何紅艷 ， 程金煥 ，張曉芳 ，李亞男 ，武瑞瑞 ，黃家雄，李貴平，劉鳳偉，方永然，高國艷，王文艷，謝雯雯

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所，云南保山 678000；2.云南天潤云純咖啡有限責任公司，云南麻栗坡 663600；3.麻栗坡縣經(jīng)濟作物工作站，云南麻栗坡 663600）

咖啡全熱風烘焙技術(shù)使用效果及前景分析

何紅艷1，2，*程金煥1，2，張曉芳1，李亞男1，武瑞瑞1，黃家雄1，李貴平1，劉鳳偉2，方永然2，高國艷2，王文艷2，謝雯雯3

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所，云南保山 678000；2.云南天潤云純咖啡有限責任公司，云南麻栗坡 663600；3.麻栗坡縣經(jīng)濟作物工作站，云南麻栗坡 663600）

全熱風烘焙和半直火（半直火半熱風） 烘焙是目前生產(chǎn)上廣泛使用的2種烘焙方式[1]，通過對比LILALABR-5型全熱風烘焙機和SIROCCO FAN-CY150-5型半直火烘焙機的升溫時間、焙炒時間、冷卻時間及焙炒咖啡豆品質(zhì)，介紹全熱風烘焙機的特點，并對其應(yīng)用前景進行預(yù)測。

全熱風烘焙；半直火烘焙

咖啡（Coffea） 是茜草科（Rubiaceae）、咖啡屬（Coffea）常綠灌木或小喬木，和茶葉、可可并稱為世界三大飲料，其中咖啡的產(chǎn)量、消費量位居三大飲料之首[1-3]。近年來，我國咖啡消費量市場增長速度為10%～15%，截至2015年，我國咖啡消費量13×104t[4]。云南省的德宏、保山、臨滄、普洱為國內(nèi)小粒種咖啡的主要種植區(qū)，種植面積達11.8×104hm2以上，總產(chǎn)量達13.9×104t，種植面積和產(chǎn)量占全國的98%以上[5]。但是，由于國內(nèi)對咖啡研究的起步較晚，特別是對后段精深加工設(shè)備和工藝研究，目前尚處在起步階段，因此國內(nèi)生產(chǎn)的咖啡生豆，60%以上均被以原料形式出口，造成國內(nèi)咖啡產(chǎn)業(yè)鏈短、產(chǎn)品附加值低，無法形成工業(yè)對農(nóng)業(yè)的反哺，嚴重制約了產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展[6]。

咖啡烘焙是后段精深加工的第一步，也是最重要的一步?？Х壬贡旧頉]有香味，烘焙是咖啡豆風味產(chǎn)生的必需階段，咖啡中有700～850種風味物質(zhì)必須經(jīng)過烘焙才得以表現(xiàn)出其芳香的特質(zhì)[7-9]。咖啡烘焙就是指咖啡生豆經(jīng)過一定的溫度烘焙，去除咖啡豆中多余的水分，使咖啡豆中的部分成分轉(zhuǎn)化成焦糖化糖分及風味油脂的過程[10]。目前，國內(nèi)針對咖啡烘焙的研究主要集中在烘焙過程中化學成分的變化和焙炒曲線的研究。蔡瑞玲等人[11]研究表明，云南小粒種咖啡豆在230℃條件下，烘焙5，10，15，20，25 min，其咖啡因含量平均在1.45%左右，在15 min后輕微下降，但無顯著性差異；張夢嬌等人[12-13]將咖啡風味分為揮發(fā)性風味組分和呈味組分2部分，揮發(fā)性物質(zhì)決定了其香味，而非揮發(fā)性物質(zhì)決定咖啡特有的酸味、苦味和澀味等關(guān)鍵味感；周斌等人[14-15]研究了不同烘焙時間和烘焙程度對咖啡揮發(fā)性芳香物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)可以用咖啡的香氣成分變化來指導(dǎo)咖啡的烘焙過程，通過對咖啡揮發(fā)性成分的聚類分析，可以對咖啡的烘焙程度進行判斷，同時發(fā)現(xiàn)淺、中烘焙度的云南小?？Х认銡獬煞趾秃肯嗨疲颇闲×？Х仍谥泻姹憾葧r能較全面的反映其特點。

目前，國內(nèi)對咖啡烘焙機械的研究很少有報道，隨著我國咖啡行業(yè)對精深加工的日益重視，高端、精細的深加工機械設(shè)備需求會越來越大。通過對全熱風烘焙機和半直火烘焙機在使用過程中的各項性能指標的對比，來介紹全熱風烘焙機的部分工作原理和技術(shù)特點，以期引起國內(nèi)對咖啡烘焙設(shè)備和工藝研究的重視，從而加快高端、精細烘焙設(shè)備的國產(chǎn)化。

