Как работают машины для розлива и укупорки кофе и как выбрать подходящую
По данным Mordor Intelligence, мировой рынок кофейных капсул (машин для наполнения и запечатывания кофе) в 2024 году составил 29,6 млрд, и среднегодовой темп роста составляет 6,26% без каких-либо признаков замедления. За каждой капсулой кофе Nespresso, кофе K-Cup и капсулой Dolce Gusto на полках магазинов стоит машина для наполнения и запечатывания кофе, которая дозирует молотый кофе, промывает свободное пространство азотом и запечатывает крышку менее чем за секунду. Независимо от того, запускаете ли вы собственный бренд капсул или расширяете уже существующую обжарочную машину, понимание того, как работают эти машины – и какие характеристики действительно важны – превращает дорогостоящую головную боль в прибыльную упаковочную линию.
В этой статье шаг за шагом описывается процесс наполнения и запечатывания, сравниваются форматы капсул с точными размерами и приводятся характеристики, которые вам следует оценить перед размещением заказа.
Краткие характеристики: машины для наполнения и укупорки кофе
- Точность заполнения: от ±0,1 г до ±0,2 г
- Диапазон скоростей: 2–600 капсул в минуту (CPM)
- Совместимые форматы: Nespresso, K-Cup, Dolce Gusto, Lavazza, капсулы ESE
- Метод уплотнения: Термосваривание (крышки из алюминиевой/пластиковой фольги)
- Промывка азотом: Остаточный O < 3% (целевой < 1% за премию)
- Строительство: Нержавеющая сталь 304, контактные поверхности, пригодные для пищевых продуктов.
Что на самом деле делает машина для наполнения и укупорки кофе
Машина для наполнения и запечатывания кофе — это автоматическая машина для наполнения кофейных капсул, которая отмеряет и заполняет точный вес молотого кофе в предварительно сформированные капсулы, промывает свободное пространство каждой из них газообразным азотом для удаления кислорода, накрывает каждую капсулу крышкой из фольги и термосваривает ее, образуя барьер, который сохраняет продукт свежим в течение 12–18 месяцев.
По своей сути эта машина предназначена для одной задачи: дозирования, наполнения и запечатывания капсул с точным весом и скоростью с исключительной повторяемостью. Ключ к современному машины для наполнения и запечатывания кофейных капсул повторяемость на тысячах циклов. Роторная разливочная машина, работающая со скоростью 400 циклов в минуту, точно дозирует каждую дозу до 0,1 г – достаточно плотно, чтобы потребители могли получить одинаковое количество экстракции от капсулы к капсуле.
Эти машины могут обрабатывать различные капсулы. Например, производственная линия может упаковывать алюминиевые оболочки капсул для кофе Nespresso на одной машине, упаковочные капсулы K-Cup на другой и капсулы с наполнением dolce gusto на третьей. Разные форматы имеют разные формы, объемы дозирования и условия запайки, но суть процесса розлива одна и та же.
Машина для наполнения кофейных капсул загружает пустые капсулы, дозирует молотый кофе, промывает азот и запечатывает со скоростью от 20 CPM на линейных машинах начального уровня до 600+ CPM на роторных машинах высокого класса.
Почему важна правильная упаковка? Кофе скоропортящийся продукт. Молотый кофе начинает терять свои летучие ароматические свойства в течение первых нескольких минут под воздействием кислорода. Машина для наполнения и запечатывания фиксирует эти свойства внутри капсулы, прежде чем они в противном случае ускользнут.
Шаг за шагом: как работает процесс наполнения и запечатывания
Каждая кофейная капсула проходит шесть станций: от пустой оболочки до запечатанной упаковки, готовой к хранению. Ниже представлен процесс наполнения и герметизации для каждой станции на отдельных линиях.
