JP2020025718A - Beverage production apparatus and beverage production method - Google Patents
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Abstract
【課題】湯等の液体により挽き豆等の固体から各種の成分を抽出して飲料を製造する際の抽出条件から、飲料の各種の成分量を予測可能である飲料製造装置,飲料製造方法を提供する。【解決手段】飲料製造装置としての抽出装置は、被抽出固体としてのコーヒー粒子のかさ体積V、コーヒー粒子からの抽出に用いる液体としての熱水の流量Q、当該抽出の時間t、供給される熱水のコーヒー濃度cfin、ファーストドリップのコーヒー液の平均濃度cf0、に関する次の式(a)に基づいて、抽出の時間t(フラクション)を調節して、当該抽出により製造されるコーヒー飲料におけるコーヒー粒子由来の成分(カフェイン酸及びクロロゲン酸)の各平均濃度cfを調節可能である。【数1】【選択図】図5[Problem] To provide a beverage manufacturing apparatus and a beverage manufacturing method capable of predicting the amounts of various components of a beverage from the extraction conditions when various components are extracted from solids such as ground beans using a liquid such as hot water. offer. An extraction device as a beverage production device is supplied with a bulk volume V of coffee particles as solids to be extracted, a flow rate Q of hot water as a liquid used for extraction from the coffee particles, and a time t for the extraction. Based on the following equation (a) for hot water coffee concentration cfin, first drip coffee liquid average concentration cf0, the extraction time t (fraction) is adjusted so that the coffee in the coffee beverage produced by the extraction is Each average concentration cf of the particle-derived components (caffeic acid and chlorogenic acid) can be adjusted. [Formula 1] [Selection diagram] Fig. 5
Description
本発明は、湯等の液体により挽き豆等の被抽出固体から各種の成分を抽出して飲料を製造する飲料製造装置、及び当該飲料製造装置において実行可能な飲料製造方法に関する。 The present invention relates to a beverage manufacturing apparatus that extracts a variety of components from a solid to be extracted such as ground beans with a liquid such as hot water to manufacture a beverage, and a beverage manufacturing method that can be executed by the beverage manufacturing apparatus.
下記非特許文献1には、ある一定時間コーヒー粒子を水の中に浸すことでコーヒー飲料が抽出される浸漬抽出において、コーヒー飲料におけるカフェインやミネラルの濃度が、抽出時間の自然対数で表記可能であることが示されている。当該自然対数は、2つのパラメーターを有している。これらのパラメーターは、経験的に決定されたものである。
下記非特許文献2には、フィルター上のコーヒー粒子に注水してフィルター越しにコーヒー飲料が得られるドリップ抽出において、コーヒー飲料の濃度を示す式が、所定のモデルに局所体積平均理論を適用することにより導出し得ることが示されている。濃度を表す式は、連立微分方程式となっており、パラメーターの数は、20前後となっている。
In
In
上記の非特許文献1では、浸漬抽出におけるカフェインやミネラルの濃度が比較的単純な自然対数で表されており、様々な抽出条件下での濃度の正確性が確保し難い。
他方、上記の非特許文献2では、所定のモデルの設定が複雑であるために、ドリップ抽出におけるコーヒー飲料の濃度が極めて複雑な形式で表されており、当該濃度の算出に手間がかかるし、モデルの設定が実際の抽出から離れている側面もあるために、かえって実際の濃度から乖離して、更なる補正係数の追加等が必要になることがある。
In
On the other hand, in Non-Patent
そこで、本発明の主な目的は、湯等の液体により挽き豆等の固体から各種の成分を抽出して飲料を製造する際の抽出条件から、飲料の各種の成分量を簡単で正確に予測可能である飲料製造装置,飲料製造方法を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to easily and accurately predict the amounts of various components of a beverage from extraction conditions when extracting various components from solids such as ground beans with a liquid such as hot water to produce a beverage. It is an object of the present invention to provide a beverage production apparatus and a beverage production method which are possible.
請求項1に記載の発明は、飲料製造装置において、被抽出固体のかさ体積Vを調節する被抽出固体体積調節器、前記被抽出固体からの抽出に用いる液体の流量Qを調節する流量調節器、及び前記抽出の時間tを調節する抽出時間調節器、の少なくとも何れかと、下記式(15)の右辺のλを1とした式(a)(cfinは供給される前記液体の成分濃度,cf0はファーストドリップの前記飲料の平均濃度)に基づいて、前記被抽出固体体積調節器に係る被抽出固体のかさ体積V、前記流量調節器に係る液体の流量Q、及び抽出時間調節器に係る前記抽出の時間t、の少なくとも何れかを調節して、前記抽出により製造される飲料における前記被抽出固体由来の成分の平均濃度cfを調節する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、飲料製造装置において、被抽出固体のかさ体積Vを調節する被抽出固体体積調節器、前記被抽出固体からの抽出に用いる液体の流量Qを調節する流量調節器、前記抽出の時間tを調節する抽出時間調節器、前記被抽出固体と前記液体との間の比表面積asfを調節する比表面積調節器、及び前記被抽出固体と前記液体との間の物質移動係数hmassを調節する物質移動係数調節器、の少なくとも何れかと、順に下記式(15),(17),(18)と同等である式(b),式(c)及び式(d)(cfinは供給される前記液体の成分濃度,cf0はファーストドリップの前記飲料の平均濃度,εは前記液体に係る液体空間の体積分率)に基づいて、前記被抽出固体体積調節器に係る被抽出固体のかさ体積V、前記流量調節器に係る液体の流量Q、抽出時間調節器に係る前記抽出の時間t、物質移動係数調節器に係る物質移動係数hmassの少なくとも何れかを調節して、前記抽出により製造される飲料における前記被抽出固体由来の成分の平均濃度cfを調節する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、飲料製造装置において、被抽出固体及び抽出に用いる液体が抽出器に充填された際の抽出器体積V’を調節する被抽出固液体積調節器、前記被抽出固体の質量mを調節する固体質量調節器、前記抽出器内に挿入する前記液体の量VWを調節する液体体積調節器、前記抽出の時間tを調節する抽出時間調節器、前記被抽出固体と前記液体との間の比表面積asfを調節する比表面積調節器、前記被抽出固体と前記液体との間の物質移動係数hmassを調節する物質移動係数調節器、及び前記被抽出固体の単位質量当たりの成分含有率γを調節する成分含有率調節器の少なくとも何れかと、順に下記式(21),(22)と同等である式(e)及び式(f)に基づいて、前記被抽出固液体積調節器に係る前記抽出器体積V’、前記固体質量調節器に係る前記被抽出固体の質量m、前記液体体積調節器に係る前記液体の量VW、前記抽出時間調節器に係る前記抽出の時間t、前記比表面積調節器に係る前記比表面積asf、前記物質移動係数調節器に係る前記物質移動係数hmassの少なくとも何れかを調節して、前記抽出器内の飲料における前記被抽出固体由来の成分の濃度cを調節する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
The invention according to
The invention according to
The invention according to
又、請求項4に記載の発明は、飲料製造方法において、下記式(15)の右辺のλを1とした式(a)(cfinは供給される前記液体の成分濃度,cf0はファーストドリップの前記飲料の平均濃度)に基づいて、被抽出固体のかさ体積V、前記被抽出固体からの抽出に用いる液体の流量Q、及び前記抽出の時間t、の少なくとも何れかを調節して、前記抽出により製造される飲料における前記被抽出固体由来の成分の平均濃度cfを調節することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、飲料製造方法において、順に下記式(15),(17),(18)と同等である式(b),式(c)及び式(d)(cfinは供給される前記液体の成分濃度,cf0はファーストドリップの前記飲料の平均濃度,εは前記液体に係る液体空間の体積分率)に基づいて、被抽出固体のかさ体積V、前記被抽出固体からの抽出に用いる液体の流量Q、前記抽出の時間t、前記被抽出固体と前記液体との間の比表面積asf、及び前記被抽出固体と前記液体との間の物質移動係数hmass、の少なくとも何れかを調節して、前記抽出により製造される飲料における前記被抽出固体由来の成分の平均濃度cfを調節することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、飲料製造方法において、順に下記式(21),(22)と同等である式(e)及び式(f)に基づいて、抽出器体積V’、被抽出固体の質量m、前記被抽出固体からの抽出に用いる液体の量VW、前記抽出の時間t、前記比表面積調節器に係る前記比表面積asf、前記被抽出固体と前記液体との間の物質移動係数hmassの少なくとも何れかを調節して、前記抽出により製造される飲料における前記被抽出固体由来の成分の平均濃度cを調節することを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the beverage manufacturing method, the formula (a) (c fin is a component concentration of the supplied liquid, and c f0 is a first formula, where λ on the right side of the following formula (15) is 1) Based on the average concentration of the beverage of the drip), adjusting at least one of the bulk volume V of the solid to be extracted, the flow rate Q of the liquid used for extraction from the solid to be extracted, and the time t of the extraction, it is characterized in that to adjust the average concentration c f of components of the derived object extraction solids in the beverage produced by the extraction.
