5. Quy trình Rang
Thông tin chung
Trong cuốn sổ tay này có phụ đề là “Những thay đổi vật lý và phản ứng hóa học”, dữ liệu sản phẩm, các giá trị số và các mối liên hệ sẽ thường xuyên được đề cập và mô tả dưới các hình thức khác nhau dựa trên kinh nghiệm cũng như đã được tính toán hoặc phân tích. Tại thời điểm này, cần làm rõ và ràng buộc toàn bộ cuốn sách rằng các kết quả đưa ra ở đây đã được bộ phận R&D của PROBAT WERKE thu thập, ghi lại và đánh giá và được cung cấp cho công chúng trong khuôn khổ cuốn sách này. Trong một số trường hợp ngoại lệ, sự phát triển từ các nguồn khác sẽ được thông qua và chỉ ra tương ứng.
Các giá trị số được sử dụng cho cà phê rang trong các hình luôn đề cập đến các loại cà phê rất cụ thể được rang trong một thời gian rất cụ thể ở một mức độ rang rất cụ thể.
Khi cà phê được rang, một loạt các quá trình vật lý và hóa học phức tạp diễn ra, từ đó hình thành các chất màu, mùi, vị đặc trưng của cà phê rang. Quá trình rang là một trong những bước quan trọng nhất trong quá trình từ cà phê xanh đến đồ uống cà phê thơm ngon. Phát sinh từ một số hợp chất hóa học ban đầu trong quá trình rang là rất nhiều hợp chất thơm dễ bay hơi.
Quá trình rang tạo ra kết cấu khô và giòn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiền hạt cà phê và tăng khả năng chiết xuất.
Cà phê được rang bằng quy trình gia nhiệt khô, không giống như quy trình thông thường đối với nhiều sản phẩm tự nhiên khác, được rang ở nhiệt độ tương đối cao lên tới 250°C. Việc truyền nhiệt lên bề mặt hạt cà phê diễn ra bằng đối lưu, bức xạ và tiếp xúc. Sự dẫn nhiệt bên trong hạt cà phê tiến triển từ bên ngoài vào bên trong. Thông số quan trọng nhất trong quá trình rang là lượng năng lượng nhiệt cụ thể cung cấp cho hạt cà phê. Đặc tính nhiệt độ cà phê, tức là quá trình nhiệt độ cà phê trong suốt thời gian rang, phụ thuộc vào ir. Yếu tố quyết định cho kết quả rang đồng nhất cho từng hạt cà phê, cũng như những thay đổi vật lý và phản ứng hóa học, là thông số nhiệt độ cà phê.
Mức độ rang, tức là màu sắc của cà phê rang, có ảnh hưởng thiết yếu đến sự hình thành mùi thơm và sự phát triển của hương vị, đồng thời -h chịu trách nhiệm chính về chất lượng của sản phẩm rang và cuối cùng là đồ uống cà phê. Hơn nữa, thời gian rang cũng có một ảnh hưởng không thể bỏ qua. Đánh giá thỏa đáng dựa trên mức độ rang mà không biết thời gian rang là – nếu có – khó có thể thực hiện được.
Về cơ bản, thời gian rang và mức độ rang của cà phê quyết định đặc tính nhiệt độ của cà phê. Trong thời gian rang, đặc tính nhiệt độ của cà phê có thể bị ảnh hưởng trong một khuôn khổ giới hạn bởi sự thích ứng cụ thể của lượng năng lượng nhiệt.
Mức độ rang tối hơn có xu hướng mang lại nồng độ chiết xuất cao hơn, ít axit hơn, nhiều chất rắn hơn và nhiều chất đắng hơn. Hàm lượng nước dư ít hơn. Thời gian rang ngắn dẫn đến hàm lượng chiết xuất lớn hơn, hạt cà phê rang có thể tích lớn hơn, nhiều axit tổng thể hơn và nhiều chất đắng hơn. Một lượng nước lớn hơn vẫn còn trong cà phê rang.
