蒸发前沿：是什么？

在咖啡豆烘焙过程中测量水分含量是一项繁琐的工作。研究人员采用了两种方法，但每种方法都存在缺点。

第一种方法是在咖啡豆烘焙的各个阶段测量样品中的水分含量。在进行此类测量之前，咖啡豆必须先冷却下来。在这个过程中，咖啡豆可能会继续释放水分或吸收空气中的水分。即使是最准确的方法——在脱水烤箱中直接测量豆子中的水分含量——也可能存在误差。此外，在对咖啡样品进行研磨时，也可能释放气体和水分，从而影响测量结果。

第二种方法是测量蒸发气体的水分含量。这是一个技术上复杂的过程，因为气体的水分含量是通过烘焙机的通风管道确定的。但在这些气体中，来自咖啡豆的水分会与烘焙过程中其他化学反应产生的水分混合在一起。

詹姆斯·戴维森（James Davison）是一名化学工程师，也是威廉斯敦烘焙师的创始人，他采用了第二种方法来测量咖啡豆的水分含量。根据他的研究结果，释放的总水量约占绿色咖啡原始重量的16%。他认为，大部分水分应该是在烘焙过程中直接释放的。

这意味着准确确定咖啡在烘焙过程中的水分含量是一项具有挑战性的任务，并且尝试往往会产生不一致的结果。然而，大多数证据表明，水分在整个烘焙过程中都在蒸发，而不仅仅是在开始的干燥阶段。在这种情况下，豆子中的水分含量会不均匀地减少。

在烘烤开始时，咖啡豆的温度在表面附近最快上升。最慢的热量传播到内层。它们之间有一层分隔，介于咖啡豆外部的干燥部分和内部的潮湿部分之间。水分首先从中蒸发并以水蒸气的形式排出。这一层被称为蒸发前缘。

当咖啡豆的温度升至100°C以上时，它内部的压力开始上升。这是由于水蒸气积聚得比它能够逃逸得更快所致。在这种情况下，咖啡豆内部的压力可能增加十倍。这使水蒸发变得困难。类似于浓缩咖啡机中的锅炉同时保持蒸汽和水在120°C或更高的温度。锅炉内部的压力阻止了蒸发，从而使温度升高超过了正常的沸点。

在豆子的外层，水蒸气可以通过其孔隙逃逸 - 然后压力下降，剩余的水分蒸发。在内层，蒸汽无法逃逸，因为它受到四面的压力。

结果是豆子的外部部分变干，但中心仍含有大量水分。在烘烤过程中，蒸发前缘向内部向中心移动，因为越来越多的蒸汽从咖啡中逃逸。

将水转化为蒸汽需要大量能量，这被称为潜热。这个知识是理解水分蒸发如何影响在烘焙机中加热时咖啡豆的反应的关键。

如果你均匀加热水，它的温度会逐渐上升。然而，在100°C时发生了奇怪的事情。你继续加热水，但它的温度停止上升，保持在100°C。现在花费的能量用于将水转化为蒸汽。

这意味着在蒸发前缘，咖啡豆吸收的大部分能量用于蒸发其中的水，而不是提高温度。与此同时，在外层，所有这些热量可以启动烘焙的化学反应并提高咖啡的温度。

蒸发前缘的效果是热量使外层的温度上升速度快于内层

这个现象还有另一个重要的影响。随着豆子的温度升高，它们在某个时刻逐渐从弹性状态过渡到脆性状态 - 这就是所谓的玻璃转变。玻璃转变温度取决于水分的多少：水分越多，温度越低。

这带来了一个有趣的效果：在某一温度下，豆子的核心发生了玻璃化。但由于它含有更多的水分，因此它仍然具有一定的弹性，并随着蒸汽压力的增加而膨胀。与此同时，豆子的外层更脆，因为它更干燥，它抵抗了核心的膨胀。随着咖啡的温度升高，张力逐渐增加：豆子内部试图膨胀，但被脆弱的外层阻止。这可能是第一次爆裂的原因。

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