การถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer) ในการคั่วเมล็ดกาแฟ

     ขณะที่กำลังคั่วกาแฟอยู่นั้น ผู้คั่วคงจะทราบดีอยู่แล้วว่าการควบคุมความร้อนให้มีความเหมาะสมนั้น มีความสำคัญต่อการคั่วกาแฟเป็นอย่างมาก ผู้คั่วจำเป็นต้องอาศัยการจดบันทึกข้อมูลต่างที่เกิดขึ้นระหว่างคั่วเพื่อนำมาคำนวณและออกแบบให้เกิดเป็นโปรไฟล์การคั่วที่เหมาะสมกับเมล็ดกาแฟนั้นๆ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่เราต้องการ และในการควบคุมความร้อนนั้น ผู้คั่วจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องอาศัยความเข้าใจของหลักการเกี่ยวการถ่ายเทความร้อน ซึ่งวันนี้ทาง IKAWA Club Thailand จะมาพูดถึงพื้นฐานของหลักการถ่ายเทความร้อนว่ามีความสำคัญอย่างไรกับการคั่วกาแฟค่ะ

การถ่ายเทความร้อน มีด้วยกัน 3 วิธี คือ

     1. การนำความร้อน (Conduction)

     2. การพาความร้อน (Convection)

     3. การแผ่รังสีความร้อน (Radiation)

1. การนำความร้อน (Conduction)

     เป็นการโอนถ่ายโมเลกุลความร้อนของวัตถุที่มีความร้อนสูงกว่า โดยตัวกลางที่สถานะของแข็ง ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนไปยังโมเลกุลของวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านั่นเอง เช่น เมื่อเราหยิบด้ามชักตัวอย่างกาแฟออกมาดมแล้วปลายจมูกของเราไปสัมผัสกับด้ามชักกาแฟตัวอย่างที่ร้อนกว่าเข้า แล้วทำให้เรารู้สึกถึงความร้อนที่เกิดขึ้น นี่เรียกว่าการนำความร้อนจากด้ามชักตัวอย่างกาแฟที่มีความร้อนมากกว่าถ่ายเทมายังปลายจมูกของเราที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า

     หากกล่าวถึงการนำความร้อนในด้านของการคั่วกาแฟแล้ว คือความร้อนจากถังคั่ว/แผ่นโลหะ/ผนังห้องคั่ว ที่มีความร้อนมากกว่าส่งผ่านมายังเมล็ดกาแฟ เมื่อเมล็ดกกาแฟมาสัมผัสกับบริเวณผนังห้องคั่ว ผู้คั่วสามารถควบคุมได้เพียงช่วงก่อนที่จะใส่เมล็ดกาแฟลงในห้องคั่วเท่านั้น โดยที่ผู้คั่วจะต้องทำการอุ่นเครื่องคั่ว (Pre Heat) ให้มีอุณหภูมิเหมาะสม หากอุณหภูมิขณะวอร์มเครื่องสูงมากจนเกินไป จะทำให้มีพลังงานความร้อนสะสมสูงมาก เมื่อส่งผ่านไปยังเมล็ดกาแฟด้วยความร้อนที่มากเกินไป ส่งผลให้เมล็ดกาแฟไหม้ก่อนสุก หรืออาจจะเกิดจุดไหม้ดำ ที่ผิวของเมล็ดกาแฟได้ หรือที่เราเรียก Chipping นั่นเอง

     นอกจากนี้ในการคั่วกาแฟยังมีการนำความร้อนแบบเมล็ดสู่เมล็ดอีกด้วย ซึ่งสามารถเกิดได้ตลอด ในระหว่างการคั่วเนื่องจากเมล็ดกาแฟจะสะสมพลังงานความร้อนไว้ภายในเมล็ดและเมื่อถึง First Crack พลังงานที่ถูกสะสมออกมาก็จะแตกตัวออกเป็นเสียงดังคล้ายกับป๊อปคอร์น ผู้คั่วจำเป็นต้องนำพลังงานดังกล่าวมาคำนวณด้วย เช่น การเพิ่ม Airflow ให้มากขึ้นเพื่อที่จะได้ระบายควันที่เกิดขึ้นจากการแตกตัวของเมล็ดกาแฟ

2. การพาความร้อน (Convection)

