云南咖啡豆烘焙温度曲线试验研究

吴传宇

(福建农林大学机电工程学院，福建福州350002)

0 引言

咖啡是世界3大饮料之一，在我国发展也很迅速，2009年总产量已经达到3.75×104t，目前我国年消费咖啡豆达到6×104t［1-2］.然而在国内消费市场上，知名的咖啡企业却是像雀巢、星巴克等国外的知名品牌.国内咖啡产业大部分都以咖啡生豆这一初级产品出口，如云南出口生豆量超过其产量的60%，甚至达到90%，大部分咖啡利润都被国外烘焙商赚取［3-4］.要提高我国咖啡产业的效益，就必须提高咖啡深加工产品的比例，加强深加工的技术能力创新.咖啡烘焙就是咖啡深加工中的关键一环，也是决定咖啡品质的重要环节.

咖啡烘焙就是指咖啡生豆经过一定的温度烘焙去除咖啡豆中多余的水分，使咖啡豆中的部分成分转化成焦糖化糖分及风味油脂［5-6］.烘焙是咖啡豆风味产生的必需阶段，咖啡中有700～850种风味物质必须经过烘焙才得以表现出其芳香的特质，咖啡的风味品质有两成都取决于咖啡豆的烘焙［5，7］.要想获得好的咖啡烘焙效果，必须要达到以下几个指标要求:1)烘焙咖啡豆形要好;2)烘焙深度要均匀;3)较少或无黑头现象;4)烘焙效率要高［8］.影响咖啡豆烘焙效果的主要因素有两个:1)烘焙火功，即适当的烘焙温度曲线以促进咖啡豆的化学变化;2)及时排出咖啡银皮及烘焙烟雾，避免咖啡豆产生烟味等杂味.

1 材料与方法

1.1 试验设备与材料

试验设备为福州志安科技生产的美丽可3 kg智能咖啡烘焙机.烘焙机有6档加热功率的选择(600，1200，1800，2400，3000，3600 W).咖啡豆为泽帆餐饮管理有限公司提供的普通18目云南咖啡豆.

1.2 试验参数选择

烘焙试验的咖啡豆每次900 g.通过初步试验，以600 W功率加热时烘焙时间超过30 min，效率太低不予选用;以3000 W功率加热烘焙时间不到7 min咖啡豆就已经烤焦，也不予选用.烘焙加热功率选择为1200～2400 W.先以较低功率加热再用较高功率加热及先用较高功率加热再用较低功率加热，各个功率之间组合的具体参数见表1.进豆温度选择为185℃.为了排除烘焙过程中产生的银皮和烟雾，从烘焙开始5 min后使用小风排烟，当1爆 (1爆指因咖啡豆内部的受热剧烈变动而产生的啪啪声)中后期大量产生烟雾时使用大风排烟，以便及时排出烟雾.

表1 烘焙功率分配表Tab.1 The power of baking

2 结果

烘焙基本趋势为:下豆初始，由于生豆进入烘焙炉中，烘焙炉温迅速下降，1 min内下降约70℃，然后才较快升温2 min，开启风门抽出炉内烟尘及水分，这时炉内温度较慢上升，3～5 min内脱水阶段结束，温度继续上升颜色逐渐变黄，并发出烤面包的味道，之后温度缓慢上升，颜色进一步变深并渐渐有咖啡的味道出来，直至出豆.出豆时间根据经验和口味要求在1爆结束左右下豆.

出豆时间和出豆温度主要影响烘焙口味，出豆时间越迟，出豆温度越高，咖啡烘焙深度越深，而烘焙过程中温度的变化是影响烘焙品质和效率的关键因素.烘焙过程温度变化如图1所示.3 min之前温度迅速下降，随后温度开始上升，6 min后上升速度有所缓慢.烘焙结果如表2所示.

图1 试验温度曲线Fig.1 The temperature curve of tests

3 讨论

3.1 豆形和均匀度

从各次试验结果可以看出，咖啡豆的豆形和均匀度在各次试验中都较好，说明这两项指标主要与咖啡烘焙机的性能有关，而和烘焙温度工艺无关.本次试验所采用的咖啡烘焙机性能良好，豆形和均匀度均达到较高的水平.

