WO2019098506A1 - 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법 - Google Patents

마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법 Download PDF

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WO2019098506A1
WO2019098506A1 PCT/KR2018/009744 KR2018009744W WO2019098506A1 WO 2019098506 A1 WO2019098506 A1 WO 2019098506A1 KR 2018009744 W KR2018009744 W KR 2018009744W WO 2019098506 A1 WO2019098506 A1 WO 2019098506A1
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WO
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roasting
microwave
coffee
hot air
coffee beans
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PCT/KR2018/009744
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English (en)
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성관
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정화엠큐디(주)
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
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    • A23N12/08—Machines for cleaning, blanching, drying or roasting fruits or vegetables, e.g. coffee, cocoa, nuts for drying or roasting

Definitions

  • the present invention relates to a coffee roasting method using microwave heating, and more particularly, to a coffee roasting method using a new microwave heating method capable of solving the problems of a conventional surface heating method and a microwave heating method.
  • FIG. 1 is a schematic view of coffee roasting using a microwave and hot air, in which a rotary drum of Korean Patent Registration No. 10-1779297 is installed.
  • Korean Patent Registration No. 10-1779297 discloses a method of manufacturing a rotary drum in which a raw material input port 101 is formed in an upper portion of a case 100 and a discharge port 102 is formed in a lower portion thereof,
  • the rotary drum 10 is provided with a perforation 13 on its surface and a raw material inlet 12 formed on one side of the rotary drum 10.
  • a microwave device 60 is installed on one side of the case 100,
  • the drying source is firstly roasted when the coffee beans are roasted by roasting the coffee beans.
  • the drying heat source is formed at the bottom of the box 50
  • the microwave power is controlled to be variable from 30 to 1000 W
  • the hot air temperature is from 10 to 200 ° C.
  • the roasting time is from 30 seconds to 1 hour, 10) is rotated at 0.5 to 1.5 rpm
  • the relative humidity is the humidity sensor installed in the inhaler is to be measured is 40 to 60% progress to the roasting of coffee green beans.
  • a roasting machine using a surface heating method is a rotary drum type in order to obtain a uniform heat transfer effect of coffee beans, and after loading the coffee beans onto the drum, heating the outer wall of the drum or introducing hot air into the drum, During the roasting, the temperature of the raw coffee beans is sensed and a sample of the coffee being roasted is taken out and observed with the naked eye to determine the state of coffee roasting and the roasting is terminated.
  • the heating method of the surface heating type has a low thermal efficiency, and the roasting heat efficiency of the flame-type or hot-air type according to the prior art is known to be relatively low, about 25 to 30%.
  • the drying of the coffee beans is carried out by cold air.
  • the moisture contained in the coffee beans is a type of bound water.
  • the temperature of the fresh bean is heated to 100 ° C or higher and the temperature of the outside air is cooled by the cold air (assuming about 40 ° C or less), the temperature of the microwave-heated bean curd is cooled, so that the drying time becomes long and the ineffective drying There is an expected problem.
  • the temperature of the hot air is 10 to 200 ° C
  • the temperature (product temperature) of roasting generally predicts the end of roasting in roasting of coffee bean, depending on the degree of roasting
  • the temperature of the outside air (hot air temperature) flowing to the periphery of the coffee beans heated by the microwave is lower than the target roasting temperature, so that the cooling phenomenon occurs from the surface of the coffee beans
  • the roasting method is performed by controlling the relative humidity of the exhaust flowing air to be 40 to 60% by means of the control method of the hot air,
  • the temperature range of the hot air is 100 ⁇ 200 °C.
  • the temperature of the hot air is below 100 °C, it can be controlled by the relative humidity. However, if the hot air temperature is 100 °C ⁇ 200 °C, The control of the hot air using the relative humidity has a problem that a serious error occurs. That is, the technique of Korean Patent Registration No. 10-1779297 lacks the technical characteristics capable of achieving normal coffee roasting.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a coffee bean rooting method using microwave heating for solving the conventional problem lacking the technical characteristics capable of achieving normal coffee roasting .
  • the present invention seeks to apply microwave heating, also known as volumetric heating, to the roasting heat source of coffee beans.
  • microwave heating which is a form of volumetric heating, is a self heating of green beans caused by microwaves absorbed by coffee beans. It is expected that there will be little difference in the physical and chemical changes in the green soybeans when the roasted soybeans are roasted by the simultaneous heating of the inside and the outside.
  • Changes in the production of chemical substances are predicted and it will be possible to differentiate the taste of coffee beans after roasting.
  • the present invention aims at designing an input microwave output control system that sets the ambient temperature (hot air temperature) and the product temperature suitable for the aiming roasting step in roasting using microwave heating of coffee beans.
  • the microwave output control system by automatically controlling the microwave output control system by the microcomputer or PLC operation according to the conditions such as type of coffee bean, input amount, outside temperature, temperature of roasting coffee bean, etc., it is possible to maximize the quality of roasted coffee,
  • the main objective is to establish a coffee roasting method using microwave heating which can maximize energy efficiency.
  • a method of manufacturing a coffee bean Process of roasting process of coffee bean paste; Operating the roasting machine and operating the hot air system; A hot air temperature sensing step of sensing hot air generated in the hot air system; A microwave output calculation step for roasting coffee beans; Introducing the coffee beans into a roasting chamber of the roasting machine; And applying a microwave power to the coffee beans to roast the coffee beans with microwaves together with the hot air.
  • the coffee bean roasting method using microwave heating is provided.
  • the temperature of the hot air for attaining the roasting time and the target roasting step and the microwave output corresponding to the hot air are calculated by using the physical property data of the coffee beans memorized in the microcomputer or the PLC and the operation information of the coffee roasting inputted through the input unit And the roasting of the coffee beans is completed by continuously operating the magnetron to introduce microwave energy.
  • the microwave heating energy is used for heating the microwave
  • the microwave input energy corresponding to the hot wind temperature is a microwave heating constant a form multiplied by (X)
  • said microwave input energy is a microwave heating constant (X) * magnetron output
  • the hot air temperature (T ⁇ ) a (constant) * microwave heating constant (X) + b (constant) "
  • the operation of the magnetron is controlled using the microwave input energy by calculating a microwave heating constant by using the hot wind temperature formula and determining the microwave input energy.
  • X is a microwave heating constant
  • PM is a macroscopic wave generated by a microwave heating element
  • X, Y, K, and X denote the heat transfer coefficient, heat transfer area, hot wind temperature
  • T? A * X + b.
  • the microwave heating constant is automatically calculated according to the hot wind temperature to obtain the constants a and b, and the microwave input Provide energy.
  • the coffee roasting according to the conventional method is capable of both intermittent type and continuous type in the case of coffee roasting using the microwave heating of the present invention in most cases, Improved productivity and consistent roasting quality. Also, in the case of interrupted coffee roasting according to the conventional method, the time required for roasting is as fast as 8 to 9 minutes, whereas in the case of coffee roasting using the microwave heating of the present invention, roasting takes about 6 minutes, Of roasting time.