According to a fifth aspect of the present invention, in the beverage manufacturing method, formulas (b), (c), and (d) (c fin ), which are equivalent to the following formulas (15), (17), and (18), respectively, Based on the component concentration of the supplied liquid, c f0 is the average concentration of the beverage in the first drip, and ε is the volume fraction of the liquid space of the liquid, and the solid volume to be extracted V, the solid to be extracted The flow rate Q of the liquid used for extraction from the liquid, the time t of the extraction, the specific surface area a sf between the solid to be extracted and the liquid, and the mass transfer coefficient h mass between the solid to be extracted and the liquid, and adjusting at least one of, it is characterized in that to adjust the average concentration c f of components of the derived object extraction solids in the beverage produced by the extraction.
According to a sixth aspect of the present invention, in the beverage manufacturing method, the extractor volume V ′ and the solid to be extracted are based on the equations (e) and (f), which are equivalent to the following equations (21) and (22), respectively. M , the amount V W of the liquid used for extraction from the solid to be extracted, the time t for the extraction, the specific surface area asf according to the specific surface area controller, the substance between the solid to be extracted and the liquid The average concentration c of the component derived from the solid to be extracted in the beverage produced by the extraction is adjusted by adjusting at least one of the transfer coefficient h mass .
本発明の主な効果は、湯等の液体により挽き豆等の固体から各種の成分を抽出して飲料を製造する際の抽出条件から、飲料の各種の成分量を簡単で正確に予測可能である飲料製造装置,飲料製造方法が提供されることである。 The main effect of the present invention is that it is possible to easily and accurately predict the amounts of various components of a beverage from the extraction conditions when extracting various components from a solid such as ground beans with a liquid such as hot water to produce a beverage. An object of the present invention is to provide a beverage manufacturing apparatus and a beverage manufacturing method.
以下、本発明に係る実施の形態の例が、その変更例と共に、適宜図面に基づいて説明される。
尚、当該形態は、下記の例及び変更例に限定されない。
Hereinafter, examples of embodiments according to the present invention, together with modifications thereof, will be described based on the drawings as appropriate.
In addition, this form is not limited to the following examples and modified examples.
[コーヒー抽出の数学的モデル]
コーヒー抽出の数学的モデルは、次に示される支配方程式から導出されるモデルである。
支配方程式として、コーヒー液相に係る式(1)〜(4)と、コーヒー粒子相に係る式(5)〜(6)とが挙げられる。
ここで、kは熱伝導率、Dは物質拡散係数(m2/s)、ρは密度(kg/m3)、μは粘度(W/m・K,ワット毎メートル毎ケルビン)、σPは定圧比熱(J/kg・K,ジュール毎キログラム毎ケルビン)であり、σsは固体の比熱(J/kg・K)であり、添え字のfは液相、sは粒子相、Pは定圧であることをそれぞれ示す。又、x,y,zはデカルト座標系(m,メートル)であり、u,v,wは速度(m/s)であり、cは濃度(mg/L,ミリグラム毎リットル)であり、tは時刻(s)であり、Tは水温(℃,セルシウス度)である。
[Mathematical model of coffee extraction]
The mathematical model for coffee extraction is a model derived from the governing equation shown below.
The governing equations include equations (1) to (4) relating to the coffee liquid phase and equations (5) to (6) relating to the coffee particle phase.
Here, k is the thermal conductivity, D is the material diffusion coefficient (m 2 / s), ρ is the density (kg / m 3 ), μ is the viscosity (W / m · K, watt per meter per Kelvin), σ P Is the specific heat at constant pressure (J / kg · K, joule per kilogram per kelvin), s is the specific heat of the solid (J / kg · K), the subscript f is the liquid phase, s is the particle phase, and P is It indicates that the pressure is constant. X, y, z are Cartesian coordinate systems (m, meters), u, v, w are speeds (m / s), c is concentration (mg / L, milligrams per liter), t is Is the time (s), and T is the water temperature (° C., degree Celsius).
式(1)は、連続の式(質量保存則)である。式(2)は、運動量の式(運動量保存則)である。連続の式と運動量の式を解くことで、流れ場が得られる。式(3),(5)は、エネルギー式(エネルギー保存則)である。エネルギー式を解くことで、温度場及び伝熱量が得られる。式(4),(6)は、物質移動の式(物質保存則)である。物質移動の式を解くことで、濃度場が得られる。
ここで、濃度cはコーヒー内のある成分の濃度を指し、いかなる成分にも適用できる。複数の成分が同時に扱われる場合、その成分の数毎に物質移動の式も多くなる。
Equation (1) is a continuous equation (law of conservation of mass). Equation (2) is an equation of momentum (momentum conservation law). Solving the continuity and momentum equations gives the flow field. Equations (3) and (5) are energy equations (energy conservation laws). Solving the energy equation gives the temperature field and the amount of heat transfer. Equations (4) and (6) are mass transfer equations (material conservation rules). Solving the mass transfer equation gives the concentration field.
Here, the concentration c indicates the concentration of a certain component in the coffee, and can be applied to any component. When a plurality of components are handled at the same time, mass transfer formulas increase with the number of components.
これらの支配方程式は、コーヒー液内及びコーヒー豆内で独立的に成立するモデルであり、ミクロな場で適用できるモデルと考えることができる。即ち、コーヒーの抽出の数百ないしは数千の挽き豆から抽出されるマクロな現象は、この方程式群では扱うことはできない。莫大な処理能力を有するスーパーコンピュータを使って、ミクロな式で全てのマクロな場を計算することが考えられるが、現実的ではない。
そこで、本モデルでは、局所体積平均理論が適用されるものとし、数百ないしは数千の挽き豆から抽出されるマクロ現象が物理的に正しく取り扱えるようにした。
支配方程式に係る式(1)〜(6)に対し、局所体積平均理論を適用して導出された非定常三次元コーヒー抽出モデル(マクロなコーヒー抽出を取り扱うことができるモデル)は、次の式(7)〜(12)の通りである。式(7)〜(10)は、コーヒー液相に関するものであり、式(11)〜(12)は、コーヒー粒子相に関するものである。
These governing equations are independently established models in the coffee liquor and coffee beans, and can be considered as models applicable in a microscopic field. That is, macro phenomena extracted from hundreds or thousands of ground beans of coffee extraction cannot be dealt with by this group of equations. Using a supercomputer with enormous processing power to calculate all macro fields with micro formulas is conceivable, but this is not practical.
Therefore, in this model, the local volume averaging theory is applied, and macro phenomena extracted from hundreds or thousands of ground beans can be physically handled correctly.
An unsteady three-dimensional coffee extraction model (a model that can handle macro coffee extraction) derived by applying the local volume averaging theory to the equations (1) to (6) related to the governing equations is represented by the following equation: (7) to (12). Equations (7)-(10) relate to the coffee liquid phase, and equations (11)-(12) relate to the coffee particle phase.
ここで、asfは固液間の比表面積(1/m)であり、hheatは界面熱伝導率であり、hmassは物質移動係数であり、εは気孔率(液体空間の体積分率)である。又、添え字のeffは実質的な有効値である旨を示す。更に、〈 〉fはコーヒー液に関する実質平均量を示し、〈 〉sはコーヒー豆に関する実質平均量を示す。 Here, asf is the specific surface area between solid and liquid (1 / m), hheat is the interfacial thermal conductivity, hmass is the mass transfer coefficient, and ε is the porosity (volume fraction of the liquid space). ). The subscript eff indicates that it is a substantially effective value. Further, <> f indicates a substantial average amount of coffee liquid, and <> s indicates a substantial average amount of coffee beans.
これらの非定常三次元コーヒー抽出モデルに係る支配方程式が、コンピュータにより数値シミュレーションによって解かれれば、全てのコーヒー抽出現象を予測できる。
しかし、かような数値シミュレーションにおいては、処理量が未だ甚大であり、計算コストが嵩む。
よって、非定常三次元コーヒー抽出モデルは、家庭あるいは店舗等において小規模で抽出したコーヒーの味を簡便に予測する場合では使い勝手が悪い。
そこで、式(7)〜(12)を簡単化して、ペーパードリップ抽出(透過式)およびサイフォン抽出(浸漬式)の抽出モデルをそれぞれ導出することが本出願人により試みられ、以下のように各抽出モデルが導出された。
If the governing equations relating to these unsteady three-dimensional coffee extraction models are solved by numerical simulation by a computer, all coffee extraction phenomena can be predicted.
However, in such a numerical simulation, the processing amount is still enormous, and the calculation cost increases.
