بررسی پراکندگی سایز ذرات در سابه قهوه با آسیای کاماندانته (Comandante C40)

نویسندگان: مسعود ندرلو¹، حسام مشهدی²

1: نویسنده‌ی مسئول

2: پژوهشگر لابراتوار قهوه میم

چکیده:

این آزمایش در لابراتوار قهوه میم، برای بررسی تأثیر ایجاد تغییر در فواصل میان دو تیغه کنیکال؛ بر تغییرات سایز سابه در آسیای دستی Comandante مدل C40 انجام شد. تغییرات سایز سابه نشان دهندة بازة تنظیم درجه در بین دوتیغة کنیکال یا مخروطی در آسیای دستی Comandante مدل C40 بوده و بیانگر توانایی کاربر در جابه‌جایی کلیک‌هاست. بر اساس نتایج آزمایش، برای تثبیت جریان عصاره‌گیری از بستر قهوه صرفا کاهش یا افزایش در درجات آسیا کافی نیست. همان‌طور که در جدول 1 مشخص شده است؛ با تغییر درجات سابه در بعضی از دامنه‌ها، تغییر سایز معنی‌داری مشاهده نشده است و عمدة تغییرات در پراکندگی سایز ذرات سابه نهایی است. افزایش پراکندگی سایز ذرات حاصله، موجب تغییرات محسوسی در بازة طعم عصارة استخراجی خواهد شد که با تغییرات در شکل و مقدار عصاره‌ استخراجی بسیار متفاوت است.

مقدمه:

امروزه آسیاهایی تیغه های مخروطی[1] و تخت[2]، به عنوان پرکاربردترین دستگاه ها برای آسیای دانه های قهوه در سایز هدف به شمار می‌آیند (شکل 1). تیغه‌های کنیکال این توانمندی را دارند که در سرعت‌های کم، حتی با چرخش دست قهوه را با کیفیت بالا و بدون لزوم ایجاد حرارت بالا آسیاب نمایند؛ در مقابل تیغه های تخت فرآیند آسیا را با سرعت بالایی انجام می‌دهند و یکنواختی محسوسی را در سابه‌ی نهایی ارائه می‌نمایند.

شکل 1: مقایسه‌ی ساختار آسیای مخروطی (Conical) با آسیای دیسکی (Flat)

در درجات کمتر آسیا، به جهت اینکه دوتیغه آسیا به هم نزدیک‌تر هستند؛ شاهد دقت بالاتری در سایز سابة نهایی و همچنین پراکندگی کمتری در سایز ذرات خواهیم بود. با افزایش درجات آسیا و به دنبال آن فاصلة بیشتر بین دو تیغه؛ سایز قهوة آسیا شده دقیق و یکسان نخواهد بود. در آسیاهای قهوه کنیکال، سایز آسیا به‌صورت پلکانی

تغییر می‌کند؛ درحالی‌که در آسیاهای دیسکی به دلیل سرعت بالای این دستگاه‌ها، روند تغییرات متفاوت‌تر است که در زیر نشان‌داده‌شده است:

بر همین اساس با استفاده از آسیاهای کنیکال می‌توان ذرات ریزودرشت را به شکل‌های مختلف در سابة نهایی ایجاد نمود. این پراکندگی ذرات ریزودرشت در قهوة آسیا شده بر روی نوع، شکل، مقدار و زمان استخراج مادة مؤثره بسیار اثرگذار است. این آزمایش برای بررسی این فرضیه که آیا تغییرات درجات آسیا در فاصلة بین هر یک کلیک یا دو کلیک اختلاف معنی‌داری را در پراکندگی سایز ذرات سابه ها ایجاد می‌کند یا خیر، انجام شد. پاسخ به این فرض می تواند بیانگر مشخصه‌هایی چون: تراز بودن شفت دستگاه و استوار بودن میلة نگهدارنده در آسیا بوده و در نهایت معیاری جهت بررسی کارایی و کیفیت آسیا باشد.

