11.4. Кофеварки
Кофеварки — специализированные тепловые аппараты, предназначенные для приготовления натурального кофе и кофейных напитков. По виду реализуемого процесса они являются экстрактами, позволяющие перевести в раствор вещества, содержащиеся в порошке обжаренных и размолотых зерен кофе.
Аппараты данной группы принято подразделять на кофеварки и кофе-машины (кофейные аппараты). Кофе-машины представляют собой полностью автоматические кофеварки, объединенные с машиной для помола зерен кофе и дозирующим устройством. Для приготовления напитка достаточно одного нажатия кнопки. При этом помол, дозирование кофе, приготовление напитка, удаление отработанного кофе происходят автоматически.
Кофеварки можно условно подразделить на две группы:
- аппараты для приготовления кофе (чая), в которых экстракция достигается при растворении порошка кофе в кипятке; такой способ заваривания кофе называется фильтрационным;
- аппараты для приготовления кофе «эспрессо», в которых экстракция напитка производится перколяцией — перегретой пароводяной смесью; как правило, эти кофеварки дополнительно снабжены специальными кранами подачи пара и кипятка, поэтому используются для приготовления чая, кофе капуччино, а также для разогрева разных напитков.
Вкус и аромат приготавливаемого кофе во многом зависят от качества используемой воды, что очень важно для оценки продолжительности и надежности эксплуатации кофеварок (в первую очередь это относится к аппаратам для приготовления кофе «эспрессо»). Поступающая в кофеварку вода не должна содержать хлора и механических примесей (песок, ржавчина, разные взвеси и т.д.); кроме того, она не должна быть жесткой (содержание солей не более 2 мг/экв).
В настоящее время отечественной промышленностью кофеварки не выпускаются, но в эксплуатации еще находится фильтрационная кофеварка КВЭ-7. Практически все кофеварки, эксплуатируемые на предприятиях общественного питания, — импортные (в основном итальянского, испанского, финского, швейцарского и немецкого производства).
В основу работы кофеварки фильтрационной положен принцип сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью с разной объемной плотностью. Данная кофеварка аналогична кипятильнику непрерывного действия. Рабочий объем кофеварки (рис. 11.14) разделен на две зоны перфорированной мембраной. Вода в результате естественной циркуляции проникает в подмембранную полость и незначительно перегревается; при этом одновременно происходит насыщение слоя воды пузырьками пара, образующимися при кипении. Восходящий поток кипящей воды образует фонтан, так как плотность воды в переливной трубке значительно ниже, чем в основном объеме, за счет ее насыщения пузырьками пара.
Рис. 11.14. Принципиальная схема кофеварки фильтрационного типа:
/ — крышка; 2 — отражатель; 3 — переливная трубка; 4 — перфорированная мембрана; 5 — электронагреватель закрытого типа; 6 — рабочий объем; 7 — сетчатая корзина с порошком кофе
Поток кипящей воды попадает на слой порошка кофе, размещенный в сетчатой корзине, растворяет экстрактивные вещества и насыщается. В таком циркуляционном режиме кофеварка работает определенный промежуток времени, необходимый для наиболее полной экстракции кофе.
Кофеварка КВЭ-7 {рже. 11.15) состоит из цилиндрической рабочей камеры и наружного кожуха, покрытого эмалью светлых тонов или хромированного. Воздушный зазор между стенками водогрейного сосуда и кожухом служит тепловой изоляцией.
Рис. 11.15. Кофеварка КВЭ-7: / — отражатель; 2 — крышка; 3 — чаша-фильтр; 4 — циркуляционная труба; 5 — водонагревательный сосуд; 6 — кожух; 7— колпак; 8 — электронагреватель; 9 — переключатель; 10 — столик; 11 — кран для разбора кофе; 12 — терморегулятор; 13 — сигнальная лампа
Внутри рабочей камеры смонтировано циркуляционно-перекидное устройство, предназначенное для циркуляции кипятка и подачи его в чашу-фильтр. Устройство состоит из пароулавливающего колпака с тремя отверстиями на боковых стенках, циркуляционной трубы, чаши-фильтра с перфорированным дном и отверстиями, расположенными в верхней части, и отражателя, укрепленного над циркуляционной трубой. В боковой стенке у дна водогрейного сосуда имеется патрубок с краном для разбора кофе. Сверху кофеварка закрывается съемной крышкой. Нагрев воды осуществляется закрытым электронагревательным элементом, представляющим собой литой чугунный диск, в спиральных канавках которого запрессованы в электроизоляционной массе две нихромовые спирали. Электронагревательный элемент установлен под дном водогрейного сосуда и закрыт снизу кожухом.
Кофеварка снабжена терморегулятором, датчик которого установлен в водогрейном сосуде над краном для разбора кофе. Терморегулятор автоматически поддерживает напиток в горячем состоянии при температуре 60... 80 "С. Над краном для разбора кофе на кожухе находится лампа, сигнализирующая о работе электронагревательного элемента. Водогрейный сосуд установлен на подставке, выступающей с правой стороны и одновременно служащей столиком для чашек. На торцевой стороне столика находится переключатель.
