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IM_0.01 プロローグ

IM0.01 プロローグ このオンラインコースは、コーヒーの抽出に関するシリーズの2作目です。浸漬法と呼ばれている抽出方法を学びます。浸漬法を用いた抽出はそれぞれ大きく異なり、いくつかのカテゴリに分類することができます。  まず、フレンチプレスやカッピングなどの静的浸漬法を学びます。この抽出方法は動きのないコーヒーベッドでコーヒーの粉がただ水に浸されるスタイルです。それとはまったく対照的な抽出方法がサイフォンやエアロプレスなどの加圧浸漬法で、かなりの量の乱流を伴い、圧力によってコーヒーの粉は抽出液から除去されます。 ジェズべまたはイブリックと呼ばれる抽出方法は、ユニークな浸漬式の抽出です。その複雑さから、私たちはその秘密を解明するために1章まるまる用意しました。最後に、別のタイプの浸漬法を用いた抽出器具で、他の抽出スタイルを取り入れたハイブリッドです。このハイブリッド抽出方法は、静的浸漬法から始まり、その後透過法を伴ったフェーズに移ります。それらはスティープ・アンド・リリース抽出器具（スコットラオが彼の著書「Everything but Espresso」（2010）表した造語）として知られています。 浸漬法は、透過法と比べると数世紀前から使われてきたことが分かっています。ペーパーフィルターの最初の使用は、メリタ・ベンツ氏がペーパーフィルターを使用する抽出器具の特許を取得した20世紀初頭にまで遡ります（ドイツ特許庁、1908年）。コーヒーの粉と水がただ混ぜられ、ろ過されていない状態のものに関して書面として残っている記録は、15世紀半ばのものとなります。 16世紀半ばに執筆したアラブの学者アブド・アル・カディール・アル・ジャジリは、イスラム世界におけるコーヒー抽出の普及に関する最も重要な歴史的情報源です。 1470年に亡くなったイスラム教のスーフィー神秘主義のメンバーであるムハメッド・アル・ダバニ氏は、夕方に行う祈りのために、カートの葉から作られたカフアと呼ばれる液体を作ったと言われています。ある時点から、彼はコーヒーをカフアの代わりにするようになりました（J. モリス、2018年）。モリスによると、この飲料は、フレンチプレスなどの一般的な浸漬法よりも、カスカラ（乾燥したコーヒーチェリー）を煮出したものに似ていた可能性があるとされています。さらに、カフアは焙煎されていないコーヒーで作られている可能性もあるともされています。つまりダバニ氏はコーヒー抽出の黎明期における重要人物と捉えることができ、私たちはこのコースを彼に捧げたいと思います。 このコースでは、浸漬法におけるあらゆる抽出方法について詳しく学んでいきます。それぞれの抽出方法のメカニズムを調べ、バランス良く均一に抽出するために最も良い抽出レシピも紹介していきます。  0.01 終