نقش آسیا در استخراج عصاره قهوه:

ذرات می‌توانند اشکال مختلفی داشته باشند و هر شکل هم دارای سطح مقطع متفاوتی است که در برخورد با آب قرار می‌گیرد. در یک دما و نرخ جریان[3] مشخص، تغییرات سطح مقطع ناشی از آسیا، استخراج مادة مؤثره را به‌شدت تحت‌تأثیر قرار می‌دهد و با تغییر سایز سابه؛ شاهد استخراج‌های متفاوتی خواهیم بود. همچنین پراکندگی سایز ذرات سابه تنوع در شکل و مقدار استخراج را رقم خواهد زد. پس اگر سابه نهایی قهوه ما در یک بازة سایزی مشخص باشد؛ ریتم و آهنگ کلی خروج مادة مؤثره را افزایش‌ یافته و نواخت خروج آن یکنواخت‌تر

می‌شود. همچنین شاهد یک وضوح قطعی از طعم و عطر در فنجان نیز خواهیم بود. پس هر چقدر پراکندگی سایز ذرات سابه بالاتر باشد، تنوع مختلفی از اشکال عصاره‌گیری را برای هر کدام از ذرات خواهیم داشت که موجب پیچیدگی بیشتری در فنجان نهایی خواهد شد که می‌تواند طعم‌های مطلوب یا نامطلوبی (گسی، کدری) را ایجاد کند. اگر در یک‌ درجه سابه به طعمی مطلوب رسیدیم، می‌توان شکل استخراج را با تغییر حجم ورودی یا خروجی آب، دمای آب و یا سایر متغیرها نظیر ایجاد تلاطم[4] تغییر داد.

مواد و وسایل:

دانة سبز قهوه عربیکای کشور کلمبیا
آسیای دستی Comandante مدل C40
رستر قهوه برند AILLIO BULLET R1 V2
ترازوی مدل Acaia pearl model S
غربالگر (Sifter) برند KRUVE
دستگاه سنجش پراکندگی سایز ذرات Lighttells مدل CM-200

روش کار:

ابتدا دانه‌های قهوة عربیکای کشور کلمبیا با سطح برشته‌کاری 7/74 Agtron Gourmet برشته شدند. بعد از طی فرایند گاززدایی[5]، توسط آسیای دستی Comandante مدل C40 در 12 درجه پیوسته مطابق جدول 1 آسیا شدند. پس از آن پراکندگی سایز ذرات سابه‌ هر درجة آسیا به‌صورت هم‌زمان با دو دستگاه Lighttells مدل CM-200 و غربالگر[6] برند KRUVE مورد ارزیابی قرار گرفتند. شایان‌ذکر است که مش‌های مورداستفاده برای غربالگر از

300 میکرون تا 1000 میکرون بود. نتایج حاصل از توزین سابه های هر مش غربالگر جهت انجام آنالیز های آماری و ترسیم گراف‌ها به نرم‌افزار Graphpad prism منتقل شد.

جدول 1: درصد پراکندگی سایز ذرات درجات آسیای Comandante مدل C40 از 300 میکرون تا 1000 میکرون

بحث و نتایج:

همان‌طور که پیش‌بینی می‌شد در درجات پایین‌تر آسیا، شاهد پراکندگی سایز ذرات کمتر[7] در سابه نهایی بودیم و عمدة سایز ذرات کمتر از 500 میکرون بود. با افزایش درجات آسیا در تمامی آسیاهای کنیکال به دلیل اینکه فاصله‌ی بین دو تیغه، شکل های متفاوتی از مخروط را نسبت به یکدیگر می‌گیرند (شکل 2)، پراکندگی سایز ذرات بیشتری را شاهد خواهیم بود که در نهایت منجر به یکسانی کمتر در سابه نهایی می‌شود.

