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[轉貼][知識]烘焙-溫度探針──小兵立大功

[轉貼][知識]烘焙-溫度探針──小兵立大功

譯自Tea & Coffee Trade Journal第176期,2004二月號,第16-22頁,「Temperature Probes: Accurately Measuring the Advancement of Coffee Roasting」 by Terry Davis & Paul Ribich,原文之著作權及其他相關權利為該雜誌所有,本文經同意譯成中文,翻譯文字版權為譯者所有,請勿任意轉載或重製》


溫度探針深究:精準的溫度量測─進階級咖啡烘焙要素

對今日許多身在咖啡工業界的我們來說,「探針」這個詞似乎喚醒了內心深處受壓抑的、真實的或是超現實的記憶聯想──像是異形、時空扭曲或是令人痛苦的醫療過程。但是沒有一項工具能像溫度探針一般,對於咖啡烘焙產業的進步以及成長有如此深遠的影響。豆溫探針、環境溫度探針、廢氣溫度探針、J Type及K Type熱電偶溫度計、RTD測溫電阻體,以及數位溫度計,這些簡單的量測儀器都不是很貴的東西,可以很輕易地取得,更是可以很輕鬆地安裝。由於這些探針被應用到咖啡烘焙中,這幫助了許多經驗老到的烘焙師解決各式各樣的疑難雜症;不論是精準地量測溫度、訓練烘焙新手、安全性以及品質穩定性各方面,都有顯著的效果。對於烘焙新手而言,有了這些探針的幫忙,可以縮短學習的時間。而對於整體咖啡工業來說,溫度探針提供的精準數據使得人們能夠有更多關於烘焙數據的意見交流及討論,這類討論目前時常可在如 Roasters Guild 等組織中看見。但是,正如同所有的科技一般,一位操作者必須要先對溫度探針的工作原理有基本認知,以及溫度探針能為你提供的功能,更重要的是,哪些事是溫度探針無法做到的?

溫度探針的類型

溫度探針有許多種類,將近於所有英文字母的數量﹝原作者意為將近26種,但未指明到底有幾種﹞,但在烘焙咖啡的用途上,其中只有兩種探針是我們必須要使用到的:﹝J & K Types﹞熱電偶溫度計以及﹝RTD﹞測溫電阻體。

熱電偶溫度計:是目前最廣泛使用在咖啡烘焙機上的溫度探針裝置,熱電偶溫度計有許多種類,各自使用不同的導體媒介、適用於不同的溫度曲間。熱電偶溫度計的工作原理就是應用各種已知適用不同溫度曲間的金屬探針來量測溫度,其中金屬吸收到的熱能會轉化成電力﹝EMF,Electromotive Force﹞或是電壓,之後便轉換為相對的溫度數值,這數值可由中繼器、溫控器、或是電腦讀取,熱電偶溫度計是屬於非線性的溫度計。在咖啡烘焙的領域中,最常被用到的就屬 J Type 以及 K Type 的熱電偶溫度計,前者的測溫範圍最高可達華氏1400度,後者可達華氏2300度;J Type 常被用在烘焙機內部,而 K Type 常被用在後置燃煙器﹝Afterburners﹞中,雖然 K Type 也可以用於烘焙機內部,但是 J Type 的測溫範圍較窄,測得的精準度較高,更適合放在烘焙室中測溫。