RS_4.06 伝熱「モーメント」

RS 4.06 伝熱「モーメント」 モーメントとはコーヒー焙煎で広く使用されている用語で、焙煎機内のガスとエアフローの変化によって生じるコーヒー豆の温度とRoRの遅れにおける変化の仕方を表します。モーメントとは多くの場合、豆の温度上昇率 (RoR) に関連しています。たとえば焙煎を終えるのに十分なモーメントで1ハゼに突入させることを話すロースターがよくいます。つまり、ここでロースターが述べているモーメントとは十分に高いRoRを意味しています。 1ハゼ開始時の高いRoRは、焙煎に「モーメント」を与えると言われることがありますが、焙煎機に蓄えられた熱エネルギーの量で考える方が正確です。 ここでのモーメントは錯覚であることを理解することが重要です。 RoRは、焙煎機内の豆とその環境の温度差によって異なります。その温度差を取り除くと、豆の温度はすぐに上昇しなくなります。つまり、RoRに本質的な「モーメント」はありません。ですが、焙煎中にガスを止めても、焙煎機自体と焙煎ガスにはまだ多くの熱エネルギーを留めています。焙煎機内の表面とガスが豆よりも熱くなっている限り、豆に熱が伝わり続けます。この蓄積されたエネルギーが、豆の温度におけるモーメントの錯覚を生じさせています。この現象が生じるのは、ガスがオフになっていても、豆の温度が上昇し続けるためです。焙煎機と焙煎で生じるガスの温度が豆の温度よりもはるかに高い場合、RoRが高くなります。そのためRoR が高いということは、焙煎機と焙煎で生じるガスは豆に伝達できる多くのエネルギーを持っていることになります。これが、より高いRoRの焙煎がより多くの「モーメント」を持っているように見える理由です。つまり熱い焙煎機と焙煎で生じるガスはより多くのエネルギーを留めています。 流動層焙煎機とドラム式焙煎機の「モーメント」流動層焙煎機(a) において、ほとんどの熱は熱風を介して豆に伝達されます。大きな温度差と効率的な伝熱により、上昇率 (RoR) が高くなります。加熱を止めると (b)、RoRは急速に低下します。ドラム式焙煎機(c) では、ドラムと熱風の両方が豆に熱を伝えます。バーナー (d) を消した後も、ドラムはまだ熱く、豆に熱を伝え続け、さらに焙煎機内の空気は高温の表面から熱を得ることができます。ドラム式焙煎機のRoRは、流動層焙煎機よりゆっくりと低下し、モーメントの錯覚を与えます。 このモーメントは、焙煎機に蓄えられた熱の結果ですが、焙煎機の設計が異なれば、蓄えられる熱の量も異なります。たとえば、流動層焙煎機では、焙煎機内の表面から豆に伝わる熱はほとんどなく、焙煎によって生じるガスは焙煎機内をすばやく動きます。そのため、流動層焙煎機で火を止めると、その後すぐに豆の温度の上昇が止まります。一方、熱エネルギーを多く蓄える重いドラム式焙煎機では、豆の温度とドラムの温度が等しくなるまで、豆の温度は上昇し続けます。 RoRにおけるモーメントの錯覚は、コーヒー豆の有効熱容量の変化によっても影響を受ける可能性があります。焙煎中、豆は質量を失うため、総熱容量が減少します。前のレッスンで説明した内容となりますが、豆の有効比熱も焙煎の後半で減少します。これは、焙煎中に水が蒸発し、豆の発熱反応と吸熱反応のバランスが変化するためです。こういった熱容量の変化によって、同じように熱を加えた場合でも、豆の温度がより速く上昇することがあります。 4.06 終

RS_4.03 焙煎における放射線

RS 4.03 焙煎における放射線 ほとんどの焙煎機において、放射によって伝達される熱量は無視することができる量です (シェンカー & ロスギブ、2017)。 「赤外線利用」とされるほとんどの焙煎機は、赤外線バーナーを使用していますが (レッスン 1.02 を参照)、その赤外線は豆に直接熱を伝えません。その代わりに、その放射熱は豆周辺の空気や、ドラム、場合によってはドラム周辺の熱交換器を加熱します。そこから、伝導と対流によって熱が豆に伝わります。赤外線は、穴が開いていない限り、ドラムを透過することはできません。 Rubasse やSTRONGHOLDなどの一部の製造業者は、赤外線を主な熱源として使用する小型の焙煎機を製造しており、赤外線が豆に到達できるように発熱体をドラムの内側に付けています。一般的に、放射熱は物質を均一に熱する効率的な方法ですが (アブードら、2019)、商業的に存続できる産業規模の赤外線使用の焙煎機を開発したメーカーはまだありません。 Rubasse焙煎機のドラム内の赤外線発熱体研究者は、マイクロ波を使ってコーヒーを焙煎する実験も行っています。マイクロ波は、光や赤外線のように電磁波の一種ですが、波長が長い電磁波です。そのためマイクロ波は豆の奥深くまで浸透できるので、外側がそれほど高温にならなくても、コーヒー豆内部を完全にディベロップさせることができます。 研究者は、コーヒー豆の焙煎度の尺度として質量損失を使用して、対流式オーブンで焙煎した豆と電子レンジで焙煎した豆を比較しました。コーヒー豆は、マイクロ波によってより低い焙煎温度で目標の質量損失に達することができました (ネベスニー & ブドリン、2003)。より低い温度で適度な焙煎時間でコーヒー豆をディベロップさせることができるということは、抗酸化物質を保ちながら、コーヒー中の芳香化合物の量を増加させることができる可能性があるということです (ネベスニーら、2006)。 4.03 終