表2 各次试验结果Tab.2 The result of tests

3.2 是否有黑头

黑头现象是咖啡烘焙过程中的一个缺陷，黑头越多品质越差，较多的黑头会使咖啡口感明显带有苦焦味.从表2和图1可以看出，产生黑头现象的原因是烘焙最高温度和温升速度.从本次试验得出:当豆温度超过208℃就容易产生黑头，要特别注意;其次是温升速度，尤其是在出豆末期，即1爆前至出豆这段时间温升过快也容易产生黑头.

3.3 烘焙口味深浅

从本次试验可以得出:影响烘焙口味深浅最主要的因素是出豆温度，出豆温度越高烘焙口味越深;其次是烘焙时间，烘焙时间越长，烘焙口味越深.

3.4 烘焙效率

从表1和图1可以看出，烘焙时间随着加热功率的增加而减小，加热功率越大提供烘焙咖啡豆的热量越大，使其组织及化学成分发生变化迅速.所以加热功率大可以提高烘焙效率.但加热功率过大容易使温升过快，使咖啡豆里外烘焙程度不同，造成表面烘焙过深而里面烘焙过浅.根据经验，加热功率应该选择在使咖啡豆能在15～25 min内烘焙完成较好.

从以上试验的结果可以得出，要得到咖啡烘焙较好效果，应主要注意以下两点:1)选择合适的咖啡烘焙机，咖啡烘焙机的性能将直接影响咖啡烘焙的均匀度和豆形;2)要获得好的咖啡烘焙品质还应该注意烘焙的温度变化曲线及出豆温度.要得到较好的烘焙效果，既要有较好的烘焙品质又要有较高的烘焙效率，应该在烘焙初期保证有较高的温度上升趋势，约10～12℃/min，烘焙末期保证缓慢的温度上升，约1～2℃/min.

4 验证试验

根据以上试验分析，取2组参数做验证试验:1)在初期以较高的功率，较快的温升开始烘焙，之后以较小功率较平缓的温升烘焙，具体温度曲线如图2a所示;2)在整个烘焙过程都以相似的温升烘焙，具体温度曲线如图2b所示.验证试验结果记录见表3.

从图2中可以看出，1号试验烘焙时间较短，效率较高，2号试验烘焙时间比1号试验长30%，效率较低.两次试验出豆温度都差不多在218℃.从表3可以得出2次烘焙效果相近，烘焙口味也相近.因此验证试验得出的结论与前期试验得出的结果相同，即，烘焙初期用较快温升开始烘焙，后期以较平缓的温升烘焙，既可保证烘焙咖啡有较好的品质，又有较高的烘焙效率.

图2 验证试验温度曲线Fig.2 Temperature curve of verification test

表3 验证试验结果Tab.3 Verification test result

5 结论

咖啡烘焙根据不同口味有不同的烘焙工艺参数，但总的烘焙温度变化趋势是基本相同的，即开始进豆时烘焙温度快速下降，继续加热温度较快回升，当温度达到170℃左右温度上升变得缓慢，再继续加热烘焙直至出豆.为了取得较好的烘焙效果和效率，可以适当加快烘焙前期的温升速度，大约10～15℃/min，并降低烘焙后期的温升速度，大约1～2℃/min.每种品牌的咖啡豆及不同的气候条件等都会影响烘焙的效果，在不同条件下烘焙咖啡豆不能直接采用本次试验的烘焙参数，可根据本文得出的烘焙温度曲线趋势，并结合即时条件做相关试验，然后据此对工艺参数进行适当调整.

［1］朱永兴，姜爱芹.咖啡、可可和茶的全球发展比较 ［J］.茶叶科学，2010，30(6):493-500.

［2］欧阳欢，王庆煌，龙宇宙，等.咖啡产业链拓展和优化的制约因素及对策［J］.农业科技管理，2012，31(1):81-84.

［3］李莘.云南咖啡产业发展可持续性研究 ［J］.思想战线，2010，36:98-100.

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［5］韩宗怀.咖啡学［M］.台北:时周文化事业股份有限公司，2008:204-217.

［6］ PAWEL POHL，EWELINA STELMACH，MAJA WELNA，et al.Determination of the elemental composition of coffee using instrumental methods ［J］.Food Anal Methods，2012，6:9467-9468.

［7］莫婷，张婉璐，李平.茶叶加工中品质关键组分的变化与调控机制 ［J］.中国食品学报，2011，11(9):176-179.

［8］陈全胜，赵杰文，蔡健荣，等.基于近红外光谱和机器视觉的多休息融合技术评判茶叶品质 ［J］.农业工程学报，2008，24(3):5-10.