  • 1 is a schematic view of coffee roasting using a conventional microwave and hot air
  • FIG. 2 is a view schematically showing the structure of a continuous-type coffee bean-rooting machine used for a coffee bean roasting method using microwave heating according to the present invention
  • FIG. 3 is a schematic view showing the structure of the intermittent coffee bean rooting machine used in the coffee bean root roasting method of microwave heating according to the present invention
  • Fig. 4 is a schematic view for operating the coffee roasting machine using microwave heating according to the present invention
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the coffee roasting method using continuous microwave heating according to the present invention.
  • FIG. 6 is a flow chart of the operation of the coffee roasting method using intermittent microwave heating according to the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. For example, if a component is described as being “connected”, “coupled”, or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, It is to be understood that other components may be “ connected ", " coupled "
  • the present invention includes a microwave generator for use as a main heat source for coffee roasting, and a microwave output controller for controlling the microwave output of the microwave generator,
  • a hot air system is installed to constitute the outside air flow around the green bean as hot air.
  • a feeding device for continuously feeding and roasting the coffee beans is provided.
  • the heating chamber, and the resonance cavity), the entrance and exit portions must be opened, so that the entrance and exit portions are continuously opened and closed. Therefore, a shielding device for preventing electromagnetic wave leakage to the open portion is provided.
  • a roasting machine control unit capable of controlling the operation is configured In a coffee roasting apparatus using fast microwave heating, the roasting time (roasting residence time) and the goal roasting step are accomplished by using the physical property data of the coffee beans memorized in the microcomputer or the PLC and the driving information of the coffee roasting inputted through the input unit And the appropriate microwave output corresponding to the temperature of the outside air flowing air (hot wind) is calculated to continuously operate the magnetron, and the microwave energy is applied to complete the roasting, thereby completing the roasting.
  • a coffee roasting apparatus using intermittent microwave heating may be used as the coffee roasting method of the present invention.
  • the coffee bean rooting apparatus using the intermittent microwave heating basically comprises a microwave generator, a microwave output controller, a hot air system, and an operating unit for controlling the entire operation of the roaster, like a continuous type coffee machine,
  • the roasting chamber heating chamber
  • the roasting chamber is mainly in the form of a drum and has a rotating structure for uniform heating.
  • the roasting chamber (heating chamber) is mainly in the form of a drum, and has a rotating structure for uniform heating (Roasting residence time) and target roasting step (Roasting residence time) by using the physical property data of the coffee beans memorized in the microcomputer or PLC and the operation information of the coffee roasting inputted through the input part in the coffee roasting device using intermittent microwave heating And the microwave energy is applied to the magnetron so as to complete the roasting.
  • the coffee roasting control method using the microwave heating method according to the present invention is characterized in that the roasting is completed by operating the magnetron continuously by calculating the temperature of the ambient air (hot wind) to be.
  • the temperature of the ambient air is controlled to 210 to 250 ° C.
  • the microwave input energy corresponding to the hot air temperature is converted into the microwave
  • the temperature of the hot air (T ⁇ ) a (constant) ⁇
  • the microwave heating constant (X) is correlated with the temperature of the hot air as a form of multiplying the heating constant (X) (microwave heating constant
  • the operation of the magnetron is controlled by using the formula expressed by a linear function of the heating constant (X) + b (constant) to calculate the microwave heating constant to determine the microwave input energy.
  • the continuous coffee roasting machine includes a roasting chamber for feeding coffee beans, a conveyor belt, a microwave generator, a hot air system, a microwave output controller, and a roaster operating unit.
  • the roasting chamber is configured in a tunnel shape so that the coffee beans can pass.
  • the roasting chamber is provided with an inlet and an outlet.
  • the electromagnetic wave shielding device is installed at the entrance and the exit of the roasting chamber.
  • the conveyor belt passes into the interior of the roasting chamber. Conveyor belts pass to the bottom of the roasting chamber.
  • the conveyor belt is endlessly orbitalized by known driving means. The endless track movement of the conveyor belt allows the conveyor belt to move from the inlet side to the outlet side of the roasting chamber.
  • the microwave generator is a device for generating microwaves to be applied to the coffee beans and may be installed inside the roasting chamber.
  • the microwave generator is installed in a ceiling facing the bottom of the roasting chamber.
  • the hot air system is installed inside the roasting chamber.
  • the hot air system can be installed in the inner space portion between the bottom portion of the roasting chamber and the ceiling portion by a supporting means such as a bracket.
  • the microwave output control unit is connected to the microwave generating apparatus to control microwave generation in the microwave generating apparatus.
  • the microwave output control unit may be installed outside the roasting chamber.
  • the roasting machine operating unit is connected to the microwave generating device through the microwave output control unit, and is also connected to the hot air system.
  • the operation of the microwave generator and the hot air system can be controlled by the roasting machine operation unit.
  • the coffee roasting method of the present invention includes a step of inputting roasting data, an operation step, a step of operating the roasting machine, a step of operating the hot air system, a step of sensing the hot air temperature, a step of computing a microwave output, do.
  • roast coffee beans are roasted using a continuous coffee bean roaster or intermittent coffee bean roaster, wherein the continuous coffee bean roaster or intermittent coffee bean roaster (hereinafter referred to as a continuous coffee bean roaster or intermittent coffee roaster)
  • the coffee roasting machine is collectively referred to as a coffee roasting machine).
  • the data of the coffee bean refers to the type of the coffee bean, the amount of the coffee bean, and the like.
  • the data of coffee bean sprouts in the present invention is mainly a kind of coffee bean sprouts.
  • the roasting process of the coffee beans is calculated.
  • the roasting process of the coffee bean can be performed in the roasting operation part.
  • the main control unit of the coffee bean rooting machine may be configured to perform the roasting process of the coffee beans.
  • the entire coffee grinder is operated and the hot air system is operated simultaneously.
  • the temperature of the hot air supplied from the hot air system to the inside of the roasting chamber is sensed. And may be configured to detect the temperature of hot air by a hot air sensor provided inside the roasting chamber.
  • the microwave output for roasting the coffee beans is calculated. Calculate the microwave output.
  • the microwave output operation can be configured to be performed by the main control section of the coffee bean rooting machine.
  • a microwave output operation unit may be provided in the main control unit so that a microwave output operation can be performed.
  • the coffee beans are put into the roasting chamber of the roasting machine. Put coffee beans from the entrance of the roasting chamber. Put coffee beans on the conveyor belt.
  • a microwave power is applied to the coffee beans and the coffee beans are roasted by the microwaves together with the hot wind.
  • a microwave is output from the microwave generator, and hot air is supplied from the hot air system.
  • the roasting time (roasting residence time) and the temperature of the hot roast for achieving the target roasting are measured using the physical property data of the coffee roots stored in the microcomputer or the PLC and the operation information of the coffee roasting inputted through the input section.
  • the microwave power corresponding to the hot air is computed to continuously operate the magnetron so that the roasting of the coffee beans is completed by inputting microwave energy.
  • the physical property data of the coffee bean sprouts and the operation information of the coffee roasting are executed in the operation condition input part provided in the operation part of the roasting machine.
