コーヒー焙煎

コーヒー豆を焙煎すると、生豆の化学的・物理的性質が変化し、焙煎コーヒー製品になります。焙煎工程によって生豆の味が変化することで、コーヒー特有の風味が生まれます。焙煎されていない豆は、焙煎された豆と同等かそれ以上の量の酸、タンパク質、糖、カフェインを含んでいますが、焙煎中に起こるメイラード反応などの化学反応によって、焙煎コーヒー豆のような風味は得られません。

生豆は焙煎豆よりも安定しているため、コーヒーは消費される場所の近くで焙煎される傾向があります。^{[ 1 ]}コーヒーの大部分は商業的に大規模に焙煎されていますが、専門店で提供される「シングルオリジン」コーヒーのトレンドに伴い、小規模な商業焙煎も大幅に増加しています。コーヒー愛好家の中には、豆の風味プロファイルを試したり、焙煎したてのコーヒーをできるだけ新鮮に保つために、趣味として自宅でコーヒーを焙煎する人もいます。

歴史的資料によると、15世紀までにイエメンではコーヒー豆が飲料の準備の一環として意図的に焙煎されており、アラブのコミュニティは焙煎と煮沸の技術を開発し、コーヒーをそれまでの生のコーヒー豆や食用コーヒーとは異なるものにした。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

現存する最古の焙煎器具は、15 世紀にオスマン帝国と大ペルシャで使用されていた、金属または磁器製の薄くて円形の穴の開いた鍋でした。このタイプの浅く窪んだ鍋には長い柄が付いており、コーヒーが焙煎されるまで火鉢（熱い炭を入れた容器）の上に保持できました。豆は細いスプーンでかき混ぜられました。一度に加熱できる豆の量は少量でした。^{[ 5 ]}豆を動かし続けるためのクランクを備えた最初の円筒形焙煎機は、 1650 年頃にカイロに登場しました。これは金属製で、最も一般的には錫メッキされた銅または鋳鉄で、火鉢または直火の上に保持されました。このデザインのフランス、オランダ、イタリアのバリエーションがすぐに登場しました。これらは次の世紀にヨーロッパ、イギリス、アメリカ植民地で人気を博しました。^{[ 6 ]}

19 世紀には、大量のコーヒーを焙煎できるように、米国とヨーロッパで業務用焙煎機のさまざまな特許が取得されました。それにもかかわらず、家庭での焙煎は依然として人気がありました。1850 年代からミズーリ州セントルイスの業務用焙煎工場で働いていた男性は、「誰もが台所のオーブンでコーヒーを焙煎していたので、焙煎コーヒーを売るのは大変な仕事だった」と述べています。^{[ 7 ]}家庭での焙煎に対応した器具が開発されました。1849 年にオハイオ州シンシナティで、薪ストーブのバーナーの開口部に取り付けて使用する球形のコーヒー焙煎機が発明されました。生豆は地元の雑貨店や通信販売でも入手できました。^{[ 8 ]}焙煎には、オーブンの金属板の上に豆を一層並べたり、鋳鉄製のフライパンで豆を火にかけてかき混ぜたりするなど、多くの人が簡単な方法を使用していました。家庭での焙煎が広く普及していたにもかかわらず、バーンズは、規模の経済のメリットもあって、1860年代と1870年代に商業焙煎で大きな進歩があったため、家庭での焙煎はすぐに消滅するだろうと考えていた。バーンズが特許を取得した商業焙煎機の発明は、米国の焙煎業界に革命をもたらした^{[ 9 ]} 。これは、ドイツのエメリッヒ・アム・ラインでの革新が商業コーヒー焙煎を大きく進歩させたのとよく似ている^{[ 10 ]} 。 1864年にフィラデルフィアのアーバックル兄弟が、焙煎コーヒーの便利な1ポンド（0.45kg ）の紙袋を導入し、マーケティング上のブレークスルーを起こし、成功と模倣者をもたらした^{[ 11 ]} 。それ以来、商業焙煎コーヒーの人気が高まり、1900年代初頭にはアメリカで徐々に家庭焙煎を追い越した^{[ 8 ]} 。 1903年と1906年には、それぞれ米国とドイツで最初の電気焙煎機が特許を取得した。これらの市販の焙煎機は、煙や燃料蒸気がコーヒーに悪臭を与える問題を解消した。^{[ 12 ]}フランスでは、特に農村部では、家庭用焙煎機が業務用焙煎機に取って代わられるのは1920年代以降であった。家庭や店主は、ガラス、鉄板、または金網の回転シリンダーを備えたものや、手動、時計仕掛け、または電動モーターで駆動するものなど、さまざまな器具を使用して、少量ずつ濃い色になるまでコーヒーを焙煎していた。煙や吹き付ける茶殻のため、田舎の住民は一般的に屋外で焙煎していた。^{[ 13 ]} 