- Загрузка капсул
Пустые капсулы подаются в бункер на полуавтоматических машинах, на полностью автоматических линиях их можно загружать вручную или из насыпной линии с помощью вибропитателя. Каждый питатель ориентирует капсулы так, чтобы они были направлены вверх, а затем помещает их в носитель (формующую пластину). На ротационных машинах плита формы перемещается вокруг револьверной головки в середине машины. На линейных машинах (движущихся по прямой линии вдоль конвейера) капсулы подаются в соответствии с отверстиями на конвейере. Датчики обнаруживают поврежденные или неправильно расположенные капсулы и отбраковывают их. - Дозирование кофе
Шнековый наполнитель с серводвигателем, который подает молотый кофе в капсульную смесь. Его шнек делает определенное количество оборотов, чтобы доставить желаемый вес (обычно от 5 до 14 граммов в зависимости от формата ящика). Усовершенствованные системы наполнения используют комбинацию обратной связи по весу и подсчета оборотов шнека для очень жестких целевых показателей веса 0,1 г. Размер помола, содержание влаги и плотность молотого кофе напрямую влияют на точность дозирования, поэтому операторы калибруют систему при каждой смене. - Трамбовка и уплотнение
После этапа наполнения кофе трамбовочный поршень уплотняет кофе под низким давлением – аналогично стандартному сжатию при заполнении корзины. Но это не давление «эспрессо» — нам нужна ровная поверхность и проникновение воды во время заваривания, а не непроходимая, отклоненная шайба. Глубину утрамбовки и силу утрамбовки может регулировать оператор. При сжатии вода находит «каналы» в кофе и производит неравномерное заваривание. Чрезмерное сжатие приводит к движению воды и дает горькие, слишком экстрагированные выстрелы. - Промывка азотом
Азотная форсунка впрыскивает пищевой азот в свободное пространство кофе. Это выбрасывает O и является основным фактором, определяющим срок годности. Минимальное остаточное содержание O ниже 3%. Ведущие производители капсул планируют содержание ниже 1%. Промывка азотом занимает миллисекунды – достаточно быстро, чтобы удалить весь кислород, но достаточно быстро, чтобы опережать скорость линии. - Размещение крышки
Предварительно нарезанные крышки из фольги/композитной пленки извлекаются из магазина и помещаются на открытую капсулу (обычно с помощью присоски или механического захвата). Регистрация крышки должна быть точной по отношению к капсуле: если она смещена на 0,5 мм, продукт не будет герметично закрыт при продувке азотом. Другие системы принимают рулонную пленку и разрезают ее в процессе. - Термосварка
Нагретую матрицу опускают на крышку, образуя прижимной контакт крышки с ободком капсулы. Одновременно прикладывают давление запечатывания и нагрев (около 180-230 C в зависимости от материала крышки) и давление для приклеивания фольги к фланцу капсулы. Это создает герметичное уплотнение, предотвращающее попадание кислорода. Типичное время выдержки матрицы составляет 0,3-0,8 секунды. После запечатывания готовая капсула покидает машину и транспортируется на разгрузочный конвейер для дальнейшей картонации/упаковки в коробки.
📐Техническое примечание — параметры промывки азотом
Чистота пищевого азота должна составлять ≥99 % (ISO 8573-1, класс 1 для частиц). Давление промывки должно составлять 0,4-0,6 МПа. Удалите остаточный кислород с помощью газоанализатора (например, Dansensor CheckPoint 3). Линии, предназначенные для остатков <1%-ный кислород часто подвергается двухэтапной промывке: предварительной промывке перед дозированием и окончательной промывке после тампонирования.
Форматы капсул: Nespresso, K-Cup, Dolce Gusto и другие.
Кофейные капсулы не имеют одной формы или размера и не изготовлены из одного конкретного материала. Каждый конкретный формат указывает машине, какие формы, крышки и уплотнительные штампы потребуются. Ниже приведена таблица, в которой сравниваются размеры по размерам для наиболее распространенных форматов капсул, которые продаются на рынке.
| Формат | Диаметр | Высота | Материал | Крышка | Вес заполнения |
|---|---|---|---|---|---|
| Неспрессо Оригинал | 37 мм | 30 мм | Алюминий | Алюминиевая фольга | 5–6 г |
| Неспрессо Вертуо | 56 мм | 31 мм | Алюминий | Алюминиевая фольга | 7–14 г |
| K-Cup | 45 мм | 40 мм | Пластик (ПП) | Алюминиевая фольга | 9–12 г |
| Сладкий вкус | 54 мм | 36 мм | Пластик | Пластиковая крышка | 6–16 г |
| Лавацца мой путь | 48 мм | 27 мм | Пластик | Алюминиевая фольга | 7–8 г |
| Модуль ESE | 44 мм (плоский) | — | Фильтровальная бумага | — | 7 г |
Капсулы Nespresso и капсулы K Cup доминируют на рынке кофе на одну порцию, но форматы dolce gusto и Lavazza завоевывают популярность в Европе и Азии. Таблетки ESE являются самыми простыми: молотый кофе, сжатый между двумя слоями фильтровальной бумаги, требует другого типа машины для наполнения кофейных капсул, чем система на основе капсул.
Переключение форматов заваривания на многоформатных машинах можно легко осуществить, заменив формовочные пластины и уплотнительные матрицы. Типичный переход между соками «Апонаах» и «Лакаммог» составляет 15–45 минут, в зависимости от того, насколько различаются эти два формата. Приготовление кофе Nespresso и запечатывание k-cup на одной и той же машине k-cup без переключения — обычное дело, но непростое — это диаметр 37 мм против 45 мм и высота 30 мм против 40 мм с разными материалами крышек.