  • the roasting time means the roasting retention time
  • the hot air means outside air flow air (in other words, hot air supplied from the hot air system).
  • microwave energy means microwave power.
  • the present invention is a coffee bean rooting method using microwave heating in which the temperature range of hot air is 210 to 250 DEG C during roasting of coffee beans.
  • the microwave input energy corresponding to the hot air temperature is obtained by multiplying an output of a magnetron as a microwave generator by a microwave heating constant X, wherein the microwave input energy is a microwave heating constant (X) * magnetron output, and the hot air temperature T
  • the microwave heating energy is determined by calculating the microwave heating constant by using the above-described hot air temperature formula, and is expressed by a linear function of a microwave heating constant (X) + a (constant) Energy is used to control the operation of the magnetron.
  • the roasting calorie of the coffee bean product the total heat amount by the hot wind + the microwave application energy, and the roasting heat quantity Q of the coffee bean is as follows.
  • U, A, T, TC, and EM are heat transfer coefficient, heat transfer area, hot air temperature, green bean temperature, input microwave energy, X is a microwave heating constant, and PM is a magnetron Output.
  • the microwave heating constant which is the core of the present invention, is determined by the following equation.
  • the microwave heating constant is automatically calculated according to the hot wind temperature to obtain the constants a and b, and the microwave input Provide energy.
  • Fig. 2 is a schematic view of a continuous coffee bean rooting machine using microwave heating. The structure of the continuous coffee bean rooting machine has been described above, which will be described in more detail as follows.
  • the continuous coffee bean rooting machine includes a microwave generator for use as a main heat source for coffee roasting, and a microwave output controller for controlling a microwave output of the microwave generator. Also, in order to prevent the cooling effect due to the outside air in the heating of the coffee beans due to the microwave, a hot air system constituting the outside air air flow around the bean sprouts is installed. In addition, a conveyor belt for continuously feeding and roasting the coffee beans is provided.
  • roasting chamber heating chamber, resonant cavity
  • the inlet and outlet portions of the roasting chamber must be opened, and electromagnetic wave shielding for preventing electromagnetic wave leakage to such open inlet and outlet
  • the device is installed. Further, there is provided a roasting machine operating unit capable of controlling the overall operation of the microwave continuous roaster.
  • FIG. 3 is a schematic view of the intermittent coffee bean rooting machine using microwave heating.
  • the intermittent type roaster also has a basic configuration such as a microwave generator, a microwave output controller, a hot air system, and an operation unit for controlling the entire operation of the roaster.
  • roasting is carried out in the roasting chamber (heating chamber).
  • the roasting chamber In order to uniformly heat the coffee beans loaded in the roasting chamber, the roasting chamber is mainly in the form of a drum. It has a rotating structure.
  • FIG. 4 is a view for operating the coffee roaster using the microwave heating according to the present invention, and includes an input unit for inputting a condition for performing a coffee roasting function or a condition for performing a general function of a roasting machine, A means for sensing or inputting the temperature of the roasting or the input of the coffee beans, and a roasting chamber (heating chamber) for maintenance of the roasting machine.
  • the signal of the door safety sensing input unit for performing the safety function by opening / Or a PLC and a driving unit for receiving a PLC operation command and driving a roaster by receiving a condition input value and a microcomputer for controlling driving of the roaster by using the built-in memory data.
  • the driving part is driven by a motor for cooling the magnetron which is the source of the microwave generated by the roasting machine, a driving motor for driving the conveyor-cooperating driving motor for discharging the coffee beans and discharging it after roasting,
  • a microwave control unit for controlling the microwave power which is the core of the present invention, and a magnetron power unit 1 for driving the magnetron (a filament power supply for the magnetron) ) &Quot; and " magnetron power unit 2 ".
  • the microcomputer or PLC stores the physical property data of the coffee bean sprouts and the heating characteristic data of the coffee roasting step for automatic calculation of the input microwave output in the coffee bean roasting operation, and it is configured to be changeable from the outside according to the case.
  • the kind of coffee beans roasted during coffee roasting, the micron or PLC automatic operation for proper roasting control according to the target roasting stage, and the magnetron It was devised as a microwave coffee roasting method that leads to continuous driving and roasting completion.
  • the roasting time (roasting residence time) and the appropriate microwave output for roasting are calculated by using the physical property data of the coffee beans memorized in the microcomputer or the PLC and the operation information of the coffee roasting inputted through the input section to continuously operate the magnetron, Is the most important feature of the present invention.
  • such an operation may change the process of coffee roasting according to the type of coffee bean, the roasting step determination temperature (depending on the target roasting step), and the amount of coffee roasting.
  • the present invention is a continuous coffee roaster using microwave heating.
  • the operation method of the present invention is schematically shown in the flowchart of the operation of the roaster of FIGS. 5 and 6, but it will be described in detail as follows.
  • the important operating condition here is the temperature of hot air, which is closely related to the temperature of coffee roasting which reaches the target roasting stage. For example, if the temperature of coffee roasting that achieves the target roasting stage is 215 ° C, the temperature of the coffee beans is raised to the roasting temperature by microwave heating. If the temperature of the ambient air is lower than the product temperature, There is a difference in the overall roasting quality of the coffee due to the temperature difference between the inner and outer surfaces of the coffee beans.
  • the degree of roasting of the coffee surface may be excessive due to the heating phenomenon due to the hot air on the coffee surface. That is, when coffee roasting is performed using microwave heating as a main heat source, it is required to optimally combine target roasting temperature and outside air flow air temperature (hot wind) which can achieve the target roasting step.
  • target roasting temperature which determines the coffee roasting stage is about 200 ⁇ 240 °C, which represents the lowest stage to the highest stage of the roasting stage.
  • the product temperature corresponding to the roasting stage of the coffee bean, which is mainly used as a beverage, is known as 210 to 225 ° C, and this is also somewhat different depending on the characteristics of the coffee roasting.
  • the main heat source of the coffee roasting according to the present invention is that since the temperature of the coffee roots is raised by the microwave heating by the microwave, the roasting temperature of the coffee roots can be easily reached so that the uniform heating of the inside and outside of the coffee roasting can be maintained
  • the ambient air temperature hot air temperature
  • the temperature range of hot air was set at 210 ⁇ 250 °C.
  • the basic operation condition of the roasting machine is displayed on the operation unit, so that the operation of the roasting machine can be started. If the roasting quality is desired to be different, the invention can be arbitrarily changed.
  • the change range of the hot air temperature is maintained at 210 to 250 ° C.
  • the temperature sensing means capable of measuring the temperature of the coffee.
  • the temperature sensing means provided at the outlet portion is used to establish suitable operating conditions of the regulator relating to attainment of the target roasting quality such as the microwave output of the roaster, the conveyor speed, etc., To produce coffee roasting.
  • the application of an appropriate microwave power that is in accordance with the target roasting temperature, the hot wind temperature, the characteristics of the coffee bean sprouts associated with achieving the target coffee roasting quality, which will be described in detail.