測溫電阻體﹝RTD,Resistance Temperature Device﹞:量測元件中電阻體感應到的溫度,進一部讀取實際溫度數值,測溫電阻體是屬於線性的溫度計,因此在精準度上更優於熱電偶溫度計。另外,測溫電阻體還有一項附加的功能,就是能取區段換算,即使系統出錯亦能算得準確的數值﹝此部分譯者不太瞭解其中的原理,故待查證後補上詳細的運作原理﹞。熱電偶測溫器則無法做換算的動作。雖然測溫電阻體﹝RTD﹞比熱電偶溫度計更為準確,但基本上這兩種測溫器用在咖啡烘焙機上都已夠精準了。另外補充一點,測溫電阻體的價格大約是熱電偶溫度計的二到三倍左右。
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在烘焙機上有三個位置是必須要有溫度探針的:烘焙室空氣溫度探針﹝Environment Probe﹞、咖啡豆表溫度探針﹝Bean Probe﹞、廢氣溫度探針﹝Exhaust Probe﹞。烘焙室空氣溫度探針是量測烘焙室中未接觸咖啡豆部分之空氣溫度;廢氣溫度探針是量測後置燃煙器某一點的廢氣溫度,通常是放在鼓風機前,也有例外的;咖啡豆表溫度探針是崁在烘焙室中的,如此才能在整個烘焙過程中量測到咖啡豆表的溫度變化。烘焙室空氣溫度探針通常是用在電腦化、自動化的曲線烘焙設備中,廢氣溫度探針則是用在安全溫度警示裝置上,而咖啡豆表溫度探針則是最常被使用並被廣泛討論其擺放位置的,在自動化曲線烘焙設備中也時常被拿來與烘焙室空氣溫度探針一起讀取數據,以獲得更多的參考數據。雖然乍聽之下三者好像是不同的探針,但實際上這三個位置也可能是用同一種類的硬體裝置。因此這三種探針其實不是以型號來區別,而是以其功能位置來命名。


烘焙咖啡豆時會用到的探針類型

在咖啡烘焙的課題中,訓練的過程與安全問題是緊密相關的。缺乏良好訓練的烘焙師,相對於受良好訓練的烘焙師,在其烘焙過程中是不安全的。精確的、可重覆的量測數據可以使訓練過程簡單化,並使得初學烘焙的新手更容易上手,而對較有經驗的烘焙師來說,則是提供了一項品質保證的參考指標。連結到溫控器或是超負荷溫度彈片開關上的探針,可以降低銀皮以及廢氣燃燒對咖啡豆造成的衝擊,同時減少滾筒被加熱過度的問題。探針連接目標溫度警示器則可確保烘焙新手在抽身做其他事的時候,能夠從容不迫且獲得安全的保障。溫度探針、溫控器,以及警示器的搭配,可以減少店面營業的烘焙商在操作時不致受到太多的壓力,同時也讓烘焙機在運作時,操作者即使在講電話也能有安全的保障。安全問題以及訓練過程的簡單化是兩個一定要使用溫度探針的有力原因,但事實上大多數烘焙師使用溫度探針是為了更實際的原因:精準度﹝Accuracy﹞以及溫度曲線的可重現性﹝Repeatability﹞。

一般來說,烘焙師總是在品質穩定性的兩大支柱中掙扎:精準度以及溫度曲線的可重現性。沒有一定程度的精確性,就不可能有溫度曲線的重現性,更不會有品質的穩定性。雖然這兩者是有相互影響的關係,然而卻是兩個不同的概念。「精準度」是決定於設備本身,而溫度曲線的可重現性則是有許多設備本身性能造成的綜合影響。在這兩者之中,溫度曲線的可重現性是目前最重要也最難達到的。精準度取決於探針類型以及系統的調校,影響精準度的因素有:感溫裝置﹝Sensor﹞的類型、口徑﹝熱電偶溫度計有分標準範圍規格及特殊範圍規格,測溫電阻體則是分為 Class A 及 Class B 元件類別﹞、是否能調校系統﹝探針及溫控器﹞、探針尺寸、探針位置等等,每一項目都有其耐受的範圍限制。此外,由於烘焙咖啡的溫度是相對低溫且升溫幅度較緩慢﹝譯者註:應該是與其他需要以高溫進行的重工業相比較﹞,因此符合精準度要求的探針較多。精準度對於溫度曲線的重現性必定是有所影響的,這兩者之間的關係可以說是糾纏難解:探針種類、尺寸、口徑都是兩者的必要元素,但是,對於溫度曲線可重現性及品質穩定性來說,探針位置是其中最重要的環節。