1 材料和方法

1.1 設(shè)備

LABR型5 kg全熱風烘焙機（LILA-LABR-5表示），巴西LILA公司生產(chǎn)；CY150型5 kg半直火式烘焙機（SIROCCO FAN-CY150-5表示）；咖啡杯。

1.2 材料

印度產(chǎn)商用中粒種咖啡；越南產(chǎn)速溶生產(chǎn)用中粒種咖啡（碎豆比超過50%）；云南文山麻栗坡縣八布鄉(xiāng)生產(chǎn)的小粒種咖啡商用豆和未經(jīng)分級的生豆（品種均為卡蒂莫7963）；云南保山佐園咖啡基地產(chǎn)的小粒種咖啡（品種鐵畢卡），各樣品的水分含量均在11.5%～12.0%。

1.3 方法

利用2臺焙炒機，分別焙炒等量的上述試驗材料的咖啡生豆，對比2臺機器的升溫速度、焙炒時間、烘焙豆冷卻時間、焙炒豆得率、烘焙豆外觀色澤、內(nèi)外一致性和杯品。為確保焙炒度相似，2臺機器均在二爆剛開始出鍋。

2 結(jié)論與分析

2.1 升溫熱機時間

從點火開始計時，LILA-LABR-5在7 min內(nèi)從常溫狀態(tài)上升到200℃，SIROCCO FAN-CY150-5則需要18 min從常溫狀態(tài)上升到200℃，這主要與二者加熱的方式不同有關(guān)，LILA-LABR-5是利用熱能直接將空氣加熱，機器內(nèi)溫度探測器測試的溫度是豆倉內(nèi)熱風溫度；SIROCCO FAN-CY150-5是熱能作用在豆倉的滾筒上，機器內(nèi)溫度探測器測試的是滾筒壁和滾筒內(nèi)部熱風的綜合溫度。因為空氣的加熱速度更快，所以LILA-LABR-5型烘焙機的升溫時間更短，因此熱能利用率更好，能耗也相應(yīng)更低。

2.2 烘焙時間比較

分別對照了2種機器在快速烘焙和常規(guī)烘焙2種模式下，到達出鍋狀態(tài)時所需的時間。

烘焙時間對比見表1。

表1 烘焙時間對比/min

由表1可知，LILA-LABR-5型烘焙機在設(shè)定烘焙時間、溫度曲線、出鍋溫度后，不管咖啡豆的種類是哪一種，均可在設(shè)定的時間內(nèi)，達到出鍋（剛進入二爆） 的要求。SIROCCO FAN-CY150-5型烘焙機則會因為生豆的不同（豆形大小、密度大小、一致性），所需的時間也發(fā)生相應(yīng)的改變。同時，由表1可以看出，全熱風LILA-LABR-5型烘焙機所需時間比半直火SIROCCO FAN-CY150-5型烘焙機明顯減少。主要是因為全部利用熱風進行烘焙時，可以實現(xiàn)溫度的快速升降，同時咖啡豆懸浮于熱空氣中，受熱更均勻，所以全熱風烘焙效率更高。

2.3 冷卻時間

冷卻時間指焙炒咖啡豆在冷卻盤上由出鍋時的高溫狀態(tài)下降到常溫的時間；SIROCCO FANCY150-5型烘焙機的冷卻盤內(nèi)由旋轉(zhuǎn)棒，底部有散熱馬達，通過旋轉(zhuǎn)棒的旋轉(zhuǎn)翻動咖啡豆，并由底部的馬達旋轉(zhuǎn)吸走熱量和油煙，咖啡豆由高溫到達常溫狀態(tài)，需要至少3 min；LILA-LABR-5型烘焙機的冷卻系統(tǒng)是LILA公司的專利，冷卻盤內(nèi)無攪拌棒，主要靠底部冷風迅速帶走焙炒豆的熱量，咖啡豆可在1 min內(nèi)達到常溫狀態(tài)。正常焙炒咖啡豆出鍋后，因為還在高溫狀態(tài)，焙炒過程并未停止，冷卻時間長，會造成實際焙炒度的增加，從而使苦味增加，同時咖啡焙炒過程中的芳香物質(zhì)在高溫狀態(tài)下極易揮發(fā)，冷卻時間延長也會造成香味散失。

