Кофе ростер

Искусство обжига зеленого кофесостоит в задании и поддержа-нии такого режима термообра-

ботки, который дает возможность про-явить наилучшие вкусо-ароматическиекачества кофе. Оценка этих качеств уста-навливается на основе субъективныхорганолептических ощущений и пред-почтений, и является одной из проблемволнующих кофейное сообщество.

Ростеры, по своему назначению имассе загрузки сырья можно разделитьна бытовые и промышленные. В своюочередь, промышленные делятся на:• Лабораторные — с загрузкой от 100 до

300 г.• Шоп ростеры — с загрузкой от 500 до

5000 г.• Малые и средние — с загрузкой от 1 до

20 кг и от 20 до 200 кг.• Большие фабричные технологические

комплексы.Для работы ростеров используют пер-

вичные источники тепловой энергии:твердое топливо, жидкое топливо, при-родный газ, а так же энергию электриче-ского тока и электромагнитного поля.

Нагрев зеленого кофе в рабочемобъеме ростера происходит с помощьюизвестных способов передачи тепла:• Теплопроводности. Тепло передается

благодаря непосредственному контак-ту с теплоносителем. Процесс продол-жается до тех пор, пока температура

нагреваемого объекта и тела, нагрето-го до определенной температуры, несравняются, то есть, система достигнеттермодинамического равновесия.

• Конвективного нагрева. Передачатепла потоком жидкости или газа.Конвекция может быть естественной,когда переносчик тепла (теплоагент)перемещается внутри объема без при-ложения сил извне. И принудитель-ной, когда скорость потока теплоаген-та изменяется с помощью насосов,создающих разрежение или избыточ-ное давление на входе/выходе каме-ры обжига.

• Радиационного нагрева. Он не тре-бует наличия теплоагента, как в первоми втором способах. Электромагнитныеволны могут нагревать тела в вакууме,непосредственно взаимодействуя собъектом — приемником тепла.Самым простым и наглядным приме-

ром того, как, используя любой из пере-

численных источников тепла и все спосо-бы его передачи, можно проводить тер-мическую обработку семян кофейногодерева, является обжиг на обычнойчугунной сковороде. Правда, это простоеустройство должно иметь некоторые усо-вершенствования в виде крышки с руч-кой-мешалкой и отверстием для отводагазов, в основном СО2, выделяющихся впроцессе пиролиза.

Нагреть сковороду можно на костре,газовой горелке, электрической илииндукционной плите и других источни-ках. Раскаленное дно сковороды обес-печивает передачу тепла кофейным зер-нам. Первое, за счет непосредственногоконтакта с ее поверхностью. Второе, есте-ственной конвекцией, где теплоагентомявляется воздух. И третье, магнитнымполем в инфракрасном диапазоне излу-чаемом массивным разогретым телом –чугунной сковородой. Очевидно, чтоуправлять таким «ростером» непросто.Нагрев осуществляется неравномерно.Контроль температурного режимазатруднен. Достаточно быстро изменитьтемпературу внутри рабочего объеманевозможно – уровень реактивностиустройства низкий. Обеспечить посто-янство температурно-временной зависи-мости процесса, которую называют «про-филем обжарки», не представляется воз-можным. Стремясь избавиться от пере-численных недостатков, конструкторы и

НА

УК

А И

ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ

КОФЕ И ЧАЙ В РОССИИ

№4’201522

КОФЕ РОСТЕР Владимир Шамаев

1

Кофе ростер – специализированная машина для термическойобработки семян кофейного дерева, лишенных защитных (пер-гаментной и серебряной) оболочек. Ростинг как технологиче-ский процесс – способ разложения органических веществ, изкоторых состоит зеленый (сырой) кофе, на более простыехимические соединения под действием резкого повышения тем-пературы зерна с ограниченным доступом кислорода. Такиетехники известны с незапамятных времен и широко исполь-зуются в медицине, нефтехимии, пищевой промышленности,пивоварении и других отраслях, а так же в быту. Называют их – пиролиз или крекинг. В большинстве случаев, особеннокогда имеют дело со сложными органическими комплексами,например, продуктами питания, пиролиз сопровождаетсятакими специфическими реакциями, как: меланоидинообразо-вание, карамелизация, реакция Майяра, реакция Штрекера идругие. Параллельно с трансформацией веществ в зерне про-исходит процесс освобождения от свободной воды и дегидрата-ция. Пиролиз приводит не только к изменению химическогосостава, но и к существенной деформации физико-механиче-ских характеристик кофе. Если процесс разложения вовремяне прервать, то в конце мы получим вместо нового продукта соригинальными органолептическими свойствами микропори-стую высокоуглеродистую структуру – древесный уголь.