RS_3.03 焙煎中の化学反応における水分の役割

RS 3.03 焙煎中の化学反応における水分の役割 水分は、伝熱に影響を与えるだけでなく、焙煎中に起こる化学反応にも影響を与えます。焙煎プロセスにおけるさまざまな段階での水分含有量と水分活性は、コーヒーの化学的および物理的変化の速度に大きく影響します (シェンカー&ロスギブ、2017)。メイラード反応といった一部の反応において水分は不可欠です。他の反応では水を直接使用しないかもしれませんが、水分含有量はそれらが起こる速度に影響を与える可能性があります。 理論的には理解できていますが、残念ながら実際に水分含有量がコーヒーの焙煎にどのように影響するかを立証することは非常に難しいです。コーヒー生豆に水を加えて焙煎への影響を確認することは簡単ですが、追加した水が化学反応に直接影響を与えているのか、それとも熱伝導率のみに影響を与えているのかを判断するのはとても難しいです。 同じ条件下で焙煎された異なる水分レベルのコーヒー豆を比較した研究では、当然のことながら水分含有量が高いほどコーヒーのディベロップの速度が遅くなることが示されました (バゲンストスら、2008)。水分が増えることは、焙煎中にコーヒーがあるレベルまでディベロップするためにより多くの熱を必要とすることを意味するため、ディベロップの速度の違いは伝熱に生じる変化が原因である可能性が最も高いです。化学反応における水分の役割を伝熱への影響から切り離すことは困難ですが、ロースターによっては生豆の水分含有量が高いほど、焙煎したコーヒー豆のフレーバーが良くなると主張する人もいます。たとえば、Phoenix Coffee のクリストファー・フェラン氏は、生豆に水を加えるとフレーバーが改善されることを発見しました (フェラン、2020)。 ですが、この効果は焙煎の化学変化によるものであり、伝熱においてどの程度の変化があったかを知ることは困難です。フェラン氏によると、「水分含有量の高いコーヒーは、カッピングテーブルでより好まれる傾向があり、よりフレーバーが強くなります」とのことです (フェラン、2021)。 この写真は、焙煎への影響を調べるために、さまざまな水分レベルに調整されたコーヒー生豆を示しています。水分含有量が最も高い豆は、スマトラ式のコーヒー生豆の色に似た、より深い青緑色になります。画像提供: クリストファー・フェラン 焙煎中に作られる水分焙煎中に生じる化学反応によって、水が新たに生成されるため、焙煎中の水分の役割を完全に理解することはさらに難しくなります。これらの化学反応によって生じる水は、焙煎中にコーヒー豆から放出される水分の最大40%に達します (ガイガーら、2005)。そのため、乾燥している生豆でも焙煎が開始されると反応に使用できる水がまだ生豆内に残っています。 化学反応によって生成される水を調べるために、研究者は焙煎時の排気中に含まれる水の量を測定しました。彼らはドライングフェーズに入る前のコーヒー豆から放出される水分を、焙煎中の化学反応によって主に生成されたものと想定して、排気中の水分量と比較しました。 焙煎の最初のフェーズで豆から蒸発する水のほとんどは、コーヒー豆にすでに存在していた水分であることが分かりました。最初のフェーズで生豆の大部分の水分が蒸発すると、化学反応で生成された水分が豆から逃げる水分の大部分を占めるようになります (ガイガーら、2005)。 水分は焙煎中に作られ、焙煎中ずっと蒸発し続けます。実線は通常のコーヒー豆（初期の水分値 8.3％）を焙煎した際の蒸発した水分量の合計です。点線は、ドライングフェーズに入る前のコーヒー豆から蒸発した水分 (水分値 1.1%) を示しており、主に化学反応によるものと考えられます。破線は、通常のコーヒー豆に含まれていた水分の蒸発を示しており、合計から化学反応によって生じた水を差し引いて計算されています。出典: ガイガーら(2005)焙煎終了時には、化学反応による水分の蒸発量が減少します。研究者によると、これは反応を促進する化合物が不足しているためか、蒸発ではない他の反応によって水が使われているためである可能性があるとしています (ガイガーら、2005)。水分とメイラード反応水分量はメイラード反応の速度に大きく影響します。メイラード反応が起こるには、コーヒーに一定量の水分が必要です。ほとんどの食品では、水分活性が0.65～0.75のときにメイラード反応が最も速く生じ、水分活性が0.3を下回るとほぼ停止します (ワンら、2015)。水分活性と水分含有量の関係は温度によって変化するため、焙煎中の水分活性は室温での水分活性と同じではないことに注意してください。所定の水分含有量のコーヒーにおいては、水分活性は温度が高いほど高くなります (コラゾス・エスコバーら、2020)。したがって、焙煎中非常に乾燥したコーヒーでも、メイラード反応が起こるのに十分な水分活性が残っている可能性があります。メイラード反応は一定量の水分があることに依存するため、水分含有量が減少するにつれて、焙煎プロセスの後半では反応の速度が低下し始めます (ワン&リム、2013)。実験室ではアミノ酸と炭水化物を一緒に加熱すると、水分含有量はメイラード反応が作り出すアロマの混合物も変化させました (ホフマン&シベリー、1998)。一般的なコーヒーの焙煎条件下でも、この効果を得ることができるかどうかは不明です。水分と反応速度水分は豆の他の反応速度にも影響すると考えられています。たとえば、水はクロロゲン酸の分解に関与しているようです。特に、焙煎プロセスの初期に当てはまります (クリフォード、1985)。多くの反応は、圧力が高いほど速く起こります。焙煎中、水分が蒸発する結果、豆内部に高い圧が発生するため、水分含有量もこれらの反応速度に影響を与える可能性があります...

