風門的作用與測定

有人問這個問題,真不知道要從哪裡開始回答?
首先先來談談風門的發展,就我個人的角度來討論;以烘豆機而言,風門的發展是有必然性的,由於歐美於18、19世紀開始發展的咖啡烘焙設備主要以數十公斤甚至上百公斤等級的烘豆機,當時為了因應大量的咖啡需求,能穩定烘焙並烘熟,不容易損壞為原則,其實在Probat提出現在主流的滾筒式烘豆機之前,能見到的多是連續式烘豆設備,主體為長圓鑄鐵管,下方採用瓦斯或木炭等火源,內部設置攪拌葉片,攪拌的過程生豆會逐漸在鑄鐵圓管前進,烘焙的過程就是一端下生豆,另一端出來就是熟豆,至於銀皮與煙塵等等,當時可沒這麼多限制排放的規定,完全就是自然排出。
工業式烘焙進入的中小型烘焙,則是由Probat提出的滾筒式烘豆機為主流,體積小(以當時而言),價格優勢,適合以鐵路為主要運輸的歐洲國家在鐵路的要站設置小型烘焙廠。然而排煙的問題開始出現了,就算烘焙量較少,每鍋也至少有15~30公斤,如何在較小型的烘焙機中將煙塵適當的排出便成了主要的課題。
以我個人的角度來說,風門的主要作用就是避免悶燒,造成咖啡豆內燃,甚至設備的損壞。理所當然也發展出了應用旋風集塵原理的集塵設備,而逐漸嚴格的排放標準也是主要的推手之一,而各種高單價的生豆在市面上開始流通,小型烘豆機的需求應運而生,而製作烘豆機的工廠也開始蓬勃而生,每個人設計製作的概念會因為接觸的環境不同有所差異,也形成了目前的主流半熱風、直火烘豆機。
這兩種形式的烘豆機各有優缺點,而要去思考的就是熱量的交換形式的差異。
直火烘豆機其實主要依靠熱風來烘焙咖啡,跟一般認為的採用接觸熱來烘焙的角度不同,所以典型的富士皇家的直火烘豆機,得達到5kg等級才能有穩定的熱風與接觸熱比例,操控的手法也與1kg的直火烘豆機熱風比例較高完全不同。

台灣的楊家烘豆機普遍以熱源不穩定與價格低廉著稱,先不論這兩點,該烘豆機的鑄鐵鍋極為扎實,卻也因為過於扎實,烘焙易產生所謂的鑊氣。
鑊氣為中華料理中,鐵鍋經高溫過油產生的特有香氣,炒菜時可快速將食物表面炙熟形成保護膜鎖住食物的水分,一般家庭使用的瓦斯爐由於溫度不夠,不易形成鑊氣。
離題了,主要提醒的點是說明烘焙咖啡豆時,如果採用極厚實的鑄鐵鍋,就要很注意熱源的足夠與抽風的強度,不然極易形成鑊氣,烘焙出的咖啡豆具備相當明顯的特徵。
要避免鑄鐵鍋的鑊氣這種特徵,得先了解烘豆時的熱量交換過程的差異:熱風、接觸。
既然鑄鐵鍋保溫較強,那烘焙咖啡的升溫過程主要則是依靠熱風。
這句話的意思就是鑄鐵鍋保溫強,可以形成一個穩定的烘焙環境溫度,不易失溫,但是讓咖啡豆升溫到爆裂,就得依靠高溫的熱風。
這個概念可以從Probat目前的小型烘豆機(6kg以下)結構中看得出來,大型烘豆機(30kg以上)則不適用,不在此次的討論範圍內。
理解這個概念,才能發覺使用楊家烘豆機的烘焙者,普遍會高溫下豆,並頻繁調整火力與風門,就是因為升溫的過程不穩定。
為什麼會不穩定,既然有穩定的烘焙環境(鑄鐵鍋),不穩定的過程主要出現在140度之後,這個階段除了咖啡生豆的內部達到化學作用的溫度,表現出物質蒸發與散逸的現象外,還需要更高的溫度才能讓生豆能吸足熱量達到一爆。
也許是因為鑄鐵鍋的溫度多維持在150度。

小型機器需要更靈敏的設計,因為很多現象在烘焙量小時是很難發現的,只有烘焙量達到一個程度才會有明顯的烘焙特徵。這裡討論的都是6kg以下的狀況。
觀察時間、溫度、豆色、味道、形狀等差異來判斷烘焙過程的表現,這樣說來風門什麼時候才需要開閉,開多大有效果?關會產生什麼影響?
在之前的文章中,以設計者的角度去觀察烘焙過程中的一些現象,紀錄了一些心得;而就本文的標題來做個小整理。
風門的作用除了抽風帶動熱風避免悶燒與燃燒不完全,更重要的是風味的調整!
何謂調整風味?
這得就風門的開閉去想像鍋內的狀態,風門開啟時,抽風量增加,帶動更多的空氣,熱風的比例上升(前提是完整溫度的熱風),此時帶動的空氣多寡會影響生豆吸溫的效率,因為加熱的過程中,空氣會受熱膨脹,在鍋內形成較大的壓力,而藉由風門開啟的大小可以調整烘焙鍋內的正壓與負壓,但這是個漸進不斷變化的過程,仿彿沒有煞車的機車在緩降坡上逐漸加速的過程,但可以藉由油門的啟閉來調整前進的速度,而風門就是油門的作用。
當自然前進的速度大於引擎的速度時,控制油門則可以調整機車前進的速度,雖然有點拗口,但有騎過車的人應該都有體會過類似的狀況,下坡時低檔催油門可以降低下坡的速度。從這個觀念去看待風門,並將風門的大小視為離合器的檔數,大概會比較直觀。
風門開啟至多少會是一檔?二檔?三檔?N檔?
以打火機的火苗接近取樣勺口,關小風門至火苗穩定不動,這個狀態視為一檔。
開啟風門至火苗稍稍被吸入取樣勺口,視為二檔。
開啟風門至火苗被吸入取樣勺口的最大彎曲,視為三檔。N檔則是做為熱機時使用,一般來說調中火使烘焙機升溫至180度左右,風門開啟至不會再升溫的狀態可視為N檔。普遍介於2~3檔之間。
一檔的變化是當爐內空氣膨脹時,達到140度從取樣口可以發覺會有銀皮等細屑隨著熱氣噴出,此時鍋內的壓力是較大於外界的。
二檔的變化是爐內空氣膨脹,約莫150~160度時可以關察到銀皮不會從取樣勺口噴出,此時鍋內的壓力與外界稍等。
三檔的變化是爐內溫度達到一爆密集時,約莫180~200度時可以從溫度計觀察到,溫度小幅穩定上升。

所以,一檔的狀態是車子剛起步,需要較大的扭力,此時生豆正處於低溫快速吸熱的狀態,如何製造穩定的加熱環境是重點。
生豆達到一定的溫度後,部分易揮發的物質開始從豆體釋出,屬於車體速度較高,可以轉為二檔,但是催了油門,也得觀察一下引擎(火力)夠不夠。
進入一爆後,會發現溫度快速上升,為了讓速度趨緩,打到三檔,此時車速高於檔速,所以藉由檔速來調整車速,讓爆裂的速度不要太高。
至於這些打檔可以用在什麼豆子上?大概跟路況到處都不同一樣,得看開車的人的經驗去判斷了。

以上個人意見。



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