1e-mail: Vladimir@shamaev.dp.ua web: www.coffeezoom.com.ua

изобретатели придумалинемало машин для жаркизерна, орехов, семян мас-личных культур, какао бобови кофе.

Все известные конструк-ции ростеров состоят из гене-ратора тепловой энергии,рабочего органа, которыйобеспечивает передачу тепласырью и необходимые усло-вия процесса, и системыуправления технологическимпроцессом. На блок-схеме(рис. 1) показаны основные идополнительные части иустройства ростера.

Насколько удачно созда-тели ростера решили техни-ческие проблемы при разра-ботке этих трех основныхчастей машины, зависитнадежность ее работы, эко-номическая эффективность,качество продукта и другие,столь важные для производ-ства характеристики.

ВИДЫ И КОНСТРУКЦИИРОСТЕРОВ

Чанный ростер.Представляет собой метал-лическую емкость большогообъема с подогреваемымдном. Крышка, как правило,отсутствует. Отличается отсковороды для обжига коферазмерами и тем, чтоустройство нагрева, управ-ления процессом и рабочий

орган выполнены в виде единой кон-струкции.

Барабанный ростер прямогонагрева. Так выглядели первые ростеры.Вращающийся цилиндр с кофейнымизернами находился в печи, которая топи-лась дровами, углем или мазутом.Передача тепла происходила за счет кон-такта с внутренней поверхностью бараба-на и естественной конвекции. Сегодняпримером ростера прямого нагреваможет быть модель TN-1 с массой загруз-ки 100—500 г кофе производства компа-нии DiScaf. Нагрев барабана осуществ-ляется электрическим нагревательнымэлементом. Качество работы ростера

очень высокое за счет хорошо сбаланси-рованной системы передачи тепловойэнергии.

Шнековый ростер. Является ещеодним представителем ростеров прямогонагрева. Сырье внутри рабочей камеры вформе трубы, перемещается с помощьюшнека. Передача тепла происходит также, как и в предыдущем примере. В боль-шинстве конструкций нагрев камеры осу-ществляется электричеством. Недостат-

ком является значительная длительностьпроцесса.

Барабанный ростер с принудитель-ной конвекцией. Считается классикойжанра. Нагрев теплоагента осуществляет-ся природным газом. В моделях малоймассы загрузки – электричеством. До70% тепла зеленому (сырому) кофе пере-дается за счет конвекции смеси воздуха итопочных газов. Остальные 30% — кон-тактным способом. Скорость потока теп-лоагента в барабане 0,5—1,5 м/сек.Количество тепла, подаваемого в камеру,регулируется изменением мощностигорелки или электрических нагревателей

23

Рис. 1

Блок-схема установки термической обработки кофе

1. Генератор тепловой энергии.2. Рабочая камера.3. Устройство загрузки.

УК – устройство кондиционирования,УВ – устройство взвешивания,УЗ – устройство загрузки.

4. Устройство выгрузки и охлаждения.ВУ – устройство выгрузки,УО – устройство охлаждения,УВ – устройство взвешивания.

5. Фильтры топочных газов и отходов про-изводства.

УТ – утилизация тепловой энергии,ФМ – фильтры механические (циклон),ФЭ – фильтры экологические.

6. Устройства управления и контроля.УВК – устройства и приборы визуального

наблюдения,УУиК – устройства управления и контро-

ля,УД – устройства документирования,ВИР – ввод и распределение, внешний

информационный канал связи.

t1 – температура теплоагента на выходе изгенератора. t2 – температура в рабочей камере.t3 – температура теплоагента на выходе израбочей камеры.

совместно с изменением скорости потокавоздуха с помощью шиберных заслонок.