Ххх. Использование неправильного материала крышки на алюминиевых капсулах, например, установка пленки фильтра кондиционера полипропиленовой капсулы на алюминиевую оболочку Nespresso, требует использования другой стороны для уплотнения, чтобы разделить два материала при идентификации. Герметики, предназначенные для соединения алюминия с алюминием, используют другой профиль температуры и давления, чем те, которые предназначены для соединения пластика с алюминием. Если вы планируете использовать машину для подготовки проб, проконсультируйтесь с поставщиком крышек.
Ручной, полуавтоматический и полностью автоматический — какой тип подходит для вашего масштаба производства?
Модели упаковочных машин для кофе, которые в торговых каталогах в просторечии называются машинами для упаковки кофе, бывают четырех разных уровней, рассчитанных на ожидаемый дневной диапазон производительности. Сравните характеристики, которые имеют наибольшее значение: скорость, точность, трудозатраты, пространство и цена ниже. Выбор правильного уровня — важная часть создания вашего производства кофе. Возможно, вы переходите от небольшого пилотного масштаба к выходу на полноценный рынок или вам необходимо обновить существующие упаковочные системы. Эта демонстрация демонстрирует реальные различия.
| Тип | Скорость (цена за тысячу показов) | Точность заполнения | Операторы | Площадь | Ценовой диапазон |
|---|---|---|---|---|---|
| Руководство | 2–5 | ±0,5 г | 1–2 | 1–2 м² | 1000–3000 долларов США |
| Полуавтоматический | 10–30 | ±0,2 г | 1 | 3–5 м² | 5 000–15 000 долларов США |
| Полностью автоматический (линейный) | 40–120 | ±0,15 г | 0–1 | 6–10 м² | 30 000–80 000 долларов США |
| Полностью автоматический (поворотный) | 100–600 | ±0,1 г | 0–1 | 8–15 м² | $80 000–$300 000+ |
Самая распространенная кофейная капсула для ручного приготовления, эквивалентная Moka Pot, капсулы изготавливаются вручную, зачерпывая высококачественный кофе в фильтр для кофейных чашек и утрамбовывая его перед нажатием рычага для запечатывания. Микрообжарщики, тестирующие новые вкусовые характеристики, могут расти вместе с ними. Полуавтоматические устройства снимают с себя все усилия, добавляя моторизованный привод к станциям дозирования и запечатывания. Они могут принимать 10–30 капсул в минуту; подходит для открытия партий.
Полностью автоматические линии по производству кофейных капсул полностью меняют экономику. Линейные машины производят 40–120 капсул в минуту с минимальными трудозатратами. Роторные машины для наполнения кофейных капсул доведите эту скорость до 100–600 капсул в минуту, рассчитанную на операции, работающие в несколько смен. Да, ценовой разрыв реален, но также и стоимость одной капсулы в объеме: роторная машина, работающая со скоростью 400 CPM в течение 16 часов, производит 384 000 капсул в день.
Совет эксперта: производительность Daily Buns должна определять выбор оборудования для производства капсул.
- Менее 500 капсул/день → ручная машина
- 500–5000 капсул/день → полуавтоматический
- 5 000–50 000 капсул/день → линейный автоматический
- 50 000+ капсул/день → роторный автоматический
Эти пороговые значения указаны для работы в одну смену (8 часов). При работе в три смены точки останова у полуавтоматов и линейных авто могут быть одинаковыми.
Ключевые характеристики, которые следует оценить перед покупкой
Цена и скорость обычно являются единственными двумя цифрами, на которые покупатели обращают внимание при выборе подходящей капсульной кофемашины. Их не должно быть. При сравнении обратите внимание на следующие 8 ключевых характеристик. оборудование для упаковки капсул от разных поставщиков.
- ✔ Точность заполнения — ±0,1 г — эталон для машин для запечатывания капсул премиум-класса. ±0,2 г приемлемо для стандартного коммерческого производства. Все, что превышает ±0,3 г, приведет к заметным различиям во вкусе капсул и проблемам с соблюдением веса.
- Рейтинг скорости в сравнении с фактической производительностью. Мы, покупатели, указываем пиковую цену за тысячу показов в пищевой отрасли, но фактическая производительность всегда будет меньше. Учитывайте время переналадки, циклы стирки (30–60 минут за смену), брак (обычно 0,5–2 %) на каждый этап. цифра 120 CPM может привести к получению в среднем 90 строк в зависимости от цикла стирки и т. д. — учтите этот расчет маржи.