RS_2.06 保管とエイジング

RS 2.06 保管とエイジング コーヒー豆は、エイジングによって劣化します。豆の新鮮さの衰えを完全に防ぐことができる包装や保管のテクニックはまだありません。 コーヒー豆がエイジングによって劣化する主な原因は、炭水化物、脂質、およびタンパク質の酸化です（アブレイユら、2019)。酸化やその他の化学反応は、これらの重要なフレーバー前駆体を分解し、コーヒーを「衰え」させ、そのフレーバー強度の一部が失われていきます。 酸化はまた、脂質が酸化した際に生成される悪臭などの異臭も生成します。悪臭は、コーヒーに含まれる脂肪酸の量と脂肪酸の種類、および保存方法に大きく影響されます (カポラソら、2019)。生豆を酸素や過剰な水分から保護する適切な保管方法は、異臭の発生を防ぐことができますが、時間の経過とともに起こるコーヒー豆のフレーバーの衰えを防ぐことはできません (セルマーら、2008)。 生豆は伝統的に麻袋の中で保管されていますが、麻袋だけでは空気中の酸素や湿気から実質的には保護されていません。コーヒーは保管されている間にフレーバー化合物を失っていき、抗酸化物質とカフェインのレベルも低下します。ポーランドの研究者は、Hard Beans のクシシトフ・バラボスズ氏と協力して、生豆の保存方法に関する研究を実施し、12か月の保存後にカフェインレベルが約40% 減少することを発見しました (ザレブスカら、2022)。異なるコーヒーは、異なる速度で衰えます。たとえば、ザレブスカ氏らは、グアテマラ産の同じような品質の2種のコーヒーを同じ条件で保管した後に比較し、ナチュラルプロセスのコーヒーはウォッシュドのコーヒーよりも衰えが進んでいないことを発見しました (ザレブスカら、2022)。保管中にコーヒーのフレーバーがどの程度失われるかを決定する主な要因は、保管温度と豆の水分量です。高温は、保管中に発生するメイラード反応などの反応速度を高め、腐敗菌の増殖を助長する可能性があります。一方、保管中にコーヒーを-10°C～20°Cの温度に冷やした場合、メリットがあるとしても限定的な効果しか得られないようです (ザレブスカら、 2022)。 水分の役割 豆が白くなることや、かび臭さや、土臭さ、ウッディな香り、発酵したフレーバーの発生を避けるためには、豆の水分レベルを12% (ナチュラルプロセスのコーヒーの場合は 11%) 未満に保つことが重要です (ビーら、2004)。 ほとんどの輸出業者は、保管中における長期的な安定性を向上させるために、10～11% の水分レベルを選びます。ただし、乾燥しすぎたコーヒーはフレーバーの複雑さが失われ、衰える速度も早くなる可能性があります (カポラソら、2019)。高い水分レベルでコーヒーを保管することによる悪影響の中には、豆自体の代謝によるものがあるかもしれません (ガウツら、 2008)。種子は発芽できない場合でも、十分な水分があると代謝プロセスは進み、豆に含まれる糖やその他の化合物がその過程で消費されます。ですが、このような豆の代謝はフレーバーの衰えの最も重要な原因ではないかもしれません。保管中のコーヒー豆の中にある糖とアミノ酸の量の変化を観た研究では、この変化とコーヒー豆の組織の代謝プロセスには相関がないことがわかりました。つまり、豆自身の代謝を止めても、糖やアミノ酸は失われていったということです。 (セルマーら、2008)。水分含有量が高くなると、保管中にゆっくりと起こるメイラード反応の速度も速くなります (ウォングら、2015)。メイラード反応は、豆の中の糖とアミノ酸を消費し、フレーバー前駆体の量を減らします。ですが、水分値の高いコーヒーがより早く衰える主な理由は、カビや他の微生物が、豆の糖やタンパク質、脂質を食べているためと思われます。 クリストファー・フェラン氏は、発酵中に特定の酵母を植菌されたコーヒー豆は、従来の方法で精製処理された同じコーヒー豆よりも衰える速度が遅くなることを発見しました (フェラン、2020)...

