咖啡烘焙的環境熱潛勢

每每對著烘豆機把每一款咖啡豆無限循環的冗雜控制的烘焙程序，對火力、風門、瓦斯壓力錶、溫度監控，機器回饋的烘焙節奏，美妙的完成每一款咖啡豆的烘焙節奏，那只是咖啡者的基本功。

烘焙還不至於廢寢忘食啦，但人、機、豆的熔合才能讓咖啡豆有靈魂，一些數據以外的東西才是烘焙者要學習的功課...

烘焙咖啡熱能傳遞的熱力學原理，既是熱能從高溫傳遞到低溫的機制，直至平衡為止。而在烘豆過程中熱能傳遞可以分為三大類；
◾熱傳導：利用金屬傳熱到豆子或是豆子傳導到豆子的直接接觸，跟兩者相互接觸的面積，溫差和材質相關性大。
◾熱輻射：利用輻射熱源傳遞熱能，在烘豆中透過加熱器以及不同內鍋，將熱能傳播給豆子。熱能的穿透性會依照波長的不同和內鍋材質而有所差異，一般遠紅外線波段熱輻射效應會比較強，鍋體蓄能愈佳熱輻射傳遞熱能也會愈高。
◾熱對流：利用流體為傳熱的媒介，均勻的包覆咖啡豆，這也是一般烘豆機常用的傳熱方式，以空氣的溫度還有氣流的大小為傳熱速度的主要因素。


故從烘焙的熱能來源熱傳導、熱對流、熱輻射，經由機器操控一般會有下面烘焙曲線，其中熱源來源(火力)加熱鍋體帶出的熱接觸傳導熱、鍋體積蓄潛熱所帶動熱傳導及熱輻射為穩定烘焙的基本條件，另藉由風門控制帶動鍋體環境的熱對流熱....

當鍋體潛熱穩定後，火力熱源也維持一定，藉由風溫與豆溫差的熱潛勢，逐步讓豆溫爬升到一爆階段，很好玩地，可以看出環境熱源與豆溫間的熱潛勢變化，以下是機器給我的訊息，踏出這之外不會一樣，所以每一款機器有每一款機器特性，這時需烘豆師自己去駕馭你的烘焙機。

1. 回溫點：1'45"豆溫80~85℃，風溫160~165℃，環境熱潛勢Δ78℃

2. 加熱點：5'00"豆溫120℃，風溫180℃，環境熱潛勢Δ60℃

3. 脫水點：7'00"豆溫140℃，風溫200℃，環境熱潛勢Δ60℃

4. 烘焙點：9'00"豆溫160℃，風溫220℃，環境熱潛勢Δ60℃

5. 一爆點：12'00"豆溫186℃，風溫236℃，環境熱潛勢Δ50℃

當豆溫來到一爆階段，火力風門跟著大調整，火力降到1/3不到火力，風門開度提升，藉由鍋體熱潛勢提供一爆階段豆溫穩定爬升。

5. 一爆點：12'00"豆溫186℃，風溫236℃，環境熱潛勢Δ50℃

6. 一爆結束前加熱點：13'30"豆溫198℃，風溫222℃，環境熱潛勢Δ24℃

豆溫爬升12℃(186->198)，環境熱潛勢提供14℃(236-222)的能量來源，此時鍋體潛勢已不足能量來源，需增加火力開度，加熱30~60秒，端看預計下豆點而定。

7.一爆末滑行點：14'00"豆溫202℃，風溫228℃，環境熱潛勢Δ26℃

當來到滑行階段，僅需維持升溫所需的火力，透過環境熱潛勢熱能滑行到預定下豆點。

8.下豆點：15'00"豆溫207℃，風溫221℃，環境熱潛勢Δ14℃；如果持續到二爆前16'00"豆溫212℃，風溫219℃，環境熱潛勢Δ7℃。

以上把整個風溫與豆溫差的環境熱潛勢Δ整理如下圖所示：

這個環境熱潛勢Δ即是烘豆機穩定烘焙的熱能來源，其中在1'45"豆溫回溫點可抓到一個環境熱潛勢Δ為75~80℃，這個值直接告訴我們這鍋溫度的分配情形，當開始烘焙的前幾鍋這熱潛勢Δ差會偏低，代表鍋體蓄熱尚未達到穩定；在連續烘焙十幾鍋後這熱潛勢Δ差會偏高代表蓄熱熱源有平常沒有的，以烘豆機結構而言，除滾筒鍋體，有一個內鍋阻體，一般烘豆機在內鍋與外鍋組體會有隔熱材料，所以在十幾鍋後外鍋其實也很熱了會透過隔熱材料提供熱源讓這時熱潛勢稍微偏高。
而這個環境熱潛勢Δ即提供烘豆過程的傳導、輻射熱源，另瓦斯或加熱器燃燒所帶動鍋體氣溫再藉由風門控制則提供熱對流的加熱來源，我們以瓦斯熱源在一爆前固定而言，我們從豆溫120~160℃達到脫水階段5'00"~9'00"風門開度在#2~#3間變化環境熱潛勢都維持在Δ60℃，即可看出烘豆過程脫水階段熱能交融下穩定的狀態，然後會開始逐漸下降環境熱潛勢，也代表熱對流提供能量來源逐漸增加，當一爆開始12'00" 186℃時，我們將火力降低剩下約1/3，同時風門開度從#3開到#5，以風壓差而言約從50爬升到75，可看到環境熱潛勢從Δ50℃下降到Δ25℃，豆溫仍穩定爬升完成一爆過程。
當來到一爆末鍋體潛勢不足，需再增加火力讓潛勢增加些，以維持烘焙所需的最佳環境溫度。最後即可依照咖啡豆性決定下豆點的烘焙度，從容完成烘焙。一般而言一爆末烘焙度下豆點熱潛勢約Δ20℃，到二爆前下豆烘焙度熱潛勢約Δ10℃，這咖啡烘焙即可完美均勻完成。
 

另外從風門開度風壓錶，以開度#0全關維持風門裡一個小洞的風量，到全開#6，其風壓錶顯示如上圖，這些參考參考風門開度與風量關係。