     เป็นการโอนถ่ายความร้อนโดยมีตัวกลางที่มีสถานะเป็นของเหลวและก๊าซ เพราะเป็นสิ่งที่สามารถเคลื่อนที่ได้โดยไม่มีทิศทาง เป็นการเคลื่อนที่แบบลอยขึ้นเท่านั้น ซึ่งในการคั่วกาแฟอากาศจึงเป็นตัวกลางนำความร้อนไปยังเมล็ดกาแฟ โดยการพาความร้อนของอากาศนั้นจะมีอยู่ 2 แบบ คือ การพาความร้อนแบบธรรมชาติหรือแบบอิสระ และการพาความร้อนแบบบังคับ ซึ่งการพาความร้อนแบบธรรมชาตินั้น กล่าวคือ เมื่ออากาศได้รับความร้อนก็จะมีความหนาแน่นน้อยลง ส่งผลให้อากาศนั้นลอยตัวขึ้นด้านบน อากาศที่มีความหนาแน่นมากกว่าก็จะอยู่ด้านล่าง ความร้อนจึงถ่ายเทตามลักษณะการเคลื่อนที่ของอากาศขึ้นไปด้านบน การนำพาความร้อนแบบบังคับเกิดจากกลไกภายนอกเช่น พัดลมของเครื่องคั่วมีมอเตอร์ที่จะทำให้อากาศนั้นเคลื่อนที่ไปตามทิศทางที่ต้องการ ซึ่งในการคั่วกาแฟนั้นส่วนใหญ่จะใช้ลักษณะการพาความร้อนแบบบังคับ เพื่อทำให้คนคั่วสามารถควบคุมการคั่วกาแฟ ได้ง่ายและแม่นยำมากขึ้น

     การพาความร้อนเป็นหลักสำคัญของกระบวนการคั่วเป็นอย่างมากและเป็นวิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุดเพราะสามารถวัดผลและควบคุมได้ง่ายที่สุดนั่นเอง การพาความร้อนในแบบการบังคับ โดยจะมีพัดลมที่เป็นตัวควบคุมทิศทางให้อากาศที่มีความร้อนส่งไปยังเมล็ดกาแฟโดยผู้คั่วสามารถปรับ Airflow (ความเร็วลม) ได้ ซึ่งจะส่งผลต่อการคั่วกาแฟเกือบจะทันทีผู้คั่วสามารถเรียนรู้การพาความร้อนได้จากการอ่านค่าต่างๆ ขณะที่คั่วอยู่ได้ และในเครื่องคั่ว IKAWA นั้นก็ได้ออกแบบให้ผู้คั่วสามารถดูค่าต่างๆ ขณะคั่วได้ อีกทั้งค่าต่างๆ เหล่านี้จะถูกบันทึกไว้ในแอพพลิเคชั่นเพื่อให้ผู้คั่วได้นำไปออกแบบโปรไฟล์การคั่วเพื่อให้เกิดผลลัพธ์ที่ต้องการได้อย่างง่ายดายอีกด้วย

3. การแผ่รังสีความร้อน (Radiation)

     คือ การแผ่รังสีความร้อนของวัตถุต่างๆ ในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติระหว่างวัตถุสองอย่างที่มีอุณหภูมิต่างกันโดยไม่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางแบบการนำความร้อนและการพาความร้อน ซึ่งการแผ่รังสีความร้อนเกิดขึ้นได้ตลอดเวลาหากวัตถุสิ่งนั้นมีความร้อน จึงทำให้การควบคุมและการวัดนั้นเป็นไปได้ยากมากที่สุด ผู้คั่วรับรู้ได้เพียงว่าการแผ่รังสีความร้อนนั้นมีอยู่จริงแต่เนื่องจากยากต่อการวัดและควบคุม ผู้คั่วส่วนใหญ่จึงไปใส่ใจกับการควบคุมการโอนถ่ายคามร้อนในแบบอื่นแทน

     สรุปคือ การคั่วกาแฟอาศัยการถ่ายเทความร้อนเพื่อทำให้เมล็ดกาแฟนั้นสุกอย่างทั่วถึงกัน และดึงเอาลักษณะเด่นของกาแฟนั้นๆ ออกมาให้ดีที่สุด ทั้งนี้ผู้คั่วจำเป็นต้องเข้าใจในเมล็ดกาแฟ จากนั้นมาทดลองคั่ว และจดบันทึกเพื่อดูความเปลี่ยนแปลงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด