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• 隨著國人生活習慣逐漸西化，人們對於咖啡的需求與日俱增，每天一杯咖啡，已變成很多民衆的生活習慣，咖啡已成爲人們喝茶以外的另一種飲料選擇。很多人一天的生活從啜飲咖啡開始，甚至每天不喝個兩三杯無法提起精神工作。近幾年，走進北上廣深的大街小巷，即可看到許多個性咖啡館內堆著一包包標有產地、等級的咖啡麻布袋，旁邊擺著比人還高的烘豆機，在在宣告：“自家精緻烘焙莊園單品咖啡時代的來臨”！更有咖啡愛好者喜愛自行烘焙適合自己口味的咖啡，因此市面上出現適合個人（家庭）使用咖啡烘焙機。
   
  隨著個人化風潮的興起，現在事事開始講求個人化，無論時裝造型、科技或是餐飲追求是如此，現在連咖啡也開始講求個人口味。坊間已有部分咖啡館推出個人化服務，可以依客戶需求調配、烘焙出一款專屬的咖啡，將咖啡變成一種獨一無二的個人化味覺享受。更有部分咖啡愛好者，喜愛自行調製、烘焙個人化口味咖啡，因運此一流行風潮，市面出現各式各樣的咖啡烘焙機，常見咖啡豆烘焙機類型包括：熱風式、直火式及半直火半熱風式，前述的火除包括瓦斯爐火與炭火之外，還包括紅外線與電熱管。
   
  上述熱風式咖啡烘焙機的優點是熱效率高，加熱快，生豆受熱比較均勻，且烘焙過程易控制，但也因容易導致升溫過快，造成豆子“夾生”，而且升溫過高容易使得焦糖化反應不夠充分的缺點；直火式咖啡烘焙機，雖有烘焙時間較長，使得焦糖化反應比較充分，但卻容易造成烘焙不均，火候控制不好的話還容易燒焦咖啡豆，形成焦苦味。因此結合前述兩種咖啡烘焙機優點的半直火半熱風式咖啡烘焙機是目前商用烘焙機器的主流[5]。
   
  二、研究目的
   
  因半直火式半熱風式機器兼具直火式和熱風式的優缺點，本研究針對現行市面上一款半直火半熱風式咖啡烘焙機的烘焙缺失，探討如何改善其功能，期使其能充分發揮直火式和熱風式的優點，並同時避免因烘焙時加熱不均勻，而出現“三色豆”混雜情形
   
  三、咖啡烘焙原理
   
  整個咖啡烘焙過程有點像是烤肉，只是烤的東西是咖啡生豆，透過整個烘焙（加熱）過程中對咖啡生豆進行熱傳導、熱對流及熱輻射作用，使它產生褐變反應、焦糖化反應、梅納反應及乾餾作用等，並發展咖啡香氣與口味，使從原本淡而無味的生豆，到能釋放出咖啡的迷人香味，同時將每一顆果子蘊藏的個性――酸味、甜味、苦味淋漓盡致的揮灑出來。因此，烘焙是每一顆咖啡豆勾畫性格、孕育香味最重要的一站。
   
  一般咖啡豆的烘焙時間約13——16分鐘（視生豆的含水量及烘焙程度而定），溫度可高達232℃以上，且在加熱過程中必須歷經多次化學變化，發出兩次像爆米花過程似的清脆響聲，並喪失15％——25％重量的水分。其主要過程包括[6]：
   
  脫水：
   
  咖啡豆還未烘焙之前聞起來有一股生生的青草味，有些乾燥處理的生豆甚至還有一股發酵的臭味！這時咖啡生豆一般還含有10%左右的水份，當烘焙開始的時候，這些水份將會是首先從咖啡豆中跑出來的東西，所以一開始的這個階段稱爲“脫水”。同時咖啡豆開始“焦糖化”，在焦糖化過程中，咖啡豆裏面的糖類、脂肪、蛋白質與氨基酸等物質開始相互作用並且結合，結果就是從一開始的兩百多種物質到最後產生超過八百種以上的物質。
   
