Chemia i fizyka stojące za paleniem kawy

Palenie to złożony proces termodynamiczny, w którym setki reakcji chemicznych przekształcają skład zielonych ziaren – od cukrów i aminokwasów po ponad 800 związków aromatycznych.

Najważniejsze reakcje chemiczne

Prażenie odbywa się zazwyczaj w temperaturach od 180 do 250°C i trwa 10-20 minut, w zależności od pożądanego efektu. Proces można podzielić na następujące kluczowe etapy:

Reakcja Maillarda

Centralna nieenzymatyczna reakcja brązowienia między cukrami redukującymi (np. sacharozą) a aminokwasami/białkami. Zazwyczaj rozpoczyna się w temperaturze 140-165°C i prowadzi do powstania melanoidyn (brązowych pigmentów) oraz związków aromatycznych, takich jak furany (nuty karmelowe), pirol i 2-furfurylotiol (intensywny aromat kawy). Ta reakcja odpowiada za dużą część złożonego smaku i rozwoju koloru.

Karmelizacja

Piroliza cukrów (bez aminokwasów) w wyższych temperaturach (>170°C). Zmniejsza słodycz i zwiększa gorycz poprzez powstawanie ketonów, estrów i aldehydów.

Piroliza

Termiczny rozkład w środowisku obojętnym zaczyna się wyraźnie około 220°C. Uwalnia CO₂, wodę i lotne związki; odpowiedzialny za drugi pęknięcie i ciemne, dymne nuty w ciemnych paleniach.

Inne reakcje

Degradacja Streckera (aldehydy z aminokwasów), rozkład kwasów chlorogenowych (przyczynia się do kwasowości i goryczy) oraz trigonelliny (tworzy kwas nikotynowy i pirydyny).

Zielone ziarna zawierają prawie żadnego aromatu – większość związków powstaje podczas palenia.

Fazy z temperaturami i zmianami

Palenie zmienia się z endotermicznego (pochłaniającego ciepło) na egzotermiczne (wydzielające ciepło) około momentu pierwszego pęknięcia.

Faza suszenia (Drying phase)
Do około 150-160°C. Odparowanie 10-12% wody. Ziarna zmieniają kolor z zielonego na żółty. Faza endotermiczna – kluczowa dla równomiernego palenia.

Faza reakcji Maillarda i brązowienia
150-205°C. Intensywna reakcja Maillarda i karmelizacja. Kolor zmienia się na jasnobrązowy.

Pierwsze pęknięcie (First crack)
Około 195-205°C (w zależności od ziarna). Reakcja egzotermiczna: para i CO₂ powodują rozszerzenie ziarna (objętość się podwaja). Oznacza przejście do fazy rozwoju.

Faza rozwoju (Development phase)
Po pierwszym pęknięciu. Rozwój smaku – im dłużej, tym bardziej karmelizowany.

Drugie pęknięcie (Second crack)
Około 225-230°C. Piroliza celulozy; delikatniejsze trzaski, oleje na powierzchni. Rozpoczyna się ciemne palenie.

Wskaźnik wzrostu temperatury (RoR) i krzywe palenia

RoR to wzrost temperatury na minutę (°C/min) w ziarnie – kluczowy parametr kontroli. Płynna, opadająca krzywa RoR zapobiega „crashom” (zbyt szybki spadek, powodujący nuty przypalenia) lub „flickom” (wzrost, ryzyko smaku spalenizny).

Typowo: Wysoki RoR na początku (10-20°C/min), spadający w kierunku pierwszego pęknięcia (5-10°C/min). Czas rozwoju: 20-25% całkowitego czasu dla zachowania równowagi.

Pomiar stopnia palenia: skala Agtron

Profesjonalny użytkownik spektrofotometru Agtron do pomiaru odbitego światła podczerwonego (wyższa liczba = jaśniejsze palenie).

Jasne: Agtron 85-105

Średnie: 65-85

Ciemne: <65 (np. French roast ~45)

Jest to dokładniejsze niż ocena wizualna.

Podczas palenia możesz eksperymentować z tymi parametrami. Daje to pełną kontrolę nad kwasowością, słodyczą i body. Masz konkretne pytania dotyczące profilu palenia lub sprzętu? ☕ Napisz do nas na czacie lub skontaktuj się z nami pod adresem kontakt@homeroast.dk. Życzymy udanego palenia! ☕