Воздушный ростер. Обжарка про-исходит в сильном потоке воздуха, ско-

рость которого превышает критическуюскорость витания. Это относительноновое направление в конструированииростеров. Принцип работы основан нааэродинамических свойствах семян. 90%тепла передает нагретый воздух. Контактсырья с поверхностью рабочей камерыпроявляется в специфических дефектахна поверхности кофейных зерен.Хорошая управляемость технологиче-ским процессом и короткое времяобжарки делают ростеры этого видапопулярными. К недостаткам следуетотнести низкий КПД установки.

Ростинг в псевдокипящем слое.Самый современный способ термообра-ботки всех видов семян, в том числекофе, какао бобов, орехов и другогосыпучего материала регулярной формы имассы. Принцип работы установки

заключается в следующем. В рабочийорган – емкость с перфорированнымдном, подается поток разогретого возду-ха. При небольшой скорости воздухасемена кофе, покрывающие дно толстымслоем, остаются в состоянии покоя.Воздух просачивается через массу семян,не изменяя ее плотность. При увеличениискорости потока, семена перемещаютсяотносительно друг друга, расстояниемежду единичными зернами увеличива-ется, объем слоя в емкости растет. Такойслой называется кипящим или псевдо-ожиженным. В кипящем слое каждоесемя испытывает воздействие воздушно-го потока, равное его весу. Скорость воз-духа, при которой семена находятся вовзвешенном состоянии, называется кри-тической или скоростью витания. Приеще большей скорости семена уносятсявоздушным потоком. Величина скоростивитания зависит от парусности семян –отношение площади проекции наиболь-шего сечения семени на плоскость, пер-пендикулярную воздушному потоку, кмассе семени.

Критическая скорость для кофе нахо-дится в широком диапазоне, от 4 до 12 м/сек и зависит от гранулометри-ческого размера, влажности, формы идругих физико-механических свойств.Теплоагент – 100% воздушная смесь.Источник тепла – природный газ илиэлектричество. Время процессаобжарки может изменяться от 7 до30 минут по желанию рост-мастера. Высокаяреактивность поз-воляет формироватьлюбой заданный про-филь обжар-ки. Рецирку-ляция тепло-агента и воз-можность при-менения уст-ройств по ре-куперации теп-ла во много

раз повышает КПДустановки по срав-нению с другимиростерами.

ЭКЗОТИЧЕСКИЕ ВИДЫ ОБЖАРКИКОФЕ

К ним можно отнести:• Обжарка в масле. Теплоагентом

является жидкое растительное масловысокой степени очистки.

• Обжарка с сахаром (Torrefacto).

Популярный продукт в Португалии,Испании и некоторых странахЛатинской Америки.

• Обжарка кофейных семян в перга-менте, так называемая RIP обжарка.Интересна тем, что жизненность кофес защитными оболочками сохраняетсяв течение 24 месяцев (Рис. 2).

• Обжарка в песке, в поваренной со-ли и даже в воде, что теоретическивыполнимо.Конструкторские решения и техниче-

ские возможности производимых росте-ров настолько разнообразны, что сравни-вать отдельные модели разных компаниймежду собой, с моей точки зрения, неимеет особого смысла. Исследованиетехнических характеристик машин иадаптация их к условиям конкретногопроизводства, занятие более продуктив-ное.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИРОСТЕРА

Главной характеристикой ростера,точнее характеристиками, являются раз-гонные кривые в трех точках: на входе врабочую камеру, в объеме рабочей каме-ры и на выходе из рабочей камеры.Кривые снимают на холостом ходу (безсырья в рабочей камере) с холодногостарта при работе генератора тепловойэнергии на максимальной мощности.

Когда температура в рабочем объемедостигнет 220°С, подачу тепла прекра-щают. После остывания до 120°С снова

запускают нагрев. Так повторяютнесколько раз. При этом регулятор

потока воздуха в камере остается всреднем положении (оптимальном

рабочем).Разгонные кривые внутри

рабочей камеры могут иметьвид — рис. 3.

По изменению температу-ры нагрева и времени на

отдельных участках кри-вой можно судить об

энергетическом потен-циале установки, ее

реактивности, инер-ционности, возможности

изменения профиля обжига и дру-гих технических характеристиках.

Разгонные кривые, снятые при мини-мальной и максимальной скорости пото-ка воздуха в рабочем объеме, даютдополнительную информацию об управ-ляемости процессом.

