TWI770987B

TWI770987B - 咖啡自動烘豆裝置及其方法

Info

Publication number: TWI770987B
Application number: TW110116291A
Authority: TW
Inventors: 鄭健雄; 莊雅婷
Original assignee: 國立暨南國際大學; 莊雅婷
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-07-11
Also published as: TW202243600A

Abstract

本發明係提供一種咖啡自動烘豆裝置及其方法，此裝置包含一烘豆模組、一溫度烘焙模組、一秤重模組、一含水率檢測模組以及一處理模組。烘豆模組係用以烘焙複數個咖啡生豆。溫度烘焙模組可用以設定所述烘豆模組內烘焙該些咖啡生豆之一烘焙溫度。秤重模組可用以產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一重量差異。含水率檢測模組可產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一含水比例。處理模組可根據此重量差異以計算出該些咖啡生豆之一脫水比例以及一有機物質失重比例，且當此有機物質失重比例不小於一烘焙門檻值時，進行一出豆程序，否則此處理模組係控制所述溫度烘焙模組持續烘焙該些咖啡生豆。

Description

咖啡自動烘豆裝置及其方法

本發明係有關於一種咖啡烘豆裝置及其烘豆方法，特別是有關於一種可自動判斷烘豆結果之裝置，以及有關使用此烘豆裝置進行自動烘豆之方法。

依據國際咖啡組織(ICO)調查，台灣人一年可喝掉28.5億杯咖啡，在市場的消費規模超過700億元；亦由大型業者進行私下調查，2018年台灣咖啡整體市場達720億元，且近幾年來，台灣咖啡市場以每年約20%的成長率擴展，目前每人每年平均喝掉約131杯咖啡，也由於台灣人愛喝咖啡，每年國產咖啡豆可以達到20億元的產值。

烘焙咖啡豆是在咖啡豆的生產過程極為重要的一環，其會在咖啡豆上產生一連串複雜的化學變化。起初大約經過10~15分鐘的烘焙，綠色的咖啡生豆會失去濕度，轉變成黃色，然後經歷像玉米花一樣的爆炸，俗稱一爆，此時咖啡生豆的體積會增大一倍，並呈現出淺褐色之外觀。此階段完成並經過冷卻之後，咖啡的顏色會逐漸轉變成深色。而隨著烘焙的不同程度，所烘焙出來的咖啡豆可大致分為輕烘焙、中烘焙以及重烘焙三類，輕烘焙的咖啡豆具有很濃的氣味，且其具有極高的酸度風味和輕微的醇度，中烘焙的咖啡豆具有很濃的醇度，且可保有大部份的酸度，而重烘焙的咖啡豆上，其酸度被輕微的焦苦味所取代。

然而，烘焙咖啡豆的過程取決於咖啡豆本身、烘焙溫度的高低以及烘焙咖啡豆之時間長短，而若欲順利完成此過程則通常需要透過長久的經驗累積，因此常會讓一般使用者望而卻步，而無法讓一般使用者享受到自行烘焙咖啡豆的樂趣。

綜觀前所述，本發明之發明人係思索並設計一種咖啡自動烘豆裝置及其方法，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

基於上述目的，本發明係提供一種咖啡自動烘豆裝置，其包含一烘豆模組、一溫度烘焙模組、一秤重模組、一含水率檢測模組以及一處理模組。烘豆模組係用以烘焙複數個咖啡生豆。溫度烘焙模組可用以設定所述烘豆模組內烘焙該些咖啡生豆之一烘焙溫度。秤重模組可用以產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一重量差異。含水率檢測模組可產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一含水比例。處理模組可根據此重量差異以計算出該些咖啡生豆之一脫水比例以及一有機物質失重比例，且當此有機物質失重比例不小於一烘焙門檻值時，進行一出豆程序，否則此處理模組係控制所述溫度烘焙模組持續烘焙該些咖啡生豆，其中此有機物質失重比例為{100-[(100- 脫水比例*100)*(該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量/該些咖啡生豆之乾物重量)]}/100。

