Während des Röstens wird Wärme durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung auf Kaffeebohnen im Röster übertragen.
Bei Trommelröstern werden 70% der Wärme durch Konvektion und 30% durch Wärmeleitung übertragen.
Wärmeübertragung durch Wärmeleitung (Berühren)
Grüne Kaffeebohnen werden zuerst durch Wärmeleitung (direkter Kontakt) in direkt erhitzten Trommelröstern erhitzt, die Wärme direkt auf die Bohnen übertragen, d. H. Wärme erreicht die Bohnen, wenn sie heiße Trommelwände berühren.
Die äußere Schicht der Trommel wird durch einen Brenner erwärmt, während die Heißlufteinlässe auf der Rückseite der Trommel den Kontakt der heißen Luft mit grünen Kaffeebohnen ermöglichen.
Die Innentemperatur des Kaffeerösters muss vor dem Rösten ein bestimmtes Temperaturniveau erreichen, das vorzugsweise über 180 ° C liegt.
Unmittelbar nach dem Laden der Bohnen in die Trommel wird die Wärme in den ersten Minuten durch Wärmeleitung (Berühren) auf die Bohnen übertragen.
Nachdem die Bohnen geladen wurden, beginnt die Innentemperatur zu sinken. Der größte Teil der primären Wärmeübertragung erfolgt durch Konvektion.
Wärmeübertragung durch Konvektion (Reflexion)
Heiße Kaffeebohnen, die ihre eigene Wärme durch Reflexion auf andere Bohnen übertragen, sind die Wärmeübertragung durch Konvektion.
Die Wärmequelle hat bei Heißlufttrommelröstern keinen direkten Kontakt mit der Trommel. Heiße Luft wird in einer separaten Heizung erzeugt und erwärmt die Bohnen beim Durchströmen. Die Oberflächentemperatur der Trommel ist während des Röstens niedrig.
Bei Heißluftröstern wird der größte Teil der Wärme durch Konvektion übertragen.
Wärmeübertragung und Temperatur
Mindestens die ersten 2/3 des Röstprozesses sind endotherm, d. H. Bohnen absorbieren Energie und Wärme bewegt sich von außen nach innen innerhalb der Bohnen.
Die Temperaturänderung (∆T) bestimmt das Verhältnis der Wärmeübertragung. Ein höherer „∆T“ -Wert verändert die Wärme in der Bohne schneller.
Der „∆T“ -Wert beträgt zu Beginn des Röstens ungefähr 50 ° C. Dieser Wert bleibt entweder fest oder steigt geringfügig an und nimmt dann mit fortschreitendem Bratzyklus ab. Mit anderen Worten steigt die innere Bohnentemperatur bis an
es wird während der ersten Minuten des Röstens an die äußere Bohnentemperatur angepasst. Im Allgemeinen liegt der ∆T-Wert beim schnellen Rösten auf dem höchsten Niveau, während er beim langsamen Rösten niedriger ist.
Wärme- und Stoffaustausch in der Bohne
Während des Röstzyklus beginnt die Feuchtigkeit in der Bohne aus der äußeren Schicht zu verdampfen, und die Verdunstung dehnt sich während des Röstens auf die inneren Schichten aus.
Die Zellulosematrix der inneren Bohne, die kühler als die äußere ist, bleibt unverändert und fängt die Feuchtigkeit in der Mitte ein. Das in der Bohne eingeschlossene Wasser wird warm, verwandelt sich in Dampf, dehnt sich aus und zwingt die Bohne zum Quellen, indem der Druck im Inneren erhöht wird.
Die Messergebnisse von Experten zeigen, dass der Innendruck, der von 5,4 atm bis 25 atm variiert, so stark ansteigt, dass die Zellulosematrix der Bohne aufbricht, und dann zuerst ein Knallen auftritt. Die Zentralwärme der Bohne steigt an, während unter Druck stehender Wasserdampf und CO2-Gas aus dem Riss entweichen.
Wärmeübertragung und Feuchtigkeit
Während des Röstens beeinflussen Feuchtigkeit in der Trommel sowie in der Bohne die Wärmeübertragung.
Nach der ersten Verzögerung erhöht Feuchtigkeit in der Trommel den Effekt der Wärmeübertragung und beschleunigt den Feuchtigkeitsverlust in der Bohne.
Die innere Feuchtigkeit der Bohne wirkt sich jedoch beim Rösten komplizierter aus.
Drei grundlegende Auswirkungen eines hohen Feuchtigkeitsgehalts auf die Wärmeübertragung sind:
1. Hohe Feuchtigkeit beschleunigt die Wärmeübertragung, da sie die Wärmeleitfähigkeit erhöht.
2. Hohe Feuchtigkeit erhöht die Wärmeaufnahmekapazität (Absorptionskapazität) der Bohne, wodurch die Bohne mehr Energie zum Erhitzen benötigt.
3. Hohe Feuchtigkeit sorgt für mehr verdampfte Feuchtigkeit aus der Bohne, indem die Wärmeübertragung in die Bohne blockiert wird.
Feuchte Bohnen sollten einer höheren Hitze ausgesetzt werden, während trockene Bohnen einer niedrigeren Hitze ausgesetzt werden sollten, da feuchte Bohnen sicherlich langsamer erhitzt werden als trockene.