  第一爆：
   
  此時的溫度大約在190-200℃左右，一開始會聽到零星的爆裂場，然後聲聲逐漸密集，最後又漸漸的稀疏乃至結束爆裂聲（因爲每次烘焙生豆條件不同，所以溫度會有些微差異），此時咖啡豆的顏色已經不是一開始的土黃色，而是呈現稍淺的咖啡色，一般的咖啡豆至少都會烘到這個程度才起鍋，我們稱這種烘焙程度爲“淺焙”。
   
  第二爆：
   
  第一爆結束時的溫度大概會在205度左右，之後隨著加熱的繼續，溫度繼續升高，咖啡豆的顏色會逐漸變深，當溫度到達230度的時候咖啡豆還會再發出爆裂的聲音，這就是“第二爆”。第二爆的聲音細小而且頻率比較高，跟第一爆不太一樣，同時咖啡豆表面的膜會脫落，進入第二瀑的咖啡豆顏色會更深，同時表面開始出現油光。一般界定烘焙程度在一爆結束後到二爆前爲“中焙”，而烘焙程度在二爆初到二爆中段的劇烈爆爲“中深焙”。
   
  深焙階段：
   
  第二爆結束之後就進入深焙的程度了，這時候咖啡豆變成油亮的黑色，還會冒出大量的煙，到了這個程度溫度通常還未超過240度左右，若是還想做更進一步的極深焙，那就得將溫度提升至240度以上，而這大概也是咖啡豆烘焙深度的極限了。
   
  四、研究方法
   
  爲使參與本研究的同學對直火式、熱風式及半直火半熱風式三種咖啡烘焙機的烘焙過程有進一步瞭解，以利烘焙機優化過程的順利進行，本研究先行採取簡易之烘焙機設計。其中直火式烘焙機的設計，其烘焙過程主要的熱源來自於咖啡烘焙機內鍋的熱傳導（底部加熱），其次是熱輻射及熱對流，此一類烘焙機是否能烘焙成功完全取決於溫度是否控制得宜及是否攪拌均勻。而熱風式烘焙機的設計，主要是利用鼓風機吸入空氣，再讓空氣通過一個加熱源（加熱線圈）使其溫度升高，利用熱風作爲加熱源來烘焙咖啡豆，熱風不但可以提供烘焙時所需要的溫度，也可以利用氣流的力量翻攪咖啡豆，使咖啡豆均勻受熱，加熱作用以熱對流爲主。
   
  半直火式烘焙其實與直火式烘焙比較類似，期噌焙過程如同直火式烘焙般，由烘焙機內鍋底部直接對咖啡加熱（熱傳導），同時還加上了抽風的設備，將烘焙容器外面的經過加熱後之熱空氣導入烘焙室入中提升烘焙效率，這個抽風設備的另一個功能則是將脫落的銀皮（附著於咖啡種子外層的薄膜）吸出來，避免銀皮在烘焙室裏因爲高溫而燃燒，進而影響咖啡豆的味道。半直火式半熱風式烘焙機兼具直火式和熱風式的優缺點，當熱風開得越大，轉速越快，則此一烘焙結果就越接近熱風式烘焙；反之則越接近直火式，半直火式烘焙機簡易功能構造如圖7。
   
  五、結果與討論
   
  另外，透過對此款咖啡烘焙機運作的認識，我們發現造成三色豆的成因是在進風口設計，原咖啡烘焙機設計爲了方便咖啡豆烘焙完成後能順利將咖啡豆排出，設計有排豆出口，但原設計又將熱氣進口與咖啡豆排出口緊鄰，造成熱空氣進入咖啡烘焙內鍋時，同時會吸入部分鍋外冷空氣，造成進入鍋內空氣平均溫度下降，形成導入空氣溫度底於咖啡烘焙內鍋溫度。透過將熱氣進口與咖啡豆排出口隔離的設計，可改善此款烘焙機的烘焙功能，圖9爲修正設計後之咖啡烘焙機正進行咖啡烘焙作業。