較佳地，烘焙該些咖啡生豆時之烘焙溫度為攝氏220度。

較佳地，所述含水率檢測模組包含一水份計。

較佳地，所述烘焙門檻值係依據該些咖啡生豆之烘焙度而定，且該些咖啡生豆之烘焙度係包含淺烘焙、中烘焙及重烘焙。

較佳地，此秤重模組包含一電子秤，此處理模組包含一微處理器。

基於上述目的，本發明再提供一種咖啡自動烘豆方法，其適用於包含一秤重模組、一烘豆模組、一溫度控制模組、一含水率檢測模組及一處理模組之一咖啡自動烘豆裝置，此咖啡自動烘豆方法係包含下列步驟。置入複數個咖啡生豆至此烘豆模組內。設定烘焙溫度以烘焙該些咖啡生豆，其中此烘焙溫度為220度。利用此秤重模組產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一重量差異。利用此含水率檢測模組產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一含水比例。根據此重量差異以計算出該些咖啡生豆之一脫水比例及一有機物質失重比例，其中當該有機物質失重比例不小於一烘焙門檻值時，進行一出豆程序。其中此有機物質失重比例為{100-[(100-脫水比例*100)*(該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量/該些咖啡生豆之乾物重量)]}/100。

較佳地，此出豆程序包含調降此烘焙溫度成90度。

較佳地，該含水率檢測模組包含一水份計。

100:咖啡自動烘豆裝置

10:烘豆模組

20:溫度烘焙模組

21:烘焙溫度

30:秤重模組

31:重量差異

40:處理模組

41:脫水比例

42:有機物質失重比例

43:烘焙門檻值

44:出豆程序

50:含水率檢測模組

A:咖啡生豆

S11~S15:流程步驟

第1圖係為本發明之咖啡自動烘豆裝置之方塊圖。

第2圖係為本發明之咖啡自動烘豆裝置之示意圖。

第3圖係為本發明之咖啡自動烘豆方法之流程圖。

為利貴審查員瞭解本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。

請參閱第1圖及第2圖，其係為本發明之咖啡自動烘豆裝置之方塊圖及示意圖。如圖所示，咖啡自動烘豆裝置100可包含一烘豆模組10、一溫度烘焙模組20、一秤重模組30、一處理模組40及一含水率檢測模組50，其中此烘豆模組10可為一具有烘焙容器之烘焙裝置，溫度烘焙模組20可為一溫度控制晶片，秤重模組30可為一秤重用之電子秤，處理模組40則可以為一微處理器，含水率檢測模組50可包含一水份計，其中此處理模組40係電性連接至此溫度烘焙模組20、秤重模組30及含水率檢測模組50，以對溫度烘焙模組20、秤重模組30及含水率檢測模組50進行訊號之接收或傳送。

在本實施例中，烘豆模組10係用以置放並烘焙複數個咖啡生豆A，且此烘豆模組10內進行烘焙時之烘焙溫度21係透過溫度烘焙模組20來加以設定，在本實施例中，此初始之烘焙溫度21可以設定為攝氏220度。此外，秤重模組30可置於此烘豆模組10之底部，並可以在烘焙該些咖啡生豆A前先產生一生豆重量，並在烘焙該些咖啡生豆A的過程中隨時產生一烘焙中之咖啡豆重量，透過此咖啡豆重量與生豆重量之數值差異，便可以得知烘焙該些咖啡生豆A在進行烘焙時前後之重量差異31。

同樣地，含水率檢測模組50可置於此烘豆模組10上，並用以在烘焙該些咖啡生豆之前後分別產生一含水比例，並將此含水比例之數值送至處理模組40中。

之後，處理模組40可根據此重量差異31來計算出該些咖啡生豆A之一脫水比例41及一有機物質失重比例42，換句話說，意即在進行烘焙的過程中，此重量差異31即可以代表有多少的水份從咖啡生豆A流失，以及有多少的有機物質進行了化學反應而從咖啡生豆A消失。

進一步的說，此脫水比例41之計算方式可以先透過生豆重量扣除烘焙豆重量後，再除以生豆重量來得到，舉例來說，當此生豆重量為100公克且烘焙豆重量為92公克時，則此脫水比例41即為8%((100-92)/100)，而值得一提的是，此脫水比例41意指咖啡生豆A在進行烘焙後所失去之水份以及經化學反應後而飄散至空氣中之有機物質之總重量，而非單純指進行烘焙後所失去之水份。

在本發明中，此咖啡自動烘豆裝置100需進一步計算該些咖啡生豆A在烘焙的過程中所消失之一有機物質失重比例42，其中此有機物質失重比例42可以由以下公式所得出：有機物質失重比例={100-[(100-脫水比例*100)*(該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量/該些咖啡生豆之乾物重量)]}/100