  • the main heat source required for roasting of coffee beans is the input microwave energy, and the temperature of the external hot air also contributes to the heat source of roasting. That is, the temperature of the hot air is an important factor in determining the magnitude of the input microwave energy.
  • the microwave input energy E M is expressed by the above-mentioned (2).
  • X is the microwave heating constant and P M is the output of the magnetron as a microwave generator.
  • the microwave heating constant X is related to the temperature T ⁇ of the hot air as compared with the equation (1).
  • the microwave heating constant should be determined experimentally according to the temperature of the hot air. Accordingly, in the present invention, the microwave heating constant is determined by the equation (3) through experiments.
  • a and b are constants, and the hot air temperature and the microwave heating constant take a linear function relationship.
  • the microwave heating coefficient corresponding to the roasting hot air temperature can be calculated using experimental results as shown in the above table and the inventive formula (3) of the present invention, and the appropriate microwave energy required for coffee roasting using microwave heating can be supplied.
  • the following table shows the microwave heating coefficients corresponding to various hot air temperatures using equation (3).
  • the present invention is characterized in that the microwave heating coefficient corresponding to the hot air temperature is determined.
  • the calculation of the microwave heating constant can be automatically performed by the microcomputer or the PLC.
  • the process of determining the constants a and b will be described as follows.
  • the microwave heating constant is 0.53123
  • the microwave heating constant is 0.56288.
  • the constants a and b are obtained, and the hot air temperature and the microwave heating constant are determined according to the type of the coffee bean, thereby supplying hot air and microwave to the coffee bean. It is a key feature of the present invention that the constants a and b are automatically calculated by these formulas, and the hot air temperature and the microwave power corresponding to the roasted coffee beans are determined and supplied.
  • the factor that causes various changes in the roasting quality of the coffee bean surface in coffee roasting using microwave heating is the temperature of the ambient air (hot air temperature). As shown in the table, the microwave heating constant corresponding to various hot air temperatures is referred to as hot air temperature It is expected that the inventive idea of determining and supplying the microwave input energy necessary for achieving the optimal coffee roasting quality will contribute to the achievement of the best coffee roasting quality and the continuous production quality maintenance.
  • the present invention relates to a coffee roasting method using a microwave heating method of the present invention.
  • Coffee roasting was carried out using the coffee roasting method using the microwave heating of the present invention using Cerrado NY.2 (Fine cup), a Brazilian arabica coffee species.
  • Table 3 shows the results of the roasting of the present invention.
  • roasting coffee beans using 60% of roasting coffee beans and 60.8% of roasting coffee beans using microwave heating were used as a result of measurement using Agtron meter of the roasting stage of coffee roasting beans, CITY).
  • the roasting time required by the conventional method is 13 minutes
  • the roasting time according to the present invention is 7 minutes
  • the roasting time using microwave heating can be shortened to 6 minutes.
  • Table 4 shows the results of measuring the physical properties of the roasting coffee beans using the conventional flame-proofing method and the microwave heating of the present invention.
  • Table 5 shows the measurement results of chlorogenic acid, caffeine and trigonelline content of roasted coffee beans using the conventional flame-proof method and the microwave heating of the present invention.
  • the caffeine ingredient is also known to be a substance whose content decreases with progress of the distribution.
  • microwave heating it is not necessary to raise the temperature of the outside air hot air, so that the content of the caffeine ingredient is higher when the roasting is performed by microwave heating have.
  • the trigone neurin component is a substance that causes chemical change as a mainly aroma component according to the increase of the roasting temperature. It is a volumetric heating which is generated when roasting using microwave heating. Due to the uniform temperature rise in the inside and the inside of the coffee bean, And the content of the extract is slightly lower than that of the control.
  • Table 6 shows the results of measuring the total phenol content and antioxidative activity of the roasting coffee beans using the conventional direct method and the microwave heating of the present invention.
  • Table 7 shows the result of measurement of organic acid of the roasting coffee bean using the conventional direct method and the microwave heating of the present invention.
  • Table 7 shows that the organic acid content after roasting was measured. As a result, as the distribution strength was increased, the organic acid content was decreased. Comparison of the organic acid content of the roasting sample (Ag. NO 60.1) with the conventional flame-wise formula and the roasting sample (Ag. NO 60.8) using the microwave heating of the present invention shows that the organic acid content of the roasted roasted by microwave heating is totally small This means that roasting of the coffee bean has been done properly due to microwave heating. In addition, quinic acid in organic acids is mainly formed by pyrolysis of chlorogenic acid, which is consistent with the result of measurement of chlorogenic acid content in 3). The content of organic acid after roasting is known to express coffee taste.
  • Table 8 shows the result of measuring the volatile flavor component of the roasting coffee bean using the conventional flame-proofing method and the microwave heating of the present invention.
  • Table 8 shows the fragrance components of coffee beans after roasting using gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS). About 55 aroma components were detected in the analysis, but only 20 components were tabulated . As shown in the above table, there is a tendency to detect the aroma component between the roasting bean (Ag. NO. 60.1) by the conventional flame type and the roasting bean (Ag. NO. 60.8) by microwave heating of the present invention. There are some differences.
  • Table 9 shows the characteristics of the components of the aroma components detected after roasting using roasting and microwave heating according to the conventional method and the flavors corresponding to the components.
  • the microwave heating which is a form of volumetric heating, is the self heating of green beans caused by microwaves absorbed by coffee beans.
  • the temperature of green beans is raised by the effect of simultaneous heating inside and outside. Results. That is, when the roasted soybeans are roasted by the simultaneous heating of the inside and outside, the difference in the inside and outside of the physical and chemical changes in the soybean is insignificant. In addition, And a chemical substance containing a flavor are also generated. Therefore, it is possible to differentiate the taste of the coffee beans after coffee roasting using the microwave heating of the present invention.
  • the specific embodiments of the present invention have been described above. It is to be understood, however, that the scope and spirit of the present invention is not limited to these specific embodiments, and that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention. If you are a person, you will understand.

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Abstract

본 발명은 커피 생두 로스팅의 주 열원으로 사용하고자 하는 마이크로파 발생장치와, 마이크로파 발생장치의 마이크로파 출력을 제어할 수 있는 마이크로파 출력 제어부를 구비하고, 마이크로파로 인한 생두의 가열에 있어서 외기로 인한 냉각의 효과를 방지하고자 생두 주변의 외기 공기유동을 열풍으로 구성하는 열풍시스템이 설치되어 있으며, 커피 생두를 연속적으로 공급, 로스팅 후 배출을 유도하는 이송장치를 구비하고 있으며, 로스팅실(가열실, 공진캐비티)은 생두의 출입이 연속적으로 진행되기 때문에 입구, 출구 부분은 개방되어야 하므로 이 개방된 부분으로의 전자파 누출방지를 위한 차폐장치가 설치되어 있으며, 이러한 마이크로파 연속식 로스팅기의 전체적인 동작을 제어할 수 있는 로스팅기 조작부가 구성된 연속식 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 장치에 있어서, 마이컴 혹은 PLC에서 기 메모리된 커피 생두의 물성데이터와 입력부를 통해 입력된 커피 로스팅의 운전정보를 이용하여 로스팅 시간(로스팅 체류시간) 및 목표 로스팅 단계의 달성을 위한 외기 유동공기(열풍)의 온도와 이에 대응하는 적정 마이크로파 출력을 연산하여 마그네트론을 연속적으로 가동하여 마이크로파 에너지를 투입함으로써 로스팅을 완료하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 제어방법이다.

