Coffee Roasting Guide: What Is Airflow & How Can You Control It?

コーヒー

焙煎におけるエアフローとそのコントロールについて

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Coffee Roasting Guide: What Is Airflow & How Can You Control It?

はじめに

皆さん、こんにちは。

焙煎してますか?

本日も皆さんの焙煎の一助になればと思い、海外から良記事をご紹介します。

今回の記事によって「排気の強弱が焙煎にどのような影響を与えるか」ということについてある程度の見識が得られると思います。

これを機会に焙煎で行うそれぞれの操作の意味をもう一度見つめ直し、日々の焙煎にフィードバックすることで、焙煎の世界がさらに広がると期待しています。

それでは早速内容を見ていきましょう。

今回紹介する記事はおなじみのThe Perfect Daily Grindから”Coffee Roasting Guide: What Is Airflow & How Can You Control It?“です。

本編

Coffee roasting: it all comes down to heat. But did you know that the majority of the heat transferred during roasting is due to airflow? That’s according to Don Cox of Bald Guy Brew and The Coffee Roasting Institute

I reached out to several roasting professionals, including Bill Kennedy, Founder of coffee roaster manufacturer The San Franciscan Roaster Co., to ask: What is airflow? How does airflow affect coffee roasting? And how can coffee roasters manipulate this tricky variable for better roasts? 

Read on to discover their answers.

焙煎は結局のところ「熱」に帰着する。焙煎中の熱の移動の多くは「エアフロー」によるものである。これはBald Guy BrewおよびThe Coffee Roasting InstituteのDon Cox氏によるものである。

筆者は幾人かの焙煎のプロに接触し、その中の一人、焙煎機製造会社であるThe San Franciscan Roaster Co. の設立者であるBill Kennedy氏に話を聞いた。「エアフローとは何か?エアフローはどのように焙煎に影響しているのか?そしてロースターはどうしたらこの複雑に変化するエアフローをコントロールできるのか?

これらの答えを見つけるために読み進めていこう。

What Is Airflow?

“Airflow is pretty simple,” Bill tells me. “It really is what it sounds like. It really has to do with the movement of the system and how that air impacts what is going on within the system.” 

It may be simple, but it opens up a world of opportunity. A roasting machine will always have some degree of airflow, especially because heat causes air movement. However, you can also change the airflow during the roast.

“We can manipulate the temperature of the air, the velocity of the air, the pressure of the air…” Bill says.

So, why would you want to vary airflow? Because airflow is a key component in the roasting process.

エアフローとは何か?

「エアフローは実にシンプルです。」Bill氏は言う。「聞いたままです。それは本当にシステムの動きと関連していて、このエアーがそのシステムの中で起こっていることに大きな影響を与えます。」

それはシンプルかもしれないが、様々な可能性を提供する。焙煎機には常にある程度のエアフローがあるが、そのほとんどが熱によって気体の動きが引き起こされることによる。しかしながら、焙煎中のエアフローを変えることもできる。

「我々は気体の温度、気体の速度、気体の圧力を操作することができる」とBill氏は言う。

ではなぜエアフローを変えたいのだろう?それはエアフローが焙煎過程で重要な要素だからである。

The Relationship Between Airflow & Heat

Let’s quickly revisit middle school science: energy in the form of heat can be transferred by conduction, convection, and radiation. 

In roasting, conduction is what happens when the coffee beans are being heated directly by the metal of the drum. Heat passes from one solid to another. Convection, on the other hand, is the heat transfer caused by airflow.

Don tells me, “Airflow is one of the key mechanisms by which taste, aroma, and color are developed by air through the roast… Air is critical for heat transfer, for the combustion of gas, and it is critical for the development of the coffee.” 

エアフローと熱の関係

中学校の理科を簡単に振り返っておこう。熱の形をしたエネルギーは、伝導と対流、放射によって移動する。

焙煎では、伝導はコーヒー豆が金属製のドラムから直接熱せられることである。熱は固体から固体へ受け渡される。対流は、一方で、エアフローによって熱が受け渡されることである。

Don氏は言う。「エアフローはキーとなるメカニズムです。テイストとアロマ、色が焙煎を通した空気によって発達するからです。空気は熱の移動、ガスの燃焼に重要であると同時に、コーヒーの発達にも重要な役割を果たしているのです。」

That being said, airflow isn’t just about heat: Bill reminds me that airflow also removes chaff and small particles from the beans during roasting. 

