The Coffee Roaster’s Companion 咖啡烘焙师的烘焙技巧小贴士 8

本文部分内容转载于 The Coffee Roaster’s Companion 一书 翻译作者 Charlie Zhou

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咖啡烘焙中的热量转换

咖啡烘焙设备通过热风和热辐射对咖啡豆进行热量传导。每种机器都有自己的机械原理,对热传递的方式也有不同。

经典的热滚筒式烘焙机主要是靠热传递对桶内的咖啡豆进行直接加热,其次才是热传导的作用。而热辐射对于热量的贡献就比较小,其来源为锅炉表面和豆子之间热量的传导。

德国一家知名的咖啡烘焙设备制造商,提供了一组他们生产的热滚筒式烘焙设备的热能数据,即热空气对流对咖啡豆所提供的热量为70%,剩下的30%主要来自于热传导。

半直火式烘焙机是将滚筒与热源分离开来,这样一来可以使滚筒不至于过热,另外也可保持热风温度相对稳定。采用此设计的烘焙机,热对流对热量贡献的比例最大。

热风式烘焙机采用无滚筒式设计。它是通过高温度热风气流对咖啡豆进行加热,强劲的气流将咖啡豆吹起来,豆体的转动使之均匀受热。还有再循环式烘焙机LORINGSMART ROASTER,其通过给咖啡豆加热后产生的尾气,再次循环利用,贡献热能。

烘焙机预热后,在刚开始烘焙一批咖啡豆时,接近室温的咖啡生豆投入炉内,使炉内温度骤降。以经典的热滚筒烘焙设备为例,在开始后的几分钟时间,炉内开始回温,热传递是回温的主要热源。接下来,被加热的热空气会在之后的烘焙中扮演重要角色。这个时候的热滚筒有点像“储热器”,经过加热的空气会在滚筒内产生热对流,对咖啡豆进行持续的热量供给,并弥补热量丢失,使得炉内温度稳定攀升。

热传递和温度曲线

整个烘焙过程中,前三分之二的时间是吸热过程,也就是说豆子在这个期间热量从豆表传递到豆芯,并一直处于吸热状态。

温度梯度(△t:温度变化量,在这里指的是豆芯和豆表的温差)在很大程度上会受到传热系数影响。
简单来说,传热系数越大,豆芯温度上升越快。在烘焙早期阶段,△t大概在50°C左右,或者稍微更高一点点,但这已经是峰值了,这一峰值将随着烘焙进度慢慢降低。
换句话说,烘焙早期的几分钟过后,豆芯温度和豆表温度会慢慢的接近一致。一般来说,烘焙时间越短,△t峰值越高,烘焙时间越长,△t峰值越低。

豆子内部的热量和质量转换

烘焙开始阶段,豆表的水份蒸发速度会先于豆芯。

由于温度相对较低,豆子内部的纤维结构会较为完整。这使得一部分水蒸气会困在豆子内部, 并形成压力,致使豆子结构变大。

通过研究,压力的峰值在550Kpa-2533kpa范围内。这种压力越来越大,直到豆子的纤维结构无法承受时,豆子就会发生爆裂,这就是一爆的形成。

一爆后,豆子内部的水分和气体会顺着豆子的裂纹快速的排出,豆芯温度也会随之蹿升。

热量转换和水份变化

烘焙环境的湿度和咖啡豆本身的水分都会在一定程度上影响烘焙过程中的热传递。在较高的的湿度环境下烘焙,会增加热传导的效率,这样会导致咖啡豆的内部水份更快的流失。
而豆体内部的水份含量则对烘焙中的热传导有着更为复杂的影响。
针对水份含量高的豆子对于热传递的影响大致有三:

• 豆体内部的高水份含量增加了热传导的效率
• 要想达到目标温度,需要吸收更多的热量
• 热量更多的使水份蒸发,使热能传导更难以转移到豆芯

这种高水份含量的豆子要比低水份含量的豆子温度上升得更慢。
因此,作为咖啡烘焙师,在烘焙高水份含量的豆子时,需要提供更积极的热能火力。

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