterizar o pó de café de maneira razoavelmente confiável.

No entanto, a detecção correta da fração grossa é difícil. À medida que os ângulos de difração tornam-se menores com o aumento do tamanho das partículas, ela é mais difícil de medir. Assim, a resolução dos instrumentos torna-se inevitavelmente pior para partículas grandes. Além disso, pequenas quantidades de partículas sobredimensionadas podem não gerar sinal suficiente para serem representadas nos resultados.

Isso fica particularmente claro no exemplo na segunda figura: a análise de imagens encontra partículas de até 2 mm de comprimento, o resultado do laser não mostra nenhuma partícula > 1200 µm!

O problema com a análise do pó de café por peneira é a coesividade do produto. O teor de óleo leva inevitavelmente a aglutinação, a adesão à estrutura da peneira e a entupimento das malhas da peneira. Abaixo de 200 µm, o peneiramento por jato de ar deve ser usado em qualquer caso.

Tudo isso representa um elevado gasto de tempo para determinar uma distribuição de tamanho que, em última análise, compreende não mais do que oito pontos de dados (= número de peneiras utilizadas). A comparação, com a análise dinâmica de imagens, mostra que os dados da peneira se comparam muito bem com a definição de tamanho "largura das partículas".

Isso se deve ao fato de que, durante o processo de peneiramento, os grãos se alinham de forma que passem por uma peneira com a menor área de projeção possível. A análise por peneira, portanto, tende a determinar a largura das partículas. Segue-se ainda, a partir destas observações, que uma comparação entre a análise por peneira e a difração de laser dificilmente pode ser alcançada de forma razoável e confiável para partículas de formato irregular, como o pó de café.