咖啡全热风烘焙技术使用效果及前景分析

何红艳 ， 程金焕 ，张晓芳 ，李亚男 ，武瑞瑞 ，黄家雄，李贵平，刘凤伟，方永然，高国艳，王文艳，谢雯雯

（1.云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，云南保山 678000；2.云南天润云纯咖啡有限责任公司，云南麻栗坡 663600；3.麻栗坡县经济作物工作站，云南麻栗坡 663600）

咖啡全热风烘焙技术使用效果及前景分析

何红艳1，2，*程金焕1，2，张晓芳1，李亚男1，武瑞瑞1，黄家雄1，李贵平1，刘凤伟2，方永然2，高国艳2，王文艳2，谢雯雯3

（1.云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，云南保山 678000；2.云南天润云纯咖啡有限责任公司，云南麻栗坡 663600；3.麻栗坡县经济作物工作站，云南麻栗坡 663600）

全热风烘焙和半直火（半直火半热风） 烘焙是目前生产上广泛使用的2种烘焙方式[1]，通过对比LILALABR-5型全热风烘焙机和SIROCCO FAN-CY150-5型半直火烘焙机的升温时间、焙炒时间、冷却时间及焙炒咖啡豆品质，介绍全热风烘焙机的特点，并对其应用前景进行预测。

全热风烘焙；半直火烘焙

咖啡（Coffea） 是茜草科（Rubiaceae）、咖啡属（Coffea）常绿灌木或小乔木，和茶叶、可可并称为世界三大饮料，其中咖啡的产量、消费量位居三大饮料之首[1-3]。近年来，我国咖啡消费量市场增长速度为10%～15%，截至2015年，我国咖啡消费量13×104t[4]。云南省的德宏、保山、临沧、普洱为国内小粒种咖啡的主要种植区，种植面积达11.8×104hm2以上，总产量达13.9×104t，种植面积和产量占全国的98%以上[5]。但是，由于国内对咖啡研究的起步较晚，特别是对后段精深加工设备和工艺研究，目前尚处在起步阶段，因此国内生产的咖啡生豆，60%以上均被以原料形式出口，造成国内咖啡产业链短、产品附加值低，无法形成工业对农业的反哺，严重制约了产业健康可持续发展[6]。

咖啡烘焙是后段精深加工的第一步，也是最重要的一步。咖啡生豆本身没有香味，烘焙是咖啡豆风味产生的必需阶段，咖啡中有700～850种风味物质必须经过烘焙才得以表现出其芳香的特质[7-9]。咖啡烘焙就是指咖啡生豆经过一定的温度烘焙，去除咖啡豆中多余的水分，使咖啡豆中的部分成分转化成焦糖化糖分及风味油脂的过程[10]。目前，国内针对咖啡烘焙的研究主要集中在烘焙过程中化学成分的变化和焙炒曲线的研究。蔡瑞玲等人[11]研究表明，云南小粒种咖啡豆在230℃条件下，烘焙5，10，15，20，25 min，其咖啡因含量平均在1.45%左右，在15 min后轻微下降，但无显著性差异；张梦娇等人[12-13]将咖啡风味分为挥发性风味组分和呈味组分2部分，挥发性物质决定了其香味，而非挥发性物质决定咖啡特有的酸味、苦味和涩味等关键味感；周斌等人[14-15]研究了不同烘焙时间和烘焙程度对咖啡挥发性芳香物质的影响，发现可以用咖啡的香气成分变化来指导咖啡的烘焙过程，通过对咖啡挥发性成分的聚类分析，可以对咖啡的烘焙程度进行判断，同时发现浅、中烘焙度的云南小粒咖啡香气成分和含量相似，云南小粒咖啡在中烘焙度时能较全面的反映其特点。

目前，国内对咖啡烘焙机械的研究很少有报道，随着我国咖啡行业对精深加工的日益重视，高端、精细的深加工机械设备需求会越来越大。通过对全热风烘焙机和半直火烘焙机在使用过程中的各项性能指标的对比，来介绍全热风烘焙机的部分工作原理和技术特点，以期引起国内对咖啡烘焙设备和工艺研究的重视，从而加快高端、精细烘焙设备的国产化。

1 材料和方法

1.1 设备

LABR型5 kg全热风烘焙机（LILA-LABR-5表示），巴西LILA公司生产；CY150型5 kg半直火式烘焙机（SIROCCO FAN-CY150-5表示）；咖啡杯。

1.2 材料

印度产商用中粒种咖啡；越南产速溶生产用中粒种咖啡（碎豆比超过50%）；云南文山麻栗坡县八布乡生产的小粒种咖啡商用豆和未经分级的生豆（品种均为卡蒂莫7963）；云南保山佐园咖啡基地产的小粒种咖啡（品种铁毕卡），各样品的水分含量均在11.5%～12.0%。

1.3 方法

利用2台焙炒机，分别焙炒等量的上述试验材料的咖啡生豆，对比2台机器的升温速度、焙炒时间、烘焙豆冷却时间、焙炒豆得率、烘焙豆外观色泽、内外一致性和杯品。为确保焙炒度相似，2台机器均在二爆刚开始出锅。