В основу работы кофеварки КВЭ-7 положен принцип сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью с разной объемной плотностью, за счет чего происходит непрерывная циркуляция кипящей жидкости через порошок кофе. Поэтому кофеварки данного типа обычно называют циркуляционными.
Перколяционная кофеварка состоит из двух основных элементов: водонагревателя (котла) и перколяционной камеры (рис. 11.17). По устройству перколяционные кофеварки подразделяются на кофеварки с автоматической или ручной системой управления; высокопроизводительные и малопроизводительные; с гидронасосом и без него, где для приготовления напитка используется давление, развиваемое котлом.
Рис. 11.17. Принципиальные схемы перколяционных кофеварок:
а — с ручным гидроусилителем-дозатором; б — с компрессором и электромеханическим дозатором; 1 - рычаг; 2 - пусковой клапан; 3 - указатель уровня ВОДы; 4 — котел (бойлер) с нагреваемой водой; 5 - предохранительный клапан; 6 - манометр; 7 - клапан подачи кипятка; 8 - клапан подачи пара; 9 - ТЭН; 10 — кран подаяи воды; 11 — съемная заварочная емкость; 12 — перколяиионная камера; 13 - поршень дозатора; 14 - змеевик; 15 - гидронасос (помпа); 16 - соленоидный клапан
Стабильность показателей качества получаемого напитка во многом зависит от параметров воды, поступающей в перколяционную камеру: температуры и давления, а также степени ее очистки на входе.
Для приготовления качественного кофе предварительно молотый и слегка спрессованный кофе должен продавливаться перегретой водой (до 120... 125°С), находящейся под давлением 900 кПа. Перегретая (по отношению к атмосферному давлению) вода проходит через пористый увлажненный слой кофе; при этом давление воды падает до атмосферного.
По мере снижения давления в увлажненном порошке кофе происходит закипание жидкости, сопровождающееся интенсивным испарением, а также активное выделение воздуха, растворенного в воде. В результате резко увеличивается площадь поверхности контакта порошка кофе с водопаровой эмульсией, а также возрастают пульсация тепловых потоков и их концентрация в зоне расположения порошка кофе. При этом заметно усиливается эффект экстракции веществ в раствор кофе и обеспечивается получение насыщенного напитка, характеризующегося ярко выраженным ароматом и приятным вкусом с устойчивой пеной на поверхности. Такой напиток называют кофе «эспрессо», а аппараты — «эспресс»-кофеварками.
Продолжительность приготовления одной порции кофе может слегка варьировать в диапазоне 20...30 с. Кофе загружают в съемную заварочную емкость. В комплект поставки разных кофеварок входят одна или несколько съемных заварочных емкостей, с помощью которых можно готовить одну или несколько порций напитка одновременно.
После того как вода поступает на слой молотого кофе, порошок увлажняется и образуется гидравлический затвор. В целях повышения давления нагретой воды для преодоления сопротивления слоя порошка кофе кофеварки снабжены специальными гидроусилителями (иногда ручного, но чаще гидравлического действия), имеющими специальный гидронасос. Гидроусилители, как правило, сблокированы с дозаторами кофе и срабатывают по сигналу автоматизированной системы управления.
В кофеварках без компрессора с ручным гидроусилителем-дозатором (см. рис. 11.17, а) вода, подаваемая на приготовление кофе, поступает напрямую из цилиндрического водогрейного котла. Для обеспечения стабильно высокой температуры механизм заваривания содержит специальный клапан с рычажным приводом. При возведении клапана в рабочее состояние он открывается только при наличии в котле определенного давления (130 кПа). При открывании клапана вода из котла заполняет перколяционную камеру и смачивает порошок кофе, находящийся в съемной заварочной емкости. Продавливание воды через слой кофе, находящегося в съемной заварочной емкости, осуществляется за счет дополнительного избыточного давления, создаваемого поршнем с помощью рычага.
Кофеварки данного типа работают без гидронасоса (помпы) и, следовательно, не создают при работе излишнего шума. Для обеспечения стабильной работы существенное значение имеет объем котла, который должен быть максимально большим. К недостаткам такой кофеварки следует отнести невозможность ее использования для непрерывного приготовления кофе в течение длительного времени, так как при снижении уровня воды ниже допустимого происходит заполнение котла холодной водой, поэтому необходимо время, пока она нагреется.
Для соблюдения условий, необходимых для приготовления кофе эспрессо с постоянно высоким качеством, термическая система кофеварки должна аккумулировать большое количество теплоты и обладать очень большой тепловой инерцией для того, чтобы температура напитка в случае приготовления даже нескольких порций подряд оставалась неизменной. Термическую стабильность кофеварки определяет в основном объем водогрейного котла, поэтому в качестве одной из основных характеристик кофеварок принято указывать количество заливаемой в котел воды.
