Yhteenveto
Kun kahvia paahdetaan teollisesti, hiilimonoksidipitoisuudet voivat nousta nopeasti. CO-pitoisuuden jatkuva monitorointi takaa laitoksen turvallisuuden ja voi myös antaa viitteitä paahtoasteesta. Kaasuanalyysi on myös tärkeä osa pakkausprosessia, sillä sen avulla estetään aromien haihtuminen. Endress+Hauser tukee kahvintuotantoa tarjoamalla mittaussovelluksia, joilla seurataan turvallisuuden ja laadun kannalta merkityksellisiä prosessiparametreja.
Kahvi on hyvin suosittu juoma, joka on parantunut huomattavasti viime vuosina monenlaisten makujen, tuotantomenetelmien valikoiman ja papujen laadun osalta. Enää ei ole ainoastaan suuria kahvintuottajia, vaan aina enemmän pieniä kahvinpaahtajia, jotka pyrkivät vastaamaan asiakkaiden vaatimusten jyrkkään kasvuun. Koska kahvipapujen vaaditussa läpimenomäärässä on suuria vaihteluja, vastaavasti on eri kokoisia kahvipaahtimoita. Osa on suunnilleen auton kokoluokkaa, toiset täyttävät suuren teollisuushallin prosessillaan.
Joka tapauksessa paahtoprosessi säilyy samankaltaisena.
Prosessin aikana on olemassa suuri riski hiilimonoksidin (CO) yllättävään nousuun, mikä aiheuttaa turvallisuusriskin. Siksi kahvinpaahtajan kannalta on erittäin tärkeää havaita hiilimonoksidin yllättävät nousut erittäin nopeasti, jotta asiaan voidaan puuttua vastaavasti lyhyessä ajassa.
Haaste: kahvin paahtamisen turvallisuuden ja laadun samanaikainen varmistaminen
Paahtaminen vaatii suurinta mahdollista keskittymistä. Teollisissa paahtoprosesseissa lämpötilat voivat vaihdella tuotteesta, paahtoasteesta ja halutusta paahdon väristä riippuen välillä 200–280 °C. Kun kahvipavut kuivataan paahtoprosessin aikana, CO₂:ta ja CO:ta vapautuu veden ja öljyjen ohella.
Kahvipapujen paahtamisen aikana syntyy CO:ta, jota esiintyy paahtoprosessin alussa vain pieninä pitoisuuksina, mutta jonka määrä kasvaa eksponentiaalisesti prosessin edetessä. Näin ollen CO voi, ellei sitä havaita, ylittää alemman räjähdysrajan, mitä laitoksen käyttäjä ei missään nimessä halua tapahtuvan. Tämä turvallisuusriski eliminoidaan monitoroimalla CO:ta. Kun asetetaan matalat hälytyksen kynnysarvot, paahtoprosessi voidaan pysäyttää ajoissa, jolloin räjähdyskelpoista ilmaseosta ei pääse syntymäänkään. CO-pitoisuuden nopean nousun vuoksi on olennaista pystyä reagoimaan oikea-aikaisesti. Kahvipapujen pergamenttikuoret ja prosessin aikana ilmaan leviävät vahamaiset aineet voivat nopeasti tukkia suodattimet tai muut kaasunpuhdistuslaitteet, ja niitä on erittäin vaikea poistaa.
CO-pitoisuuden tarkka mittaus voi kuitenkin palvella muitakin tarkoituksia: joissain kahvinjalostusmenetelmissä CO-pitoisuutta käytetään myös osoittimena oikeasta paahtoasteesta ja siten halutusta aromista.
Vähemmän ylläpitoa, enemmän luotettavuutta: CO:n in-situ-mittauksen edut
GM901-kaasuanalysaattori mittaa hiilimonoksidia optisesti kaasusuodattimen korrelaatiolla suoraan kanavassa ja laskee CO-pitoisuuden yksikköinä mg/m³ tai ppm – näin ollen CO-pitoisuuden nousu havaitaan lyhyessä ajassa (noin 10 sekunnissa).