Khi đạt được mức độ rang mong muốn, cà phê sẽ nguội. Theo quy định, hạt cà phê nóng được làm mát bằng không khí xung quanh. Trong quy trình công nghiệp, cà phê rang hoàn toàn trong nhiều trường hợp được làm nguội bằng nước trước khi làm mát bằng không khí. Làm nguội bằng nước, khi quá trình rang đạt đến nhiệt độ sản phẩm hoặc màu cà phê cụ thể, sẽ khiến quy trình rang dừng đột ngột. Điều này đảm bảo đạt được mức độ rang đồng nhất và có thể lặp lại từ lần sạc này sang lần sạc khác cũng như trong các lần sạc. Tác dụng phụ là việc bổ sung nước có thể làm tăng độ ẩm trong cà phê rang được sử dụng trong nhiều trường hợp để thu được độ ẩm cà phê rang rất cụ thể.
Sự phân bố độ ẩm trong hạt cà phê rất quan trọng đối với quy trình xay tiếp theo. Phải tuân thủ các khoảng thời gian nghỉ nhất định giữa quy trình rang/làm nguội và xay, đặc biệt với lượng nước dư lớn hơn trong cà phê rang. Trong các cơ sở rang PROBAT, quá trình làm nguội bằng nước diễn ra trong chính máy rang, tức là ở nhiệt độ môi trường cao. Điều này có tác động tích cực đến việc phân phối nước và vận chuyển nước vào cà phê. Thời gian nghỉ hoặc bù của hạt cà phê rang và nguội có thể giảm đến mức tối thiểu. Độ ẩm tự nhiên có ảnh hưởng đến thời gian lưu giữ cần thiết. Ví dụ, để giữ ẩm cho hạt cà phê ở mức giới hạn 5% theo quy định của luật pháp Đức, thời gian bù khoảng 2 đến 4 giờ là đủ, tùy thuộc vào loại cà phê và mức độ rang.
Quá trình làm nguội sau quá trình rang có mối liên hệ chặt chẽ với quá trình rang. Trong chương này, ảnh hưởng của việc làm mát đến chất lượng cà phê sẽ không được đề cập sâu hơn. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là hầu như không có nghiên cứu khoa học nào được thực hiện về tác dụng làm mát và nó ít được chú ý trong các công trình tham khảo.
Điều khá tự nhiên là quá trình rang phải được kết thúc và hạt cà phê phải được làm lạnh để bảo quản và có thể thực hiện bước nghiền. Các thử nghiệm liên quan đến nhiệt độ của cà phê đã nguội chủ yếu đề cập đến ảnh hưởng của các nhiệt độ này đến đặc tính oxy hóa, tức là độ lão hóa của cà phê. Cà phê xay nói riêng đã được thử nghiệm về mặt này.
Nhiệt độ
Sự truyền nhiệt trong hạt cà phê tiến triển từ ngoài vào trong, vận chuyển khối lượng các hợp chất dễ bay hơi theo hướng nghịch đảo từ trong ra ngoài. Điều này đặc biệt dẫn đến giai đoạn đầu của quá trình rang với sự khác biệt lớn về nhiệt độ lên đến khoảng. 50°C giữa lớp đậu bên ngoài và bên trong. Chỉ ở nhiệt độ lõi đậu khoảng. 150°C thì nhiệt độ dần dần xấp xỉ nhau.
Các số liệu sau đây (Hình 4 và Hình 5) hiển thị nhiệt độ bề mặt hạt, nhiệt độ lõi và nhiệt độ giữa chúng đối với các thông số nhiệt độ cà phê khác nhau.
Hình 4 Rang đối Lưu Phát Triển Nhiệt độ Của Hạt Cà Phê Rang đối Lưu
Hình 5 Rang Bức Xạ Sự Phát Triển Nhiệt độ Của Hạt Cà Phê
Nhiệt độ bề mặt hạt là 200°C được xác định sau điều kiện rang đối lưu và sau 125 giây đối với rang bức xạ. Với 43°C, chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và trung tâm đối với sự tăng nhiệt độ nhanh hơn về cơ bản cao hơn so với sự tăng chậm, trong đó chênh lệch nhiệt độ được xác định là 10°C. Nhiệt độ ở bề mặt và trong lõi gần nhau hơn trong quá trình rang tiếp theo. Ở nhiệt độ bề mặt hạt là 220°C, chênh lệch nhiệt độ giảm lần lượt từ 43°C xuống 24°C và từ 10°c xuống 5°C.
Cần lưu ý rằng nhiệt độ bề mặt và lõi hạt được hiển thị ở đây là kết quả của các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Trong trường hợp này, hạt cà phê được rang riêng lẻ trong tủ hâm nóng được chuẩn bị đặc biệt cho mục đích này.