Для больших автоматизированных кофеварок целесообразно иметь большой котел с мощными электронагревателями, для малопроизводительных кофеварок предпочтительны котлы малой вместимости. Большие котлы обеспечивают стабильные режимы работы аппарата, но требуют ощутимого по продолжительности (15...20 мин) периода их разогрева и дополнительных мощностей нагревательного блока. Малые котлы менее инерционны, однако для стабилизации режима работы кофеварки должны быть оборудованы более чувствительными и точными терморегуляторами.
Вода в котле обычно нагревается ТЭНами и находится при избыточном давлении 130 кПа, при котором она кипит при температуре 124,7 "С. Работа ТЭНов управляется автоматически по давлению пара в котле. Для предотвращения возможности взрыва котел оборудуется предохранительным клапаном. Степень заполнения котла водой поддерживается обычно вручную, но в некоторых котлах в полностью автоматизированных кофеварках — автоматически с помощью датчика уровня, по сигналу которого открывается соленоидный клапан, подающий необходимое количество воды из магистрали.
При ручном поддержании уровня воды перед включением нагревателей котел следует заполнить водой до отмеченной на указателе уровня воды верхней риски. В процессе эксплуатации кофеварок уровень воды в котле всегда должен находиться в пределах границ, отмеченных на указателе уровня воды рисками, а входной кран должен быть закрытым.
Степень заполнения котла, температура и давление воды, находящейся в нем, фиксируются контрольными приборами. Шкалы этих приборов (указателя уровня, термометра, манометра) для удобства размещают на лицевой управляющей панели аппарата.
Наиболее распространенными являются кофеварки, у которых вода используется не из котла, а нагнетается помпой, повышающей ее давление с сетевого до необходимого — 900 кПа и более. При этом вода подается через проточный теплообменник (см. рис. 11. 17, б), обычно вваренный в котел в виде змеевика или гильзы (в зависимости от марки аппарата). При прохождении через теплообменник вода нагревается до температуры 124,7 °С, необходимой для перколяции. Материалом для его изготовления чаще всего служит нержавеющая сталь, а в некоторых моделях — никелированная латунь.
Через котел могут одновременно проходить несколько теплообменников, что и реализуется в высокопроизводительных кофеварках, имеющих несколько различных устройств, позволяющих одновременно готовить несколько порций (чашек) кофе. Следует иметь в виду, что в ходе процесса при контакте со стенками камеры и узлом крепления ситечка напиток остывает и на выходе его температура близка к 90 "С.
Дополнительно к представленной схеме используются согласованно работающие клапаны, средства автоматики для автоматического поддержания температуры, давления и контроля подачи воды. Вода, находящаяся в котле, занимает примерно 70 % его объема, остальное занимает пар. Вода из котла используется для подачи кипятка, используемого для приготовления других горячих напитков, поэтому все кофеварки данного типа имеют кран подачи кипятка. Пар из котла используется для приготовления кофе «каппуччино», горячего молока, разогрева чашек.
Ограниченный объем котла лимитирует использование перко-ляционных кофеварок в качестве кипятильника, так как опорожнение бойлера приводит к фактической невозможности их использования по основному назначению и простою в работе (надо ждать пока бойлер заполнится водой и нагреется). В момент, когда кофеварка не используется для приготовления кофе, вода непрерывно циркулирует по замкнутому контуру теплообменника, поддерживая всю систему трубок и клапанов в разогретом состоянии.
Способ подачи воды в съемные заварочные емкости может быть простым и инфузионным.
В случае простого способа подачи вода под давлением 900 кПа подается на слой уплотненного кофе, и экстракция происходит быстро.
В случае инфузионного способа подачи воды специальный компенсатор, расположенный непосредственно перед заварочными емкостями, сглаживает перепад давления, в результате чего давление горячей воды, поступающей на заваривание кофе, в первую секунду не превышает 200...300 кПа, что недостаточно для продавливания слоя кофе, но достаточно для его предварительного замачивания. В последующую секунду давление воды на слой кофе нарастает до 900 кПа, и экстракция протекает в обычном режиме. Инфузионный способ подачи воды позволяет получать кофе более насыщенного вкуса. Конструкция инфузора позволяет производить несложное его регулирование для настройки под конкретный сорт кофе. Однако кофеварки с инфузором имеют более высокую стоимость.
После закрывания клапана, подающего воду в заварочную емкость, вода, остающаяся в каналах, стекает либо по дренажной трубке в канализацию, либо в специальный каплесборник, который необходимо периодически опорожнять.
Для управления кофеварками и кофе-машинами используются как традиционные релейные электрические системы управления, так и современные цифровые электронные и микропроцессорные блоки.
Микропроцессорные блоки позволяют реализовывать разные режимы работы, использовать всевозможные рецептуры, а также одновременно обеспечивать требуемое порционирование порошка кофе и воды, контролировать соблюдение норм вложения и фиксировать количество проданных порций, расход порошка и т.д.