However, playing with airflow is a key part of controlling a roast. “Changing those ratios between conductive and convective [heat transfer], that is where the craft roaster changes the outcome,” Bill says. 

“And because coffee is such a complex and organic product, you can roast coffee a million different ways and have a million different excellent outcomes in your cup of coffee. And that is one of the exciting things about coffee.”

エアフローは単に熱に関連しているだけではない。Bill氏は、エアフローがまた、焙煎中にコーヒー豆からチャフや微粉を取り除くことにも言及した  。

しかしながら、エアフローを操ることは焙煎をコントロールする重要な役割を担っている。「「熱の移動」における伝導と対流の比率を変えることは、焙煎士が結果をどのようにしたいのかによります。」とBill氏は言う。

「コーヒーはとても複雑で有機的な生産物なので、幾千通りの焙煎が可能で、幾千通りの素晴らしいカップを作り出すことができます。そして、これがコーヒーの面白いことの一つなのです。」

What Is The Impact of Airflow on Flavor?

Roasting needs both conductive and convective heat transfer. They complement each other – especially when it comes to flavor. 

“In the most general sense,” Bill says, “conductive heat transfer is where you are going to lock in flavors and sweetness… I won’t say that they are mutually exclusive, but where conductive heat transfer will lock in flavors and sweetness, convective heat transfer will help to find and give you greater clarity with those flavors.”

フレーバーへのエアフローの影響

焙煎には伝導と対流の両方の熱の移動が必要である。これらは互いに補完しあっていて、それは特にフレーバーについてである。

「最も一般的な感覚として」Bill氏は言う。「伝導熱はフレーバーと甘さを形作る、もっとも両者が相容れないとは言わないが、伝導熱はフレーバーと甘さを閉じ込め、対流熱はこれらのフレーバーをより明快なものにするだろう。」

Diagnosing Airflow Problems

There is no singular “right way” for anything in coffee roasting: not for charge temperature, not for roast time, and certainly not for airflow. Everything varies depending on the beans, the machine, and the roaster’s vision for this coffee.

In other words, we can’t say “you should always have an airflow between X and Y”. However, there are certain guides that can help roasters work out when the airflow was too low or too high for this particular coffee in this particular machine with this particular roast goal.

エアフロー問題の考察

コーヒーの焙煎については「正解」は一つではない。それは余熱についても、焙煎時間についても、そしてもちろんエアフローについても。全ては、豆、焙煎機、そしてそのコーヒーへの焙煎士のビジョンによって変化する。

言い換えると、「エアーフローは常にXとYの間であるべきだ」などとは言えない。しかしながら、ある特定のコーヒーある特定の焙煎機ある特定のゴールに向かって焙煎する際にはエアフローが低すぎるか高すぎるかを示す一定のガイドラインはある。

When there’s not enough airflow…

Dave Farfara of Shenandoah Joe in Charlottesville, USA, tells me that when the airflow is too low, there isn’t enough convection-based energy transfer. Roasters may see this in the form of low temperatures. And the result of this temperatures is baked coffee – beans with a dough-like profile where they spent too long slowly cooking in the roaster.

Don agrees, advising, “Too little airflow – which could be the result of poor maintenance or a fan that is underpowered to produce the necessary cubic feet per minute (CFM), a measurement of the velocity at which air flows into or out of a space – can result in a ‘muted’ acidity… an acidity with no character or that’s flat.” 

エアフローが十分でないと・・・

米国のCharlottesvilleにあるShenandoah JoeのDave Farfara氏が言うことには、エアフローが低すぎると、対流熱に基づくエネルギー移動が十分に行われなくなるということである。焙煎士は低い温度形成に見ることができるだろう。この温度における結果としてベイクトコーヒーができてしまう。ベイクトコーヒーというのは生地のようなプロファイルで、過度に長くゆっくりと焙煎機で調理された結果生じる。

Don氏はこれに賛同し、こうアドバイスする。「小さすぎるエアフローは、ファンがメンテナンス不足で、必要な毎分立法フィート(エアフローの速度を表す単位)の量を供給するにはパワー不足である結果もたらされるが、「弱々しい」酸味、つまり個性のない酸味かフラットな結果をもたらす」

But it’s not just about the coffee’s development. Bill says, “If you don’t have good airflow… you are not removing the impurities that you don’t want… These impurities can potentially burn and become ash on a microscopic level inside the drum, which will eventually give a kind of ashy flavor to your beans, even if they have a beautiful looking roasted appearance.”