- Совместимость с капсульным форматом. Однолинейные машины работают быстрее и имеют лучшие допуски. Многолинейные машины имеют гибкий формат, который может быть важен в зависимости от вашего ассортимента продукции — один тип капсул или несколько.
- Время переключения между форматами - 15-45 мин. Некоторые новые запечатывающие машины сократили это время до 10 минут благодаря быстросменным формовочным пластинам. Если вы используете три формата в день, то эта задержка может стоить вашей работе часа 30 минут на одно переключение.
- Система промывки азотом. Встроенные генераторы азота (типа PSA) просты в использовании, но стоят от 8 000 до 25 000 долларов. Подача газа из внешнего баллона или резервуара на начальном этапе дешевле, но требует постоянных контрактов на поставку газа. Убедитесь, что линия может достичь <Остаточное содержание O 3 % при требуемой скорости линии.
- Материал изготовления. Все детали, контактирующие с пищевыми продуктами, должны быть изготовлены из нержавеющей стали 304, чтобы обеспечить высокое качество работы. Сравните бункер, шнек, уплотняющий поршень и уплотнительное кольцо с бюджетными моделями, в которых используется углеродистая сталь с нержавеющим покрытием, которое со временем отслаивается и загрязняет ваш продукт.
- Система управления. Требуется ПЛК (программируемый логический контроллер) с сенсорным экраном HMI (человеко-машинный интерфейс) с хранилищем рецептов. Эта функция позволяет быстро переключаться между кофейными смесями и форматами капсул, не рассчитывая каждый раз новые параметры. ПЛК Siemens и Mitsubishi являются наиболее популярными среди оборудования для упаковки кофе.
- Послепродажная поддержка и запасные части. Получите информацию о сроках поставки запасных частей, возможности удаленной диагностики и о том, нанимает ли производитель инженеров по техническому обслуживанию в вашем регионе. Машина, простаивающая в течение 2 недель в ожидании замены запечатывающей матрицы, стоит дороже, чем сама матрица.
Распространенная ошибка: оценщики знают, что сравнивать следует на основе номинальной цены за тысячу показов, но не учитывают время перехода. Если ваш бизнес заполняет три формата капсул, то машина со скоростью 120 CPM с 45-минутной перенастройкой может производить меньше капсул за смену, чем машина со скоростью 90 CPM с 10-минутной перенастройкой. Используйте следующее уравнение, чтобы определить эффективную пропускную способность для вашего диапазона продуктов.
Как промывка азотом и герметизация защищают свежесть кофе
Обжаренные кофейные зерна содержат более 800 летучих органических соединений, которые отвечают за аромат и вкус. Эти соединения начинают взаимодействовать с кислородом после измельчения кофе. Окисление разрушает яркие сложные ароматы, превращая хороший профиль в затхлый картонный аромат. Кофейная капсула с окружающим воздухом в головном пространстве через несколько недель потеряет свое ощутимое качество.
Промывка азотом позволяет решить эту проблему, заменяя кислород, окружающий кофе, инертным азотом. Азот не вступает в реакцию с соединениями кофе. держать остаточный кислород ниже <3%- <1% при использовании процесса наполнения и запечатывания за счет уменьшения остаточного воздуха до уровня ниже 3%. Срок годности увеличивается с нескольких месяцев до 12-18 месяцев. Капсулы без промывки теряют ощутимое качество кофе максимум через 3-6 месяцев, даже если крышка закрыта, поскольку в захваченном воздухе все еще содержится ~21% кислорода.
📐 Инженерное примечание — упаковка для кофе в модифицированной атмосфере (MAP).
Азот, используемый при промывке капсул, должен быть пищевого качества, GRAS (Управление по контролю за продуктами и лекарствами, 21 CFR 184.1540), и необходима чистота 99%. Давление промывки варьируется в пределах 0,4-0,6 МПа – слишком легкое приводит к тому, что кислород не удаляется, слишком сильное приводит к выдуванию кофейной гущи из капсулы. Используйте газовую хроматографию или электрохимические датчики для анализа свободного пространства в вашем режиме контроля качества.
Герметик представляет собой вторую половину уравнения. Какой бы идеальной ни была промывка азотом, она может быть сведена к нулю из-за нарушения герметичности. Если крышка не полностью прилегает к краю капсулы, кислород может проникнуть внутрь через уколы.
Испытание на целостность уплотнения, либо разрушение вакуума, либо испытание на разрыв, должно проводиться на случайных образцах капсул в ходе каждой производственной партии. Одна неудачная запечатка на 100 капсул может привести к документальному следу недовольства клиентов по поводу кислого кофе.