1950年代、インスタントコーヒーが人気のコーヒー飲料になり始めた頃、より伝統的な方法で淹れた飲み物を提供する、通向けのスペシャルティコーヒーハウスがオープンし始めました。1970年代には、世界中からさまざまな焙煎豆を提供するスペシャルティコーヒーハウスがさらに設立されました。1980年代と1990年代には、グルメコーヒー業界は大きな成長を遂げました。^{[ 14 ]} 1970年代と1980年代には、西ドイツでシーメンスシロッコ家庭用焙煎機が製造され、世界中で販売されました。これは、家庭の愛好家向けに作られた小型の流動床式焙煎機でした。この製品は、シロッコと呼ばれるサハラ砂漠の熱風にちなんで名付けられた商業用熱風焙煎プロセスにちなんで名付けられました。^{[ 15 ]} 1976年、化学エンジニアのマイケル・シベッツは、米国で製造するための競合する熱風設計の特許を取得しました。これは、経済的な代替品として人気を博しました。シベッツは、家庭用焙煎機は豆の品質に重点を置くべきだと主張した。^{[ 16 ]} 1986年から1999年にかけて、家庭用焙煎機の特許出願件数が急増した。^{[ 17 ]} 1990年代には、ドラム式焙煎機や流動床式焙煎機のバリエーションなど、より多くの電気式家庭用焙煎機が利用可能になった。2001年までに、グルメコーヒー愛好家はインターネットを利用して農園で栽培された生豆を郵送で購入するようになった。^{[ 18 ]}

コーヒー焙煎工程はコーヒー加工工程の後に行われ、コーヒー抽出工程の前に行われます。焙煎工程は基本的に選別、焙煎、冷却、包装から構成されますが、粉砕工程が含まれる場合もあります。生豆の袋はホッパーに投入され、ふるいにかけて異物を取り除きます。その後、豆は計量され、手作業、ベルトコンベア、または空気圧コンベアによって貯蔵ホッパーに移送されます。貯蔵ホッパーから、豆は焙煎機へと運ばれます。

最初は吸熱反応（熱を吸収する）ですが、約175 °C (347 °F)で発熱反応（熱を放出する）になります。 ^{[ 19 ]}焙煎機にとっては、これは豆自体が熱を帯びていることを意味し、焙煎機の熱源の調整が必要になる場合があります。焙煎サイクルの最後に、焙煎された豆は焙煎室から排出され、通常は空気または水で急冷されます。  

焙煎工程では、コーヒー豆は主に水分の損失と揮発性化合物の損失により、質量の 15 ～ 18% を失います。豆自体は重量が減少しますが、蒸発した水による内部圧力の増加により、体積は約 2 倍になります。^{[ 20 ]}ポップコーン。生のコーヒーには、かなりの量の単純糖が含まれている可能性があります。糖は焙煎温度で非常に反応性が高く、豆から水分が蒸発すると、糖はさまざまな方法で熱に反応し始めます。一部はカラメル化反応を起こし、特定のコーヒーに見られるキャラメルの風味を生み出します。^{[ 21 ]}