Therefore, the unsteady three-dimensional coffee extraction model is inconvenient to use when simply predicting the taste of coffee extracted at a small scale at home or a store.
Therefore, the present applicant has attempted to derive the extraction models of paper drip extraction (transmission type) and siphon extraction (immersion type) by simplifying Expressions (7) to (12). An extraction model has been derived.
まず、ペーパードリップ抽出(透過式)のモデルが説明される。
家庭用あるいは店舗用のコーヒー抽出では、少量のコーヒー抽出が行われ、コーヒー豆の使用量も少ない。このような少量抽出では、抽出器内で濃度の空間分布は生じ難い。そのため、コーヒー抽出の非定常三次元コーヒー抽出モデルが、集中定数系に適用された。
つまり、家庭用のコーヒー抽出では、流動場及び温度場の影響が少なく、上記の連続の式,運動量の式,エネルギー式をそれぞれ解く必要はない。そこで、コーヒー液相及び豆相の物質移動式に対して、抽出槽内で、積分処理及び平均処理が施されるようにする。すると、ペーパードリップ抽出における集中定数系モデルに係る以下の式(13),(14)が得られる。
First, a paper drip extraction (transmission type) model will be described.
In home or store coffee extraction, a small amount of coffee is extracted and the amount of coffee beans used is small. In such a small amount extraction, a spatial distribution of the concentration in the extractor hardly occurs. Therefore, an unsteady three-dimensional coffee extraction model of coffee extraction was applied to the lumped parameter system.
In other words, in the home coffee extraction, the influence of the flow field and the temperature field is small, and it is not necessary to solve the above continuous equation, momentum equation and energy equation. Therefore, the integration process and the averaging process are performed on the mass transfer formulas of the coffee liquid phase and the bean phase in the extraction tank. Then, the following equations (13) and (14) relating to the lumped parameter model in paper drip extraction are obtained.
ここで、cf−(実際には“cf”の上に“−”であるが、本説明中では“cf−”で表し、以下同様とする)は、抽出槽内のコーヒー液相における成分平均濃度を示し、cs−は、コーヒー豆相における成分平均濃度を示す。上に“−”は、平均を表す。又、Vは豆が充填された地点までの抽出器の体積(mm3)であり、Q(mL/s)は供給される熱水の流量である。更に、cfinは供給される熱水のコーヒー濃度を示しており、通常、ドリップコーヒーではお湯が用いられるため、cfin=0である。 Here, c f − (actually “−” above “c f ”, but is represented by “c f −” in the present description, and the same applies hereinafter) is the coffee liquid phase in the extraction tank. , And c s − indicates the average component concentration in the coffee bean phase. Above "-" represents the average. V is the volume (mm 3 ) of the extractor up to the point where the beans are filled, and Q (mL / s) is the flow rate of the supplied hot water. Further, c fin indicates the coffee concentration of the supplied hot water, and c fin = 0 because drip coffee usually uses hot water.
式(13),(14)は、コンピュータにより数値シミュレーションで解くことも可能であり、この場合には上記式(1)〜(6)あるいは式(7)〜(12)が数値シミュレーションで解かれるときに比べて計算量が削減される。
又、式(13),(14)は、ドリップコーヒーを想定して、解析的に解くことができる。この解、即ち下記式(15),(16)は、ペーパードリップ(透過式)抽出モデルとなる。
Equations (13) and (14) can be solved by numerical simulation using a computer. In this case, equations (1) to (6) or equations (7) to (12) are solved by numerical simulation. The amount of calculation is reduced compared to when.
Equations (13) and (14) can be solved analytically, assuming drip coffee. The solution, that is, the following equations (15) and (16) are paper drip (transmission type) extraction models.
ここで、cf−は、ある時間に抽出槽外へ排出されたコーヒー成分の濃度を示している。そのため、抽出されたコーヒーの平均濃度(カップに入ったコーヒーの濃度)を求める場合、式(15)を時間で積分して,抽出した液体の体積で平均すれば良い。
又、cf0−は、コーヒー液が抽出器外へ初めて出た際のコーヒー液の成分濃度である。添え字の0は初期値であることを示す。更に、コーヒーの抽出速度を表すλ、及び抽出に影響を与える因子で構成された無次元数Ca(本願において「カフェナンバー」と言うこともある)は、それぞれ以下の式(17),(18)で与えられる。
Here, cf − indicates the concentration of the coffee component discharged out of the extraction tank at a certain time. Therefore, when calculating the average concentration of the extracted coffee (the concentration of the coffee in the cup), the expression (15) may be integrated over time and averaged over the volume of the extracted liquid.
In addition, c f0 − is the component concentration of the coffee liquid when the coffee liquid first comes out of the extractor. The
実際のドリップ抽出予測においては、コーヒー豆内の成分濃度を予測する必要がないため,式(15)に式(17)及び(18)を代入すれば、ある時間の抽出されたコーヒーの濃度を予測することができる。
尚、特許請求の範囲における式(a)は、式(15)でλ=1としたものであり、式(b)は、式(15)と同一であり、式(c)は、式(17)と同一であり、式(d)は、式(18)と同一である。但し、式(a),(b)では、平均濃度cf−及びファーストドリップのコーヒー液の平均濃度cf0−が表現上の制約からcf及びcf0と表されているところ、cf−及びcf0−と異なるものではない。
In the actual drip extraction prediction, it is not necessary to predict the component concentration in the coffee beans. Therefore, by substituting Expressions (17) and (18) into Expression (15), the concentration of the extracted coffee at a certain time can be calculated. Can be predicted.
Expression (a) in the claims is obtained by setting λ = 1 in expression (15), expression (b) is the same as expression (15), and expression (c) is expressed by expression ( 17), and equation (d) is the same as equation (18). However, formula (a), (b), the mean concentration c f - and the average concentration c f0 fast drip coffee solution - where is represented as c f and c f0 constraints on expression, c f - And cf0- .
カフェナンバーCa内に出てくる各値と、ハンドドリップにより経験的にコーヒーに影響を与える因子とされているものの対応が、次の[表1]に示される。
つまり、一般的に考えられているコーヒーに影響を与える因子と、本モデルで採用する各数値とは、対応していることが分かる。
ちなみに、温度の効果はファーストドリップのコーヒー液の成分濃度cf0−に影響が出る。
尚、各温度,各条件でcf0−を予め抽出しておけば、温度を変えても抽出予測は可能となる。
The following Table 1 shows the correspondence between the values appearing in the cafe number Ca and the factors that empirically affect coffee by hand drip.
In other words, it can be seen that the factors that generally affect coffee and the numerical values adopted in this model correspond to each other.
Incidentally, the effect of the temperature affects the component concentration c f0 − of the coffee liquid of the first drip.
Incidentally, the temperature, c f0 under the conditions - be previously extracted, even extraction predicted at different temperatures becomes possible.
図1は、コーヒーの抽出速度を表すλと、抽出に影響を与える因子で構成された無次元数Caとの関係を示すグラフである。
図1によれば、Caが大きくなると、λが1に近づくことが分かる。実際のドリップ抽出では、豆を細かく挽くエスプレッソコーヒーは豆の比表面積が大きく、λが既に1に達していると考えられる。即ち、ドリップ抽出モデルは、λ値を変更することで、エスプレッソコーヒーあるいはドリップコーヒーの抽出を予測することができる。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between λ representing the coffee extraction speed and the dimensionless number Ca composed of factors affecting the extraction.
According to FIG. 1, it can be seen that λ approaches 1 as Ca increases. In actual drip extraction, it is considered that espresso coffee in which beans are finely ground has a large specific surface area of beans, and λ has already reached 1. That is, the drip extraction model can predict the extraction of espresso coffee or drip coffee by changing the λ value.
尚、上記透過式抽出モデルにおいて、気孔率ε,比表面積asf,及び物質移動係数hmassは、変数を少なくして計算をより簡素にする観点からは、熱水の速度毎及び豆の粒度毎の定数として扱われるところ、これらのうちの少なくとも何れかは、変数であっても良い。定数の場合、少なくとも何れかは、補正係数のように数字として表記されても良いし、少なくとも何れか2つは、それぞれの定数同士を掛け合わせて新たな値とされても良い。
又、新たな補正係数が追加されても良い。
更に、λが1とされても良い(式(a)参照,特にエスプレッソの場合)。
又更に、Caが用いられず、経験的なλ値が採用されても良い。
加えて、式(15)を時間で積分し、更に抽出された液体の体積で平均することで、抽出コーヒー液の成分濃度が予測されても良い。
又、式(17)からコーヒー豆に含まれる成分の減少量を求めることで、コーヒー液の抽出予測がなされても良い。
In the above permeation extraction model, the porosity ε, the specific surface area asf , and the mass transfer coefficient hmass are determined from the viewpoint of reducing the number of variables and simplifying the calculation by the speed of the hot water and the particle size of the beans. However, at least one of these may be a variable. In the case of a constant, at least one of them may be represented as a number like a correction coefficient, or at least two of them may be multiplied by respective constants to obtain a new value.