هر آسیایی بر اساس نوع تیغه و مهندسی که در ساخت خود دارد، باید برای آسیا در سایز هدف مورد بهره‌برداری قرار گیرد. به‌عنوان‌مثال عملکرد آسیا A در بازة 300 الی 600 میکرون بهتر است ولی در آسیا B، عملکرد در 500 الی 800 میکرون بهینه سازی شده است. بر همین مبنا می توان ماموریت آسیاها را تعریف نمود که کدامیک مناسب قهوه ی دمی یا اسپرسو می باشند.

شکل 2: تغییرات تیغه‌ی مخروطی در آسیاب های Conical از درجات پایین (شکل چپ) تا درجات بالاتر (شکل راست)

بی شک مدل داده‌های به دست آمده از غربالگر (Sifter) و دستگاه سنجش پراکندگی سایز (Lighttells) تفاوت‌هایی با هم دارند؛ ولی نکتة مهم این است که نتایج هر دو دستگاه با یکدیگر همسو بودند. گرچه از بین این دو روش، دقت و صحت نتایج حاصل از غربالگر به طور محسوسی بالاتر از دستگاه لایتلز بود؛ ولی نمایش دقیق پراکندگی سایز ذرات و سرعت عمل بالای Lighttells قابل‌توجه است. همان‌طور که در نمودارهای 1، 2، 3 و 4 قابل‌مشاهده است نتایج هر دو دستگاه برای هر یک از 12 کلیک آسیا، با یکدیگر مشابهت داشت.

بر اساس نتایج، کاهش درجة آسیا به کلیک‌های 2، 4 و 6، پراکندگی سایز ذرات را به‌شدت کاهش داد. میانگین سایز ذرات[8] سابه در این 3 کلیک به ترتیب 136، 221 و 268 میکرون بود که نمودار شمارة 1 این اعداد را تصدیق

می‌کند. نکتة قابل‌توجه در این نمودار کاهش ملموس سایز ذرات با پایین آمدن هر کلیک است که می‌توان با مقایسه گراف آبی (کلیک 2) با گراف سبز (کلیک 6) به درک بهتری از آن رسید.

نمودار 1: نمودار تغییرات پراکندگی سایز ذرات در کلیک های 2، 4 و 6

در بررسی کلیک‌های 8، 9، 10 و 11 فاصله‌ی بین کلیک های آزمایش؛ بجای 2 کلیک، یکی در میان انتخاب شد. دلیل این امر، میانی و پر مصرف بودن این بازه‌ی تنظیم درجه بود که در بازه‌ی درجات سابه برای عصاره گیری اسپرسو و دمی کاربرد دارد (نمودار2 و 3). بر اساس نتایج نمودار 2، سابه های حاصله از کلیک های 8، 9 و 10 هرچند دارای میانگین سایز مختلفی بودند؛ ولی بر اساس نمودارهای حاصل از Sifter اختلاف معناداری در پراکندگی ذرات خود نداشتند.

نکته‌ی قابل توجه در نمودار شماره‌ی 2، تغییرات کوچک و به ظاهر کم تاثیری است که در یک نظم مشخص و قابل پیش‌بینی؛ طعم عصاره نهایی را تغییر می‌دهند. بررسی جابجایی‌های اندک در بردار هر کلیک نسبت به کلیک‌های دیگر می‌تواند قدرت کالیبر بالاتری را برای باریستا فراهم کند که بهترین عصاره را در بهترین نقطه‌ی طعمی استخراج کند.

در مسیر حرکت بردارها از 300 تا 1000 میکرون، با افزایش فاصله‌ی بین دو تیغه‌ی کنیکال؛ سهم اثر گذاری ذرات درشت‌تر در شاخص پراکندگی سایز ذرات و همچنین فاکتور میانگین ذرات؛ نسبت به سایر ذرات به شدت کاهش یافت. بعضا در حالتی که بین بردار کلیک‌ها تساوی در درصد پراکندگی رخ می‌دهد، برای باریستا به صورت محسوس تغییر در زمان و جریان خروجی را نمایش می‌دهد؛ چرا که جذب و خروج ماده موثره برای قهوه در بستری که انسداد ناشی از سایز ذرات کمتری دارد؛ با بستر قرص قهوه‌ای که دچار مقاومت و انسداد ناشی از سایز ذرات بالاتریست؛ متفاوت است.

