咖啡烘焙| 入豆溫度和烘焙機的預熱

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咖啡烘焙| 入豆溫度和烘焙機的預熱

新手咖啡烘焙師們發現，每天在烘焙第一鍋咖啡豆的時候，豆子的回溫點會比正常情況下的回溫點要低，烘焙曲線也更加遲緩。而在接下來的烘焙中，每一鍋的豆子的回溫點會越來越高，烘焙時間會逐漸變短，烘焙節奏越來越快。

烘焙節奏會影響咖啡豆最終的風味表現。為了使烘焙變得穩定，許多烘焙師通常會提高第一鍋烘焙的入豆溫度，在接下來的烘焙中逐步降低入豆溫度，從而使烘焙節奏趨向一致。若烘焙師經驗豐富，操作得當，這種調整方法是有效的，烘焙成果能夠被大多數人接受。然而，這種方法的缺點也十分明顯，一方面，這需要烘焙師為每一鍋豆子調整入豆溫度，烘焙過程中也需要根據溫度發展趨勢實時調整火力，這使烘焙工作變得複雜。另一方面，這也會導致咖啡烘焙成果缺乏一致性，精明的杯測師能夠輕鬆地辨別它們之間的區別。

發生這種狀況的根本原因在於錯誤的使用了入豆溫度的概念，並且烘焙機沒有被正確的預熱。

01 咖啡烘焙的入豆溫度

烘焙機通常情況下至少安裝有兩個溫度探針，一個安裝在熱風出風口監測風溫，稱之為ET(Environment Temperature)，即環境溫度。另一個安裝在靠近鍋爐底部，與豆堆接觸，稱之為BT(Bean Temperature)，即豆溫。

當我們把咖啡生豆倒入烘焙機時，豆溫探針的讀數會立即下降，我們把溫度下降之前的讀數稱之為入豆溫度，但是這個定義沒能體現出入豆溫度的物理意義。
當烘焙機空載加熱時，豆溫探針與熱空氣接觸，讀數會迅速升高，當熄火降溫時，豆溫探針與冷空氣接觸，讀數會迅速降低。在此過程之中，烘焙機的鍋爐內壁、保溫層、機身的溫度變化速度比氣流溫度的變化要緩慢得多。我們不妨把烘焙機的整體溫度稱為烘焙機的熱狀態，快速變化的溫度無法準確的反應出烘焙機的熱狀態。而烘焙機的熱狀態代表了烘焙機儲存的潛熱，這個潛熱會對接下來的烘焙過程產生顯而易見的影響。
當選擇一個入豆溫度的時候，我們的本意是指選擇烘焙機的某個熱狀態，若二者之間不存在相關性，入豆溫度就失去了意義。那麼要如何把這二者關聯起來呢？這裡需要引入一個熱平衡狀態的概念。

02 咖啡烘焙機的熱平衡

咖啡烘焙機的熱平衡狀態是指在某個恆定火力值時，烘焙機整體吸收的熱量與散失的熱量相等。此時烘焙機的溫度不升不降，溫度曲線BT呈水平直線（ΔBT和ΔET的絕對值接近於0），烘焙機達到熱平衡狀態。注意，一台烘焙機熱平衡狀態不止一個，只要加熱時間足夠長時，任何一個恆定火力值，都對應了烘焙機在某個溫度下的熱平衡狀態。想一想這是為什麼？
通過使烘焙機達到熱平衡狀態，我們建立了烘焙機空載時的火力值、溫度探針讀數和烘焙機熱狀態之間的對應關係。只有當處於熱平衡狀態時，入豆溫度才能與咖啡烘焙機的熱狀態具有對應關係，此時入豆溫度才具有明確的物理意義。
現在我們知道了，為什麼一些烘焙師的烘焙節奏會越來越快。因為沒有經過正確預熱的烘焙機並沒有處於熱平衡狀態，雖然看似選擇了相同的入豆溫度，實際上烘焙機的潛熱越來越高。
反過來，我們也可以利用這一點來驗證烘焙機是否已正確預熱。對於同樣的豆子，若選擇同樣入豆溫度時，出現了相同的回溫點和回溫時間，則證明入豆時烘焙機的確處於熱平衡狀態。反之則證明這兩次入豆時烘焙機所處的熱狀態並不相同。
理解了烘焙機的熱平衡狀態，那麼烘焙機的預熱就變得十分簡單。無論採用何種途徑，只要盡快使烘焙機在入豆溫度下達到熱平衡狀態，預熱就是成功的。