2 结论与分析

2.1 升温热机时间

从点火开始计时，LILA-LABR-5在7 min内从常温状态上升到200℃，SIROCCO FAN-CY150-5则需要18 min从常温状态上升到200℃，这主要与二者加热的方式不同有关，LILA-LABR-5是利用热能直接将空气加热，机器内温度探测器测试的温度是豆仓内热风温度；SIROCCO FAN-CY150-5是热能作用在豆仓的滚筒上，机器内温度探测器测试的是滚筒壁和滚筒内部热风的综合温度。因为空气的加热速度更快，所以LILA-LABR-5型烘焙机的升温时间更短，因此热能利用率更好，能耗也相应更低。

2.2 烘焙时间比较

分别对照了2种机器在快速烘焙和常规烘焙2种模式下，到达出锅状态时所需的时间。

烘焙时间对比见表1。

表1 烘焙时间对比/min

由表1可知，LILA-LABR-5型烘焙机在设定烘焙时间、温度曲线、出锅温度后，不管咖啡豆的种类是哪一种，均可在设定的时间内，达到出锅（刚进入二爆） 的要求。SIROCCO FAN-CY150-5型烘焙机则会因为生豆的不同（豆形大小、密度大小、一致性），所需的时间也发生相应的改变。同时，由表1可以看出，全热风LILA-LABR-5型烘焙机所需时间比半直火SIROCCO FAN-CY150-5型烘焙机明显减少。主要是因为全部利用热风进行烘焙时，可以实现温度的快速升降，同时咖啡豆悬浮于热空气中，受热更均匀，所以全热风烘焙效率更高。

2.3 冷却时间

冷却时间指焙炒咖啡豆在冷却盘上由出锅时的高温状态下降到常温的时间；SIROCCO FANCY150-5型烘焙机的冷却盘内由旋转棒，底部有散热马达，通过旋转棒的旋转翻动咖啡豆，并由底部的马达旋转吸走热量和油烟，咖啡豆由高温到达常温状态，需要至少3 min；LILA-LABR-5型烘焙机的冷却系统是LILA公司的专利，冷却盘内无搅拌棒，主要靠底部冷风迅速带走焙炒豆的热量，咖啡豆可在1 min内达到常温状态。正常焙炒咖啡豆出锅后，因为还在高温状态，焙炒过程并未停止，冷却时间长，会造成实际焙炒度的增加，从而使苦味增加，同时咖啡焙炒过程中的芳香物质在高温状态下极易挥发，冷却时间延长也会造成香味散失。

2.4 焙炒豆品质比较

使用2种烘焙机，在常规烘焙的条件下，对比经分级筛选的商用中粒种、小粒种咖啡、未经分级筛选的小粒种咖啡、速溶用中粒种碎豆、精品铁毕卡几种生豆，对比2种机型得到的烘焙豆的品质优劣。主要包括利用比色卡对比焙炒豆颜色的一致性、焙炒豆内外的一致性、焙炒豆上的黑色焦斑比例，以及杯品测试时的干香、湿香及综合口感。

不同焙炒设备的焙炒豆品质对比见表2。

在得率方面，全热风烘焙的咖啡豆普遍高于半热风烘焙，特别在烘焙碎豆和未经分级的咖啡豆时，二者的得率差超过1%，原因可能是利用半直火烘焙时，碎豆容易卡在滚筒内，造成过度烘焙，在翻滚的过程中又破碎成更小的块或粉，从而造成焙炒豆失质量更高，但全热风烘焙过程中，咖啡豆均虚浮于对流的热风中，碎豆不易过度焙炒和破裂；在外观及内外一致性上，全热风烘焙的表现也全部优于半热风烘焙，特别是在烘焙碎豆和大小不一的未分级豆时，二者的差异更为显著。原因主要是全热风烘焙时咖啡豆悬浮与热风当中，所有咖啡豆受热相对更加均匀，而半直火烘焙除靠热风外，还靠炉壁的温度传热，特别是焙炒碎豆和未分级的咖啡豆时，粒径较小的咖啡豆和碎豆更容易挨着炉壁，造成过度烘焙，从而影响外观的一致性；焙炒豆上黑色焦斑方面，也是全热风烘焙远优于半热风，其原因与外观及内在一致性相同；综合杯测方面，经较好分级后的商用咖啡生豆及精品咖啡生豆综合杯测相近，特别是精品生豆，利用半热风烘焙时的醇厚度、回甘等特点更为明显，全热风烘焙在干香、果酸味上表现更突出；但在烘焙碎豆和大小不一的未分级豆时，因全热风烘焙的一致性更好，且焦炭化豆很少，因此综合杯测要远高于半直火烘焙。