Description

마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법
본 발명은 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 표면가열방식과 마이크로파 가열을 이용한 방식의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법에 관한 것이다.
커피 로스팅에 있어서 종래의 기술은 이미 오래 시간을 두고 널리 알려진 것으로써 로스팅에 필요한 열원의 공급 방법에 따라 “직화식”“직화식 + 열풍식”, “열풍식”으로 구분되어져 이미 널리 행하여지고 있다. 이러한 것은 가스 혹은 기타의 연료로 착화에 의한 열을 형성하여 생두를 가열하는 방식으로 커피생두의 로스팅을 위한 가열은 간접가열로 표현되는 표면가열 형태로 이루어지고 있다.
최근에 이르러 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅에 대한 기술이 개발되고 있으며 도 1은 한국등록특허공보 제10-1779297호의 회전드럼이 내부에 설치되며 마이크로파와 열풍을 이용한 커피 로스팅의 개략도를 나타낸 것이다.
한국등록특허공보 제10-1779297호에는 케이스(100) 상부에 원료 투입구(101)가 형성되고, 하부에는 배출구(102)가 형성되고, 내부에는 회전드럼(10)이 수평방향으로 설치되며, 상기 회전드럼(10)은 표면에 타공(13)이 형성되고 일측에는 원료투입구(12)가 형성되며, 상기 케이스(100)의 일측에는 마이크로웨이브 장치(60)가 설치되며 상기 케이스(100)에서 발생되는 가스를 흡입하는 흡입기(70)가 케이스(100) 일측에 설치되어 커피생두를 로스팅하는 것으로, 커피생두의 로스팅 시 일차적으로 건조가 진행되는 데, 이때 건조열원은 상기 박스(50) 하부에 형성된 냉풍공급구멍(51)을 통하여 공급되는 냉풍으로 건조를 진행하며, 마이크로파 출력은 30~1000W로서 가변제어 하며, 열풍온도는 10~200℃이며, 로스팅 시간은 30초~1시간이며, 회전드럼(10)의 회전속도는 0.5~1.5rpm으로 회전하며, 흡입기에 습도센서가 설치되어 측정되는 상대습도가 40~60%가 되게 제어하면서 커피생두의 로스팅을 진행하고 있다.
또한, 종래 기술 중 표면가열방식을 이용한 로스팅기는 커피생두의 균일한 전열 효과를 얻기 위하여 대부분 회전 드럼의 형태이며 커피생두를 드럼에 적재 후 직접 드럼의 외벽을 가열하거나 열풍을 드럼 내로 유입하여 로스팅을 진행하며 로스팅 중 생두의 품온을 감지하고 로스팅 진행 중인 커피의 샘플을 취출하여 육안으로 관찰하여 커피 로스팅 상태를 판단하여 로스팅을 종료하도록 되어 있다.
그런데, 표면가열방식에 의한 종래 기술을 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술의 커피 로스팅에 있어서 로스팅을 위한 열원과 커피생두와의 전열의 형태는 간접가열 방식인 표면가열 형태이므로 로스팅 시 커피생두의 표면과 속의 로스팅 정도의 차이가 발생된다. 이로 인한 커피의 로스팅 시 일어나는 물리적, 화학적 변화의 불균일이 예상된다.
로스팅 시 표면가열 형태의 전열방식은 열효율이 저조하며, 종래의 기술에 의한 직화식 혹은 열풍식의 로스팅 열효율은 알려진 바에 의하면 약 25~30% 정도로 비교적 낮은 경우에 속한다.
종래의 기술에 의한 커피 로스팅은 대부분이 단속식으로 로스팅을 진행함으로 생산성이 낮은 문제를 내포하고 있다. 일부 대용량을 처리하는 커피 로스팅기에 있어서는 열풍의 온도를 약 400~450℃의 고온으로 빠른 로스팅을 주도하나 로스팅 품질관리에 어려움을 겪고 있다.
이와 같이 종래의 기술에 의한 커피 로스팅에 있어서 발생되는 일부의 문제는 로스팅 열원과 전열의 메카니즘이 표면가열 형태를 적용하는 것에 따르는 필연적인 결과라고 볼 수 있으며 이를 개선하고자 한다면 열원과 전열방식의 근본적인 변화가 없이는 그 대안이 없을 것이다.
또한, 종래 마이크로파 가열을 이용한 방식의 문제점은 다음과 같다.
한국등록특허공보 제10-1779297호의 기술 적용에 있어서 냉풍으로 커피생두의 건조를 진행하는 것은 커피생두에 내재되어 있는 수분은 일종의 결합수 형태로써 이것의 원활한 건조를 위해서는 수분의 온도가 최소한 100℃ 이상으로 상승되어야 하는데, 마이크로파로 생두의 온도를 100℃ 이상 가열하여도 외기의 온도가 냉풍(약 40℃ 이하로 가정)으로 유동 시에는 마이크로파 가열 생두의 온도가 냉각되므로 건조 시간이 길어지고 비효율적인 건조가 예상되는 문제점이 있다.
또한, 열풍의 온도를 10~200℃로 하는 경우는 일반적인 커피생두 로스팅 시 로스팅 종료를 예측하는 생두의 온도(품온)는 로스팅 정도에 따라 다르지만 210~225℃인 범위로 알려져 있으며 이를 고려하면 마이크로파 가열을 이용한 상기 발명의 커피 로스팅 시에는 마이크로파로 생두는 가열되나 마이크로파로 가열된 커피생두의 주변으로 유동되는 외기의 온도(열풍온도)가 목표 로스팅 품온보다 낮으므로 커피생두의 표면으로부터 냉각 현상이 일어나게 되어 커피생두의 표면과 속의 온도 불균일로 인한 로스팅 품질이 저하되는 문제점이 있다. 아울러 열풍의 제어 방법의 수단으로 배기 유동공기의 상대습도를 측정하고 상대습도가 40~60%를 유지하도록 제어를 하면서 로스팅을 진행하고자 하는 것이 상기 발명 기술의 로스팅 방법으로 제시하고 있는 바, 상기 발명에서 제시하는 열풍의 온도 범위는 100~200℃으로써 이때 열풍의 온도가 100℃ 미만이면 상대습도를 이용하여 제어하는 것이 가능할지라도 열풍의 온도가 100℃ 이상 200℃라면 이 구간은 과열증기의 구간으로써 상대습도를 이용한 열풍의 제어는 심한 오류가 발생하는 문제점이 있다. 즉, 한국등록특허공보 제10-1779297호의 기술은 정상적인 커피 로스팅을 달성할 수 있는 기술적인 특성이 결여된 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 정상적인 커피 로스팅을 달성할 수 있는 기술적인 특성이 결여된 종래의 문제점을 해결하기 위한 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 체적가열(volumetric heating)로 알려진 마이크로파 가열을 커피생두의 로스팅 열원으로 적용하고자 한다. 체적가열의 형태인 마이크로파 가열은 커피생두에 흡수된 마이크로파에 의한 생두의 자체 발열로써 생두의 온도가 상승되는 것으로 겉과 속의 동시 가열의 효과를 얻을 수 있다. 즉 겉과 속의 동시 가열로 생두의 로스팅을 진행하면 생두 내에서 진행되는 물리적, 화학적 변화에 대한 차이가 미미할 것으로 기대되며 아울러 종래의 표면가열 형태로 로스팅한 경우와 비교해서 커피의 맛과 향기를 함유하는 화학 물질의 생성에도 변화가 예측되며 로스팅 후 커피 원두의 맛에 대한 차별화가 가능할 것이다.