2.4 焙炒豆品質(zhì)比較

使用2種烘焙機，在常規(guī)烘焙的條件下，對比經(jīng)分級篩選的商用中粒種、小粒種咖啡、未經(jīng)分級篩選的小粒種咖啡、速溶用中粒種碎豆、精品鐵畢卡幾種生豆，對比2種機型得到的烘焙豆的品質(zhì)優(yōu)劣。主要包括利用比色卡對比焙炒豆顏色的一致性、焙炒豆內(nèi)外的一致性、焙炒豆上的黑色焦斑比例，以及杯品測試時的干香、濕香及綜合口感。

不同焙炒設(shè)備的焙炒豆品質(zhì)對比見表2。

在得率方面，全熱風烘焙的咖啡豆普遍高于半熱風烘焙，特別在烘焙碎豆和未經(jīng)分級的咖啡豆時，二者的得率差超過1%，原因可能是利用半直火烘焙時，碎豆容易卡在滾筒內(nèi)，造成過度烘焙，在翻滾的過程中又破碎成更小的塊或粉，從而造成焙炒豆失質(zhì)量更高，但全熱風烘焙過程中，咖啡豆均虛浮于對流的熱風中，碎豆不易過度焙炒和破裂；在外觀及內(nèi)外一致性上，全熱風烘焙的表現(xiàn)也全部優(yōu)于半熱風烘焙，特別是在烘焙碎豆和大小不一的未分級豆時，二者的差異更為顯著。原因主要是全熱風烘焙時咖啡豆懸浮與熱風當中，所有咖啡豆受熱相對更加均勻，而半直火烘焙除靠熱風外，還靠爐壁的溫度傳熱，特別是焙炒碎豆和未分級的咖啡豆時，粒徑較小的咖啡豆和碎豆更容易挨著爐壁，造成過度烘焙，從而影響外觀的一致性；焙炒豆上黑色焦斑方面，也是全熱風烘焙遠優(yōu)于半熱風，其原因與外觀及內(nèi)在一致性相同；綜合杯測方面，經(jīng)較好分級后的商用咖啡生豆及精品咖啡生豆綜合杯測相近，特別是精品生豆，利用半熱風烘焙時的醇厚度、回甘等特點更為明顯，全熱風烘焙在干香、果酸味上表現(xiàn)更突出；但在烘焙碎豆和大小不一的未分級豆時，因全熱風烘焙的一致性更好，且焦炭化豆很少，因此綜合杯測要遠高于半直火烘焙。

2.5 其他方面

LILA-LABR-5型烘焙機采用的是電腦控制，操作更簡單方便，在設(shè)定好焙炒曲線后，相同品質(zhì)的咖啡生豆可重復(fù)性強，且具有煙塵處理系統(tǒng)和自動清潔系統(tǒng)，因此全程為無煙烘焙，設(shè)備需要清潔的間隔較長，另外LILA-LABR-5型烘焙機還具有一項特殊功能：利用同一種生豆，采用不同的焙炒時間，可以得出外觀完全一致，但口感完全不同的烘焙效果；SIROCCO FAN-CY150-5型烘焙機是人工操作，對烘焙師的經(jīng)驗要求較高，產(chǎn)品可重復(fù)性差，沒有煙塵處理系統(tǒng)和自動清潔系統(tǒng)，因此烘焙過程中要注意排煙，設(shè)備需要定期清潔。LILA-LABR-5型烘焙機雖然有很多優(yōu)越性，但其價格是SIROCCO FANCY150-5型烘焙機的數(shù)倍。

表2 不同焙炒設(shè)備的焙炒豆品質(zhì)對比

3 討論與展望

3.1 咖啡烘焙的3種方式

根據(jù)導(dǎo)熱方式的不同，可以將咖啡烘焙分為直火式、半直火式和全熱風式3類。直火式烘焙火候難以控制，且耗能較高，生產(chǎn)中較少使用[1]。

3.2 全熱風烘焙和半直火烘焙的特點

由試驗結(jié)果來看，全熱風烘焙升溫和降溫速度快、烘焙時間短、能耗較小、傳熱更均勻，在烘焙分級較差的生豆和碎豆時的優(yōu)勢更加明顯，烘焙得率也較高，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)使用。但是，可能是因為傳熱速度過快，造成內(nèi)部反應(yīng)不徹底，雖然增加了得率，但也影響了杯品的醇厚度。另外，全熱風烘焙機機身較大，目前最小機器為每爐5 kg的試驗機型，因此不適合一般的咖啡廳使用。