RS_1.02 直接加熱するタイプのドラム式焙煎機の詳細

RS 1.02 直接加熱するタイプのドラム式焙煎機の詳細 最新の直接加熱するタイプのドラム式焙煎機は、基本的な機能は同じです。下の図は、典型的な直接加熱するタイプのドラム式焙煎機の詳細を示しています。 直接加熱するタイプのドラム式焙煎機の図。茶色の矢印は、焙煎機を通る豆の動きを示しています。白い矢印はエアフローを示しています。（ペレイラら、 2020） ドラムの下にあるガスバーナー（または他の熱源）がドラムを直接加熱します。同時に、排気口のファンが焙煎機に空気を引き込みます。バーナーは、空気が焙煎機の中に入る際に急速に空気を加熱し、その熱気はドラムを通過して排気口に到達します。 豆は、焙煎機の上に配置されたホッパーを介してドラムに入ります。ドラム内のパドルが回転することで豆をかき混ぜ、豆が均一に加熱されるようにしています。豆は主にドラムの内壁からの伝熱とドラムを通過する熱風からの対流によって加熱されます。排気ファンは、焙煎中にドラムから煙とチャフを取り除き、サイクロンがチャフを排気から分離させます。 焙煎の工程が終わったら、豆はドラムの前方にあるドアを通り、冷却トレイに落下します。冷却トレイ内で豆を素早く均一に冷却させるためにパドルによって混ぜられている間、強力なファンが豆を通して冷気を吸い込みます。 ドラム ドラム焙煎機の内側にあるミキシングベーンまたはパドル ドラムは、シングルウォールまたはダブルウォールのいずれかで、穴の開いていない金属または穴の開いた金属でできています。直接加熱するタイプのドラムは、炎の熱から豆を保護するために、一般的に穴の開いていない金属で作られています。例外は、発熱体が赤外線を介して豆に熱を伝達するように設計されている焙煎機の設計です。 ダブルウォールのドラムは2層の金属から成り、層と層の間に空気があります。これにより、内側のドラムの表面は炎の熱から断熱され、伝熱によって豆に伝わる熱量が減少します。内側のドラムに伝達される熱はより広範囲に広がり、「ホットスポット」の発生を防ぎます。これにより、より均一な焙煎が可能になり、豆の表面を焦がすリスクが軽減されます。 シングルウォール（左）およびダブルウォール（右）のドラム。ダブルウォールはドラムを断熱し、熱をより広い領域に分散させ、豆の表面を焦がすリスクを減らします。より厚いドラムまたはダブルウォールの設計を使用すると、より速い焙煎が可能になります。このタイプのドラムは熱伝導によって豆に伝達される熱の量を減らすので、より速く焙煎が可能になる点は直感的に理解しにくいです。ですが、豆の表面が焦げるリスクが軽減されることで焙煎機はより高温で焙煎でき、対流によって伝達される熱量が増加するため結果的に焙煎が速くなります。 バーナー バーナーがうまく設計されていると、ロースターは焙煎機の熱出力を迅速かつ正確にコントロールできます。 直接加熱するタイプのドラム式焙煎機では、熱源はドラムの下にあります。焙煎中にドラムに到達する熱をコントロールするには、ロースターが熱出力を迅速かつ正確にコントロールできる必要があります。