Dehydration

#Dehydration : น้ำออกจากเมล็ดไปยังไง? และทำไมถึงสำคัญต่อ First Crack อย่างยิ่งยวด?
เรื่องน้ำถือเป็นเรื่องใหญ่มากๆสำหรับนักคั่ว...ไม่เข้าใจไม่ได้

หลายคนอาจจะคิดไม่ถึงนะครับว่าการ Drying หรือไล่ความชื้นออกในระหว่างการคั่วนี้มันสำคัญยังไง ? ความจริงแล้วการเกิดปฏิกริยาเคมีที่ให้กลิ่นรสมากมายในกาแฟล้วนแต่ต้องมีน้ำเข้ามาเกี่ยวข้องครับ ถ้ามีน้ำมากไปเคมีก็ไม่ค่อยเกิด แต่ถ้าน้ำน้อยไปเคมีก็ไม่เกิดอีกเหมือนกัน
ปริมาณน้ำในเมล็ดกาแฟหรือที่เราเรียกกันว่าความชื้นในเมล็ดนั้นจะส่งผลต่อพฤติกรรมของเมล็ดในระหว่างการคั่ว กาแฟที่ความชื้นสูงจะมีค่าการนำความร้อนมากกว่ากาแฟความชื้นต่ำ (ซึ่งช่วยถ่ายเทความร้อนจากด้านนอกเข้าไปยังด้านในทำให้เมล็ดมีระดับอุณหภูมิใกล้เคียงกันทั้งผิวและแกนกลาง) และหากมองลึกเข้าไปอีกนิด...เราจะพบว่าเมล็ดที่มีการกระจายตัวของน้ำที่สม่ำเสมอจะส่งผลทางคุณภาพการคั่วที่ดีกว่าเมล็ดที่มีการกระจายตัวของน้ำแย่ (จึงเป็นเหตุผลที่ทำไมเราต้องตากกาแฟให้ประณีตถูกต้องตามหลักการทำแห้งที่ดี)
เมล็ดกาแฟที่คั่วแล้วสีเนียนสม่ำเสมอมาจากการกระจายความชื้นที่ดี และจะส่งผลถึงการพัฒนารสชาติที่สม่ำเสมอด้วย
และรู้หรือไม่ว่าปรากฏการณ์แตกตัวครั้งที่ 1 ในระหว่างคั่วหรือที่เรียกว่า First Crack ซึ่งเป็นจุดเริ่มของการพัฒนาตัว (Development) ของกาแฟนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร? มาดูกันครับ
----
ก่อนอื่นมารู้จักคำว่า Dehydration หรือการสูญเสียน้ำกันก่อน
การสูญเสียน้ำออกไปจากเมล็ดในระหว่างการคั่วหรือ Dehydration มีสองระดับคือ การระเหย (Evaporation) และ การกลายเป็นไอ (Vaporization)
Evaporation หรือการระเหย : คือการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นไอที่เกิดเฉพาะบริเวณผิวหน้าของของเหลวโดยสามารถเกิดขึ้นได้โดยที่ไม่จำเป็นต้องถึงอุณหภูมิจุดเดือด ( สำหรับน้ำจุดเดือดคือ 100 C ) น้ำสามารถระเหยได้ตั้งแต่อุณหภูมิ 0-100 C โดยอัตราการระเหยจะขึ้นกับระดับอุณหภูมิด้วย
Vaporization หรือการกลายเป็นไอ : คือการกลายเป็นไอของน้ำเมื่อได้รับพลังงานมากจนถึงจุดเดือดซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนสถานะที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว (นึกถึงภาพน้ำเดือดปุดๆในหม้อบนเตาไฟ แป๊บเดียวน้ำหายไปค่อนหม้อเลย) โดยในการคั่วกาแฟนั้นเราถือว่า vaporization มีบทบาทสำคัญต่อการกำหนดคุณภาพของกาแฟ
กาแฟจะเริ่มสูญเสียน้ำในแบบ evaporation ทันทีนับตั้งแต่เริ่มคั่วไปจน bean temp. เพิ่มขึ้นไปราวๆ 100 C ต่อจากนั้นจึงเกิด vaporization หรือการกลายเป็นไอตามมาเนื่องจากการเดือด
