九. 熱的傳導方式與烘焙的關係

只要是滾桶式烘焙機，不管是直火、半直火、半熱風、熱風的加熱型式，因為咖啡豆是透過滾桶轉動和桶內葉片攪拌，在烘焙桶內騰空、飛越，咖啡豆一定會接觸到桶子，也一定會飛在半空中，所以豆子接受的熱源一定是傳導、對流、輻射都會有，只是比例上的差別。為了讓討論簡化，我們先忽略輻射熱，將焦點放在傳導和對流熱上。

只要是滾桶式烘焙機，對豆子的熱傳遞方式一定是複合的，不會只有單一型式，只是比例上的不同而已。但為了簡化思維，我們暫把熱風式的烘焙鎖定在熱風的熱傳遞，非熱風式的鎖定在烘焙桶對豆子的接觸熱或稱傳導熱上。示意圖如下：

圖1.跟2.是豆子在吸熱反應階段面對接觸熱和對流熱時，外部的熱能傳遞給豆的示意，圖3.則是豆子在放熱反應階段，其內部熱能向外傳遞的示意。

圖1.當豆子接觸烘焙桶時，烘焙桶的溫度高於豆表溫度，熱能的傳遞會由溫度高的地方往溫度低的地方走，因此會由烘焙桶表面->最外層豆子的和烘焙桶的接觸面->豆子內部->豆子另一側的表面->上一層豆子的接觸表面->上一層豆子內部，以此類推，所以說它是outside in的方式是沒有疑義的。

如果烘焙桶因故停止滾動，則最外層的豆子表面會因接觸高溫的時間過長，豆子組織本身的導熱率，無法迅速把短時間大量的高溫導走，它就會燒焦。因此，注重傳導熱烘焙的機器，就像用平底鍋或陶鍋烘焙咖啡一樣，一定必須維持豆子的持續滾動(不一定要飛落)，例如RF300的螺旋葉片配合每分鐘60轉的滾桶轉速，就不致於讓豆子被滾桶表面燙傷，豆子滾得越快，輪動得越快，也就越容易烘得均勻，相反的話，就會烘焙不均。

圖2是當豆子被烘焙桶的轉動與攪拌葉片的撥弄，在烘焙桶內一再地騰空飛躍，這段騰空的時間，它會被烘焙桶內的熱空氣給包覆，也會被吹入(主動熱風式)或吸入(直火、半熱風或被動熱風式)的熱風給包覆，熱空氣、熱風所帶來的熱會加熱豆表，然後往豆子內部帶進熱能，熱能就在豆子內部累積以及進行化學反應，直到豆子內部的溫度等於或高於豆子外部的溫度，或豆表的溫度高於熱空氣的溫度，熱能才停止進入豆子內部。因為熱風的包覆效果，所以熱風比高的烘焙方式會讓豆子烘焙的均勻度拉高，也因為包覆的效果和對流效應，熱風的烘焙效率比較高。

我們知道，咖啡烘焙在褐化之前的化學反應是吸熱反應，豆子必須由外部吸收足夠的熱能來進行化學反應，褐化之後，開始逐漸有了放熱的化學反應，也就是說所進行的化學反應是會釋放熱能的，特別是在一爆之後，會有一段比較集中的放熱反應，它所展現出來的效果就是在火力不變的情況下，豆溫的RoR突然急升，產生了所謂"Flick"的現象。圖3.就是豆子進行放熱反應時熱能由內而外釋放的示意圖。

有種說法，熱風式烘焙會使得咖啡的酸變柔和、body更厚實；但也有，高熱風比的烘法會突顯咖啡的酸，最低風量的烘法會讓咖啡更甜。倒底那一種說法對？不同的基礎，不同的機器，不同的豆子，不同的條件，不同的感官判斷，這麼多的不同如何能武斷地說那一種說法對。

回歸到基本原理，烘焙的結果如果好的酸(蘋果酸、檸檬酸)沒留下，不好的酸(甲酸、乙酸、咖啡酸)產生太多並且去化太少，咖啡就會太酸不好喝，所以必須注意烘焙節奏與發展階段的溫升與發展比率，做到了，不論用什麼型式的烘焙機(手工當然也可以)，不論導熱型式是熱風還是熱傳導，應該都可烘出酸甜平衡好喝的咖啡。

烘焙筒中豆子最重要的熱源是?