Further, a new correction coefficient may be added.
Further, λ may be set to 1 (see equation (a), especially in the case of espresso).
Further, an empirical λ value may be employed without using Ca.
In addition, the component concentration of the extracted coffee liquid may be predicted by integrating the equation (15) with time and averaging with the volume of the extracted liquid.
The extraction of the coffee liquid may be predicted by calculating the amount of decrease in the components contained in the coffee beans from Expression (17).
次いで、サイフォン抽出(浸漬式)のモデルが説明される。
当該方式による抽出では、ある一定時間、コーヒー豆を水の中に浸すことで、コーヒーが抽出される。抽出例として、サイフォンコーヒーが挙げられる.これは、熱水とコーヒー粒子とが抽出槽内で混ざり合い、攪拌されることでコーヒーが抽出される。最終的には、フィルターによって、コーヒー粒子と抽出されたコーヒー液が分離される。
ドリップ抽出と同様に、浸抽出法においても、集中定数系モデルが用いられた。このとき、水及びコーヒー粒子が充填された際の抽出器体積をV’とすると,浸漬式抽出法における集中定数系モデルは、以下の式(19),(20)として導出される。
Next, a model of siphon extraction (immersion type) will be described.
In the extraction by this method, coffee is extracted by immersing coffee beans in water for a certain period of time. An example of extraction is siphon coffee. This is because hot water and coffee particles are mixed and stirred in the extraction tank, whereby coffee is extracted. Finally, the filter separates the coffee particles and the extracted coffee liquor.
Similar to drip extraction, a lumped parameter model was used in the immersion extraction method. At this time, assuming that the volume of the extractor when water and coffee particles are filled is V ', the lumped parameter model in the immersion extraction method is derived as the following equations (19) and (20).
式(19),(20)は、コンピュータにより数値シミュレーションで解かれても良く、この場合には上記式(1)〜(6)あるいは式(7)〜(12)が数値シミュレーションで解かれるときに比べて計算量が削減される。
又、(19),(20)は、浸漬式抽出を想定して、解析的に解くことができる。この解、即ち下記式(21)は、サイフォン(浸漬式)抽出モデルとなる。
Equations (19) and (20) may be solved by a computer by numerical simulation. In this case, when equations (1) to (6) or equations (7) to (12) are solved by numerical simulation, The amount of calculation is reduced as compared with.
(19) and (20) can be solved analytically, assuming immersion extraction. This solution, that is, the following equation (21) is a siphon (immersion type) extraction model.
ここで、c−は抽出槽のコーヒー液の成分濃度であり、浸漬式抽出では、ある時間経過後に抽出槽のコーヒー液を槽外へ出すため、c−が抽出されたコーヒーの濃度と考えてよい.又、csat−はある熱水量に対する飽和コーヒー濃度であり、理論的には以下の式(22)のように求めることができる。
ここで、γはコーヒー粒子の単位質量当たりの成分含有率、mはコーヒー豆の質量(kg)、VWは抽出槽内に挿入した熱水量(m3)、ρsはコーヒー粒子密度(kg/m3)を示す。尚、添え字のsatは、飽和量であることを示す。
尚、特許請求の範囲における式(e)は、式(21)と同一であり、式(f)は、式(22)と同一である。但し、式(e),(f)では、抽出槽のコーヒー液の濃度c−及びファーストドリップのコーヒー液の平均濃度csat−が表現上の制約からc及びcsatと表されているところ、c−及びcsat−と異なるものではない。
Here, c- is the component concentration of the coffee liquid in the extraction tank, and in the immersion extraction, since the coffee liquid in the extraction tank is taken out of the tank after a certain period of time, c- is considered as the concentration of the extracted coffee. Good. Also, c sat − is a saturated coffee concentration with respect to a certain amount of hot water, and can be theoretically obtained as in the following equation (22).
Here, component content per unit mass of γ coffee particles, m the coffee beans Weight (kg), V W is inserted heat water in the extraction vessel (m 3), ρ s is the coffee particle density (kg / M 3 ). The suffix “sat” indicates a saturation amount.
The expression (e) in the claims is the same as the expression (21), and the expression (f) is the same as the expression (22). However, in Equations (e) and (f), the concentration c− of the coffee liquid in the extraction tank and the average concentration c sat − of the coffee liquid in the first drip are expressed as c and c sat due to restrictions on expression. It is not different from c- and c sat- .
尚、上記浸漬式抽出モデルにおいて、気孔率ε,比表面積asf,及び物質移動係数hmassは、変数を少なくして計算をより簡素にする観点からは、熱水の速度毎及び豆の粒度毎の定数として扱われるところ、これらのうちの少なくとも何れかは、変数であっても良い。定数の場合、少なくとも何れか2つは、補正係数のように数字として表記されても良いし、それぞれの定数同士を掛け合わせた新たな値とされても良い。
又、新たな補正係数が追加されても良い。
更に、飽和コーヒー成分濃度csat−は、実験的に求めた値を採用しても良い。
In the immersion extraction model, the porosity ε, the specific surface area asf , and the mass transfer coefficient hmass are determined according to the speed of the hot water and the particle size of the beans from the viewpoint of reducing the variables and simplifying the calculation. However, at least one of these may be a variable. In the case of a constant, at least any two may be represented as a number like a correction coefficient, or may be a new value obtained by multiplying each constant.
Further, a new correction coefficient may be added.
Further, as the saturated coffee component concentration c sat −, a value obtained experimentally may be adopted.
[第1形態]
第1形態では、飲料としてのコーヒーを抽出により製造する飲料製造装置としての抽出装置によって、実際にドリップコーヒーを抽出した場合におけるコーヒー成分(カフェイン酸及びクロロゲン酸)の濃度と、上述されたコーヒー抽出の数学的モデルに基づく解析によって得られるコーヒー成分の濃度との比較が行われる。
カフェイン酸は、主にコーヒーの酸味に寄与し、クロロゲン酸は、主にコーヒーの苦味ないしは渋味に寄与する。
ドリップコーヒー抽出におけるコーヒー成分濃度の数学的モデルは、上記式(15),式(17)及び(18)である。
[First form]
In the first embodiment, the concentration of coffee components (caffeic acid and chlorogenic acid) when drip coffee is actually extracted by an extraction device as a beverage manufacturing device that manufactures coffee as a beverage by extraction, and the above-described coffee A comparison is made with the coffee component concentration obtained by analysis based on a mathematical model of the extraction.
Caffeic acid mainly contributes to the sourness of coffee, and chlorogenic acid mainly contributes to the bitterness or astringency of coffee.
The mathematical model of the coffee component concentration in the drip coffee extraction is the above formulas (15), (17) and (18).
図2は、ドリップコーヒーの抽出装置1の模式図である。
抽出装置1は、恒温槽2と、抽出器4と、ジャッキ6と、グローブボックス8と、貯留槽10と、秤12と、窒素ガス供給部13と、を有する。
FIG. 2 is a schematic diagram of the drip
The
恒温槽2は、水を加熱により所定温度(ここでは90℃)の熱水として貯留する熱源(電気ヒーター14)付きタンクである。
水は、熱水が所定残量以下となると、水道とつながったパイプのバルブの作動等により自動で追加されても良いし、手動で追加されても良い。又、常に所定量となるようにする等、他の構成あるいは方法により水が補充されても良い。
恒温槽2は、抽出器4と同様な高さとなるように、台15に載せられている。
The
When the amount of hot water becomes equal to or less than a predetermined remaining amount, water may be automatically added by operating a valve of a pipe connected to the water supply, or may be added manually. Further, the water may be replenished by another configuration or method such as always making a predetermined amount.