ตอนที่เมล็ดยังร้อนไม่ถึง 100 C น้ำอิสระ (free water) ที่ผิวของเมล็ดจะระเหยไปยังอากาศหรือกระแสลมภายในถังคั่ว ยิ่งลมมีความเร็วมากน้ำก็ยิ่งระเหยเร็วขึ้นตามและเกิดการเคลื่อนตัวของน้ำจากแกนกลางออกไปสู่ผิวเมล็ด
เมื่อมาถึงจุดเดือดคือ 100 C เริ่มเกิดไอน้ำเดือดหรือที่เรียกว่า steam ซึ่งไอน้ำเดือดพวกนี้จะมีการขยายตัวหรือต้องการพื้นที่มากกว่าตอนเป็นสถานะของเหลว ความดัน (pressure) ในเซลล์จึงเริ่มก่อตัวขึ้น
สิ่งที่ต้องเข้าใจอย่างหนึ่งเกี่ยวกับธรรมชาติก็คือ “จุดเดือด” ของน้ำที่แต่ละระดับความดันนั้นไม่เท่ากันครับ เช่น
ที่ความดัน 1 บรรยากาศ (1 bar) น้ำมีจุดเดือด 100 C แต่ถ้าความดัน 2 บรรยากาศ น้ำจะเดือดที่ 120 C เป็นต้น
แรงดันไอน้ำไม่เพียงแค่ไปกระทำต่อพื้นผิวเซลล์ส่วนต่างๆเท่านั้นแต่ยังไปกดดันต่อผิวหน้าของน้ำที่ยังเป็นของเหลวด้วย แรงดันที่สะสมเพิ่มขึ้นตามพลังงานความร้อนที่ยังคงป้อนให้อย่างต่อเนื่องทำให้เกิดแรงดันไอน้ำที่เรียกว่า Steam Pressure ซึ่งส่งผลทำให้จุดเดือดของน้ำค่อยๆเปลี่ยนไป ยกตัวอย่างความดันที่เพิ่มขึ้นจาก 1 bar กลายเป็น 2 bar จุดเดือดของน้ำก็เพิ่มขึ้น จาก 100 C เป็น 120 C พอความดันขึ้นไปถึงระดับ 4 bar จุดเดือดของน้ำก็ขยับไปเป็น 150 C
แปลว่าถึงแม้เมล็ดกาแฟจะร้อนเกิน 100C ไปมากๆแล้วแต่ก็ไม่ได้แปลว่าน้ำในเมล็ดจะเป็นไอน้ำไปทั้งหมด เพราะจะมีน้ำบางส่วนยังเป็นของเหลวอยู่
แรงดันในเมล็ดกาแฟที่เกิดขึ้นจะอยู่ในย่าน 5-20 bar ขึ้นกับระดับการคั่วและการให้ไฟ ( ปั๊มน้ำแรงดัน 1 bar สามารถดันส่งน้ำได้สูง 10 เมตร) ซึ่งความดัน 20 bar นี่ก็เป็นพวกกาแฟคั่วเข้มมากๆน่ะครับ
ถามว่าตอนเกิด first crack ซึ่ง bean temp ประมาณ 190-200 C น่าจะมีความดันภายในเมล็ดเท่าไหร่?
อ้างอิงจากตารางคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ของน้ำ ...ผมคาดว่าคงจะราวๆ 12.5-15.5 bar!
[ดูภาพตาราง​ saturated steam table ประกอบ, 0.1MPa=1bar]
ขอสรุปเบื้องต้นก่อนว่าการที่เมล็ดที่กำลังคั่วร้อนขึ้นเรื่อยๆนั้นส่งผลให้เกิดการระเหยในช่วงต้นและเกิดการเดือดเมื่อผ่าน 100 C จนพาไปสู่การสะสมของแรงดันไอน้ำขึ้นภายในซึ่งความดันก็กลายเป็นตัวควบคุมไม่ให้น้ำเดือดเป็นไอไปเสียทั้งหมด เพราะจุดเดือดก็ขยับหนีไปเรื่อยๆทำให้ยังคงมีน้ำที่เป็นของเหลวคงสภาพอยู่ โดยไอน้ำบางส่วนก็ทยอยหลุดลอยออกไป
ดังนั้นเราจึงมีน้ำที่อยู่ทั้งในสถานะของเหลวและไอน้ำอยู่รวมกันอย่างนี้จนกระทั่งถึงเหตุการณ์สำคัญที่เรียกว่า First Crack
ไว้คุยกันต่อตอนหน้าครับ (ตัดจบเฉย)
หมายเหตุ : อ้างอิงหนังสือ 2 เล่มคือ
1. Coffee Roasting : Magic-Art-Science , Gerhard A. Jansen
2. Thermodynamics : An Engineering Approach, Yanus A. Cengel

ผู้เขียน....อาคม สุวัณณกีฏะ