Меню
Едно от най-важните физични свойства на зелените кафеени зърна е влагата. Считано за ключов параметър за качеството на кафето на всички етапи от веригата за доставки. От производителя на кафе, закупуването до пекарната. За производителите и търговците влагата се счита за мярка за качеството на кафето. Тъй като влагата влияе върху срока на годност и стойността на кафеените зърна. Ако кафето е твърде влажно, например над 12,5%, качеството му ще се влоши много по-бързо. От друга страна, сушенето на кафе повече, отколкото е необходимо за съхранение, също е пагубно за производителите и търговците. За големи количества кафе разликата във влагата от един процент, може да окаже голямо влияние върху финансите.
Пекарните ,които са последни във веригата, имат два момента за управление на влагата. От една страна, съхранението на кафето в допустимия диапазон на влажност за стандартите на качество. Само за няколко минути, печенето е отговорно за отстраняването на почти цялата влага от зърната чрез висока топлина и налягане. През тези минути кафето получава най-голямо количество енергия . Успехът или неуспехът на процеса на печене зависи от механизма за изсушаване съдържанието на влагата, което всяко зърно съдържа.
Лесно е да се разбере защо производителите на печене трябва да се грижат за съдържанието на влага в своето кафе. Но колко полезни са числата, предоставени от производителя, и ролята на влажността в действителните вариации на кафето по време на печене, остава неясно. Тази статия е създадена, за да предостави нов подход към ролята и физикохимичните ефекти на влагата в процеса на печене, за да направи съществени прогнози, които могат да бъдат взети предвид в процеса на печене
Международният стандартен метод за измерване съдържанието на влага в зеленото кафе е сушенето. Този метод отнема време, но трябва да се използва като точна референция за калибриране на други инструменти за бързо измерване ISO 2012. Принципът е много прост: Претегляне на проба зелено кафе, около 10 грама. Поставя се във фурната на 105°C за 16 часа. Претегля се пробата втори път. Този метод предполага, че разликата в масата след изсушаване се дължи единствено на загуба на вода. Въпреки че част от масата може да бъде загубена поради разлагането и на други съединения в кафето.
Въпреки това, най-разпространеният инструмент за оценка на съдържанието на влага в зеленото кафе в пекарните е влагомер. Като общо правило, машината измерва количеството заряд, което може да се натрупа в слой кафе, държан между две метални пластини. Количеството заряд, което кафеният слой може да побере, зависи както от съдържанието на влага, така и от плътността на кафето. Поради тази причина е много важно да се напълни измервателната камера, за да може измервателният уред да отчете точно плътността.
Друга важна забележка е, че температурата на влагомера и температурата на кафето трябва да са еднакви. Кафето и сензорът във влагомера трябва да са на една и съща температура, за да се получи точен резултат. Поставя се пробата във влагомера и се оставя да престои.След като изравни температурата със влагомера , може да се направи измерването.
В тази статия, използвам понятието влага, за да обознача количеството вода, което кафените зърна имат . Това обаче е относително понятие – защото водата не винаги съществува независимо от другите химически компоненти в кафеените зърна! Моля, имайте това предвид, когато говорим за понятието „водна активност“ някъде в статията.
Съдържанието на влага в кафето намалява по време на печене . Дори и при дълбоко печене, известно количество влага остава в зърната след печене. Печеното кафе обикновено има съдържание на влага от 1–3%, в зависимост от сорта и условията на печене . В много ръководства за печене на кафе първият етап на печене, преди цветът на зърната да започне да се променя, понякога се нарича „фаза на сушене“ . Това е подвеждащо че кафето ще бъде „изпечено до сухо“ и ще премине към друг етап. В действителност водата ще продължи да се изпарява по време на целия процес на печене. Следователно действителният етап на сушене трябва да се използва само за да се подчертае по-бързата загуба на влага в ранните етапи на печене . Освен това този период варира в зависимост от условията на печене.
Във всяка дадена партида кафе има леки вариации в съдържанието на влага. От едно зърно до друго и дори в рамките на едно и също зърно. Различните области имат различно съдържание на влага . След това всяко зърно с различно съдържание на влага ще се промени по различни начини по време на процеса на печене.
Съдържанието на влага в кафето варира според вида на зърното и дори в рамките на едно зърно. Ако кафеените зърна имат по-високо съдържание на влага в началото на печенето, те са склонни да губят влага по-бързо в началото на процеса на печене. В края на процеса на печене съдържанието на влага във всички тях ще се изравни със зърното с най-ниско съдържание на влага. По-високият въздушен поток в печенето също увеличава скоростта на загуба на влага от зърната. Въпреки това, тази разлика е значителна само между различните типове печки. Например въздушни печки (уреди за печене с кипящ слой) и барабанни печки. Малки промени в настройките на въздушния поток на барабана за печене имат незначителен ефект върху скоростта на загуба на влага и крайната влага.
Най-важният ефект на влагата е, когато тя напуска кафеените зърна като водна пара. При печене на кафе първият вид влага, която се изпарява, е „свободната“ вода в зърната. Свободната вода не е свързана с нищо вътре в частицата и следователно е достъпна за участие в химични реакции .Количеството свободна вода е това, което ни казва измерването на водната активност.
По време на печене парата се натрупва по-бързо, отколкото излиза от зърната и така налягането вътре в зърната започва да се увеличава. При по-високо налягане точката на кипене на водата се повишава над 100°C. С повишаване на температурата на зърното налягането вътре в зърното се увеличава, което предотвратява изпаряването на част от свободната вода. Така свободната вода продължава да се превръща във водна пара вътре в зърното при температури над 100°C. Това налягане кара структурата на зърното да се разширява. В крайна сметка причинява първото напукване и също така ускорява някои от химичните реакции, които протичат по време на печене.
В допълнение към свободната вода, кафеените зърна съдържат и „свързана“ вода . Водни молекули, които са здраво свързани със структурата на зърното. Свързаната вода изисква повече енергия, за да се изпари, отколкото свободната вода. Тъй като температурата на частиците се повишава, свързаните водни молекули се отделят от зърнената структура и се присъединяват към „свободния воден басейн“. Това означава, че за всяко кафе активността на водата ще бъде по-висока при по-високи температури.
Влажността на въздуха вътре в пекарната също влияе върху скоростта на пренос на топлина. Влажният въздух има по-висока специфична топлина от сухия въздух. По-високата специфична топлина на влажния въздух означава, че при същата температура той носи повече енергия. В резултат на това влажният въздух може да пренася топлинна енергия към кафеените зърна по-ефективно. Ако въздухът вътре в пекарната е по-влажен, печенето става малко по-бързо
Влияние на влажността върху скоростта на топлообмен
Колкото по-високо е съдържанието на влага в зеленото кафе, толкова по-добра е способността му да провежда топлина. Това подпомага преноса на топлина от повърхността на зърното към центъра на зърното в началото на процеса на печене, преди влагата да се изпари. От друга страна, кафето с по-високо съдържание на влага също има по-висока специфична топлина. Това означава, че е необходима повече енергия, за да се повиши температурата на зърната с определено количество. Ето защо кафето с високо съдържание на влага едновременно позволява и изисква използването на повече топлина в ранните етапи на печене.
В началото на печенето температурата на зърното се повишава най-бързо близо до повърхността на зърното, а топлината се предава по-бавно към вътрешните слоеве. Следователно влагата близо до повърхността на зърното се изпарява първо, създавайки слой от водна пара върху външната част на зърното. Това се нарича “фронт на изпарение”. Фронтът на изпарение започва от повърхността на зърното и постепенно се придвижва навътре с повишаване на температурата вътре в зърното
По време на печене, външния слой на зърното , структурата на зърното е разширена, по-пореста и съдържанието на влага е ниско. Така че не провежда топлината ефективно към вътрешните слоеве . Междувременно центърът на зърното е по-плътен и има по-високо съдържание на влага от повърхностния слой, като провежда топлината по-ефективно от повърхността. Така, че центърът на зърното има по-ниска температура и е по-равномерен. В резултат на това зърната ще изсъхнат отвън навътре, докато центърът все още съдържа много влага. Това прави температурната разлика между външната страна и центъра на зърното много голяма. Докато печенето продължава, това състояние води до две последствия.