Michael McIntyre of Catalyst Coffee Consulting agrees with him. “Not enough air movement and the batch will not have good cup clarity. In that case, the coffee will likely have a carbon quality from not effectively removing the exhaust.”

コーヒーの発達に関することだけではない。Bill氏が言う。「適度なエアフローがないと、不純物を吹き飛ばすことができません。これらの不純物はドラム内で燃えて顕微鏡レベルの灰になり、結果としてコーヒー豆の燻り臭につながります。仮に焙煎豆の見た目は美しくても、です。」

Catalyst Coffee Consulting のMicheal McIntyreは彼に賛同する。「十分な対流がないと、カップに良い明瞭さが得られないでしょう。その場合、コーヒーは不純物を十分に取り除けなかったことによって焦げ臭いものになってしまうでしょう。」

When there’s too much airflow…

On the other hand, if airflow is too high, the beans tend to heat too quickly. Michael warns that this can lead to tipping, where the edges of the beans become scorched. Due to the intense heat, the outside of the bean burns before the inside has an opportunity to develop.

Even if the roaster avoids tipping, the impact can still be tasted in the cup. Don says, “Generally speaking, an excessive amount of airflow will cause sourness due to the shortened roast.”

エアフローが過剰な場合・・・

一方で、エアフローが強すぎるとコーヒー豆は過度に速く熱せられる傾向がある。Michael氏が警告するのは、このことがティッピング、コーヒー豆の周縁部が焦げることにつながる、ということである。急激な加熱によって、内部が発達する前に表面が焦げるのである。

例えティッピングを避けたとしても、この影響はカップに現れるだろう。Don氏は言う。「一般的に言って、過剰なエアフローは短時間焙煎となるため酸っぱさの原因となる。」

Airflow Temperature, Velocity, & Pressure: What’s The Difference?

So far, we’ve been talking about airflow as if it were one simple thing. Unfortunately, it’s not that easy. The heat transfer during roasting is affected by the temperaturevelocity, and pressure of the air. 

Bill says, “The temperature of the air is important but the velocity of the air going by is also important, and the greatest risk…”

In other words, oversimplify airflow at your peril.

Yet while airflow velocity is important, you might find yourself relying on pressure measurements instead. “Testing airflow velocity is difficult because, whether there is an airflow meter or something like that, smoke and oils can obstruct those devices,” Bill explains. “Pressure and velocity have a direct correlation to each other, so the best next thing is to use the pressure gauge, like a Magnehelic.”

エアフローの温度と速度、圧力について。違いは何か?

ここまで、まるでエアフローは一つのシンプルなものであるかのように述べてきた。残念ながら、それほど簡単なものではない。焙煎中の熱の移動は、空気の温度と速度、圧力に影響される。

Bill氏は言う。「空気の温度は重要だが風速もまた重要であり、そして最大のリスクは…」

言い換えると、エアフローを単純化しすぎることである。

エアフローの風速が大事だとしても、代わりに圧力計を使うことができる。「エアフローの速度を計測するのは難しい、それはエアフローメーターがあろうとなかろうと、煙やオイルがこれらの機器の邪魔をするからである。圧力と速度は密接に関連しているので、代わりにMagnehlicのような圧力計を使うことができる。」

What does pressure have to do with velocity? “Actually, velocity and pressure are very closely related because we are not really manipulating the pressure as much as we are manipulating the velocity and the temperature of the air,” Bill tells me. 

In other words, you control the velocity but do this based on the pressure readings. “The more of the negative pressure you experience… means higher velocity,” Bill explains. 

While this might seem complicated at first, it will get easier with time. “Your mind will start making associations between the dial setting on the Magnehelic, which you will notice in your software, and ultimately your time and temperature benchmarks, with your nodes of your pressures settings,” Bill reassures me.

圧力は速度とどのような点が関係しているのだろうか。「実際、風速と圧力は緊密に関連しているので、風速や温度ほど圧力をコントロールしなくても良いのです。」とBill氏は言う。

つまり、圧力に基づいて風速をコントロールすると言うことだ。「より強い陰圧が生じているということは、より大きな風速が生じているということを意味します。」とBill氏は説明する。

複雑なようだが、「時間」を測ればより簡単になる。「圧力計(Magnehelic)の目盛りと経過時間及び温度のベンチマークを関連付けることから始めてください。」とBill氏は安心させる。

How to Control Airflow

It’s one thing to understand what airflow velocity is and the impact of it. But how do you control it? Michael recommends adjusting the dampener or variable fan at critical points in the roast.