探針位置與精準度、溫度曲線可重現性的關係

當我們談到溫度曲線的可重現性,我們通常會忽略掉烘焙量的因素,我們最有興趣研究的部分就是要從不同的烘焙量中,做出一樣的烘焙程度﹝從升溫模式到最後得到的烘焙成果﹞,不論是烘一整鍋或是半鍋豆子,都必須做到這樣的效果。為了達到這個目的,我們必須在這兩種烘焙量中量測同一個點,我們必須量測的是咖啡豆的溫度變化,而不是咖啡豆量。

唯一能達到這項要求的就是要將探針擺放在同樣的位置,不論使用的烘焙傳導媒介或是探針種類為何,都必須這麼做。溫度探針提供了其所量測目標物的溫度變化訊號,它們量測到的是在其探測點周圍的溫度──空氣、豆表,或是滾筒壁。所以當我們烘焙一整鍋咖啡豆時,探針測到的一定是咖啡豆表溫度變化,而烘半鍋時,測到的溫度則未必是咖啡豆表溫度,而是烘焙室的空氣溫度,因此即使以同樣的升溫數據來烘焙這兩批次的咖啡豆,得到的結果必定不同。這就突顯出溫度探針擺放位置的重要性了!溫度探針必須放在一個不論烘焙豆量多少都可以將測溫點完全埋入的地方。

溫度探針的埋入深度是一個很玄的議題,你必須要考慮到兩種測溫探針的類別以及使用的烘焙機具。探針尺寸、口徑的不同,也影響到其埋入深度的限制;另外,烘焙機最低設定的烘焙量,也是影響探沾埋入深度的因素之一。熱電偶溫度計對於埋入深度非常要求,因為探針埋入的深度必須能夠造成足夠的 EMF 或是電壓,如此才能產生夠準確的數據;而測溫電阻體﹝RTD﹞埋入的位置則要考慮到是否會影響熱傳導媒介的作用。不當的探針位置可能導致量測到的是烘焙室空氣溫度或是滾筒壁溫度,也有可能造成探針的損毀。

下一步便是決定溫度探針該放置滾筒的哪一側。一般來說,我們應該放在滾筒將豆子翻動向上的那一側,換句話說,如果滾筒是以順時針方向轉動,溫度探針就該放在軸心偏左側的地方﹝譯者註:正視滾筒外殼、取樣棒側或其另一面的方向,視溫度探針要擺放的面而定﹞,反之則是要放在軸心偏右側處。探針應在不干擾到任何動作的前提下,盡可能地伸靠近滾筒壁,若是探針位置不夠低,當你在烘焙最低量的批次時探針無法完全埋入咖啡豆裡,測到的數值就與你正常烘焙量時不一致,會造成品質的不穩定。

這裡又延伸出一些問題:如何讓溫度探針盡量深入而又不影響到攪拌葉片以及防止滾筒變形之制動棒的運作?通常這些裝置的位置比起最低烘焙量時探針必須埋入的點來說,更接近滾筒內壁邊緣。要解決這個困擾,就必須稍微改裝一下溫度探針,改裝的步驟很簡單,不管是熱電偶溫度計或是測溫電阻體的探針,在其外部都包覆有一層金屬的外皮或是金屬管,這種金屬管是可以折彎的,以便讓足夠長度的探針能深入滾筒內,另外,將探針折彎也順便解決了先前探針無法伸到足夠的深度的問題,折彎最好是使用一個軸心,用比探針粗兩倍以上的滑輪或是棍子就可以了,在開始進行折彎的動作時,最少要把探針折到最低烘焙量的那個深度,或是你認為最恰當的探測深度。將探針折成直角90度,將探針的一端往攪拌葉片靠近,不要太貼近滾筒內壁。不過把探針折彎又會衍生出另一個問題,就是伸入的那一端有可能因為烘焙過程中咖啡豆的翻動而移位,這會使得探針讀取到的數據不穩定,進而影響到烘焙成果,甚至會使探針損壞。要解決這個問題有兩種簡單的方式:﹝1﹞使用固定螺絲、螺帽將內部探針固定住;﹝2﹞如果伸出外部的探針端夠長,你可以再將這一段折彎並鎖在一個固定的物體上,或是使用固定夾板固定住,防止探針受咖啡豆乾擾而移位。