而欲求得咖啡生豆及其經烘焙後剩餘之乾物重量則必須先行得知其含水率為何，而此含水率則可以由含水率檢測模組50來產生。承上之例子，若咖啡生豆之含水率為7.4%時，則此100公克中咖啡生豆之乾物重量即等於原有重量扣除此含水率之重量，即為92.6克，而經烘焙後之咖啡生豆之含水率若為1.3%時，則此100公克中經烘焙後之咖啡生豆之乾物重量即為98.7，而帶入上式公式則可以得出有機物質失重比例為1.94%，(即1.94%={100-[(100-8%*100)*(98.7/92.6)]}/100)，亦即100公克的咖啡生豆至烘焙時的當下共有1.94公克的有機物質進行化學反應而飄散在空氣中。

而如先前技術所提及，在咖啡豆之烘焙過程中，必需透過加熱咖啡豆而使咖啡豆中的有機物質起化學反應來達成，而起化學反應後之有機物質則將會飄散之空氣中，同時造成咖啡豆本身的烘焙香氣。有別於現有習知技術中，利用顏色或聲響偵測來進行自動烘焙咖啡豆之方式，本發明即是透過計算烘培咖啡生豆時所起反應之有機物質之重量來判斷是否已烘焙到某一階段，使用者可以自行決定該些咖啡生豆A之烘焙度來設定一烘焙門檻值43，其中此咖啡生豆A之烘焙度係可包含淺烘焙、中烘焙及重烘焙等三種等級，而烘焙度愈高者，其烘焙門檻值43亦隨之增高。

更進一步的說明，此烘焙門檻值43可再依據該些咖啡生豆A之種類而有所不同，以本實施例來說，若該些咖啡生豆A屬於一哥倫比亞咖啡豆，且其所預設淺烘焙、中烘焙及重烘焙之烘焙門檻值43分別介於3%~4%、4%至6%及6%~8%之間時，則使用者可以自行決定所需之烘焙度，再由處理模組40計算該些咖啡生豆A之有機物質失重比例42即可。若此烘焙度為中烘焙且有機物質失重比例42小於4%時，此處理模組40則可控制所述溫度烘焙模組20持續烘焙該些咖啡生豆A，而一但當此有機物質失重比例42不小於烘焙門檻值43時(即處於4%~6%之間時)，則此時可進行一出豆程序44，即可先行調降溫度烘焙模組20之烘焙溫度，並結束該些咖啡生豆A之烘豆過程。

請參閱第3圖，其係為本發明之咖啡自動烘豆方法之流程圖，並請一併參閱第1圖。在本實施例中，此咖啡自動烘豆方法係適用於一咖啡自動烘豆裝置，其中此咖啡自動烘豆裝置係包含一秤重模組、一烘豆模組、一溫度控制模組、一含水率檢測模組及一處理模組。此咖啡自動烘豆方法係包含以下步驟：

S11：置入複數個咖啡生豆至一烘豆模組內。

S12：利用溫度控制模組設定一烘焙溫度，以烘焙該些咖啡生豆，其中此烘焙溫度可為220度。

S13：利用秤重模組產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一重量差異，其中此秤重模組可包含一電子秤。

S14：利用含水率檢測模組產生該些咖啡生豆於烘豆模組內進行烘焙時前後之一含水比例，其中此含水率檢測模組可包含一水份計。

S15：由處理模組根據此重量差異以計算出該些咖啡生豆之一脫水比例及一有機物質失重比例，而當此有機物質失重比例不小於一烘焙門檻值時，進行一出豆程序，其中此有機物質失重比例={100-[(100-脫水比例*100)*(該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量/該些咖啡生豆之乾物重量)]}/100。

進一步的說，步驟S13中之重量差異是指該些咖啡生豆於烘焙前至烘焙中任一時間點之重量差，其包含了咖啡生豆在烘焙中所喪失的水份以及已起化學反應而飄散至空氣中之有機物質。而在步驟S15中之脫水比例及有機物質失重比例之相關說明已於上述實施例中說明，故本處不再進行贅述。

在一較佳的實施例中，此出豆程序可以包含將此烘焙溫度調降成90度，並靜待其冷卻而產出最後之烘焙咖啡豆。

在另一較佳的實施例中，如針對一特定種類之咖啡豆以進行烘焙時，如哥倫比亞咖啡，此烘焙門檻值可設定介於4%至6%之間，又或者，此烘焙門檻值可進一步地依據該些咖啡生豆之烘焙度而定，其中此咖啡生豆之烘焙度則可包含淺烘焙、中烘焙及重烘焙，而當烘焙度愈重時，則此烘焙門檻值亦隨之增高。