The
抽出器4は、グローブボックス8の上側に設置されており、上筒部16と、その下側に配置される中筒部17と、更にその下側に配置される下筒部18と、を有している。
上筒部16は、細長い円筒状であり、下部において、柔軟性のあるパイプ20を介して、恒温槽2とつながっている。パイプ20は、恒温槽2から上筒部16への熱水の流量を調整する流量調整手段(電磁バルブ)21を有している。上筒部16の下端部には、外形が円形のつばである上フランジ22が設けられている。
中筒部17は、外径が上フランジ22と同様であり且つ内径が上筒部16と同等である円筒状であり、輪状の弾性体である上ラバーリング24を介して、上筒部16の下側に連結されている。
下筒部18は、上筒部16と仮想的な水平面に対して面対称であるように設けられ、下フランジ26を有している。中筒部17の下面と下フランジ26との間には、上から順に、中ラバーリング30,フィルタ32,下ラバーリング34が配置されている。フィルタ32は、ここでは平らな金網であり、端縁部が中ラバーリング30及び下ラバーリング34に挟まれ、中央部が中筒部17の中央孔の下端部と下筒部18の中央孔の上端部の間において露出している。上筒部16の中央孔を含めた各中央孔は、互いに同径であり(内径の直径28.9mm)、中心軸が揃う状態で連続している。
下筒部18の下部は、グローブボックス8の上面に開けられた上孔を通じて、グローブボックス8内に入っている。
The
The upper
The middle
The lower
The lower portion of the lower
中筒部17の中央孔内には、挽いたコーヒー豆であるコーヒー粒子GCが入れられる。コーヒー粒子GCに対して、恒温槽2からパイプ20を介して上筒部16に導入された熱水が供給される。フィルタ32により、コーヒー粒子GCの落下が防止され、抽出成分を含む熱水の落下が許容される。
コーヒー豆は、ここではインドネシア産West Indische Bereiding(WIB)を赤外線焙煎(IR)したものである。焙煎度は、焙煎時間の短い(煎りの浅い)順に、High roast(中深煎り),City roast(深煎り),Fullcity roast(極深煎り)の3段階とし、それぞれ用意される。又、コーヒー粒子GCの大きさ(粒度)は、238μm(ザウター平均粒径)である。コーヒー粒子GCの重量は、一般的なドリップコーヒー140mLの抽出に用いられる12g(グラム)である。
コーヒー粒子GCは、上下方向に連続した上筒部16ないし下筒部18の各中央孔の途中に配置され、熱水が各中央孔を上から下へ一次元的に通過するため、抽出速度が変動の極めて少ないものとなる。
Coffee particles GC, which are ground coffee beans, are put in the central hole of the
Here, the coffee beans are obtained by infrared roasting (IR) of West Indische Bering (WIB) produced in Indonesia. The roasting degree is prepared in three stages of High roast (medium deep roasting), City roast (deep roasting), and Fullcity roast (extremely deep roasting) in the order of short roasting time (low roasting). The size (particle size) of the coffee particles GC is 238 μm (Sauter average particle size). The weight of the coffee particles GC is 12 g (gram) used for extracting 140 mL of common drip coffee.
The coffee particles GC are arranged in the middle of each of the central holes of the upper
ジャッキ6は、中筒部17の下面とグローブボックス8の上面との間に複数配置されており、抽出器4の上下方向の位置を調整可能である。尚、ジャッキ6は一つであっても良い。
コーヒー粒子GCに対する圧力ヘッドは、抽出器4の位置(パイプ20に対する上下方向での相対位置)に応じるため、抽出器4の移動によって調整可能である。
A plurality of
The pressure head for the coffee particles GC can be adjusted by moving the
グローブボックス8は、気密である箱体である。
貯留槽10は、グローブボックス8内であって、抽出器4の下方に設けられ、抽出器4により抽出されたコーヒー飲料(コーヒー成分入り熱水)を貯留する。
秤12は、グローブボックス8内であって、貯留槽10の下側に設けられ、貯留槽10内のコーヒー飲料の重量を把握する。
窒素ガス供給部13は、窒素ガスタンク40と、窒素ガスパイプ42とを含む。窒素ガスタンク40は、窒素ガスパイプ42を介してグローブボックス8と接続されており、グローブボックス8内に窒素ガスを供給する。尚、窒素ガス供給部13は、省略されても良い。この場合、グローブボックス8は、気密でなくても良いし、省略されても良い。
The
The
The
The nitrogen
かような抽出装置1により抽出されたコーヒー飲料の成分は、次のようにして実際に測定される。
尚、抽出器4は、パイプ20の恒温層側端部(高)と抽出器4側端部(低)の高低差が7.5cmとなる位置で保持される。
又、窒素ガス供給部13により、グローブボックス8内の窒素濃度が95%以上に保持される。窒素濃度は、図示されない窒素濃度計により測定される。グローブボックス8内の窒素濃度が95%以上に保持されることにより、コーヒー成分の酸化等の変質が防止される。
The components of the coffee beverage extracted by the
The
Further, the nitrogen
まず、コーヒー粒子GCの供給及び蒸らしが行われる。即ち、2gのコーヒー粒子GCの抽出器4の中筒部17への供給、及びこれに続く1.5mLの熱水のコーヒー粒子GCへの供給が、6回繰り返されて、乾燥時12gのコーヒー粒子GCがまんべんなく蒸らされる。
尚、コーヒー粒子GCの蒸らしは、後の抽出時に熱水がコーヒー粒子GC内を染み渡り易くする効果がある。
First, supply and steaming of coffee particles GC are performed. That is, the supply of 2 g of the coffee particles GC to the
The steaming of the coffee particles GC has an effect of making it easy for hot water to permeate inside the coffee particles GC at the time of subsequent extraction.
かような蒸らしの完了後、すぐにコーヒー飲料の抽出が開始される。流量調整手段21により所定の流量の熱水がコーヒー粒子GCに供給される。尚、貯留槽10に始めの1滴が入ってから抽出完了までの抽出時間が計測される。又、秤12により、コーヒー飲料の抽出量が計測される。ここでは、1mL=1gとしている。
貯留槽10に28mL抽出される毎に、コーヒー飲料が取り出され、合計で5回繰り返される。コーヒー飲料は、取り出された順に、1〜5フラクションと称する。尚、各フラクションの抽出時間から、フラクション毎の流量が得られる。
Immediately after the completion of such steaming, extraction of the coffee beverage is started. Hot water having a predetermined flow rate is supplied to the coffee particles GC by the flow rate adjusting means 21. It should be noted that the extraction time from when the first drop enters the
Each time 28 mL is extracted into the
そして、各フラクションにおけるコーヒー成分(カフェイン酸及びクロロゲン酸)の濃度が、高速液クロマトグラフィー(検出器:株式会社島津製作所製SPD−2A,カラム:Shim−pack VP−ODS)により測定される。
尚、濃度測定は、各フラクションにおけるコーヒー飲料のサンプルを希釈器で10倍希釈して行われ、得られた濃度が10倍されて実際の濃度に換算される。
Then, the concentration of the coffee component (caffeic acid and chlorogenic acid) in each fraction is measured by high performance liquid chromatography (detector: SPD-2A manufactured by Shimadzu Corporation, column: Shim-pack VP-ODS).
Note that the concentration measurement is performed by diluting the coffee beverage sample in each fraction 10-fold with a diluter, and the obtained concentration is multiplied by 10 to be converted to the actual concentration.
図3は、各フラクションにおけるカフェイン酸の濃度を示すグラフである。図4は、各フラクションにおけるクロロゲン酸の濃度を示すグラフである。
何れの成分も、同じフラクションでは、焙煎度が深くなるにつれ、濃度が薄くなる。又、何れの成分も、同じ焙煎度では、抽出が進んでフラクションが後になるにつれ、濃度が薄くなっていく。
各フラクション毎のカフェイン酸濃度,クロロゲン酸濃度,抽出時間,抽出速度について、High roastの場合が次の[表2]に示され、City roastの場合が次の[表3]に示され、Fullcity roastの場合が次の[表4]に示される。
FIG. 3 is a graph showing the concentration of caffeic acid in each fraction. FIG. 4 is a graph showing the concentration of chlorogenic acid in each fraction.
In the same fraction, the concentration of each component decreases as the degree of roasting increases. In addition, at the same roasting degree, the concentration of each component becomes lower as the extraction proceeds and the fraction becomes later.
For the caffeic acid concentration, chlorogenic acid concentration, extraction time, and extraction rate for each fraction, the case of High roast is shown in the following [Table 2], and the case of City roast is shown in the following [Table 3]. The case of Fullity roast is shown in the following [Table 4].
かような実際の抽出結果に対する、コーヒー抽出モデル(ドリップコーヒーに係る式(15))の適用が、次のように行われる。
即ち、上記抽出結果と、式(15)が各フラクション時間で積分された値とが、フィッティングにより比較される。当該フィッティングは、次の式(23)で示されるように、抽出結果cexp,iと式(15)に係る解析値の偏差の二乗和が求められることで行われる。
ここで、Vfは各フラクションの抽出量を示し、Nはフラクションの数(=5)を示す。
The application of the coffee extraction model (Equation (15) relating to drip coffee) to such an actual extraction result is performed as follows.
That is, the result of the above extraction and the value obtained by integrating Equation (15) at each fraction time are compared by fitting. The fitting is performed by calculating the sum of squares of the deviation between the extraction result c exp, i and the analysis value according to the equation (15), as shown in the following equation (23).
Here, Vf indicates the amount of each fraction extracted, and N indicates the number of fractions (= 5).
