濕度計|掌握烘焙中各種與水相關的反應 (盧貝思專欄#5)

以下討論的濕度計使用,並非是在測量環境中的溼度變化,而是用來監控烘豆時鍋爐內的脫水情況!

濕度計

在烘豆的過程中,為了能夠掌握每個階段的脫水狀況,有些玩家會使用電子濕度計,將濕度感測器安裝於排煙通道內,概念是用來偵測排風的濕度,不過如此測得的濕度數值是會受到抽風大小的影響,而導致濕度數據無法對應真正的排風濕度,數值只能夠相對參考使用,是自行安裝濕度感測器必須想辦法解決的部分。

另外,如果是使用瓦斯燃燒作為熱源的瓦斯烘豆機,必須注意「瓦斯」是碳氫化合物的混合物,燃燒完全後除了產生二氧化碳外,還會產生「水」,如此測得的水分不單純是來自生豆本身的水分,所以玩家在使用濕度感測器前,熱源的選擇也是非常重要的!

電腦整合濕度計

盧貝思為了確實的掌握脫水狀況、並排除抽風影響濕度不精準的問題,將即時測得的濕度數據,透過獨家研發的電腦系統計算與抽風量做出校正,得出即時的絕對排水、排濕量後,紀錄並整合於烘豆曲線內,電腦整合校正的設計能夠提供準確的脫水、濕度曲線,解決了調整風量導致濕度曲線亂飄的問題,讓烘豆師透過烘豆機的電腦面板就能輕鬆掌握即時、真實的排水狀況。

 

咖啡熟成與脫水的關係

烘豆是一個加熱脫水、化學反應的過程,除了生豆所含的自由水外,還有化學反應產生的結晶水,豆子脫水失重、熱傳遞能促成不同的化學反應,所以水分在咖啡熟成中扮演多重的角色,更主導了咖啡風味的改變,因此掌握各階段豆子的水活性,是烘出好喝咖啡的關鍵。

脫水期

所謂的「脫水」,並非將水分完全去除,在烘焙的過程中,水分也是導熱介質,隨著溫度的提昇,豆子自由水慢慢的蒸散,內部會產生氣體,對豆子的組織施加壓力,促使豆子逐漸膨脹,同時豆子也會隨著溫度及濕度的變化,變成有彈性的狀態,直到水活性降低,又變回硬脆的玻璃化狀態,此時細胞內有一大部分已轉變為氣體,外層也因加熱膨脹而變薄。烘焙過快的情況下,豆表和豆芯水分的蒸發情況不同,容易讓咖啡豆的水分不均勻,導致表皮已經玻璃化,豆芯不夠熟,而造成澀味較重的咖啡。

梅納反應、發展期

當大部分的自由水都脫去後,水活性降到0.7以下,豆子內外部的溫度和壓力處於差不多階段,便進入梅納反應,碳水化合物與胺基酸產生化學反應,豆子會迅速膨脹,豆表由白轉黃,產生風味上的變化。
豆子開始第一次爆裂後,進入了發展階段,梅納反應已進入尾聲,而焦糖化正在加速進行,一爆時細胞內的水蒸氣和二氧化碳會在短時間大量排出,使豆溫微微下降,濕度迅速上升;待一爆尾自由水完全釋出後,濕度又會再次下降。短短的時間內有許多反應發生,故梅納反應後期的風量和火力調控,影響豆子最終風味的表現甚大。 

觀察、手法 

為什麼要觀察濕度

示意圖中可以觀察到,隨著烘焙溫度提高,生豆的自由水逐漸蒸散,濕度會緩慢的增加,烘豆師能依照脫水狀況,即時判斷是否修正風門,以調整蒸悶的程度,或降低升溫速率、延長脫水時間。咖啡豆加熱至第一次爆裂時,結晶水會大量的釋出,使濕度迅速上升,並在一爆密集達到濕度曲線的高峰,待一爆密集後數值將迅速的下降,且進入二爆時再次拉升。

實際使用濕度數據

在烘焙過程中,當溫度升溫至200-205度(依豆種有所不同),進入了第一次爆裂
,可以透過面板觀察到濕度數值逐漸提高,代表結晶水正在大量釋放,並即將要進入一爆密集的階段,此時也會聽見咖啡豆的爆破聲越來越密集。
而濕度偵測達到最高值時,結晶水已釋放完畢,濕度迅速的大幅下滑,為進入一爆末的徵兆,此時烘豆師在火力的控制下就要更為專注,依照使用者長期的經驗,建議可以在看見濕度即將下降時,提前將火力關小,以防止一爆後的升溫,導致ROR(升溫速率)爆衝,而壓縮了發展時間、錯過烘豆師設想的出豆溫度。