「就算俗稱為直火機的烘焙機設計亦是以對流熱為主要加熱咖啡豆的熱能來源(其實直火機的設計是比起半熱風機更加依賴對流熱來升溫的)」，答案是「對流熱」，而對豆子的單位面積進行換熱的能力，除了兩者的溫差外，對流熱多了一個流速的變因，而且「物體表面附近的流體的流速愈大，其表面對流換熱係數也愈大」，掌握了對流熱就等於掌握了烘豆過程中最重要的一項武器。

底下是由知名論壇home-barista.com收集到的觀點

• 烘焙筒筒身的熱傳導，從來都不會是筒內豆子想要的熱源之一，根據已發表的文獻，烘豆主要的熱源來自於對流及筒身的輻射熱，筒子的傳導熱不但對烘豆沒幫助，更會燒焦豆子。
• 因此，烘焙筒主要的功用是作為自動攪拌裝置和熱幅射表面。當每粒豆子接觸到筒子的面積比較大(豆量較少的批次)並且風量比較低時，豆子承受較多的輻射熱，相反的，當豆子和筒子接觸面積小(豆量大的批次)並且筒內風量較大時，豆子承受的輻射熱就比較少。
• 讀了幾個不同的文件，傳統的鼓式烘焙機對流熱推估為75％左右。這當然意味著，豆子被適當攪拌，並且有適合的熱氣流量以及烘焙筒的尺寸及烘焙的豆量有著適當的比例。
• 焙烘筒每分鐘的最大轉速的計算公式為（30 / Pi）*（g / r）^ 1/2。 其中g =重力加速度（約9.81米/秒），r =滾筒的半徑（米）。 這是豆子與滾筒保持接觸的速度（重力=離心力，豆子會貼在爐壁掉不下來）有一篇Henry G. Schwartzberg的文章 ，裏面提到最佳的轉速約為最大轉速的0.9到0.75之間。
• 豆子與烘焙筒的接觸不是面到面而是點對點，任何長時間的接觸均會導致焦燒，而不是傳導熱能給豆子。
• 烘焙筒受熱後是一種輻射表面，可以經由輻射傳遞熱量給豆子，而傳遞的速率取決於烘焙筒身溫度。
• 對流熱的傳導是複雜的，因為烘焙筒中氣流的流動速度以及豆子的滾動速度都影響傳熱速率。然而，空氣量與豆子的比例(air to bean ratio)越高，對流熱越多。因此，同樣的風量和熱能條件下，比較少的烘焙量會比滿載的烘焙量烘焙速度快。

看完上述論點後，第一個要檢視的就是自己烘豆機烘焙筒的半徑以及轉速，其次是筒內攪拌葉片的數目。如果依公式算出來，自己的轉速未落在極限轉速的0.9到0.75區間，而是更慢(通常也是更慢)，只要筒內有攪拌葉片，就不致於讓豆子被筒身燒焦，因為公式並未把葉片加速攪拌的變因考慮進去。例如，半徑10公分的烘焙筒，其極限轉速每分鐘算出來是95轉，但原廠設計它每分鐘60轉，且筒內有3組葉片，原本最佳利用熱對流的轉速是每分鐘85到75轉之間，因有了3組葉片，只要每分鐘23轉以上就可以充分運用熱對流了。在原廠每分鐘60轉的設計下，如果你還想提高直火的傳導及輻射熱比例，以烘出複雜的風味，或豐富的層次，用的方法如果不是去改馬達轉速，而是去動火力及風門，如果剛好達到效果，只能說那是手藝(氣)好，不是客觀的道理。

回到破題的直火烘豆機，直火烘豆機的筒身一定有洞，有的很多，有的較少，有的洞大，有的洞小，但很少直火烘豆機的火排會設計一點火，就直接去燒到筒子，甚至是筒子裏的咖啡豆，如果有，對使用那機器的烘豆人我只能讚佩，不在本篇論述的範圍。

一般直火烘豆機的火苗會與筒身保持一定的距離，讓火焰溫度最高的外焰(無色, 溫度達800度以上)不會直接燒到筒子，造成筒身溫度分佈不均。因此火源的外焰直接加熱到的就只有空氣然後形成熱對流，烘焙筒吸收的反而是火源的輻射熱，即便如此，烘焙筒因材質導熱係數比空氣高超多(鐵60,不鏽鋼16,空氣依溼度0.024~0.031)，溫度通常比熱空氣高，經常超過300度，這樣的高溫加上高導熱係數，若豆子拉長和筒身接觸的時間(不用多，以單一葉片每分鐘20轉，接觸時間可長達3秒)，肯定會有焦灼點，幸好大部分的烘豆機轉速夠快、葉片夠多，豆子才不會被筒身灼傷。

既然火苗直接加熱產生熱對流，經由烘焙機的風門作動，在烘焙室內產生負壓差，把熱風導入烘焙室中，對著被轉動的烘焙筒及葉片拋在空中的豆子作熱移轉，同樣的溫度，風速越大移轉越快(對流係數)。所以，會善用熱風的人，真的比別人多一項強力的武器。