式(23)が最小となるよう、未知数である初期濃度cfo−とλにシューティングし、フィッティングがなされる。λは、式(17)により、カフェナンバーCaにつながる。
フィッティングによって得られたカフェナンバーCaを式(18)に代入すると、総括物質移動係数asfhmassが得られる。
Shooting and fitting to unknown initial concentrations c fo − and λ are performed so that equation (23) is minimized. λ is connected to the cafe number Ca by the equation (17).
By substituting the cafe number Ca obtained by the fitting into the equation (18), the overall mass transfer coefficient asfh mass is obtained.
図5は、カフェイン酸に係る図3に式(15)がフィッティングされた結果を示すグラフである。図6は、クロロゲン酸に係る図4に式(15)がフィッティングされた結果を示すグラフである。
カフェイン酸,クロロゲン酸共に実際の抽出結果と式(15)に係る解析値とが良好に一致している。従って、数回のサンプリングにより一度式(15)をコーヒー成分毎に同定してしまえば、式(15)に基づいて、所定条件下でのコーヒー成分の濃度は把握可能であり、ドリップコーヒーの抽出予測が可能となる。
尚、次の[表5],[表6]に、フィッティングにより同定されたカフェイン酸,クロロゲン酸に係るカフェナンバーCa,初期濃度,総括物質移動係数が示される。
FIG. 5 is a graph showing the result obtained by fitting equation (15) to FIG. 3 relating to caffeic acid. FIG. 6 is a graph showing the result of fitting equation (15) to FIG. 4 for chlorogenic acid.
For both caffeic acid and chlorogenic acid, the actual extraction results and the analysis values according to equation (15) are in good agreement. Therefore, once Expression (15) is identified for each coffee component by sampling several times, the concentration of the coffee component under predetermined conditions can be grasped based on Expression (15), and the drip coffee extraction Prediction becomes possible.
The following [Table 5] and [Table 6] show the caffeic acid and chlorogenic acid-related cafe number Ca, initial concentration, and overall mass transfer coefficient identified by fitting.
以上の同定では、コーヒー粒子GCの重量,熱水の温度は固定されているところ、逆にこれらについて複数種類をサンプリングして可変とし、他の要素が固定されれば、同定される数学的モデルは更に精度を増し、コーヒー粒子GCの重量,熱水の温度の変化に対応可能となる。尚、何れの要素を変数としあるいは定数とするかは、上述の組合せ以外に様々に設定されても良く、他の形態においても同様である。 In the above identification, the weight of the coffee particles GC and the temperature of the hot water are fixed. Conversely, a plurality of these are sampled and made variable, and if other elements are fixed, the mathematical model identified Can further increase the accuracy and cope with changes in the weight of the coffee particles GC and the temperature of the hot water. It should be noted that which element is used as a variable or a constant may be set variously in addition to the above-described combinations, and the same applies to other embodiments.
かような抽出装置1は、次のような作用効果を奏する。
即ち、抽出装置1は、被抽出固体としてのコーヒー粒子GCのかさ体積V、コーヒー粒子GCからの抽出に用いる液体としての熱水の流量Q、当該抽出の時間t、コーヒー粒子GCと熱水との間の比表面積asf、コーヒー粒子GCと熱水との間の物質移動係数hmass、熱水に係る液体空間の体積分率ε、供給される熱水のコーヒー濃度cfin、ファーストドリップのコーヒー液の平均濃度cf0、に関する上記式(15)、式(17)及び式(18)に基づいて、抽出の時間t(フラクション)を調節して、当該抽出により製造されるコーヒー飲料におけるコーヒー粒子GC由来の成分(カフェイン酸及びクロロゲン酸)の各平均濃度cfを調節可能である。
よって、抽出装置1において、式(15)、式(17)及び式(18)について数回ないし十数回程度のサンプリングで同定しさえすれば、コーヒー飲料における酸味に係るカフェイン酸及び渋味に係るクロロゲン酸の濃度が、抽出の時間tが変化しても的確に予測可能であり、従来のように抽出者の経験に頼らなくても、抽出の時間tといったコーヒー飲料製造に係る抽出条件に応じた味に関する成分の濃度が安定化し、所望の味に係るコーヒー飲料が製造されることとなる。
Such an extracting
That is, the
Therefore, in the
又、抽出装置1によって実行される飲料製造方法としてのコーヒー飲料抽出方法では、被抽出固体としてのコーヒー粒子GCのかさ体積V、コーヒー粒子GCからの抽出に用いる液体としての熱水の流量Q、当該抽出の時間t、コーヒー粒子GCと熱水との間の比表面積asf、コーヒー粒子GCと熱水との間の物質移動係数hmass、熱水に係る液体空間の体積分率ε、供給される熱水のコーヒー濃度cfin、ファーストドリップのコーヒー液の平均濃度cf0、に関する上記式(15)、式(17)及び式(18)に基づいて、抽出の時間t(フラクション)を調節して、当該抽出により製造されるコーヒー飲料におけるコーヒー粒子GC由来の成分(カフェイン酸及びクロロゲン酸)の各平均濃度cfを調節する。
よって、コーヒー飲料抽出方法において、抽出の時間tといったコーヒー飲料製造に係る抽出条件に基づきコーヒー成分の予測が的確に実行可能であり、所望の味に係るコーヒー飲料が製造可能である。
Further, in the coffee beverage extraction method as a beverage production method performed by the
Therefore, in the coffee beverage extraction method, the prediction of the coffee component can be accurately performed based on the extraction conditions relating to the production of the coffee beverage, such as the extraction time t, and the coffee beverage having the desired taste can be produced.
[第2形態]
第2形態では、抽出装置がエスプレッソマシンとされた場合において、第1形態と同様に、コーヒー成分の実際の濃度と数学的モデル解析による濃度との比較が行われる。
第2形態の抽出装置では、90℃の熱水が900000Paの圧力で80.7mLに至るまでコーヒー粒子に供給される。コーヒー粒子は、ブラジル産Santosで、City Roastで赤外線焙煎され、ザウター平均粒径152μmで細かく挽かれ、12g用いられる。尚、第2形態のエスプレッソ抽出は、第1形態のドリップ抽出に比べて抽出速度が速いので、グローブボックス及び窒素ガス供給部は省略され、窒素ガス雰囲気下での貯留はなされない。
第2形態では、抽出時間が3秒経過する度にコーヒー飲料が取り出され、取り出された順にフラクションが形成されて、10フラクションまで取得される。
[Second embodiment]
In the second embodiment, when the extraction device is an espresso machine, the actual concentration of the coffee component is compared with the concentration obtained by mathematical model analysis, as in the first embodiment.
In the extraction device of the second embodiment, hot water at 90 ° C. is supplied to coffee particles at a pressure of 900,000 Pa up to 80.7 mL. The coffee particles are infrared roasted at City Roast in Santos, Brazil, finely ground with a Sauter average particle size of 152 μm, and 12 g are used. Since the extraction speed of the espresso extraction of the second embodiment is higher than that of the drip extraction of the first embodiment, the glove box and the nitrogen gas supply unit are omitted, and the storage under the nitrogen gas atmosphere is not performed.
In the second embodiment, the coffee beverage is taken out every time the extraction time elapses 3 seconds, fractions are formed in the order in which the coffee beverages are taken out, and up to 10 fractions are obtained.
図7は、各フラクションにおけるカフェイン酸の濃度を示すグラフである。図8は、各フラクションにおけるクロロゲン酸の濃度を示すグラフである。
何れの成分も、第1形態と同様、抽出が進んでフラクションが後になるにつれ、濃度が薄くなっていく。
FIG. 7 is a graph showing the concentration of caffeic acid in each fraction. FIG. 8 is a graph showing the concentration of chlorogenic acid in each fraction.
As with the first embodiment, the concentration of each component becomes lower as the extraction proceeds and the fractions become later.
かような実際の抽出結果に対する、コーヒー抽出モデルの適用が、第1形態と同様に行われる。当該モデルは、エスプレッソコーヒーに関するものであり、式(15)でλ=1としたもの(特許請求の範囲における式(a)参照)となる。
第2形態でのフィッティングは、次の式(24)で示されるように、抽出結果cexp,iと式(15)に係る解析値の偏差の二乗和が求められることで行われる。
尚、コーヒー成分の実際の濃度が、7フラクション以降において一定値となっているため、N=6でフィッティングが行われる。
The application of the coffee extraction model to such an actual extraction result is performed in the same manner as in the first embodiment. This model is related to espresso coffee, and is obtained by setting λ = 1 in Expression (15) (see Expression (a) in Claims).
The fitting in the second mode is performed by calculating the sum of squares of the deviation between the extraction result c exp, i and the analysis value according to the equation (15), as shown in the following equation (24).
Since the actual concentration of the coffee component is constant after 7 fractions, fitting is performed with N = 6.