Huuhteluilmayksikkö suojaa lähetin- ja vastaanotinyksikön optisia liitäntöjä pölyltä ja lialta. Koska prosessin aikana irtoaa kahvipavun kalvoja ja vahamaisia aineita, in situ -tekniikka on osoittautunut käyttökelpoiseksi tässä vaiheessa. In situ -tekniikalla ei ole suoraa kosketusta näihin erittäin tahmeisiin aineisiin, jotka on vaikeita erottaa kaasukäsittelyjärjestelmässä.
Nopean in situ -mittauksen tuottamat lyhyet vasteajat ja vähäiset ylläpitotarpeet tekevät GM901-kaasuanalysaattorista ilmeisen valinnan:
- Päästöjen monitorointi: jatkuva CO-pitoisuuksien mittaus prosessin optimoimiseksi
- Turvallisuuden takaaminen: CO-tasojen jatkuva monitorointi GM901:llä estää CO-pitoisuuksia ylittämästä räjähdysrajan alarajaa. Jos raja-arvot ylittyvät, annetaan varhainen varoitus.
- Hygienia ja luotettavuus: in situ -tekniikan ansiosta mikään analysaattorin osa ei kosketa prosessin aikana irtoavia vahamaisia aineita tai kahvipapujen kuoria.
Hapen mittaus prosessissa voi olla hyvin yksinkertaista: TRANSIC100LP on kestävä lähetin, joka mittaa O₂:ta luotettavasti laserspektroskopian avulla. (TDLAS – Säädettävä diodilaserabsorptiospektroskopia (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)).
Kuinka säilyttää kahvin aromi pakkauksen sisällä
Myös pakkaus vaikuttaa tuotteen makuprofiiliin kokonaisuudessaan. Jotta kahvin aromi säilyy pakkauksen sisällä, pakkauksesta on poistettava happi, sillä maku heikkenee väistämättä, jos happipitoisuus on liian korkea.
Inertointia helpottaa nopea ja tarkka hapen lasermittaus käyttäen TRANSIC100LP-laserlähetintä. Happipitoisuus mitataan suoraan pakkauskoneella ja typpeä lisätään inertiakaasuksi.
Typpi on kallista – järjestelmän manuaalinen säätäminen epätarkkojen mittaustulosten perusteella on erittäin tehotonta ja kallista. Ihanteellisesti prosessia tulisi monitoroida, jotta sitä voidaan hallita asianmukaisesti. Tämä onnistuu vain, jos hapen mittausprosessi tuottaa nopean ja tarkan tuloksen.
Verrattuna sähkökemiallisiin kennoihin, lasertekniikkaa käyttävä TRANSIC100LP toimii erinomaisesti. Kestävä laserlähetin hapen mittaukseen on helppo integroida. O2 mitataan tarkasti ilman huomattavia viiveitä, virheitä tai hälytyksiä. Nopea mitatun arvon näyttö takaa typen luotettavan ja automaattisen hallinnan, eikä manuaalisia lisäkeskeytyksiä tarvita, kun taas mittausprosessi sähkökemiallisella kennolla vaatii paljon enemmän huomiota.
TRANSIC100LP säästää typpeä ja ylläpitokustannukset tulevat olemaan pienemmät. Lähetin on kulumaton, siinä ei ole mekaanisia osia ja se toimii ilman kulutusosia. Lisäksi sen tiiviys on erinomainen, minkä ansiosta väärät mittaukset voidaan välttää.
Lasertekniikan (TDLAS) edut O2-mittauksessa
- Nopea mittaus suoraan prosessissa
- Helppo asennus ja käyttö
- Itsediagnostiikka ja huoltoindikaattori
- Ei ristiherkkyyttä hiukkasille, tärinälle tai virtausnopeuden muutoksille
- Alhaiset käyttökustannukset: vain vähän kulutusosia eikä puhdistuskaasun kulutusta
- Pitkäaikainen vakaus; ei ole herkkä kosteudelle eikä lämpötilalle