これが、直接加熱するタイプのほとんどのドラム式焙煎機が、熱源にガスバーナーを使用している理由です。 主な例外は、サンプルを焙煎するために設計されたような非常に小さな焙煎機です。電気の発熱体は加熱・冷却に時間がかかり、発熱体が大きいほど時間がかかります。サンプルロースターの小さな発熱体は、小ロットの焙煎には十分な速さで加熱および冷却することができます。 サンプルロースターの小さなドラムは、電気の発熱体によって効果的に加熱することができます。 ガスを使用するサンプルロースターには、さまざまなタイプのバーナーが採用されています。バーナーのタイプは大きく分けて2つのカテゴリーがあり、大気圧バーナーと強制吸気バーナーに分類されます。自己吸引バーナーとも呼ばれる大気圧バーナーは、ガス単体の流れを利用して、燃焼に必要な空気の大部分をバーナーに引き込みます。この動きは、ベンチュリまたはインスピレーターと呼ばれるデバイスに依存しています。この狭い開口部または吹き出し口は、フローリストリクターと同様に、ガスがバーナーに到達する前にガスの流れを遮断します。ガスが狭い開口部を通過するためには、それにつながっている広いホースをガスが通る時よりもはるかに速く通過する必要があります。ガスの速度が速いほど圧力が低いというベルヌーイの定理を利用し、ベンチュリは低圧エリアを作ります。この低圧は空気をバーナーに吸い込み、ガスと空気を混ぜます。 ベンチュリの狭い開口部は、バーナーに低圧エリアを作り、燃焼のために空気を吸い込むことを可能にします。 空気圧バーナーはシンプルでメンテナンスの手間がなく、電気を必要としません。ただし、ガス圧や大気条件の変化は、ガスと空気の比率に影響を与え、燃焼の効率を低下させる可能性があります。ガスの浪費に加えて、不完全燃焼は一酸化炭素と煤が生じる量を増加させます。これらの欠点を克服するために、一部の焙煎機は、パワーバーナーまたはプレミックスバーナーとしても知られる強制吸気バーナーを使用していました。このタイプのバーナーは、ブロワーが積極的に空気をバーナーに送り込みます。このタイプの中で最も洗練されたバーナーは、ガスの圧力の変化に合わせて導入する空気の量を自動的に調整することができ、あらゆる条件下で最適なガスと空気の比率を用いることができます。強制吸気バーナーは、より高価で複雑なバーナーですが、より効率的で強力でもあるため、一般的に大型の焙煎機で使用されています。 ブロワーを使用してミキシングチャンバーに空気を送り込む強制吸気バーナーの簡略図 空気圧バーナーおよび強制空気バーナーは、さまざまなタイプのバーナーヘッドを用いて設計可能です。これらは通常、キャンドルバーナーやリボンバーナーなどの裸火を持っていますが、パティオヒーターに見られる種類のバーナーと同様に、燃焼面として金属またはセラミックメッシュを使用することもあります。このタイプのバーナーは主に赤外線熱を発生させますが、裸火は主に対流によって周囲の空気を加熱します。 1.02 終