図9は、カフェイン酸に係る図3に式(15)(λ=1)がフィッティングされた結果を示すグラフである。図10は、クロロゲン酸に係る図4に式(15)(λ=1)がフィッティングされた結果を示すグラフである。
カフェイン酸,クロロゲン酸共に実際の抽出結果と式(15)(λ=1)に係る解析値とが良好に一致している。従って、数回のサンプリングにより一度式(15)(λ=1)を同定してしまえば、式(15)(λ=1)に基づいて、所定条件下でのコーヒー成分の濃度は把握可能であり、エスプレッソコーヒーの抽出予測が可能となる。
FIG. 9 is a graph showing the result of fitting Equation (15) (λ = 1) to FIG. 3 relating to caffeic acid. FIG. 10 is a graph showing the result of fitting equation (15) (λ = 1) to chlorogenic acid in FIG.
For both caffeic acid and chlorogenic acid, the actual extraction result and the analysis value according to equation (15) (λ = 1) are in good agreement. Therefore, once Expression (15) (λ = 1) is identified once by sampling several times, the concentration of the coffee component under predetermined conditions can be grasped based on Expression (15) (λ = 1). Yes, it is possible to predict the extraction of espresso coffee.
即ち、エスプレッソに係る第2形態(抽出装置及びこれにより実行される抽出方法)では、コーヒー粒子GCのかさ体積V、コーヒー粒子GCからの抽出に用いる熱水の流量Q、当該抽出の時間t、供給される熱水のコーヒー濃度cfin、ファーストドリップのコーヒー液の平均濃度cf0、に関する上記式(15)(λ=1)に基づいて、抽出の時間t(フラクション)を調節して、当該抽出により製造されるコーヒー飲料におけるコーヒー粒子GC由来の成分(カフェイン酸及びクロロゲン酸)の各平均濃度cf−を調節可能である。
よって、エスプレッソあるいは類似の抽出の場合において、より簡易にコーヒー成分の予測ないしは当該予測に基づく任意の味のコーヒー飲料が提供可能である。
That is, in the second mode (the extraction device and the extraction method performed thereby) relating to the espresso, the bulk volume V of the coffee particles GC, the flow rate Q of the hot water used for extraction from the coffee particles GC, the time t of the extraction, The extraction time t (fraction) is adjusted based on the expression (15) (λ = 1) regarding the coffee concentration c fin of the supplied hot water and the average concentration c f0 of the coffee liquid of the first drip. It is possible to adjust the respective average concentrations cf − of the components (caffeic acid and chlorogenic acid) derived from the coffee particles GC in the coffee beverage produced by the extraction.
Therefore, in the case of espresso or similar extraction, it is possible to more easily predict the coffee component or to provide a coffee beverage of any taste based on the prediction.
[第3形態]
第3形態では、抽出装置が浸漬抽出装置とされた場合において、第1形態と同様に、コーヒー成分の実際の濃度と数学的モデル解析による濃度との比較が行われる。
浸漬抽出におけるコーヒー成分濃度の数学的モデルは、上記式(19)及び(20)である。
[Third embodiment]
In the third embodiment, when the extraction device is an immersion extraction device, the actual concentration of the coffee component is compared with the concentration obtained by mathematical model analysis, as in the first embodiment.
The mathematical model of the coffee component concentration in the immersion extraction is the above equations (19) and (20).
図11は、浸漬抽出装置101の模式図である。
浸漬抽出装置101は、焙煎豆を保持する焙煎豆保持部102と、焙煎豆保持部102から焙煎豆を設定された量だけ受け取って設定された粒度に粉砕しコーヒー粒子とする粉砕器(ミル)104と、熱水を貯留する熱水タンク106と、粉砕器104及び熱水タンク106とつながる撹拌抽出槽108と、撹拌抽出槽108からコーヒー飲料CBのみを抽出するフィルター110と、これらを制御する制御手段112と、を有する。
撹拌抽出槽108は、粉砕器104からコーヒー粒子を受け取ると共に、熱水タンク106から設定された温度及び量の熱水を受け取る。又、撹拌抽出槽108では、コーヒー粒子及び熱水の受け取り後所定時間(12秒間)、これらの混合による抽出(混合抽出)が行われ、その後、撹拌手段による撹拌が設定時間だけなされてコーヒー粒子から熱水への物質移動が促進される抽出(撹拌抽出)が行われる。撹拌抽出の終了後、撹拌抽出槽108からフィルター110を経てコーヒー飲料CBが抽出される。コーヒー飲料CBに係る抽出時間は、混合抽出時間と撹拌抽出時間の合計となる。
FIG. 11 is a schematic diagram of the
The
The stirring
第3形態の浸漬抽出装置101では、90℃の熱水140mLとコーヒー粒子12gが撹拌抽出槽108に投入され、設定された時間だけ比較的弱く(Stirring strength 1)撹拌される。
コーヒー豆は、ブラジル産Santosで、City Roastで赤外線焙煎され、中程度に挽かれる(Particle size 3)。コーヒー粒子は、蒸らし無し(Steaming time 0s)で投入される。
撹拌時間(秒)は、ここでは、0,5,10,20,30,99.9の6種類で設定され、それぞれの撹拌時間におけるコーヒー飲料CBが取得された。
In the
Coffee beans are infrared roasted at City Roast in Brazilian Santos and are medium ground (Particle size 3). The coffee particles are introduced without steaming (Steaming time 0s).
Here, the stirring time (second) was set at six types of 0, 5, 10, 20, 30, and 99.9, and the coffee beverage CB at each stirring time was obtained.
図12は、各コーヒー飲料CBにおけるカフェイン酸の濃度を示すグラフである。図13は、各フラクションにおけるクロロゲン酸の濃度を示すグラフである。尚、これらの図において、混合抽出部分(Mixing Part)及び撹拌抽出部分(Stirring Part)が示されている。
何れの成分も、撹拌時間が長くなると濃度が高くなり、徐々に濃度平衡状態へ漸近していく。
FIG. 12 is a graph showing the concentration of caffeic acid in each coffee beverage CB. FIG. 13 is a graph showing the concentration of chlorogenic acid in each fraction. In these figures, a mixed extraction part (Mixing Part) and a stirring extraction part (Stirring Part) are shown.
The concentration of each component increases as the stirring time increases, and gradually approaches a concentration equilibrium state.
かような実際の抽出結果に対する、コーヒー抽出モデル(浸漬抽出に係る式(21))の適用が、次のように行われる。
即ち、浸漬抽出装置101では、混合抽出と撹拌抽出とが行われるため、総括物質移動係数は、それぞれの抽出において、実際得られた濃度に対するモデルのフィッティングにより得られる。
まず、混合抽出について、混合抽出時間は撹拌抽出時間が0秒の場合の時間であるため、混合した後の各成分の抽出濃度は、当該場合における濃度である。よって、混合抽出の総括物質移動係数asfhmixingは、次の式(25)で求められる。
ここで、t0は混合抽出時間、cf0−は混合抽出でのコーヒー成分濃度(撹拌抽出時間が0秒の場合の濃度)である。又、csatは濃度平衡状態におけるコーヒー成分濃度であり、撹拌抽出時間が99.9秒である場合の濃度とされた。
The application of the coffee extraction model (Equation (21) relating to immersion extraction) to such an actual extraction result is performed as follows.
That is, in the
First, regarding the mixed extraction, the mixed extraction time is the time when the stirring extraction time is 0 second, and thus the extracted concentration of each component after mixing is the concentration in that case. Therefore, the overall mass transfer coefficient a sf h mixing of the mixed extraction is obtained by the following equation (25).
Here, t 0 is the mixed extraction time, and c f0 − is the coffee component concentration in the mixed extraction (the concentration when the stirring extraction time is 0 second). In addition, c sat is the concentration of the coffee component in the concentration equilibrium state, and was the concentration when the stirring and extraction time was 99.9 seconds.
次に、撹拌抽出では、実際得られた濃度とモデルとの偏差の二乗和が最も小さくなるようにフィッティングが行われ、総括物質移動係数asfhstirringが求められた。当該偏差の二乗和は、次の式(26)で求められる。
ここで、Nは、撹拌抽出時間0秒〜30秒の5点とされた。又、cmは、それぞれの撹拌抽出時間における実際に得られたコーヒー成分濃度である。
Next, in the stirring extraction, fitting was performed such that the sum of squares of the deviation between the actually obtained concentration and the model was minimized , and the overall mass transfer coefficient a sfh stirring was obtained. The sum of squares of the deviation is obtained by the following equation (26).
Here, N was set to 5 points of the stirring extraction time of 0 to 30 seconds. Also, cm is the actually obtained coffee component concentration at each stirring extraction time.