世界各地でコーヒーの焙煎にはいくつかの伝統的なバリエーションがあります。例えば、ベトナムでは、焙煎前にコーヒー豆に油（伝統的には澄ましバター​​）と少量の砂糖を塗って「バターロースト」にすることがよくあります。焙煎によって豆にさらにキャラメル状のコーティングができます。^{[ 22 ]}

最も一般的な焙煎機は、ドラム式と熱風式の2つの基本タイプに分類されますが、その他にも充填層式、接線式、遠心式焙煎機などがあります。焙煎機はバッチ式または連続式で運転できます。^{[ 23 ]}

ドラム式焙煎機は、加熱された環境下で豆を転がす水平回転ドラムで構成されています。熱源は、天然ガス、液化石油ガス（LPG）、電気、または木材で供給できます。最も一般的なのは、ドラムの下にある間接加熱ドラムを使用するものです。直火式焙煎機は、ドラム内の豆に炎が接触する焙煎機です。これらの機械は現在ほとんど稼働していません。^{[ 24 ]}流動床式または熱風式焙煎機は、コーヒー豆の下にあるスクリーンまたは穴あきプレートを通して加熱された空気を送り込み、豆を持ち上げるのに十分な力を加えます。豆はこの流動床内で転がりながら循環し、熱が豆に伝わります。^{[ 25 ]}

コーヒー焙煎業者の中には、焙煎中の豆の内部温度に応じて、「シティロースト」や「フレンチロースト」など、焙煎のさまざまな段階に名前を付けているところもあります。「焙煎プロファイル」と呼ばれるレシピは、風味特性を得る方法を示しています。コーヒーの産地、品種、加工方法、水分含有量、豆の密度、または望ましい風味特性など、さまざまな要因が、最適なプロファイルを決定するのに役立ちます。焙煎プロファイルは、一方の軸に時間、もう一方の軸に温度を示すグラフとして表すことができ、手動で記録することも、焙煎機のさまざまな部分にある温度プローブに接続されたコンピュータソフトウェアとデータロガーを使用して記録することもできます。^{[ 26 ]}

焙煎度合いを判断する方法の 1 つは、豆の色を評価することです。コーヒーは熱を吸収すると、色が黄色に変化し、その後、濃い茶色へと変化します。焙煎の後期段階では、豆の表面に油分が現れます。焙煎は、熱源から取り除かれるまで、さらに濃くなります。^{[ 24 ]}コーヒーは熟成するにつれても色が濃くなるため、色だけでは焙煎度合いを判断するのに不十分です。^{[ 27 ] [ 28 ]}焙煎業者は、焙煎工程を監視するために、温度、香り、色、音を組み合わせて使用​​するのが一般的です。有名なイタリアの焙煎業者であるジャンニ・フラージは、高品質のコーヒーを得るためには職人的な焙煎がいかに重要であるかを次のように説明しています。「直火に浸すことは浄化であり、死んだ豆を生き返らせるのです…豆の尊厳は直火によってのみ保証されます。」^{[ 29 ]}また、フラシによれば、豆は特定の「修道士のチュニック」色のニュアンスを帯びたときに完全に焙煎されたと定義され、この色は工程の正確な瞬間にのみ得られ、職人はそれを目で把握できなければなりません。この特定の色は、緑豆の潜在的な香りがすべて放出されたことの証です。この職人技は、イタリアの作家ルカ・ファリノッティ^{[ 30 ]}が2019年に受賞した著書^{[ 31 ]}『世界とレストラン』で体系化しています。