半直火式烘焙機微調(diào)方便，深度烘焙和淺度烘焙皆宜，且機型設(shè)計緊湊，大小機型皆有；能最大限度地詮釋咖啡豆的回甘和醇厚度，適合精品咖啡烘焙。

3.3 試驗的局限性

試驗用LILA-LABR-5型全熱風烘焙機本身是高端產(chǎn)品，具有電腦控制、煙塵處理和獨特的冷卻系統(tǒng)，而對比的SIROCCO FAN-CY150-5型半直火烘焙機是中端產(chǎn)品，人為控制時，可能因為焙炒師對機械性能的掌握及其焙炒習慣的不同，都可能影響最終的結(jié)果，因此試驗結(jié)果數(shù)據(jù)上的可信度有限，如能以PROBAT生產(chǎn)的5 kg全自動機型進行對比，結(jié)果可信度會更好。

3.4 應(yīng)用前景分析

近年來，隨著國內(nèi)咖啡行業(yè)對產(chǎn)業(yè)鏈后段精深加工的重視，國內(nèi)咖啡焙炒設(shè)備的需求量會越來越大，性能要求也會越來越高，擁有低能耗、易操作、無煙環(huán)保烘焙的全熱風烘焙機在市場一定會大受歡迎。另外，其高得率和烘焙碎豆效果好的優(yōu)點，也會使其在速溶加工領(lǐng)域備受歡迎。

國內(nèi)針對咖啡焙炒設(shè)備和工藝的研究起步較晚，與國外差距較大，如能高起點的研究目前市場上的性能好、技術(shù)新的高端設(shè)備，對于提升國內(nèi)廠家在烘焙設(shè)備領(lǐng)域的創(chuàng)新性有很大幫助。

[1]韓懷宗.咖啡學 [M].北京：化學工業(yè)出版社，2012：223-229.

[2]黃家雄.小?？Х葮藴驶a(chǎn)技術(shù) [M].北京：金盾出版社，2009：23-30.

[3]劉光華，張星燦.從深山走向世界的云南咖啡 [M].昆明：云南人民出版社，2010：153-160.

[4]2014年中國咖啡消費量統(tǒng)計分析報告 [EB/OL]．[2014-03-06]Http://www.chinairn.com/news/2014306/162551969.html.

[5]云南——中國咖啡之都的未來十年[EB/OL]．[2017-07-01]http://news.163.com/16/1117/07/C62D9SR1000187 VG.html.

[6]吳傳宇.云南咖啡豆烘焙溫度曲線試驗研究 [J].集美大學學報（自然科學版），2013（5）：342-345.

[7]董文江，張豐，趙建平，等.云南地區(qū)咖啡烘焙豆的風味指紋圖譜研究 [J].熱帶作物學報（自然科學版），2015 （10）：1 903-1 911.

[8]劉亞玲，譚超，龔加順.云南不同地區(qū)烘焙咖啡豆主要成分分析及類黑精組成成分 [J].食品科學，2017（2）:176-183.

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[12]張夢嬌，王蓓，李妍，等.咖啡中的特征風味組分研究進展 [J].食品研究與開發(fā)，2016（16）：213-218.

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[14]周斌，任洪濤.烘焙時間對云南小?？Х葥]發(fā)性成分影響的研究 [J].現(xiàn)代食品科技，2015（1）：236-244

[15]周斌，任洪濤.烘焙程度對云南小?？Х认銡馄焚|(zhì)的影響 [J].食品研究與開發(fā)，2014（22）：68-73.◇

Application Effect and Foreground Analysis of Full Convection System Roasting Technology for Coffee

HE Hongyan1，2，*CHENG Jinhuan1，2，ZHANG Xiaofang1，LI Ya'nan1，WU Ruirui1，HUANG Jiaxiong1，LI Guiping1，LIU Fengwei2，F(xiàn)ANG Yongran2，GAO Guoyan2，WANG Wenyan2，XIE Wenwen3
（1.Institute of Tropical and Sub-tropical Cash Crops，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Baoshan，Yunnan 678000，China；2.Yunnan Tianrun Yunchun Coffee Co.，Ltd.，Malipo，Yunnan 663600，China；3.Cash Crop Station of Malipo，Malipo，Yunnan 663600，China）

Full convection system roasting and Semi-condunction system roasting are the two widely used coffee roasting methods.Comparing the heating time，the roasting time，the cooling time and the quality of roasted coffee beans，of the Model LILA-LABR-5 full convection system roaster and SIROCCO FAN-CY150-5 Semi-condunction system roaster，the author introduced the characteristics of the full convection system roaster，and predicted the application prospect of this machine.

full convection system roasting；semi-condunction system roasting

TS273

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.015

1671-9646（2017） 12a-0056-03

2017-08-25

何紅艷（1983— ），女，本科，助理研究員，研究方向為咖啡加工技術(shù)。

*通訊作者：程金煥（1981— ），男，碩士，副研究員，研究方向為咖啡種植及加工。