2.5 其他方面

LILA-LABR-5型烘焙机采用的是电脑控制，操作更简单方便，在设定好焙炒曲线后，相同品质的咖啡生豆可重复性强，且具有烟尘处理系统和自动清洁系统，因此全程为无烟烘焙，设备需要清洁的间隔较长，另外LILA-LABR-5型烘焙机还具有一项特殊功能：利用同一种生豆，采用不同的焙炒时间，可以得出外观完全一致，但口感完全不同的烘焙效果；SIROCCO FAN-CY150-5型烘焙机是人工操作，对烘焙师的经验要求较高，产品可重复性差，没有烟尘处理系统和自动清洁系统，因此烘焙过程中要注意排烟，设备需要定期清洁。LILA-LABR-5型烘焙机虽然有很多优越性，但其价格是SIROCCO FANCY150-5型烘焙机的数倍。

表2 不同焙炒设备的焙炒豆品质对比

3 讨论与展望

3.1 咖啡烘焙的3种方式

根据导热方式的不同，可以将咖啡烘焙分为直火式、半直火式和全热风式3类。直火式烘焙火候难以控制，且耗能较高，生产中较少使用[1]。

3.2 全热风烘焙和半直火烘焙的特点

由试验结果来看，全热风烘焙升温和降温速度快、烘焙时间短、能耗较小、传热更均匀，在烘焙分级较差的生豆和碎豆时的优势更加明显，烘焙得率也较高，非常适合工业化生产使用。但是，可能是因为传热速度过快，造成内部反应不彻底，虽然增加了得率，但也影响了杯品的醇厚度。另外，全热风烘焙机机身较大，目前最小机器为每炉5 kg的试验机型，因此不适合一般的咖啡厅使用。

半直火式烘焙机微调方便，深度烘焙和浅度烘焙皆宜，且机型设计紧凑，大小机型皆有；能最大限度地诠释咖啡豆的回甘和醇厚度，适合精品咖啡烘焙。

3.3 试验的局限性

试验用LILA-LABR-5型全热风烘焙机本身是高端产品，具有电脑控制、烟尘处理和独特的冷却系统，而对比的SIROCCO FAN-CY150-5型半直火烘焙机是中端产品，人为控制时，可能因为焙炒师对机械性能的掌握及其焙炒习惯的不同，都可能影响最终的结果，因此试验结果数据上的可信度有限，如能以PROBAT生产的5 kg全自动机型进行对比，结果可信度会更好。

3.4 应用前景分析

近年来，随着国内咖啡行业对产业链后段精深加工的重视，国内咖啡焙炒设备的需求量会越来越大，性能要求也会越来越高，拥有低能耗、易操作、无烟环保烘焙的全热风烘焙机在市场一定会大受欢迎。另外，其高得率和烘焙碎豆效果好的优点，也会使其在速溶加工领域备受欢迎。

国内针对咖啡焙炒设备和工艺的研究起步较晚，与国外差距较大，如能高起点的研究目前市场上的性能好、技术新的高端设备，对于提升国内厂家在烘焙设备领域的创新性有很大帮助。

[1]韩怀宗.咖啡学 [M].北京：化学工业出版社，2012：223-229.

[2]黄家雄.小粒咖啡标准化生产技术 [M].北京：金盾出版社，2009：23-30.

[3]刘光华，张星灿.从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年中国咖啡消费量统计分析报告 [EB/OL]．[2014-03-06]Http://www.chinairn.com/news/2014306/162551969.html.

[5]云南——中国咖啡之都的未来十年[EB/OL]．[2017-07-01]http://news.163.com/16/1117/07/C62D9SR1000187 VG.html.

[6]吴传宇.云南咖啡豆烘焙温度曲线试验研究 [J].集美大学学报（自然科学版），2013（5）：342-345.

[7]董文江，张丰，赵建平，等.云南地区咖啡烘焙豆的风味指纹图谱研究 [J].热带作物学报（自然科学版），2015 （10）：1 903-1 911.

[8]刘亚玲，谭超，龚加顺.云南不同地区烘焙咖啡豆主要成分分析及类黑精组成成分 [J].食品科学，2017（2）:176-183.

[9]吕文佳，翟晓娜，杨剀舟，等.不同烘焙强度对云南咖啡主要挥发香气成分的影响 [J].食品科学技术学报，2015 （3）：13-21.

[10]吕文佳，刘云，杨剀舟，等.咖啡主要烘焙物质的形成与变化规律 [J].食品工业科技，2015（3）：394-399.

[11]蔡瑞玲，韩英素，赵晋府，等.焙炒条件对咖啡风味影响的研究 [J].饮料工业，2004（6）：32－37.

[12]张梦娇，王蓓，李妍，等.咖啡中的特征风味组分研究进展 [J].食品研究与开发，2016（16）：213-218.

[13]张丰，董文江，王凯丽，等.云南不同地区烘焙咖啡豆挥发性成分的HS-SPME/GC-MS分析 [J].食品工业科技，2015（11）：273-280.

[14]周斌，任洪涛.烘焙时间对云南小粒咖啡挥发性成分影响的研究 [J].现代食品科技，2015（1）：236-244

[15]周斌，任洪涛.烘焙程度对云南小粒咖啡香气品质的影响 [J].食品研究与开发，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，FANG 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

何红艳（1983— ），女，本科，助理研究员，研究方向为咖啡加工技术。

*通讯作者：程金焕（1981— ），男，硕士，副研究员，研究方向为咖啡种植及加工。