Preliminary tests on toasted coffee beans and grinded coffee for the setup of online vis/NIR measurements to detect process failures=Prove preliminari di configurazione strumentale su caffè tostato in grani e macinato per applicazioni vis/NIR online per l’individuazione di non conformità di processo

Currently coffee in capsules production process can be subject to failures of the defined finished product flow rate, with the consequent elimination of whole production batches. These failures could reach not negligible percentages on the total produced capsules. The failures causes are not easily detectable, considering the good automation of the production process. Moreover, it is not easy to identify the unit operation to charge the failure. A product failure is currently verifiable only through sample tests on the finished product. Therefore, it is crucial to implement monitoring systems in the different process steps capable of highlighting failures in the semi-finished production. This could allow a timely correction without waiting the final control of the encapsulated product, with a view to a process optimization and to a waste reduction. Visible / near-infrared spectroscopy (vis/NIR) results as an interesting technology for an online real-time process monitoring application. This preliminary study focused on the analysis of spectral acquisitions on toasted and grinded coffee to evaluate the spectral modifications and the stability of the vis/NIR signals acquired using different optical devices. The aim was to identify the most suitable instrumentation to be used for the various process intermediates. Two vis/NIR systems were tested: 1_spectrophotometer with double acquisition module both in the visible/NIR range (400-1030 nm) and in the NIR range (1050-1650 nm), and equipped with a process reflection probe for contact measurements; 2_spectrophotometer for process with NIR module (960-1650 nm) and rotating acquisition system for acquisition through pyrex glass plate. The study results will allow to better design the sampling setup on semi-finished products based on vis/NIR spectroscopy. This approach could be useful in view of the planning of massive sampling campaigns for the identification of product failures.

Attualmente il processo produttivo del caffè in capsule può essere soggetto a non conformità del prodotto finito definite sulla base della standardizzazione dell’erogazione, con la conseguente eliminazione di interi lotti di produzione. L’incidenza di tale fenomeno può raggiungere percentuali non trascurabili sulla quantità complessivamente prodotta. Considerando la buona automazione del processo produttivo, le cause che determinano le non conformità non sono facilmente individuabili, così come non è facile identificare l’operazione unitaria alla quale imputare l’insorgenza della non conformità, verificabile solo sul prodotto finito. Risulta pertanto fondamentale implementare sistemi di monitoraggio nelle varie fasi del processo in grado di evidenziare anomalie nei semilavorati di produzione, in modo da poter intervenire in modo tempestivo senza dover necessariamente aspettare il controllo finale sul prodotto incapsulato, in un’ottica di ottimizzazione del processo e riduzione degli scarti. Una tecnologia sicuramente interessante dal punto di vista del monitoraggio real time online dei processi è la spettroscopia nel visibile e vicino infrarosso (vis/NIR). Il presente studio preliminare ha avuto come obiettivo l’analisi degli spettri di caffè in grani, tostato e macinato, per valutare le modifiche spettrali e la stabilità del segnale delle acquisizioni effettuate con strumenti differenti al fine di individuare la strumentazione più idonea da utilizzare per i diversi intermedi di processo. Sono stati sperimentati due sistemi vis/NIR: 1_spettrofotometro con doppio modulo di acquisizione sia nel vis/NIR (400-1030 nm) che nel NIR (1050-1650 nm) e dotato di sonda da processo in riflettanza per acquisizioni a contatto col campione; 2_spettrofotometro da processo dotato di modulo NIR (960-1650 nm) e sistema di acquisizione rotativo per acquisizione in piastre di vetro pyrex. I risultati dello studio permetteranno di progettare il set up sperimentale ottimale per le acquisizioni ottiche sulle matrici di caffè (intermedi di processo) in vista della pianificazione del campionamento massivo per l’individuazione di conformità / non conformità di prodotto.