Начало бизнеса по производству кофейных капсул — оборудование помимо наполнителя
Машина для наполнения и укупорки — это всего лишь одно оборудование, необходимое производителю кофейных капсул. Если вы начинаете бизнес по производству капсул, вам понадобится полная цепочка от зеленой фасоли до упакованного продукта. Ниже представлен полный линия по производству кофейных капсул.
- Обжарочная машина для кофе – $15 000-$150 000 в зависимости от мощности партии (от 5 кг лабораторных ростеров до 120 кг производственных ростеров). Лишь немногие капсульные предприятия не имеют его и покупают предварительно обжаренный кофе в специализированных обжарочных предприятиях.
- Мельница – это промышленная кофемолка с жерновами, откалиброванная под размер помола капсул (более мелкий, чем капельный кофе, менее мелкий, чем турецкий). Подумайте, 5000–30 000 долларов за кофемолку, которая может соответствовать линии автоматического наполнения.
- Машина для наполнения и запечатывания кофейных капсул - Основной звук. См. сравнительную таблицу цен вверху страницы в зависимости от типа машины. Бюджет от 5000 до 300 000 долларов США в зависимости от масштаба производства.
- Генератор азота или подача газа. Другим вариантом является установка азотного генератора PSA (адсорбция при переменном давлении) стоимостью 8 000–25 000 долларов США. Еще одним вариантом является баллон или резервуар, питаемый поставщиком промышленных газов, но он требует более низких первоначальных затрат и более высоких текущих затрат.
- Этикетировочная и картонажная машина — 10 000–40 000 долларов США за автоматическую маркировку, сборку и упаковку коробок. Небольшие предприятия могут маркировать и упаковывать вручную, но это становится узким местом при объеме производства более 5000 капсул в день.
- Инструменты для проверки качества — измеритель влажности (500–2000 долларов США), тестер целостности уплотнений (3000–8000 долларов США), прецизионные весы для проверки веса (300–1000 долларов США) и газоанализатор в свободном пространстве (5000–12000 долларов США) для измерения уровня остаточного кислорода.
Рыночная среда идеальна. Спрос на упаковку кофейных продуктов на одну порцию растет на мировом рынке, который в 2024 году оценивается в 29,6 млрд долларов США, при этом среднегодовой темп роста составит 6,26% (Mordor Intelligence). Помимо капсул, пакетики для кофе и упаковка в мешочки могут представлять собой значительный сегмент упаковки для производства кофе, особенно в связи с выходом на рынок новых капсульных брендов под частными торговыми марками.
Заполнение контракта – еще одна возможность; в некоторых случаях компании вообще избегают инвестиций в концепцию совместной упаковки и предлагают услуги по розливу нескольким обжарщикам кофе, у которых нет собственного оборудования для упаковки кофе.
Перспектива AFPAK: AFPAK производит машины для наполнения и запечатывания кофейных капсул уже более четырнадцати лет, и сегодня многие устройства поставляются более чем тремстам брендам по всему миру. Рекомендации по оборудованию, представленные в этой статье, основаны на опыте AFPAK по внедрению оборудования в Азии, Европе и Северной Америке. Всегда собирайте несколько предложений и организуйте демонстрации на месте для сравнения оборудования перед покупкой.
Часто задаваемые вопросы
Готова ли ваша линия по производству кофейных капсул к новому проекту строительства или расширению?
Получите индивидуальное предложение для вашей линии кофейных капсул →
Об этом анализе
AFPAK производит машины для наполнения и запечатывания кофейных капсул уже более четырнадцати лет, и сегодня многие устройства поставляются более чем тремстам брендам по всему миру. Параметры промывки азотом, производственные показатели и данные о размерах капсул, представленные в этом руководстве, основаны на спецификациях, составленных на основе ассортимента продукции AFPAK, а также полевых данных, собранных при установке оборудования. Пользователям рекомендуется перед покупкой проверить все технические характеристики на соответствие конкретным производственным требованиям и запросить информацию у нескольких поставщиков оборудования.
Ссылки & Источники
- Mordor Intelligence — отчет о рынке кофейных капсул и капсул (2024 г.)
- CoffeeTec — промывка азотом: как сохранить кофе свежим
- Ровема Н.А. — Важность упаковки кофе: поддержание низкого уровня остаточного кислорода
- Мастерская Metropolis Coffee — почему мы промываем азотом капсулы под собственной торговой маркой
- Упаковка в модифицированной атмосфере — газовая промывка кофе
- Википедия — Dolce Gusto (ссылка на размеры капсулы)