図14,15は、かように求められた総括物質移動係数asfhmixing,asfhstirringを用いたモデルが図12,図13に重ねられたグラフである。
又、混合抽出及び撹拌抽出における総括物質移動係数asfhmixing,asfhstirringを
が、次の[表7]に示される。
14 and 15, overall mass transfer coefficient was determined to singing a sf h Mixing, models with a sf h Stirring 12 is a graph superimposed on FIG.
The overall mass transfer coefficient a sf h Mixing in the mixing extraction and stirring extraction, a sf h Stirring but are shown in the following Table 7.
図14,15によれば、カフェイン酸,クロロゲン酸共に実際の抽出結果と式(21)に係る解析値とが良好に一致している。従って、数回のサンプリングにより一度式(21)を同定してしまえば、式(21)に基づいて、所定条件下でのコーヒー成分の濃度は把握可能であり、浸漬抽出における予測が可能となる。
又、コーヒー成分、コーヒー粒子の質量、コーヒー粒子の粒度、コーヒー粒子の種類、コーヒー粒子の焙煎度、熱水量、熱水温度、撹拌の強度、及び蒸らしの長さの少なくとも何れかが変わる場合、その条件下での総括物質移動係数asfhmixing,asfhstirringを一度同定すれば、その条件下でのコーヒー成分の濃度は予測可能となる。
According to FIGS. 14 and 15, both caffeic acid and chlorogenic acid show good agreement between the actual extraction result and the analysis value according to equation (21). Therefore, once Expression (21) is identified by sampling several times, the concentration of the coffee component under predetermined conditions can be grasped based on Expression (21), and prediction in immersion extraction becomes possible. .
Further, when at least one of the coffee component, the mass of the coffee particles, the particle size of the coffee particles, the type of the coffee particles, the degree of roasting of the coffee particles, the amount of hot water, the hot water temperature, the intensity of stirring, and the length of steaming is changed. Once the overall mass transfer coefficients a sf h mixing and a sf h stirring under that condition are identified, the concentration of the coffee component under that condition can be predicted.
即ち、浸漬抽出に係る第3形態(浸漬抽出装置101及びこれにより実行される抽出方法)では、コーヒー粒子及び熱水が撹拌抽出槽108に投入された際の体積V’、熱水の量VW、コーヒー粒子の質量m、熱水とコーヒー粒子との間の比表面積asf、熱水とコーヒー粒子との間の物質移動係数hmass(hmixing,hstirring)に関する上記式(21)に基づいて、浸漬抽出の時間tを調節して、当該抽出により製造されるコーヒー飲料CBにおけるコーヒー粒子由来の成分(カフェイン酸及びクロロゲン酸)の各平均濃度c−を調節可能である。
よって、浸漬抽出あるいは類似の抽出の場合において、より簡易にコーヒー成分の予測ないしは当該予測に基づく任意の味のコーヒー飲料が提供可能である。
That is, in the third mode of the immersion extraction (the
Therefore, in the case of immersion extraction or similar extraction, it is possible to more easily provide a coffee component prediction or a coffee beverage of any taste based on the prediction.
[変更例等]
尚、上述の各形態における各種の変更例は、適宜、他の形態の変更例ともなり得る。
更に、上述の各形態は、次のような更なる変更例を適宜有する。
即ち、熱水が冷水とされ、アイスコーヒーが所望の味で抽出されても良い。水以外の液体により抽出がなされても良い。
又、コーヒー抽出の数学的モデルは、他の固体(粉体を含む)から液体により抽出する飲料の場合にも適用可能であり、例えば茶葉から水により抽出される茶飲料について上記各形態が適用されても良い。
更に、濃度調整対象としての飲料の成分は、上述のもののうちの何れか一方であっても良いし、上述のもの以外であって良いし、1種あるいは3種以上であっても良い。
[Examples of changes]
It should be noted that the various modifications in each of the above-described embodiments can be appropriately modified in other embodiments.
Further, each of the above-described embodiments has the following further modified examples as appropriate.
That is, hot water may be cold water and iced coffee may be extracted with a desired taste. The extraction may be performed with a liquid other than water.
The mathematical model of coffee extraction is also applicable to beverages that are extracted from other solids (including powders) with liquids. For example, the above-described embodiments are applied to tea beverages that are extracted from tea leaves with water. May be.
Further, the components of the beverage to be subjected to the concentration adjustment may be any one of the above-mentioned components, may be other than the above-mentioned components, and may be one or three or more.
1・・抽出装置(飲料製造装置)、2・・恒温槽、4・・抽出器、6・・ジャッキ、8・・グローブボックス、10・・貯留槽、12・・秤、13・・窒素ガス供給部、101・・浸漬抽出装置(飲料製造装置)、102・・焙煎豆保持部、104・・粉砕器、106・・熱水タンク、108・・撹拌抽出槽、110・・フィルター、112・・制御手段、CB・・コーヒー飲料(飲料)、GC・・コーヒー粒子(被抽出固体)。
1. Extraction device (beverage production device), 2. Constant temperature bath, 4. Extractor, 6. Jack, 8. Glove box, 10. Storage tank, 12. Scale, 13. Nitrogen gas Supply unit, 101 immersion extraction device (beverage production device), 102 roasted bean holding unit, 104 crusher, 106 hot water tank, 108 stirring extraction tank, 110
Claims (6)
下記式(a)に基づいて、前記被抽出固体体積調節器に係る被抽出固体の前記かさ体積V、前記流量調節器に係る前記液体の流量Q、及び前記抽出時間調節器に係る前記抽出の時間t、の少なくとも何れかを調節して、前記抽出により製造される飲料における前記被抽出固体由来の成分の平均濃度cfを調節する制御手段と、
を有することを特徴とする飲料製造装置。
Based on the following equation (a), the bulk volume V of the solid to be extracted according to the solid volume controller to be extracted, the flow rate Q of the liquid according to the flow regulator, and the extraction of the liquid according to the extraction time regulator. adjust either time t, at least, a control means for regulating the average concentration c f of components derived from the object to be extracted solids in the beverage produced by the extraction,
A beverage manufacturing apparatus comprising:
下記式(b),式(c)及び式(d)に基づいて、前記被抽出固体体積調節器に係る被抽出固体のかさ体積V、前記流量調節器に係る液体の流量Q、抽出時間調節器に係る前記抽出の時間t、前記比表面積調節器に係る前記比表面積asf、物質移動係数調節器に係る物質移動係数hmassの少なくとも何れかを調節して、前記抽出により製造される飲料における前記被抽出固体由来の成分の平均濃度cfを調節する制御手段と、
を有することを特徴とする飲料製造装置。
ことを特徴とする飲料製造装置。 An extracted solid volume controller for adjusting the bulk volume V of the extracted solid, a flow controller for adjusting the flow rate Q of the liquid used for extraction from the extracted solid, an extraction time controller for adjusting the extraction time t, A specific surface area controller for adjusting a specific surface area asf between the solid to be extracted and the liquid, and a mass transfer coefficient controller for adjusting a mass transfer coefficient h mass between the solid to be extracted and the liquid. At least one,
Based on the following equations (b), (c) and (d), the volume V of the solid to be extracted according to the solid volume controller for extraction, the flow rate Q of the liquid according to the flow controller, and the extraction time adjustment. Beverage manufactured by the extraction by adjusting at least one of the extraction time t of the vessel, the specific surface area asf of the specific surface area controller, and the mass transfer coefficient h mass of the mass transfer coefficient controller. It said control means for adjusting the average concentration c f of the components from the extract solids in,
A beverage manufacturing apparatus comprising:
A beverage manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned.
下記式(e)及び式(f)に基づいて、前記被抽出固液体積調節器に係る前記抽出器体積V’、前記固体質量調節器に係る前記被抽出固体の質量m、前記液体体積調節器に係る前記液体の量VW、前記抽出時間調節器に係る前記抽出の時間t、前記比表面積調節器に係る前記比表面積asf、前記物質移動係数調節器に係る前記物質移動係数hmassの少なくとも何れかを調節して、前記抽出器内の飲料における前記被抽出固体由来の成分の濃度cを調節する制御手段と、
を有することを特徴とする飲料製造装置。
Based on the following formulas (e) and (f), the extractor volume V ′ according to the solid-liquid volume controller to be extracted, the mass m of the solid to be extracted according to the solid mass controller, and the liquid volume control. The amount of liquid V W according to the vessel, the extraction time t according to the extraction time regulator, the specific surface area asf according to the specific surface area regulator, the mass transfer coefficient h mass according to the mass transfer coefficient regulator. Control means to adjust at least one of the, the concentration c of the component derived from the solid to be extracted in the beverage in the extractor,
A beverage manufacturing apparatus comprising:
ことを特徴とする飲料製造方法。
ことを特徴とする飲料製造方法。
ことを特徴とする飲料製造方法。
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