본 발명은 커피생두의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅에 있어서 목표로 하는 로스팅 단계에 적절한 외기(열풍) 온도와 품온을 설정하고 그것에 부합하는 투입 마이크로파 출력 제어 시스템을 고안하고자 한다. 또한 커피생두의 종류, 투입량, 외기온도, 로스팅 커피콩의 온도 등의 조건에 의한 마이컴 혹은 PLC 연산으로 마이크로파 출력 제어 시스템을 자동 제어함으로써 각 단계 별 커피생두 로스팅 품질을 극대화하고 빠른 로스팅의 달성과 로스팅 에너지 효율을 극대화 할 수 있는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법을 구축하는 것을 주요 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 커피생두의 데이터를 입력하는 로스팅 데이터 입력단계; 커피생두의 로스팅 진행 프로세스 연산단계; 상기 로스팅기의 가동과 열풍시스템를 가동하는 단계; 상기 열풍시스템에서 발생하는 열풍을 감지하는 열풍 온도 감지단계; 커피생두의 로스팅을 위한 마이크로파 출력 연산단계; 상기 로스팅기의 로스팅 챔버에 상기 커피생두를 투입하는 단계; 상기 커피생두에 마이크로파 출력을 인가하여 상기 열풍과 함께 마이크로파에 의해 상기 커피생두를 로스팅하는 마이크로파 출력 인가단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법이 제공된다.
마이컴 또는 PLC에서 메모리된 커피생두의 물성데이터와 입력부를 통해 입력된 커피 로스팅의 운전정보를 이용하여 로스팅 시간 및 목표 로스팅 단계의 달성을 위한 열풍의 온도와, 상기 열풍에 대응하는 마이크로파 출력을 연산하여 마그네트론을 연속적으로 가동하여 마이크로파 에너지를 투입함으로써 상기 커피생두의 로스팅을 완료하는 것을 특징으로 한다.
상기 커피생두의 로스팅 시 열풍의 온도 범위를 210 ~ 250℃로 하여 구동하는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법으로서, 상기 열풍온도에 대응하는 마이크로파 투입 에너지는 마이크로파 발생장치인 마그네트론의 출력에 마이크로파 가열상수(X)를 곱한 형태로서, 상기 마이크로파 투입 에너지는 마이크로파 가열상수(X) * 마그네트론 출력이고, 상기 열풍온도(T∞) = a(상수) * 마이크로파 가열상수(X) + b(상수)”의 일차함수로 표현되고, 상기 열풍온도 수식을 활용하여 마이크로파 가열상수를 연산하여 마이크로파 투입 에너지를 결정하고, 상기 마이크로파 투입 에너지를 이용하여 마그네트론의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 커피생두의 로스팅 열량 = 열풍에 의한 전열량 + 마이크로파 투입 에너지로서, 상기 커피생두의 로스팅 열량 Q는, Q = U * A * (T∞ - TC) + EM, 상기 마이크로파 투입에너지 EM은, EM = X * PM으로서, 상기 U, A, T∞, TC, EM은 각각 열전달 계수, 전열면적, 열풍온도, 생두의 온도, 투입 마이크로파 에너지이고, 상기 X는 마이크로파 가열상수, 상기 PM은 마크로파 발생장치인 마그네트론의 출력이고, 상기 마이크로파 가열 상수는, T∞ = a * X + b에 의해 결정되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 a,b는 상수로서, 마이크로파 가열상수를 열풍온도에 따라 자동으로 연산하여, 상기 상수 a,b를 구하고, 상기 연산에 의해 구해진 상기 상수 a,b에 의해서 상기 커피생두의 로스팅에 필요한 마이크로파 투입 에너지를 공급한다.
본 발명에 의해서 커피 생두 로스팅을 수행한 결과로써 종래의 표면가열을 이용하는 커피 로스팅에 비해서 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 후 커피 원두의 물리적, 화학적 특성에 대한 변화가 발생됨을 확인하였고, 특히 커피 맛과 향을 구성하는 성분의 차이를 발견하였고, 이러한 것은 본 발명에 의한 로스팅 커피 원두는 기존의 것에 비하여 맛과 향에 있어서 차별성이 존재하는 것을 확인하였다.
본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 생두의 로스팅에 있어서 종래의 표면가열 형태의 저효율(25~30%로 알려져 있음) 로스팅에 비하여 마이크로파를 이용한 체적가열 형태의 로스팅을 통한 고효율(약 47%) 로스팅으로 종래의 방법에 비교하여 약 17~22%의 에너지절감을 달성하였다.
종래의 방법에 의한 커피 로스팅은 대부분의 경우가 단속식이나, 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅은 단속식의 구성과 연속식의 구성이 모두 가능하였고, 특히 연속식 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅은 생산성의 향상과 일관된 로스팅 품질 유지를 달성하였다. 또한 종래의 방법에 의한 단속식 커피 로스팅의 경우 알려진 바에 의하면 로스팅 소요시간은 빠른 것이 8 ~ 9분인 데 비하여 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅의 경우 로스팅 소요시간이 6분이면 충분함으로 약 25%의 로스팅 시간을 단축하였다.