По сути, разгонные кривые опреде-ляют границы, заложенные разработчи-ком, преодолеть которые технолог нико-гда не сможет. Другими словами, техно-лог может формировать режим термо-обработки кофе – профиль обжарки,только в пределах, обозначенных разгон-ными кривыми.

НА

УК

А И

ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ

КОФЕ И ЧАЙ В РОССИИ

№4’201524

2Осциллирующий – колебательный, колеблющийся. – прим. автора.

Существуют и другие общие и спе-циальные технические показатели, атакже характеристики: коэффициентобъема загрузки, скорость потока теп-лоагента, стартовая температура, глу-бина провала кривой, скорость вра-щения барабана, потребляемая мощ-ность на единицу массы сырья, интен-сивность псевдокипения и другие.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИОБЖАРКИ ЗЕЛЕНОГО (СЫРОГО)КОФЕ

Споры специалистов о способахобжарки кофе не утихают уже многолет. Прекратить дискуссию о достоин-ствах и недостатках традиционногомедленного и нового быстрого мето-дов термообработки кофе можноединственным способом, предложивобжарщикам машину, способнуюобеспечить любой профиль, дажетакой необычный, как обжиг в осцил-лирующем2 режиме. Сегодня многосделано для решения этой сверх задачи. Хорошим примероммогут быть ростеры, разработанные гигантом пищевого маши-ностроения BUHLER AG, модель Infinity Roast TM, изделие«Тайфун 2» НПО «Тайфун Инновация» город Ставрополь, аппа-рат «Бриз» компании «Мегант» из подмосковного Домодедоваи другие.

Несмотря на все достижения, основными величинами, спомощью которых контролируют процесс обжига кофе, остают-ся температура и время.

О новом параметре контроля технологического процессасообщает в своем интервью, опубликованном в Global CoffeeReport, известный специалист, начальник подразделения, спе-циализирующегося на кофейном оборудовании, компанииBUHLER, участник всех Московских Кофейных Форумов докторСтефан Шенкер. Он говорит, что порозность (пористость) псев-докипящего слоя, его термин — «air – to – bean ratio» (соотно-шение объема воздуха и объема зерна) достаточно информа-тивная и стабильная величина, и ее можно считать еще одним

показателем ростинга наряду со временем и степеньюобжарки.

В попытке соединить художественные и научныеаспекты в оценке вкусо-ароматических характеристиккофе командой, работающей в университете Цюриха подруководством доктора Чахана Ерецяна (ChahanYeretzian), был открыт ряд новых параметров, обеспечи-вающих наблюдение за трансформацией химическогосостава зерна в процессе обжига. Конечно, подобные тех-нологии и эксперименты требуют больших капиталовло-жений и доступны только крупным компаниям. Однакочасто бывает, что дефицит средств на научные исследова-ния и конструкторские разработки заставляет инженерови изобретателей находить простые и оригинальные реше-ния. Огромные возможности совершенствования техникитермообработки кофе, без значительных финансовыхзатрат, находятся в сфере цифровых технологий и совре-менного контрольно-измерительного оборудования. Неменее перспективным направлением может быть конди-ционирование сырья. Метод вакуумного внедрения взерно экологически чистых натуральных СО2 эмульсий,производство которых освоено компанией «Биоцевтика»в городе Дедовск открывает новые возможности дляповышения качества кофе.

В кофейном деле, как и в ростинге в частности, немалопроблем, которые ждут своего решения.

25

Рис. 2

Зависимость «жизнеспособности» зеленого (сырого)кофе от сроков хранения

0

50

100

150

200

250

3:17

6:34

9:51

13:0

816

:25

19:4

222

:59

26:1

6:00

29:3

3:00

32:5

0:00

36:0

7:00

39:2

4:00

42:4

1:00

45:5

8:00

49:1

5:00

52:3

2:00

55:4

9:00

59:0

6:00

62:2

3:00

65:4

0:00

68:5

7:00

72:1

4:00

75:3

1:00

78:4

8:00

82:0

5:00

85:2

2:00

88:3

9:00

Beans Temp.

Drum Temp.

Air Temp.

Разгонные кривые сняты в июле 2015 года на предприятии «COFFEE-TECH ENGINEERING» в городе Тель-Авив

(читайте графики справа налево)

Рис. 3