獨家「排濕量」功能介紹

 

 
進階觀察:crash and flick 議題

國際咖啡大師 Scott Rao 說:「與ROR穩定緩降的曲線(下圖)相比,如果在烘焙結束前 ROR發生了" crash "(墜落)和 " flick"(反彈),會減少咖啡的細緻風味,更會帶有燒過(baked)、平淡的味道,這樣的咖啡上也常見有燙焦的痕跡。

  有幾個原因會造成flick,包含爆點初期發生的"crash”、過度脫水的豆子、鍋爐的過度加熱,其中最嚴重的就是過熱的鍋爐,就像是燙牛排一樣,會加深咖啡外層的顏色,造成不均勻的烘焙結果,這樣的熟豆會產生焦點,所以喝起來會比期望的焙度還深、風味也不夠精緻。」

所謂的crash,是RoR大幅度下降的現象;flick,即為RoR大幅爬升的情況。如果全程維持設定進行烘焙、不做任何調整," crash "和 " flick"的發生是非常自然的,Scott Rao 稱之為沒有控管(unmanaged)的曲線。



Scott Rao 所指穩定緩降的曲線

資料來源:The FlickWHAT IS BAKED COFFEE

如何避免 crash 和 flick


綠色曲線:升溫率(ROR), 水藍色曲線:排濕量

在了解如何避免之前,在此先解釋一下升溫率(ROR)與「排濕量」的對應關係。
從上圖可以看到,一爆初期時,排濕量大幅上升,釋出的水氣導致ROR瞬降,也就是自然發生的"crash",經過不到30秒的時間,ROR便從10℃降到5℃的位置,同時排濕量(藍線)也因為水氣釋放而到了最高點。

經過此排濕高峰點(peack)時,水分已減緩釋放,此時加速升溫,導致一爆末明顯的ROR爆衝,即為自然發生的”flick”;也就是說,到達排濕量高峰、或排濕曲線出現斜率轉折時,代表"flick"現象即將發生

從上述的對應關係得知,盧貝思所研發的「排濕量數據」讓烘豆師可以掌握爆點的排濕高峰(或斜率變化),因此也就能夠透過「排濕量」預判" crash "的結束點,並抓準調整手法的時機,例如:在一爆密集、結晶水即將釋放結束前,降低火力、調高風量,避免ROR爆衝時的"flick"發生,完成ROR穩定緩降的曲線。

只憑經驗來調整的話,每支生豆的特性不同、反應也不一樣,可能要淘汰掉許多熟豆才能夠找到符合自己要的風味。
如果使用「排濕量」作為烘豆的輔助工具,可以讓烘豆師多了一項利器,更好掌握、更容易避免不想要的調性!

 
實際測試範例

一.crash 和 flick (使用盧貝思烘豆機 3公斤機型)

首先要創作一條絕對會發生crash和flick的曲線,也就是沒有控管的手法
使用500公克的水洗豆,起始設定為:火力65%、風速85%、 轉速55%


拍攝操作面板即時數據曲線

  1. 回溫點為74.5℃
  2. 全程只做了一次調整:在170℃ 轉黃點,將火力從65%調降至55%
  3. 一爆點(第三聲爆聲)為195.4℃
  4. 豆溫206.5℃時,出現自然的”crash”反應,ROR曲線大幅度下降:15秒內從18℃降至14.4℃
  5. 豆溫210.1℃時,爆密聲響減少,排濕量曲線出現斜率轉折,crash減緩
  6. 豆溫214.3℃時,開始出現自然的"flick"反應,ROR從14.4℃一路爆衝至18.6
  7. 出豆溫為220.8℃

二.避免crash和flick:僅調整火力

這次同樣使用500公克的水洗豆,起始設定不變:火力:65%、風速:85%、 轉速:55%


拍攝操作面板即時數據曲線

  1. 回溫點為75.6℃
  2. 在170℃ 轉黃點,將火力從65%調降至55%
  3. 一爆點(第三聲爆聲)為197℃
  4. 豆溫到達206℃時,這時候可以聽到爆點越來越密集,已經接近排濕量的高峰值,通常水氣都會導致ror瞬降造成crash,所以在這個時候給予多一些火力,將火力從55%加至59%
  5. 豆溫210.1℃時,可以看到排濕量曲線斜率降低,代表水分已經減緩釋放,為了要避免一爆末加速升溫,將火力從59%調降至39%,抑制flick的反應
  6. 豆溫216.7℃時,ROR微微上揚,所以再將火力調降4%,減緩此時的加溫反應
  7. 出豆溫為219.2℃