He adds that some roasters prefer to use the full airflow and adjust other variables, such as the gas pressure or flame application. 

As an additional tip, he recommends keeping the batch size at 50–60% of the drum capacity “if you find that your roaster does not promote good air movement.” 

But remember, you don’t want the same amount of airflow at all stages of the roast.

エアフローのコントロールの方法

ここまででエアフローの速度とその影響について理解できた。しかし、それをどのようにコントールすればいいのだろうか?Michael氏はダンパーあるいは可変のファンをローストの重要なポイントで調節することをすすめる。

ロースターによっては、エアフローは全開でガス圧などを調節することを好む、と彼は付け加えた。

しかし、忘れてはいけないのは、全ての焙煎ステージで常に同じエアフローは望まない、ということである。

Varying Airflow Throughout The Roast

Let’s look at the roast process step-by-step:

Bill says, “If you have too much convective heat [airflow] at the beginning of the roast, you are removing moisture too quickly, in my opinion. We want the drying to happen [but] we don’t want the beans to become so dry that we lose flavor notes.”

Don agrees. “In the beginning of the roast, you want to have less air so you can let the heat into the bean for an endothermic reaction (the energy being absorbed in the form of heat), because we need the Maillard reaction to happen, we need the Strecker to develop, we need pyrolysis to occur.”

焙煎中のエアフローの変化

焙煎過程を順に見ていこう。

Bill氏は言う。「これは私の意見ですが、焙煎の始めの段階で対流熱(エアフロー)が過剰だと、水分を早く奪いすぎます。もちろん水分を飛ばしたいのですが、豆が過度に乾燥するとフレーバーが失われるのです。」

Don氏はこれに賛同する。「焙煎の始めには、エアフローは弱めにして豆の内部に熱が伝わるようにすることで、吸熱反応(熱という形でエネルギーが吸収されること)を促進します。なぜなら、メイラード反応を起こし、ストレッカー反応を発展させ、熱分解を起こす必要があるからです。」

When yellowing begins, it’s time to adjust the airflow. “We need to help the bean out,” Don says, “because, at this point, we know that dehydration is occurring. So, we open the air so that it helps to strip the free water molecules off of [the coffee].”

And Michael reminds me of the importance of airflow on the end temperature. “A machine that has more airflow control can reach a desired mass loss at a lower end temp than one lacking that control/efficiency.” 

豆が黄色くなり始めたら、エアフローを調節するタイミングだ。Don氏は言う。「このタイミングで水分が飛び始めるので、空気の流れを解放し、水分子がコーヒー豆から飛ばされるのを促進します。」

Michael氏は最終的な温度におけるエアフローの重要性についても念押しした。「エアフローをコントロールする性能が高い焙煎機では、性能が低い焙煎機に比べて低い温度で目的の量の水分を飛ばすことができます。」

One Example of How You Might Vary Airflow

But controlling airflow isn’t just about following a set pattern. As Michael says, “Just as you would adjust the flame, and even the drum speed, for different coffees such as Pacamara, Maragogype, peaberries, naturals and lower-density coffees, it is equally important to observe airflow.”

So, how would he adjust the airflow for these? He takes the example of natural processed coffees. “I tend to prefer less airflow through the drying phase on naturals, gradually increasing airflow going into the post-first-crack phase.”

エアフロー操作の一例

エアフローのコントロールというのはいつも同じようにすればいいというわけではない。Michael氏が言う。「火力やドラムスピードを異なる豆、例えばパカマラやマラゴジッペ、ピーベリー、ナチュラル精製、低密度のコーヒーなどに合わせて調節するのと同様にエアフローをチェックすることは重要なのです。」

それなら、これらに対して彼はどのようにエアフローを調節しているのだろうか。ナチュラル精製のコーヒーを例に説明する。「ナチュラルに対しては水分を飛ばす段階ではエアフローを弱めにします。そこから1ハゼ前のフェーズまでエアフローを徐々に増やしていきます。」

We’ve already discussed how conductive heat can enhance sweetness and convective heat, or airflow, clarity. And natural coffees are known for their sweetness and fruitiness, while washed coffees are better known for their cleanness.

“I think the fruit and sugars in naturals are enhanced by promoting better conductive heat,” Michael continues. “However, you also have to be a bit more aggressive with airflow through the later portions of the roast, because naturals can become easily muddled through poor exhausting.”

Even here, though, there is room for experimentation. “It is also not a one-size-fits-all rule,” Michael stresses. “Coffee always surprises us.”  