焙煎業者が聞き取る「クラック」と呼ばれる2つの現象があります。約196 ℃（385 °F）で、豆からパチパチという音がします。この時点は「ファーストクラック」と呼ばれ、非常に浅い焙煎の始まりを示します。ファーストクラックでは、大量の水分が蒸発し、豆は大きくなり始めます。豆が約224 ℃（435 °F）に達すると、「セカンドクラック」が発生します。この音は、豆が内部圧力によって膨張し大きくなるにつれて、豆の構造がもろくなり、割れることを示しています。^{[ 32 ]}焙煎がさらに進むと、焙煎プロセスの特性がつき始め、コーヒーの原産地の特性が失われます。^{[ 33 ]}    

豆内部に存在する脂質は、豆内部に蓄積された熱と圧力によって液化する。これらの脂質は、豆の表面によく見られる。油膜は、焙煎度が高いほど多く見られる。^{[ 32 ]}

これらの画像は、同じバッチの典型的なブラジル産グリーンコーヒーから、さまざまな豆の温度で採取されたサンプルを示しており、それぞれの主観的な焙煎名と説明が添えられています。^{[ 34 ]}

家庭での焙煎は、個人消費のために少量の生豆を焙煎するプロセスです。20世紀に入ってからも、家庭でコーヒーを飲む人は、焙煎済みのコーヒーを買うよりも、自宅でコーヒーを焙煎する方が一般的でした。その後、商業用コーヒー焙煎会社の台頭に伴い、家庭での焙煎の人気は衰えました。近年、家庭でのコーヒー焙煎は復活を遂げています。^{[ 47 ]}経済的なメリットがある場合もありますが、主な目的は、完成品の品質と特性をより細かく管理することです。

Extending the shelf life of roasted coffee relies on maintaining an optimum environment to protect it from exposure to heat, oxygen, and light. Roasted coffee has an optimal typical shelf life of two weeks, and ground coffee about 15 minutes. Without some sort of preservation method, coffee becomes stale. The first large-scale preservation technique was vacuum packing in cans. However, because coffee emits CO₂ after roasting, coffee to be vacuum-packed must be allowed to de-gas for several days before it is sealed. To allow more immediate packaging, pressurized canisters or foil-lined bags with pressure-relief valves can be used. Refrigeration and freezing retards the staling process. Roasted whole beans can be considered fresh for up to one month if kept cool. Once coffee is ground it is best used immediately.

Particulate matter (PM), volatile organic compounds (VOC), organic acids, and combustion products are the principal emissions from coffee processing.^[48] Several operations are sources of PM emissions, including the cleaning and destoning equipment, roaster, cooler, and instant coffee drying equipment. The roaster is the main source of gaseous pollutants, including alcohols, aldehydes, organic acids, and nitrogen and sulfur compounds. Because roasters are typically heated by combustion of natural gas, carbon monoxide (CO) and CO₂ emissions result from fuel combustion. Decaffeination and instant coffee extraction and drying operations may also be sources of small amounts of VOC. Emissions from the grinding and packaging operations typically are not vented to the atmosphere.

焙煎および冷却工程からの粒子状物質排出物は、通常、大気中に放出される前にサイクロンに送られます。焙煎工程からのガス状排出物は、通常、サイクロンによる粒子状物質除去の後、熱酸化装置または熱触媒酸化装置に送られます。一部の施設では、焙煎機を加熱するバーナーを熱酸化装置として使用しています。しかし、個別の熱酸化装置の方が効率的です。これは、必要な運転温度が通常650～816 ℃（1,202～1,501 °F）であり、これはほとんどの焙煎機の最高温度より93～260 ℃（199～500 °F）高いためです。一部の施設では、標準的な熱酸化装置と同等の制御効率を達成するために、より低い運転温度を必要とする熱触媒酸化装置を使用しています。触媒は、焙煎機の排気が焙煎機を加熱するバーナーに送られるシステムの制御効率を向上させるためにも使用されます。スプレードライヤーからの排出物は、通常、サイクロンとそれに続く湿式スクラバーによって制御される。    

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