浅析咖啡烘焙回温点对咖啡品质稳定性的影响

随着人们生活水平的提高，全球咖啡的贸易量与产量保持持续上升的趋势，人们对咖啡品质的要求也不断提高，全球咖啡供需维持偏紧格局[1]。因此，如何在提升烘焙咖啡生产速率的同时，保证烘焙咖啡的品质稳定，是咖啡行业需要思考的问题。在咖啡烘焙过程中，咖啡豆中的各种物质将发生复杂的化学反应。其中，烘焙过程中的温度和烘焙时间，是影响这些化学反应的主要因素[2]。因此，为了得到品质稳定的咖啡豆，保证烘焙咖啡豆风味稳定，需要精确控制咖啡豆烘焙过程，密切跟踪烘焙时间与烘焙温度的变化情况[3]。为了保证烘焙咖啡品质稳定，咖啡烘焙师一般采用一套固定流程的烘焙手法[4]：①热机。使烘焙机炉内温度达到预期的入豆温度值，此时，咖啡烘焙机的炉内温度即为入豆温。②入豆。此时炉内温度会快速下降，随后迅速上升，这个最低点的温度称为回温点。③升温。回温点后炉内温升比较大，咖啡烘焙师一般需要控制火力减缓咖啡烘焙机内的温度上升趋势，使咖啡烘焙机内温度按预期变化趋势上升到咖啡豆的一爆温度。④发展。一爆之后的时间与入豆后开始的总时间之比称为发展率，通过控制发展率，可得到不同层次的烘焙效果。⑤结束。发展率达到烘焙要求后，结束烘焙，咖啡豆从烘焙机锅炉中迅速进入冷却盘中冷却，结束烘焙的温度称为出豆温。在烘焙同批咖啡豆时，为了得到稳定的烘焙品质，咖啡烘焙师会以相同的入豆温和相同的烘焙手法，使咖啡豆在相同的温度变化下，以相同的时间结束烘焙。然而，在实际烘焙过程中，即便采用上述烘焙方法，烘焙得出的咖啡品质仍会参差不齐。通过对大量的烘焙数据分析发现，咖啡烘焙过程中的回温点，对咖啡烘焙的影响较为关键。回温点指在咖啡烘焙机热机完毕，咖啡烘焙机的温度达到咖啡烘焙师要求后，向咖啡烘焙机加入咖啡豆，然后开始烘焙这一过程中，咖啡烘焙机内的温度，会在3～5min内有一个快速下降然后快速上升的过程，这个过程中的最低温度就是回温点。回温点是咖啡豆的实际温度与咖啡烘焙机内温度开始同步时的温度，这个温度的高低反映了咖啡烘焙机内的初始热量能给予咖啡烘焙机的温度，换言之，回温点的稳定是保证得到相同烘焙品质咖啡豆的基础。因此，通过提高咖啡烘焙过程中回温点的稳定性，可以提高咖啡烘焙品质的稳定性。1实验内容为了充分说明咖啡烘焙中回温点对咖啡品质的影响，本实验采用相同入豆温和烘焙手法进行重复烘焙，记录烘焙过程中的回温点和结束烘焙的出豆温度，分析回温点温度对出豆温度的影响，以及回温点温度对烘焙出的咖啡豆中主要挥发性物质含量的影响。1.1实验设计选用水洗法加工的阿拉比卡咖啡豆进行烘焙，每次烘焙100g，进行16次重复烘焙。每次采用相同手法进行烘焙，控制咖啡烘焙机温度达到150℃时，向咖啡烘焙机加入100g咖啡豆开始烘焙，然后以咖啡烘焙机额定加热功率的45%进行烘焙，烘焙8min后，结束烘焙。1.2主要材料水洗法加工的阿拉比卡（Coffeaarabica）品种咖啡豆，产于中国云南普洱。1.3主要仪器与设备ZA-300型智能咖啡烘焙机，采用PWM模式对加热管功率进行控制，火力数值范围0～100，火力值与加热管的加热功率成正比关系，可实时显示咖啡烘焙机炉内温度（福州志安云烘公司）；PTR-TOFMS质子传递反应－飞行时间质谱仪，PTR-TOFMS以H3O+作母离子，以VOCs作为质子接受体，发生质子转移反应，以相同电场中相同初始能量的离子的飞行时间折算离子的质荷比m/z[5]（奥地利IoniconAnalytik公司）。2结果与分析重复烘焙的各组关键点温度及温度误差，如表1所示。表1关键点温度和温度误差表对回温点温度误差与结束烘焙温度误差进行相关性分析[6]。根据公式：，计算得出回温点温度与结束烘焙的出豆温的Pearson系数为：r=0.694。由于在咖啡烘焙过程中仍存在其他环境温湿度变化、咖啡烘焙机通风条件等因素的影响，回温点温度与出豆温的影响Pearson系数达到0.694，便可说明回温点温度与结束烘焙的出豆温呈强相关性[7]。在上述实验中，1～8组属于回温点不稳定组，其回温点的的平均误差为2.56；9～16组属于回温点稳定组，回温点平均误差为0.56。为证明回温点对咖啡烘焙品质的影响[8]，本实验中用PTR-TOFMS质子传递反应-飞行时间质谱仪，检测2组咖啡豆中主要挥发性成分的信号强度，比较挥发性物质信号强度变化与回温点变化，结果如图1、2所示。图1稳定回温点与主要挥发性成分图比较图1、图2可以发现，回温点越稳定，最终烘焙的咖啡豆中挥发性成分就越稳定，换言之，回温点稳定性对咖啡品质的稳定性具有关键作用。图2不稳定回温点与挥发性成分图3结论咖啡豆烘焙师即使采用相同的入豆温度和手法，仍可能得到误差较大的烘焙结果。不同的回温点温度主要是由于咖啡烘焙机本身的热惯性导致的，换言之，虽然烘焙开始的温度是相同的，但实际上咖啡烘焙机内的热能却是不同的，而温度上升阶段的热能要远大于温度下降阶段的热能。因此，即使入豆温度相同，回温点也会不同，即便采用相同的烘焙手法，结束烘焙的出豆温度依然存在误差。本研究发现，出豆温度误差与回温点温度误差是呈现显著性相关的。因此，保证烘焙品质稳定的前提，是稳定烘焙过程中的回温点，而非入豆温度。造成回温点不稳定的根本原因在于咖啡烘焙机内的热量并不相同，在加入咖啡豆后，烘焙机内的热量会将咖啡豆加热到不同的初始温度。回温点不稳定，即代表咖啡烘焙机提供的热量不稳定，最终导致烘焙的咖啡豆品质不稳定。因此，烘焙师需要在