Thông thường, nhiều hạt cà phê được rang cùng lúc trong thùng rang. Khoản phí nhỏ nhất khoảng. 700 hạt cà phê được chế biến trong máy rang mẫu. Máy rang công nghiệp RN 5000 chứa khoảng 5 triệu hạt cà phê mỗi lần sạc. Sự tiếp xúc giữa các hạt cà phê riêng lẻ cũng như sự tiếp xúc của hạt với thành thùng có ảnh hưởng đến việc truyền nhiệt. Thực tế là thời gian rang cà phê hoặc sự gia tăng nhiệt độ của cà phê ảnh hưởng đáng kể đến sự khác biệt giữa nhiệt độ bề mặt hạt cà phê và lõi hạt cà phê. Thời gian rang càng ngắn thì chênh lệch nhiệt độ này càng lớn.
Trong sử dụng công nghiệp, vì những lý do thực tế, nhiệt độ đống hạt được đo và sử dụng để kiểm soát và chỉ đạo quá trình rang. Nhiệt độ đống hạt một mặt bao gồm nhiệt độ bề mặt của hạt cà phê và mặt khác là nhiệt độ môi trường. Do đó, nhiệt độ đống đậu không cung cấp thông tin chính xác về nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt hạt. Việc so sánh nhiệt độ cà phê này chỉ có thể thực hiện được ở một điểm nhất định do nhiều ảnh hưởng như loại cà phê, kích cỡ hạt, loại máy rang, tức là thiết kế thùng rang, hệ số lấp đầy, vị trí và loại cặp nhiệt điện.
Hình sau đây (Hình 6) cho thấy một ví dụ về sự thay đổi nhiệt độ của cà phê trong quá trình rang. Việc mô tả bằng đồ họa chỉ nhằm mục đích tạo ấn tượng và đương nhiên chỉ đề cập đến một quy trình rang rất cụ thể với các thông số quy trình rất cụ thể.
Hình 5 Rang Bức Xạ Sự Phát Triển Nhiệt độ Của Hạt Cà Phê
Hình 6 Sự Phát Triển Nhiệt độ Trong Quá Trình Rang
Năng lượng nhiệt
Năng lượng nhiệt cần thiết cho một nhiệt độ cà phê cụ thể phụ thuộc nhiều vào loại cà phê, mức độ rang và đặc biệt là hàm lượng nước trong cà phê thô. Các đặc tính vật lý nhiệt của hạt cà phê, chẳng hạn như độ dẫn nhiệt, độ dẫn nhiệt và khả năng sinh nhiệt, thay đổi liên tục trong quá trình rang do các đặc tính vật lý khác nhau.
Biểu đồ hình tròn sau đây (Hình 7) cho thấy một ví dụ về giá trị năng lượng nhiệt được tính toán theo lý thuyết để rang cà phê Arabica liên quan đến mức độ rang rất cụ thể dựa trên độ ẩm cà phê xanh 11,5%. Năng lượng giải phóng trong pha tỏa nhiệt đã được tính đến tương ứng. Kết quả của việc này là yêu cầu năng lượng nhiệt riêng là 4,70 kJ/kg cà phê nhân. Tỷ lệ nhiệt tỏa nhiệt được sử dụng trong vấn đề này được ước tính gần đúng. Hiện tại chưa có báo cáo chính xác về nhiệt tỏa nhiệt khi rang.
Hình 7 Nhiệt Năng để Rang Cà Phê Tính Bằng KJkg Cà Phê Nhân
Yêu cầu về năng lượng nhiệt cụ thể bao gồm năng lượng bay hơi nước cần thiết, năng lượng để nghe thấy nước còn sót lại và năng lượng nhiệt để làm nóng chất cà phê khô. Tất nhiên nhiệt lượng tỏa ra làm giảm năng lượng tính toán cho quá trình rang.
Trong ví dụ trên (Hình 7), phần lớn nhất của nhu cầu năng lượng nhiệt là cần thiết để làm bay hơi nước có trong cà phê nhân. Tỷ lệ này có thể thay đổi tùy theo độ ẩm và độ rang của cà phê. Ở mức độ ẩm cao hơn của cà phê xanh, tỷ lệ nước bị bay hơi sẽ lớn hơn và chắc chắn cũng cần có nhu cầu năng lượng nhiệt cần thiết.