نمودار 2: نمودار تغییرات پراکندگی سایز ذرات در کلیک های 8، 9 و 10

بر اساس یافته‌های موجود در نمودار شماره 3، ما شاهد برابری درصد پراکندگی مشابه در نسبت بعضی از سایزهای سابه بودیم. باید این نکته را ذکر کرد که شاید در بعضی از سایزها درصد پراکندگی در یک بازه باشد؛ ولی نقاط ایجاد این پراکندگی متفاوت بوده که منجر به تغییرات سطح مقطع شده و نهایتا روی استخراج عصاره تاثیر می گذارد. با بررسی نمودار 3 متوجه این امر می‌شویم که اختلاف بین کلیک 11 و 12 به ما این موضوع را بیان می‌کند که تغییر یک درجه‌ای در آسیا در درجات درشت‌تر بعضا تجمع و نواخت را در پراکندگی سایز، به شکل متفاوتی نظم می‌دهد که نمی‌توان آن را خوب یا بد نامید. این تفاوت شاید بتواند در عصاره‌ی نهایی موجود در فنجان، باعث پررنگ یا کمرنگ شدن بعضی ویژگی‌های حسی شود.

نمودار 3: نمودار تغییرات پراکندگی سایز ذرات در کلیک های 11، 12 و 14

در رابطه ‌با نمودار شماره 4 که نشانگر پراکندگی سایز ذرات در کلیک‌های بالایی آسیاست، می‌توان به این نکته اشاره کرد که در هر سه کلیک نواخت یکسان پراکندگی مشهود است و بین آن‌ها اندک اختلاف پلکانی وجود دارد؛ اما این اختلاف معنی دار نیست. برای بررسی بیشتر این قسمت قطعا نیاز به استفاده از کلیک‌های خیلی بالاتر و استفاده از مش‌های با قطر بزرگتر می‌باشد.

نمودار 4: نمودار تغییرات پراکندگی سایز ذرات در کلیک های 16، 18، 20

پیشنهادها:

استفاده از خط‌کش معیار برند KRUVE به‌عنوان ابزار کمکی و راهنما، برای تشخیص سایز سابه بر اساس میکرون می‌تواند بسیار مفید باشد. بدون بهره‌گیری از فاکتور مهم پراکندگی سایز ذرات نمی‌توان سایز بهینه را برای استخراج مادة مؤثره در روش‌های مختلف و دم افزارهای مختلف جستجو کرد.
دررابطه‌با سایز سابه‌ مناسب برای دم‌آوری، آگاهی از حضور حجم ریزسابه ها و درشت سابه ها امکان استفاده از قابلیت حذف ریز سابه ها را به ما می‌دهد و متعاقباً، وضوح و شفافیت طعمی را در فنجان به ارمغان می‌آورد.
به‌عنوان آخرین پیشنهاد لابراتوار قهوه میم، استفاده از ابزار جانبی Red Clix برای آسیای Comandante مدل C40 می‌تواند پراکندگی سایز ذرات را کمتر کرده و همچنین می‌تواند دقت بالای دستگاه را مجدداً به طور معنی‌داری بالا ببرد. Red Clix در واقع شفت بین دو تیغه است که تیغه‌ها و دستة گرداننده آسیا را به یکدیگر متصل می‌نماید. مزیت شفت Red Clix ریزتر بودن رزوه‌های آن نسبت به شفت خود آسیا است. هرچه این رزوه‌ها کوچک‌تر باشند، ارتفاع بین دو تیغه قابلیت تنظیم‌پذیری بیشتری خواهد داشت که نهایتاً موجب افزایش دقت آسیای Comandante مدل C40 خواهد شد.

[1] Conical burr grinder

[2] Flat burr grinder

[3] Flow rate

[4] Turbulence

[5] Degassing

[6] KRUVE Sifter

[7] Particle size distribution

[8] D₅₀