Фронт испарения: что это и какое значение имеет для обжарки кофе
Обжарка

8 декабря 2022

Фронт испарения: что это и какое значение имеет для обжарки кофе

25K
7′

Софья Ахметшина

Автор статей

Как испарение влаги в зерне влияет на процесс обжарки

Во время обжарки давление внутри кофейного зерна может достигать 25 бар — это в 2 раза больше, чем в шинах олимпийских трековых велосипедов. Такой эффект в нем создает влага в виде водяного пара. Что еще известно о том, как вода испаряется во время обжарки и какое это имеет значение для процесса в целом, — собрали в этой статье.

При написании опирались на материалы Barista Hustle.

Способы измерения влаги в зерне

Измерение уровня влаги в кофейных зернах во время обжарки — это трудоемкий процесс. Исследователи используют два подхода, и у каждого из них есть недостатки.

Измерение уровня влаги в образцах кофейных зерен на различных стадиях обжарки. Перед таким измерением кофе нужно сначала охладить. В это время он может продолжить выделять влагу или поглощать ее из воздуха, поэтому значения получаются некорректными. Даже самый точный метод измерения уровня влажности непосредственно в зернах — в дегидратационной печи — дает погрешность. Перед этим образец кофе нужно измельчить, и в это время из него могут выделяться газы и влага. Это также влияет на результат измерений.

Измерение уровня влаги испаряющихся газов. Это технически сложный процесс, так как их уровень влажности определяют в вентиляционных трубах ростера. Но в них испаряющаяся из кофейных зерен влага смешивается с той, что образуется в результате других химических реакций во время обжарки.

Джеймс Дэвисон, инженер-химик и основатель Williamstown Roasters, использовал второй подход для измерения влажности кофейных зерен. Согласно его результатам, общее количество выделившейся воды составляет около 16 % от первоначального веса зеленого кофе. Большая часть, по его мнению, должна была образоваться непосредственно во время обжарки.

Для эксперимента Джеймс Дэвисон заказал специальный анемометр и встроил его в трубу ростера. © baristahustle.com

Это значит, что точно определить содержание влаги в кофе во время обжарки трудно, а попытки часто дают противоречивые результаты. Однако большинство данных говорит о том, что влага испаряется на протяжении всего процесса обжарки, а не только во время фазы сушки в самом начале.

При этом содержание влаги уменьшается неравномерно по всему зерну. Об этом — подробнее в следующем блоке.

Что такое фронт испарения

В начале обжарки температура зерна быстрее всего повышается вблизи его поверхности. Медленнее всего тепло распространяется к внутренним слоям. Между сухой частью снаружи кофе и влажной внутри зерна существует разделяющий их слой. Из него влага испаряется в первую очередь и выходит в виде водяного пара. Этот слой называется фронтом испарения.


1. Сердцевина. Содержит воду и пар под высоким давлением. 2. Внешний слой зерна, через который выходит пар. 3. Фронт испарения

Когда температура зерна поднимается выше 100 °C, давление внутри него начинает расти. Это объясняют тем, что водяной пар накапливается быстрее, чем может выйти. При этом давление внутри зерна может увеличиться в десятки раз. Это затрудняет испарение воды. Похоже на то, как бойлер в эспрессо-машине содержит как пар, так и воду при температуре 120 °C и более. Давление внутри котла предотвращает испарение, что позволяет повысить температуру выше обычной температуры кипения.

Во внешних слоях зерна водяной пар может выходить через его поры — тогда давление падает, и оставшаяся вода испаряется. Во внутренних же слоях пар не может выйти наружу, потому что находится под давлением со всех сторон.

В результате получается, что внешняя часть зерна становится сухой, но в центре все еще содержится много влаги. В процессе обжарки фронт испарения перемещается внутрь, к центру зерна, поскольку все больше и больше пара выходит из кофе.

Какое значение это имеет для процесса обжарки — расскажем далее.

Какая связь между фронтом испарения и первым крэком

Превращение воды в пар требует много энергии — она называется скрытой теплотой парообразования. Это знание является ключом к пониманию того, как испарение влаги влияет на реакцию зерна при нагреве в ростере.

Если вы равномерно нагреваете воду, ее температура постепенно повышается. Однако при 100 °C происходит нечто странное. Вы продолжаете нагревать воду, но ее температура перестает повышаться — она остается на уровне 100 °C. Затрачиваемая энергия теперь идет на превращение воды в пар.


На превращение воды в пар требуется в 5 раз больше энергии, чем для нагрева воды от 0 до 100 °C

Это означает, что на фронте испарения большая часть энергии, которую поглощает зерно, уходит на испарение воды в нем, а не на повышение температуры. При этом во внешнем слое все это тепло может запустить химические реакции обжарки и повысить температуру кофе.

Эффект фронта испарения заключается в том, что тепло быстрее повышает температуру внешнего слоя, чем внутреннего.


Фронт испарения препятствует нагреванию сердцевины. Это приводит к резкому градиенту температуры между внешней и внутренней частями зерна

Также это явление имеет еще один важный эффект. По мере повышения температуры зерен в какой-то момент они из эластичного состояния постепенно переходят в хрупкое — происходит так называемое стеклование. Температура стеклования зависит от количества влаги: чем больше воды, тем она ниже.

Это дает интересный эффект: при определенной температуре сердцевина зерна подвергается стеклованию. Но поскольку в ней больше влаги, она какое-то время остается эластичной и расширяется при повышении давления пара. При этом внешний слой зерна — более хрупкий, потому что он суше, и он сопротивляется расширению сердцевины. По мере повышения температуры кофе напряжение нарастает: внутренняя часть зерна пытается увеличиться, но ее сдерживает хрупкий внешний слой. Это может быть причиной первого крэка.

Резюме

Понимание того, как влага выходит из зерен, может объяснить многое в обжарке кофе. Можно предположить, что напряжение между внутренним и внешним слоями зерен действительно является причиной первого крэка. В таком случае изменение способа выпаривания влаги из зерен или контроль за процессом стеклования в разных слоях кофе может серьезно повлиять на контроль общего профиля обжарки.

Однако фронт испарения остается пока малоизученным явлением. Исследований на эту тему очень мало, предположений — много. Остается только ждать, когда эксперты окончательно подтвердят или опровергнут гипотезу о влиянии фронта испарения на процесс обжарки.

25K
7′

Теги 1

Читайте также

Как должен храниться зеленый кофе до обжарки
Обжарка30 января 2020
Как должен храниться зеленый кофе до обжарки

Чтобы после неё он был вкусным

57K
5′
Как образуется кофейный аромат
Обжарка20 мая 2021
Как образуется кофейный аромат

Зелёное зерно почти ничем не пахнет, а у обжаренного запахов очень много. В чём дело?

58K
6′
Устройство и особенности ростеров для обжарки кофе
Обжарка1 мая 2018
Устройство и особенности ростеров для обжарки кофе

Процесс обжарки при кажущейся простоте требует постоянного наблюдения и, что самое главное, — управляемости. Именно для этого кофе обжаривают в ростерах. Они позволяют отслеживать и управлять процессами, которые происходят с кофе. Вот о ростерах и поговорим: какие бывают, в чём их особенности и какие ростеры используем мы.

166K
7′