Бариера за поглъщане на топлина
Влагата близо до повърхността на зърното ще се изпари първо, създавайки слой от водна пара от външната страна . Така повърхността, която непрекъснато се изпарява, ще попречи на температурата да достигне по-дълбоко в зърното. Тъй като повърхностният слой губи влага, той също става по-малко ефективен при провеждането на топлина в центъра на зърното.
Това означава, че в предната част на зърното, където се извършва “повърхностното изпарение”, по-голямата част от енергията, погълната от кафеените зърна, ще изпари водата, вместо да повиши температурата. Следователно, когато външният слой набъбне поради „дефлация на водата“. Структурата на зърната се разширява и става по-порьозна, толкова по-малко ефективна става при провеждане на топлина, тъй като порите действат като изолатор. Комбинирайки тези два ефекта, когато външният слой е сух, отвежда влагата и провежда лошо топлината, започва да се образува температурна разлика. С най-гореща повърхност на зърното и охлаждане към центъра. Сърцевината на зърното, където структурата е все още влажна и плътна, провежда топлината по-ефективно.
Различните скорости на разширение на външния и вътрешния слой на зърното оказват натиск върху структурата на зърното и често – както всички знаем, зърното се счупва в най-слабите си места (обикновено двата края на зърното).
Първата пукнатина
Предната част на изпарителя има и друг важен ефект. Тъй като температурата на зърното се повишава, в даден момент материалът на зърното претърпява преход от гумено състояние към крехко състояние – известно като стъклен преход. Температурата, при която това се случва, зависи от количеството влага . Ако има повече влага, встъкляването става при по-ниска температура.
С напредването на процеса на печене до определен температурен диапазон сърцевината на кафееното зърно претърпява встъкляване, тъй като получава повече влага, става гъвкава и може да се разшири с увеличаване на налягането на парата. . От друга страна, външният слой на зърното остава крехък, защото е изсушен и следователно се съпротивлява на това разширяване. Тъй като температурата на зърното се повишава, напрежението (както се нарича силата от вътрешността на зърното) се увеличава, тъй като вътрешната област се опитва да се надуе, но е блокирана от по-крехкия външен слой. Това напрежение е отчасти отговорно за първата пукнатина .
В допълнение към влиянието върху преноса на топлина, влагата също играе роля в химичните реакции, протичащи по време на печене. Съдържанието на вода и активността на водата на различните етапи от процеса на печене оказват силно влияние върху скоростта на химичните и физически промени в кафето. Водата е съществена част от някои реакции, като реакцията на Мейлард. Други реакции (като карамел) може да не използват вода директно, но влагата може да повлияе на това колко бързо протичат.
Въпреки това, колко може да се прецени значението на влагата за химичните реакции на теория. На практика е трудно да се определи как това се отразява на начина, по който се изпича кафето. Въпреки че е трудно да се отдели ролята на водата в химичните реакции от нейния ефект върху преноса на топлина, някои производители на печене твърдят, че по-високото съдържание на влага в зеленото кафе често води до по-висок вкусов профил.
Въпреки че някои изследователи установиха, че добавянето на вода към зеленото кафе (движението за задушаване на кафето преди печене – за добавяне на влага към кафето, наскоро във Виетнам) подобрява вкуса, също така е трудно да се определи дали този ефект се дължи на промени в химия на процеса на печене (и ако да, с колко?), или просто резултат от разликите в топло преминаването. Като цяло обаче някои изследователи подчертават, че „кафето с по-високо съдържание на влага има тенденция да има по-изявен, по-богат вкус на чаша“ .