도 1은 종래 마이크로파와 열풍을 이용한 커피 로스팅의 개략도
도 2는 본 발명에 의한 마이크로파 가열을 커피생두 로스팅 방법에 이용되는 연속식 커피생두 로스팅기의 구조를 개략적으로 보여주는 도면
도 3은 본 발명에 의한 마이크로파 가열을 커피생두 로스팅 방법에 이용되는 단속식 커피생두 로스팅기의 구조를 개략적으로 보여주는 도면
도 4는 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅기의 가동을 위한 구성도
도 5는 본 발명에 의한 연속식 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법의 동작 흐름도
도 6은 본 발명에 의한 단속식 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법의 동작 흐름도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 예를 들어, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명은 커피 생두 로스팅의 주 열원으로 사용하고자 하는 마이크로파 발생장치와, 상기 마이크로파 발생장치의 마이크로파 출력을 제어할 수 있는 마이크로파 출력 제어부를 구비하고, 마이크로파로 인한 생두의 가열에 있어서 외기로 인한 냉각의 효과를 방지하고자 생두 주변의 외기 공기유동을 열풍으로 구성하는 열풍시스템이 설치되어 있으며, 커피 생두를 연속적으로 공급, 로스팅 후 배출을 유도하는 이송장치를 구비하고 있으며, 로스팅실(가열실, 공진캐비티)은 생두의 출입이 연속적으로 진행되기 때문에 입구, 출구 부분은 개방되어야 하므로 이 개방된 부분으로의 전자파 누출방지를 위한 차폐장치가 설치되어 있으며, 이러한 마이크로파 연속식 로스팅기의 전체적인 동작을 제어할 수 있는 로스팅기 조작부가 구성된 연속식 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 장치에 있어서, 마이컴 혹은 PLC에서 기 메모리된 커피 생두의 물성데이터와 입력부를 통해 입력된 커피 로스팅의 운전정보를 이용하여 로스팅 시간(로스팅 체류시간) 및 목표 로스팅 단계의 달성을 위한 외기 유동공기(열풍)의 온도와 이에 대응하는 적정 마이크로파 출력을 연산하여 마그네트론을 연속적으로 가동하여 마이크로파 에너지를 투입함으로써 로스팅을 완료하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 제어방법이다.
한편, 본 발명의 커피생두 로스팅 방법에는 단속식 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 장치를 이용할 수도 있다. 상기 단속식 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 장치는 연속식과 마찬가지로 마이크로파 발생장치, 마이크로파 출력 제어부, 열풍시스템, 로스팅기 전체 동작을 제어하는 조작부를 기본적인 구성으로 하여 로스팅실(가열실) 내에 생두를 적재하고 로스팅을 진행하는 것으로 적재된 커피 생두의 균일한 가열을 위하여 로스팅실(가열실)은 주로 드럼의 형태로 되어 있으며 균일한 가열을 위해 회전하는 구조로 되어 있다.
상기 단속식 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 장치를 이용하는 본 발명은 적재된 커피 생두의 균일한 가열을 위하여 로스팅실(가열실)은 주로 드럼의 형태로 되어 있으며 균일한 가열을 위해 회전하는 구조로 되어 있는 단속식 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 장치에 있어서, 마이컴 혹은 PLC에서 기 메모리된 커피 생두의 물성데이터와 입력부를 통해 입력된 커피 로스팅의 운전정보를 이용하여 로스팅 시간(로스팅 체류시간) 및 목표 로스팅 단계의 달성을 위한 외기 유동공기(열풍)의 온도와 이에 대응하는 적정 마이크로파 출력을 연산하여 마그네트론을 연속적으로 가동하여 마이크로파 에너지를 투입함으로써 로스팅을 완료하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 제어방법이다.
이때, 커피의 로스팅 시 외기 유동공기(열풍)의 온도 범위를 210 ~ 250℃로 하여 구동하는 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅에서 이 열풍온도에 대응하는 마이크로파 투입 에너지는 마이크로파 발생장치인 마그네트론의 출력에 마이크로파 가열상수(X)를 곱한 형태(마이크로파 가열상수(X) * 마그네트론 출력)로써 마이크로파 가열상수(X)는 열풍의 온도와 상관관계가 있는 것으로 “열풍온도(T∞) = a(상수) ·마이크로파 가열상수(X) + b(상수)”의 일차함수로 표현되는 수식을 활용하여 마이크로파 가열상수를 연산하여 마이크로파 투입 에너지를 결정하고 이를 이용하여 마그네트론의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 커피생두 로스팅 방법에서는 상기 연속식 커피생두 로스팅기을 이용한다. 이때, 상기 연속식 커피생두 로스팅기는 커피생두를 투입하기 위한 로스팅 챔버, 컨베이어 벨트, 마이크로파 발생장치, 열풍시스템, 마이크로파 출력 제어부, 로스팅기 조작부를 포함한다.
상기 로스팅 챔버는 커피생두가 지나갈 수 있도록 터널 형상으로 구성된다. 로스팅 챔버에는 입구와 출구가 구비된다. 이때, 상기 로스팅 챔버의 입구와 출구에는 상기 전자파 차폐장치가 설치된다.
상기 컨베이어 벨트는 로스팅 챔버의 내부로 지나간다. 로스팅 챔버의 바닥부로 컨베이어 벨트가 지나간다. 컨베이어 벨트는 공지의 구동수단에 의해 무한궤도 운동한다. 컨베이어 벨트의 무한궤도 운동에 의해 컨베이어 벨트가 로스팅 챔버의 입구쪽에서 출구쪽으로 이동할 수 있게 된다.
상기 마이크로파 발생장치는 커피생두에 가해지는 마이크로파를 발생시키기 위한 장치로서, 로스팅 챔버 내부에 설치될 수 있다. 바람직하게, 마이크로파 발생장치는 로스팅 챔버의 바닥부에 마주하는 천정부에 설치된다.
상기 열풍시스템은 로스팅 챔버 내부에 설치된다. 열풍 시스템은 브라켓과 같은 지지수단에 의해 로스팅 챔버의 바닥부와 천정부 사이의 내부 공간부에 설치될 수 있다.
상기 마이크로파 출력 제어부는 마이크로파 발생장치에 연결되어, 상기 마이크로파 발생장치에서 마이크로파가 발생되도록 제어하게 된다. 마이크로파 출력 제어부는 로스팅 챔버의 외부에 설치될 수 있다.
상기 로스팅기 조작부는 마이크로파 출력 제어부를 통하여 마이크로파 발생장치에 연결되고, 열풍시스템에도 연결된다. 로스팅기 조작부에 의해 마이크로파 발생장치와 열풍시스템의 조작을 제어할 수 있다.
본 발명의 커피생두 로스팅 방법은 로스팅 데이터 입력단계, 연산단계, 로스팅기의 가동과 열풍시스템를 가동하는 단계, 열풍 온도 감지단계, 마이크로파 출력 연산단계, 커피생두를 투입하는 단계, 마이크로파 출력 인가단계를 포함한다.
상기 로스팅 데이터 입력단계에서는 로스팅하기 위한 커피생두의 데이터를 입력한다. 본 발명에서는 연속식 커피생두 로스팅기 또는 단속식 커피생두 로스팅기을 이용하여 커피생두를 로스팅하는데, 상기 연속식 커피생두 로스팅기 또는 단속식 커피생두 로스팅기(이하에서는 편의상 연속식 커피생두 로스팅기과 단속식 커피생두 로스팅기을 통칭하여 커피생두 로스팅기을 칭하기로 함)의 로스팅 조작부에서 커피생두의 데이터를 입력한다. 이때, 커피생두의 데이터라 함은 커피생두의 종류, 커피생두의 투입량 등을 의미한다. 다만, 본 발명에서 의미하는 커피생두의 데이터는 주로 커피생두의 종류이다.
상기 연산단계에서는 커피생두의 로스팅 진행 프로세스를 연산한다. 상기 커피생두의 로스팅 진행 프로세스는 로스팅 조작부에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 커피생두 로스팅기의 메인 컨트롤부에서 커피생두의 로스팅 진행 프로세스를 진행하도록 구성될 수도 있다.