伝導熱が甘さを増大させ、対流熱(エアフロー)がクリーンさを形成することはここまでで示した。そして、ナチュラルコーヒーはその甘さやフルーティさでよく知られており、ウォッシュドコーヒーはそのクリーンさで知られている。

「私が考えるに、フルーティさや甘さは伝導熱を上手く使うことで増大します。」Michael氏は続けた。「しかしながら、焙煎後半では少し積極的にエアフローに強めなければなりません。なぜなら、ナチュラルは燃えかすによって簡単に濁ったものになってしまうからです。」

しかしここにも検証の余地は残されている。「これが全てではありません。」Michael氏は強調する。「コーヒーはいつだって私たちに驚きを与えてくれます。」

Airflow: it’s key to roasting. And while it might seem simple – more airflow means more convection heat and better clarity – mastering this is as challenging as every other element of coffee roasting. How much airflow should you use for that high-altitude natural coffee with great sweetness? How quickly should you increase airflow during drying for that washed Colombian? 

But the more we experiment with coffee roasting, the more we discover. And that is one of the most exciting things about this craft.

So, play with airflow. Try different profiles with the same coffee and the same profile with different coffees. Take notes, evaluate and, most of all, have fun. 

Written by Angie Molina.

エアフローは焙煎のキーである。それはシンプルなように見える、つまりエアフローが強いほど対流熱が強く、クリーンさが増すということである。しかし、これをマスターすることは、焙煎の他の要素同様、チャレンジングなことだ。高い高度のナチュラルコーヒーの素晴らしい甘みを引き出すにはどの程度のエアフローを用いるべきだろうか?ウォッシュドのコロンビアに対しては、ドライング中からどの程度早くエアフローを増やすべきだろうか?

コーヒー焙煎の検証が進めば、より多くのことがわかる。それこそが、この作業の最もエキサイティングなことの一つである。

だから、エアフローをいろいろ操作してみよう。同じ豆で違ったプロファイルを、同じプロファイルで違う豆を試してみよう。メモを取り、評価し、何より楽しもう。

まとめ

直訳しようとするとどうしても不自然な日本語になってしまいますね…

でも結局はこういうことかと思います。

コーヒー焙煎には伝導熱と対流熱が関わっている。

伝導熱は余熱された焙煎機のドラムなどから受け取る熱で、対流熱は熱源から排気にかけて流れる空気によって運ばれる熱である。

エアフローとは対流熱のことである。

ざっくりいうと、伝導熱が甘さやフレーバーを形成し、対流熱はそれを明確にし、クリーンさを形作る、ということである。

焙煎初期には、焙煎機そのものから受け取る伝導熱を、豆から水分が蒸発し始めたら対流熱を使って水分を適度に飛ばしてやり、クリーンさを、というのが基本的な形である。

ただし、エアフローにはチャフなどの不純物を吹き飛ばす作用もあることを忘れてはならない。

とまぁ、こんな感じでしょうか。

技術的なことをいうと、エアフローつまり風速を正確に計測するのは難しいので、ドラム内の圧力や排気の温度などを代用して考察しましょう、とも言っているます。

輻射熱はどこいったんじゃー!

補足;「ニュートラル」を使う方法

とは言っても、圧力計を設置したり、排気温度計を設置するのは少しハードルが高い場合もあるかと思いますので、日本で伝統的に用いられてきた「ニュートラル」というアイデアについて紹介します。

焙煎中に、豆投入口やテストスプーンの差し込み口に手をかざすと、熱い空気が噴き出していることがあります。

この時に、ダンパーを解放していくと、あるところでフッと空気の放出がなくなるポイントがあります。

このポイントを「ニュートラル」と呼びます。

「熱い空気が放出されている」ということはドラム内の圧力が高いということを示しています。

「ニュートラル」というのは、熱源からドラムへの空気と排気量のバランスが取れている、つまりその火力と温度において最も熱効率の良い状態ということになります。

ニュートラルの状態よりダンパーを閉めればエアフローは弱くなり、開けばエアフローは強くなるということです。

因みに、ドラム内の温度はだんだんと上がっていきますので、圧力も上昇していきます。

つまり、それに合わせてニュートラルのポジションも変わっていきます。

ただし、ニュートラルを使用する場合は、エアフローの強さを定量的に測ることはできませんので、「強さ」を変えた場合の再現性は低くなってしまいます。

長くなりすぎましたのでこの辺で。

それではまた!

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