03 波浪式預熱法

在實際烘焙中，我們不難發現，當烘焙了4、5個批次之後，烘焙機在空載狀態下只需要一個很低的火力值，就能使烘焙機在我們選擇的入豆溫度下保持熱平衡狀態。該火力值就是烘焙機處於熱平衡狀態時與入豆溫度對應的入豆火力值。理論上，直接使用該火力值來預熱機器，只要時間足夠長，機器也會緩慢升溫至熱平衡狀態，達到入豆溫度。
實際生產中為了節約時間和燃料，我們先讓機器迅速升溫至過熱溫度，雖然此時溫度探針讀數已超過入豆溫度，但是機身存儲的潛熱還比較小。通俗的說就是機身此時還是涼的，並沒有熱透。然後我們分階段調降火力，每次調降火力之後，溫度探針讀數先降後升，溫度曲線會形成一個波谷。當溫度再次升至過熱溫度，再次調降火力值……重複多次該操作過程，火力值會逐步逼近入豆火力值，溫度曲線形狀像是經歷了好幾個波浪，最後逐漸平息，如圖二所示，因此我把這種方法稱之為波浪式預熱法。

在預熱的最後階段，直接把火力值調整為入豆火力值並保持數分鐘，烘焙機會逐步達到熱平衡狀態，溫度緩慢下降到入豆溫度並保持為水平直線。此時預熱完成，等待入豆。

04 波浪式預熱法操作實例

接下來，我們通過一個案例來演示採用波浪式預熱法的實際操作過程。

我們在某台烘焙機上選定的入豆溫度為185℃，根據此前經驗，該烘焙機在火力值為0.3kPa附近時（此處指燃氣壓力值），機器將在185℃上維持熱平衡狀態。該烘焙機的默認過熱保護溫度是240℃，預熱過程中我們選擇200℃作為過熱保護溫度，該溫度略高於入豆溫度，可以幫助我們進行快速預熱，同時對機器也比較友好。以下是操作步驟詳解：

● 開機後以100%火力和較小的風門開始預熱。
● 當溫度接近200℃時，減小到75%火力值，此時溫度讀數先是下降，溫度曲線呈現為波谷，然後溫度持續上升。
● 當溫度再次接近200℃時，減小到50%火力值。
● 重複以上步驟，火力值不斷減小。溫度曲線的波浪逐漸趨平。
● 火力值設置為入豆火力值0.3kPa，風門調整為入豆風門，烘焙機溫度會緩慢降低至185℃附近。
● 再次細微調整火力值，使溫度曲線保持在185℃呈一條水平直線。此時ΔBT和ΔET的絕對值接近於0，烘焙機處於熱平衡狀態。
此時預熱完成，等待入豆。

05 相鄰批次間的預熱程序

在烘焙過程中，除了第一鍋入豆之前機器需要預熱之外，相鄰烘焙批次之間的烘焙機也需要預熱。烘焙機的批次間預熱與首次預熱的原理是一致的，都是為了使烘焙機在入豆溫度下達到熱平衡狀態。不同之處在於，與首次預熱時烘焙機熱狀態處於潛熱不足相反，當一個批次烘焙結束時，烘焙機往往處於過熱狀態。
為了使烘焙機從過熱狀態快速接近我們入豆時需要的熱狀態，我通常會在結束上一批次烘焙之後立即關火降溫，當溫度下降到超過選擇的入豆溫度30℃之後，然後直接以入豆火力值預熱烘焙機至入豆溫度附近，再次細微調整火力值，使溫度曲線保持在入豆溫度呈一條水平直線。
批次間的預熱程序比首次預熱要簡單得多。與上一節的波浪式預熱法相比，可以發現在過冷降溫之後，直接採用了波浪式預熱法的最後兩個操作步驟。

06 結束語

本文重點探討了火力值在烘焙機預熱中的應用。除此之外，環境溫度和空氣流量（風門管理）等因素也會影響烘焙機的預熱過程。因此需要根據實際情況做出相應的調整。
需要說明的是，烘焙機的預熱原理是使機器在入豆之前達到熱平衡狀態，而與如何達到該狀態的路徑（方法）無關。除了本文介紹的波浪式預熱法，常見的還有Scott Rao介紹的預熱及鍋間操作協議，PID溫度控制預熱方法，以及不同烘焙師的獨家方法。無論採用哪一種方法，只要在入豆之前能使烘焙機達到熱平衡狀態，預熱都是成功的。
不同的烘焙機有截然不同的熱性能，沒有任何一種固定的方法能適用於所有的機器。根據入豆溫度和入豆火力值與烘焙機熱狀態的相關性，你可以輕鬆制定出適合你機器的預熱程序。只要在你選擇的入豆溫度下，實現了烘焙機的熱平衡狀態，那麼你的預熱就是成功的。

(CAFFESME)