Café en poudre l'analyse de la taille et de la forme des particules pour un meilleur goût

Les grains de café sont l'une des matières premières les plus importantes, avec environ 1,4 milliard de tasses de café consommées chaque jour dans le monde. Le goût du café est déterminé par la torréfaction des grains, la taille des grains moulus, ainsi que le type et la qualité de la préparation. Les différentes méthodes de préparation utilisées dans le processus d'infusion et de filtration (par exemple, machine à expresso, café filtre ou AeroPress) nécessitent différentes moutures de café moulu pour obtenir un résultat aromatique. Lorsque les grains de café torréfiés sont moulus en poudre, la détermination de la distribution granulométrique joue un rôle décisif, car elle a une influence significative sur les propriétés d'infusion et de filtration et donc sur le goût et la salubrité de la boisson.

Lors de la préparation du café, il est important d'obtenir une extraction optimale des ingrédients qui sont dissous du café moulu par l'eau chaude ou la vapeur. Plus la poudre de café est fine, plus il est possible d'extraire d'ingrédients en peu de temps. Si la mouture n'est pas adaptée de manière optimale à la durée et à la température du processus d'infusion, le café risque d'être surextrait ou sous-extrait. Un café sous-extrait (= mouture trop grossière) a peu d'arôme et un goût aqueux. Un café sur-extrait (= mouture trop fine) a un goût amer en raison d'une trop grande quantité de composants dissous (par exemple les acides tanniques). En déterminant de manière fiable la taille des particules, il est possible d'obtenir une mouture reproductible pour le processus de préparation concerné, ce qui permet d'obtenir un café savoureux aux arômes équilibrés. En raison de sa forte teneur en huile, de sa large distribution granulométrique et de sa forme très irrégulière, la poudre de café présente un comportement difficile en tant que matériau en vrac, c'est-à-dire que les particules ont une forte tendance à s'agglomérer et que la poudre est difficile à verser ou à transporter. Les méthodes de mesure mécaniques et optiques doivent tenir compte de ce problème.

Traditionnellement, la distribution granulométrique de la poudre de café était déterminée par tamisage analytique. Cependant, la méthode de diffraction laser s'est progressivement imposée comme la méthode standard. Les deux méthodes présentent certaines limites en termes de contenu informatif, de précision et de sensibilité. La poudre de café, en particulier lorsqu'elle est utilisée dans des capsules ou des dosettes, est hautement optimisée pour le processus de préparation correspondant et doit respecter des spécifications de qualité très strictes. Celles-ci ne peuvent souvent être vérifiées qu'à l'aide de méthodes d'imagerie, qui fournissent des distributions granulométriques à très haute résolution tout en offrant un débit d'échantillonnage élevé.

Exemples de mesures de poudre de café à l'aide de l'analyse d'images dynamique, de la diffraction laser et du tamisage

La poudre de café présente généralement une large distribution granulométrique avec une fraction fine et une fraction grossière prononcées. La fraction fine est inférieure à 200 μm, tandis que la fraction grossière peut atteindre jusqu'à 2 mm.

Grâce à son système breveté à deux caméras et à la très large plage de mesure dynamique qui en résulte, le CAMSIZER X2 peut déterminer à la fois avec une haute résolution et une bonne fiabilité statistique dans le cas de la poudre de café. Ceci est illustré à la figure 4 à l'aide d'un exemple de poudre de café avec différentes moutures.

Pendant la mesure, les particules ont été dispersées à l'aide d'air comprimé dans le module d'alimentation d'échantillons X-Jet (fig. 2) à 80 kPa. Pour l'alimentation vibratoire de la poudre de café sur une goulotte de dosage, Microtrac a développé des dispositifs qui permettent une alimentation sans problème pour la mesure, même avec des poudres de café très peu fluides.

La torréfaction des grains de café influence leur friabilité. Le café moulu issu de grains friables se compose souvent de grains anguleux ou pointus, ce qui réduit la densité de tassement du café compacté. La distribution granulométrique et la forme des particules influent toutes deux sur la densité apparente, les propriétés de filtration et d'extraction de la poudre, et donc également sur la qualité du café préparé.

Les deux figures montrent que le CAMSIZER X2 peut utiliser l'analyse d'images pour déterminer simultanément la largeur, la longueur et le diamètre équivalent circulaire, et afficher chacun de ces paramètres sous forme de courbes de distribution distinctes. Ainsi, une seule mesure produit plusieurs résultats basés sur les trois définitions différentes de la taille des particules. Les résultats relatifs à ces paramètres diffèrent considérablement, ce qui décrit en même temps la forme irrégulière des grains : pour des particules sphériques, les distributions pour les trois définitions de taille seraient identiques.

En comparaison, le résultat obtenu par diffraction laser, qui suppose que les particules sont sphériques, ne fournit qu'une moyenne sur la largeur et la longueur des particules. Ainsi, la distribution obtenue par diffraction laser correspond le plus étroitement à la définition du « diamètre équivalent circulaire » de l'analyse d'image, mais avec une amplitude plus grande. Dans les deux exemples, les valeurs médianes (d50) sont tout à fait comparables, tout comme le pourcentage de fines < 200 µm. La diffraction laser est donc tout à fait capable de caractériser la poudre de café de manière raisonnablement fiable.

Cependant, la détection correcte de la fraction grossière est difficile. Comme les angles de diffraction diminuent avec l'augmentation de la taille des particules, cela est plus difficile à mesurer. Ainsi, la résolution des instruments devient inévitablement moins bonne pour les grosses particules. De plus, de petites quantités de particules surdimensionnées peuvent ne pas générer un signal suffisant pour être représentées dans les résultats.

Cela est particulièrement évident dans l'exemple de la deuxième figure : l'analyse d'image détecte des particules pouvant atteindre 2 mm de long, tandis que le résultat laser ne montre aucune particule > 1200 µm !

Le problème lié à l'analyse granulométrique de la poudre de café réside dans la cohésion du produit. La teneur en huile entraîne inévitablement la formation d'agglomérats, l'adhérence au cadre du tamis et l'obstruction des mailles du tamis. En dessous de 200 µm, il convient dans tous les cas d'utiliser un tamisage à jet d'air.

Tout cela représente une perte de temps considérable pour déterminer une distribution granulométrique qui ne comprend finalement pas plus de huit points de données (= nombre de tamis utilisés). La comparaison avec l'analyse d'images dynamique montre que les données du tamis se comparent très bien à la définition de taille « largeur des particules ».

Cela s'explique par le fait que pendant le processus de tamisage, les grains s'alignent de manière à passer à travers un tamis avec leur plus petite surface de projection possible. L'analyse par tamisage tend donc à déterminer la largeur des particules. Il ressort également de ces observations qu'une comparaison entre l'analyse par tamisage et la diffraction laser ne peut guère être réalisée de manière raisonnable et fiable pour des particules de forme irrégulière telles que la poudre de café.