Някои химични реакции по време на печене създават допълнителна вода, което затруднява пълното разбиране на ролята, която влагата играе при печенето. Тези реакции могат да допринесат до 40% от водата, освободена от зърната по време на печене . Следователно, дори най-сухите зелени кафеени зърна все още имат малко вода, която да участва в реакциите след провеждане на процеса на печене.
Количеството вода, което се изпарява от химичните реакции, намалява към края на процеса на печене. Това може да се дължи на изчерпването на съединенията, които подхранват реакциите, или защото водата се изразходва за други реакции, вместо да се изпарява, предполагат изследователите.
Съдържанието на вода силно влияе върху скоростта на реакцията на Maillard. Необходимо е определено количество влага в кафето, за да протече реакцията на Мейлард. В повечето храни реакцията на Maillard е най-бърза, когато водната активност е между 0,65 и 0,75, и по-голямата част от реакцията спира, когато водната активност падне под 0,3 .
Имайте предвид, че връзката между водната активност и съдържанието на влага варира в зависимост от температурата, така че водната активност по време на печене не е същата като водната активност, измерена при стайна температура. За кафе с определено съдържание на влага, колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е водната активност , така че по време на процеса на печене кафето, въпреки че е значително сухо, все още има достатъчна водна активност.
Тъй като реакциите на Maillard зависят от наличието на определено количество влага, те започват да се забавят по-късно в процеса на печене, когато съдържанието на влага намалява. В допълнение, влажността може също да промени ароматната смес, която реакциите на Maillard произвеждат, когато аминокиселините и въглехидратите се нагряват заедно в лабораторията . Въпреки това остава несигурно дали този ефект е значителен в кафето при типични условия на печене.
И накрая, смята се, че влагата също влияе върху скоростта на други реакции в зърното. Например влагата участва в разграждането на хлорогеновата киселина – особено в ранните етапи на печене. Много реакции протичат по-бързо при по-високи налягания . Високо налягане се натрупва вътре в кафеените зърна по време на печене поради изпаряваща се влага, така че влагата също може да повлияе на скоростта на тези реакции .
Влияние на влажността върху печенето на кафе: Забележка относно водната активност
Активността на водата (символ a w) е съдържанието на „свободна“ или „нехимично свързана“ вода в даден продукт. От техническа гледна точка активността на водата е съотношението на парциалното налягане на парите на водата. В дадено вещество към парциалното налягане на парите на чистата вода. (a w = p/p*; където p е парното налягане на продукта; p* е парно налягане на чиста вода при същите условия). При стандартни условия налягането на парите на чистата вода винаги е = 1. Така че водната активност на продукта винаги е ≤ 1. Зеленото кафе, когато е изсушено до съдържание на влага 10-12%, обикновено има водна активност. в диапазона 0,45 – 0,55.
Както активността на водата, така и влажността влияят върху качеството и капацитета за съхранение на зеленото кафе и риска от развитие на микроби по време на съхранение. Обикновено, колкото по-високо е a w, толкова по-лесно се развиват микроорганизмите. Повечето бактерии изискват w ≥ 0,91 за растеж, гъбичките се нуждаят от w ≥ 0,7, когато w < 0,60, микроорганизмите са почти невъзможни за растеж.
Асоциацията за специално кафе (SCA) изисква водната активност на Specialty Coffee да бъде <0,7, със съдържание на влага 10-12,5%.
Освен това, тъй като е сравнително лесно да се определи съдържанието на влага в партида кафе на зърна (отнема само няколко секунди с хигрометър), всяко измерване на водната активност отнема между 5 и 20 минути – дори повече. по-дълго (с по-сложно измервателно оборудване). Следователно връзката между активността на водата и печенето на кафе все още е относително непълна и неясна.
Прочетете повече за кафето в нашия Блог тук
