Paahdetusta kahvista vapautuvan hiilidioksidin mittaaminen kaasuntunnistusanalysaattorilla

Abstract

Insinöörityössä tutkittiin kaasuntunnistusanalysaattorin käyttömahdollisuuksia paahdetusta kahvista vapautuvan hiilidioksidin mittaamisessa. Hiilidioksidin poistumisnopeuteen vaikuttavia, tarkasteltavia tekijöitä olivat muun muassa kahvilaji, paahtoaste ja jauhatuksen karkeus. Tavoitteena oli tutkia, miten eri kahvituotteet vapauttavat hiilidioksidia eli kaasuuntuvat, ja voidaanko kahvin läpimenoaikaa tehostaa lyhentämällä kaasuuntumisaikaa. Tuotantoprosessin nopeuttaminen pienentäisi kustannuksia ja parantaisi tuotteiden laatua. Tarkoituksena oli myös selvittää, voidaanko kaasuuntumisen kulkua ennustaa ja sen perusteella ennakoida ajanhetki, jolloin kahvi on valmista pakattavaksi.

Työssä mitattiin välivarastointisiiloissa olevien kahvierien hiilidioksidipitoisuuden muutosta. Jokaisesta erästä selvitettiin, milloin se oli paahdettu ja jauhettu. Saman tuotteen tuloksia verrattiin toisiinsa, ja niistä etsittiin samankaltaisuutta ja säännönmukaisuuksia. Tutkittiin näytteenottopään sijainnin vaikutusta tuloksiin. Sen perusteella päätettiin, että optimaalisin mittauskorkeus on kaasuuntumissiilon puolivälissä.

Kaasuuntumiskäyrän kulkua tutkittiin kahden matemaattisen mallin ja käyrän kulmakertoimien muutoksen avulla, kummallakaan menetelmällä ei saatu toivottuja tuloksia. Mittausten perusteella voitiin osoittaa, että tumma, hienoksi jauhettu, robustaa sisältävä kahvi kaasuuntuu voimakkaammin kuin vaalea, karkeajauhatuksinen arabicakahvi. Kaasuuntumiskäyrä nousee jyrkemmässä kulmassa ja hiilidioksidipitoisuudet ovat korkeampia. Mittaukset viittasivat siihen, että pieni erä kaasuuntuu heikommin kuin normaalikokoinen erä. Todennäköisempi tulkinta on, että vajaassa siilossa kaasutilan hiilidioksidipitoisuus ei nouse samalla tavoin kuin jos siilo on täysi. Selvitettiin myös, miten kahvin stabiloitumisajan (paahdon jälkeen kosteuden annetaan tasoittua kahvipavuissa) pituuden vaikutusta kaasuuntumiseen. Todettiin, että normaalia pidempään stabiloituneen kahvin ei tarvitse kaasuuntua niin kauan kuin kahvin, jonka stabiloitumisaika on standardisoitujen rajojen sisällä.

Saadut tulokset loivat pohjan jatkotutkimukselle, jossa kootaan järjestelmällisesti tietoa kustakin tuotteesta eri tuotanto-olosuhteissa ja tutkitaan kaasuuntumiseen vaikuttavien tekijöiden riippuvuussuhteita.

In this thesis, it was examined if it was possible to use a gas analyzer to measure release of carbon dioxide from roasted coffee. The factors examined, which affect coffee degassing, were among other things coffee species, roasting degree and coarseness of coffee ground. The aim of the project was to investigate how coffee products degas i.e. release carbon dioxide and whether coffee production process could be enhanced by shortening degassing times. This would lower the production costs and improve product quality. Another objective was to experiment if the coffee degassing curve could be predicted by using mathematical modelling.

In the project, the carbon dioxide concentration of coffee batches in degassing silos was measured by gas analyzer. It was determined when each degassing batch had been roasted and ground. Similarities and patterns were searched in the data. It was examined what kind of an effect the measuring height has on the results. Based on the measurements, it was decided that the optimal measuring height is in the middle of the degassing silo.

The plot of the degassing curve was modelled mathematically and by studying slopes of the curves. Neither method proved to be successful. The measurements substantiated that dark roast, fine ground coffee releases more carbon dioxide at a more rapid pace than light roast, coarse ground coffee. It was also known that coffee blends with robusta degas more than arabica blends. The results indicated that a small batch degasses less than a normalsized. The effect of coffee’s moisture stabilization time after roasting was also researched. The longer coffee has stabilized after roasting, the shorter degassing time is required.

The results acquired are merely a stepping stone to future projects in which further information of each product under different conditions is collected. It is important to examine correlations of the factors affecting degassing.