依照前述的方式決定好探針固定的位置之後,日後你所讀取到的溫度數值就是很穩定的,如此便可以確保在不同的烘焙量之下,也能重現相同的升溫模式。藉由適當的探針位置擺放,即使是準確度較低或是無法自動調校的探針,都可以讓你得到烘焙溫度曲線的重現性,以及品質的穩定性。

那麼烘焙室空氣溫度探針又該如何決定擺放位置呢?其實前面提到關於咖啡豆表溫度探針的擺放方式也適用於此。探針伸入的長度以及熱傳導媒介,對於烘焙室空氣溫度探針以及咖啡豆表溫度探針的擺放位置來說,是同等重要的考量因素。唯一不同的地方在於,此時要測量的熱傳導媒介是烘焙室內的空氣。既然在烘焙過程中,我們無法完全忽略烘焙室中空氣溫度變化對咖啡豆的影響,我們就必須嘗試將這個變因的影響降到最低,這時探針擺放的位置又是決定性的因素了!當你要選擇探針位置時,首先要考慮就是盡量放在烘焙室越上方越好,但也要注意不要讓探針測點位置太靠近氣流流動旺盛的地方,若是擺到這樣的位置上,探針讀取到的數據就會比烘焙室中的實際溫度數值還高出許多;此外,滾筒中的熱氣流是往上升並被導向廢氣排放口流出,因此留在烘焙室中的空氣是相對較低溫的,若探針是擺放在這個排氣口附近,就會讓你誤以為烘焙室已經預熱妥當了。沒有預熱妥當的情況下,會使整體烘焙時間向後拉長,這個情形時常發生在只使用咖啡豆表溫度探針為唯一參考指標的烘焙機種,因為咖啡豆表溫度探針的位置並不適合用來測量滾筒預熱溫度。

安全性、訓練便利性、準確性、重現性、穩定性……,天底下沒有別的工具可以讓你花費這麼少,卻又同時可以得到這麼多好處。只要正確地使用溫度探針,不論你是用任何大小的烘焙機,對你的助益都是彌足珍貴的。由於溫度探針的應用,使得小型烘焙商如雨後春筍般四處林立,更使得許多烘焙商轉型成批發商的角色,它們開始以烘焙商自己的特殊命名、特殊烘焙曲線、時間來取代以往的 French、Full City、Ítalian 等等烘焙度的代表名稱,以往我們稱為 Dark French 的烘焙度,現在則會以更精準的方式告訴你,這是 14 又 1/2 分鐘的烘焙,華氏465度下豆冷卻。對於批發商而言,由於能夠準確地量測並記錄下升溫模式,因此在更換烘焙者時,對於咖啡豆品質穩定性也不會有所影響。對於消費者來說,由於他們可以找到品質高、穩定性又好的咖啡豆供應商,因此他們的選擇就多了,也有助於讓他們遠離低品質的大批次商業用咖啡豆。但受到最大影響的還是咖啡豆本身,準確且穩定的溫度控制,使得有心的烘焙商得以為單一豆種、莊園或是年份的咖啡豆找出他們認為最恰當的烘焙方式,讓咖啡豆得到完全的發揮,正是烘焙這件事最大的目標。

Terry Davis 是AMBEX, Inc. 的負責人,該公司專門製造咖啡烘焙及研磨設備,位在佛羅里達州的 Clearwater﹝清水鎮﹞,若要獲得更多相關的資訊,可以直接與 AMBEX Coffee Roasters 連絡:1917 Drew Street, Clearwater, Florida. 33765;電話:+1-727-442-2727;電郵:訪客無法瀏覽此圖片或連結,請先 註冊登入會員 .
Paul Ribich 是 Watlow-Richmond』s 公司溫度感應部門的主任工程師,也是 Jake』s Bag-O-Beans 公司的負責人,該公司是伊利諾州 Lake Villa﹝湖村﹞地區的小型烘焙批發商。

[ 本帖最後由 123qq 於 2006-8-30 15:47 編輯 ]

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