總和以上可以得知，本發明之咖啡自動烘豆裝置及其方法的確可以改善習知技術中之缺點，透過咖啡自動烘豆裝置來計算有機物質失重比例之技術特徵，使用者只需決定該些咖啡生豆之烘焙度後，便可以由本發明之咖啡自動烘豆裝置來控制咖啡豆之烘焙進度，直至完成此咖啡豆之烘焙過程，因此可大幅簡化咖啡豆烘焙時之複雜度，並適用於一般無烘焙咖啡經驗且對於此咖啡豆烘焙具有熱忱之使用者。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

S11~S15:流程步驟

Claims

一種咖啡自動烘豆裝置，係包含：一烘豆模組，係用以烘焙複數個咖啡生豆；一溫度烘焙模組，係用以設定該烘豆模組內烘焙該些咖啡生豆之一烘焙溫度；一秤重模組，係用以產生該複數個咖啡生豆於該烘豆模組內進行烘焙時前後之一重量差異；一含水率檢測模組，係用以檢測該複數個咖啡生豆於該烘豆模組內進行烘焙時前後之一含水比例；以及一處理模組，係根據該重量差異以計算出該些咖啡生豆之一脫水比例及一有機物質失重比例，當該有機物質失重比例不小於一烘焙門檻值時，進行一出豆程序，否則該處理模組係控制該溫度烘焙模組以持續烘焙該些咖啡生豆，其中該有機物質失重比例為{100-[(100-脫水比例*100)*(該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量/該些咖啡生豆之乾物重量)]}/100；其中，該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量及該些咖啡生豆之乾物重量係為原有重量扣除該含水比例之重量；其中，該出豆程序係為調降該溫度烘焙模組之該烘焙溫度，並結束該些咖啡生豆之烘豆過程。
如申請專利範圍第1項所述之咖啡自動烘豆裝置，其中烘焙該些咖啡生豆時之該烘焙溫度為攝氏220度。
如申請專利範圍第1項所述之咖啡自動烘豆裝置，其中該含水率檢測模組包含一水份計。
如申請專利範圍第1項所述之咖啡自動烘豆裝置，其中該烘焙門檻值係依據該些咖啡生豆之烘焙度而定，且該些咖啡生豆之烘焙度係包含淺烘焙、中烘焙及重烘焙。
如申請專利範圍第1項所述之咖啡自動烘豆裝置，其中該秤重模組包含一電子秤，該處理模組包含一微處理器。
一種咖啡自動烘豆方法，適用於包含一烘豆模組、一溫度烘焙模組、一秤重模組、一含水率檢測模組以及一處理模組之一咖啡自動烘豆裝置，該咖啡自動烘豆方法係包含：置入複數個咖啡生豆至該烘豆模組內；設定一烘焙溫度以烘焙該些咖啡生豆，其中該烘焙溫度為220度；利用該秤重模組產生該些咖啡生豆於該烘豆模組內進行烘焙時前後之一重量差異；利用該含水率檢測模組檢測該些咖啡生豆於該烘豆模組內進行烘焙時前後之一含水比例；以及根據該重量差異以計算出該些咖啡生豆之一脫水比例及一有機物質失重比例，其中當該有機物質失重比例不小於一烘焙門檻值時，進行一出豆程序；其中該有機物質失重比例為{100-[(100-脫水比例*100)*(該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量/該些咖啡生豆之乾物重量)]}/100；其中，該些咖啡生豆經烘焙後之乾物重量及該些咖啡生豆之乾物重量係為原有重量扣除該含水比例之重量；其中，該出豆程序係為調降該溫度烘焙模組之該烘焙溫度，並結束該些咖啡生豆之烘豆過程。
如申請專利範圍第6項所述之咖啡自動烘豆方法，其中該出豆程序包含調降該烘焙溫度成90度。
如申請專利範圍第6項所述之咖啡自動烘豆方法，其中該含水率檢測模組包含一水份計。
如申請專利範圍第6項所述之咖啡自動烘豆方法，其中該烘焙門檻值係依據該些咖啡生豆之烘焙度而定，且該些咖啡生豆之烘焙度係包含淺烘焙、中烘焙及重烘焙。
如申請專利範圍第6項所述之咖啡自動烘豆方法，其中該秤重模組包含一電子秤，該處理模組包含一微處理器。