상기 로스팅기의 가동과 열풍시스템를 가동하는 단계에서는 커피생두 로스팅기 전체를 가동시키고 동시에 열풍시스템를 가동한다.
상기 열풍 온도 감지단계에서는 열풍시스템에서 로스팅 챔버 내부로 공급하는 열풍의 온도를 감지한다. 로스팅 챔버 내부에 구비된 열풍 감지센서에 의해 열풍의 온도를 감지하도록 구성될 수 있다.
상기 마이크로파 출력 연산단계에서는 커피생두의 로스팅을 위한 마이크로파 출력을 연산하게 된다. 마이크로파 출력량을 연산한다. 마이크로파 출력 연산은 커피생두 로스팅기의 메인 컨트롤부에서 수행하도록 구성될 수 있다. 메인 컨트롤부에 마이크로파 출력 연산부를 구비하여, 마이크로파 출력 연산이 수행되도록 할 수 있다.
상기 커피생두 투입 단계에서는 로스팅기의 로스팅 챔버에 커피생두를 투입한다. 로스팅 챔버의 입구에서부터 커피생두를 투입한다. 컨베이어 벨트 위에 커피생두를 투입한다.
상기 마이크로파 출력 인가단계에서는 커피생두에 마이크로파 출력을 인가하여 열풍과 함께 마이크로파에 의해 커피생두를 로스팅한다. 마이크로파 발생장치에서 마이크로파를 출력하고, 열풍시스템에서 열풍을 공급한다.
본 발명의 커피생두 로스팅 방법에서는 마이컴 또는 PLC에서 메모리된 커피생두의 물성데이터와 입력부를 통해 입력된 커피 로스팅의 운전정보를 이용하여 로스팅 시간(로스팅 체류시간) 및 목표 로스팅 단계의 달성을 위한 열풍의 온도와, 상기 열풍에 대응하는 마이크로파 출력을 연산하여 마그네트론을 연속적으로 가동하여 마이크로파 에너지를 투입함으로써 상기 커피생두의 로스팅을 완료하는 것이 특징이다. 이때, 커피생두의 물성데이터와 커피 로스팅의 운전정보는 로스팅기 조작부에 구비한 운전 조건 입력부에서 시행한다. 또한, 로스팅 시간은 로스팅 체류시간을 의미하고, 열풍은 외기 유동공기(다시 말해, 열풍시스템에서 공급되는 열풍)을 의미한다. 또한, 마이크로파 에너지는 마이크로파 출력을 의미한다.
본 발명은 커피생두의 로스팅 시 열풍의 온도 범위를 210 ~ 250℃로 하여 구동하는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법이다.
상기 열풍온도에 대응하는 마이크로파 투입 에너지는 마이크로파 발생장치인 마그네트론의 출력에 마이크로파 가열상수(X)를 곱한 형태로서, 상기 마이크로파 투입 에너지는 마이크로파 가열상수(X) * 마그네트론 출력이고, 상기 열풍온도(T∞) = a(상수) * 마이크로파 가열상수(X) + b(상수)”의 일차함수로 표현되고, 상기 열풍온도 수식을 활용하여 마이크로파 가열상수를 연산하여 마이크로파 투입 에너지를 결정하고, 상기 마이크로파 투입 에너지를 이용하여 마그네트론의 동작을 제어한다.
상기 커피생두의 로스팅 열량 = 열풍에 의한 전열량 + 마이크로파 투입 에너지로서, 상기 커피생두의 로스팅 열량 Q는 아래의 식과 같다.
Q = U * A * (T∞ - TC) + EM (1)
또한, 상기 마이크로파 투입에너지 EM의 식은 아래의 식과 같다.
EM = X * PM (2)
이때, 상기 U, A, T∞, TC, EM은 각각 열전달 계수, 전열면적, 열풍온도, 생두의 온도, 투입 마이크로파 에너지이고, 상기 X는 마이크로파 가열상수, 상기 PM은 마크로파 발생장치인 마그네트론의 출력이다.
본 발명에서 핵심인 마이크로파 가열 상수는 아래의 식에 의해 결정된다.
T∞ = a * X + b (3)
상기 a,b는 상수로서, 마이크로파 가열상수를 열풍온도에 따라 자동으로 연산하여, 상기 상수 a,b를 구하고, 상기 연산에 의해 구해진 상기 상수 a,b에 의해서 상기 커피생두의 로스팅에 필요한 마이크로파 투입 에너지를 공급한다.
도 2는 마이크로파 가열을 이용한 연속식 커피생두 로스팅기의 개략도를 나타낸 것이다. 연속식 커피생두 로스팅기의 구조는 전술한 바 있으나, 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 연속식 커피생두 로스팅기는 커피생두 로스팅의 주 열원으로 사용하고자 하는 마이크로파의 마이크로파 발생장치와, 마이크로파 발생장치의 마이크로파 출력을 제어할 수 있는 마이크로파 출력 제어부를 구비한다. 또한, 마이크로파로 인한 커피생두의 가열에 있어서 외기로 인한 냉각의 효과를 방지하고자 생두 주변의 외기 공기유동을 열풍으로 구성하는 열풍시스템이 설치되어 있다. 또한, 커피생두를 연속적으로 공급, 로스팅 후 배출을 유도하는 컨베이어벨트를 구비하고 있다.
상기 로스팅 챔버(가열실, 공진캐비티)은 커피생두의 출입이 연속적으로 진행되기 때문에, 로스팅 챔버의 입구, 출구 부분은 개방되어져야 하고, 이러한 개방된 입구, 출구로의 전자파 누출방지를 위한 전자파 차폐장치가 설치되어 있다. 또한, 마이크로파 연속식 로스팅기의 전체적인 동작을 제어할 수 있는 로스팅기 조작부가 구비된다.
도 3은 마이크로파 가열을 이용한 단속식 커피생두 로스팅기의 개략도를 나타낸 것이다. 이러한 단속식 로스팅기 역시 연속식과 마찬가지로 마이크로파 발생장치, 마이크로파 출력 제어부, 열풍시스템, 로스팅기 전체 동작을 제어하는 조작부를 기본적인 구성으로 한다. 단속식의 경우에는 로스팅실(가열실) 내에 생두를 적재하고 로스팅을 진행하는 것으로 적재된 커피생두의 균일한 가열을 위하여 로스팅실(가열실)은 주로 드럼의 형태로 되어 있으며 균일한 가열을 위해 회전하는 구조로 되어 있다.
도 2와 도 3의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅기를 가동하기 위한 본 발명의 조작부 구성은 도 4에 도시된다. 도 4는 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅기의 가동을 위한 구성도로서, 커피생두 로스팅 기능 수행을 위한 커피생두의 조건 혹은 로스팅기의 일반기능 수행을 위한 조건을 입력하는 입력부, 커피생두의 로스팅 시의 온도 감지 혹은 커피생두의 투입량을 감지 또는 입력할 수 있는 수단과 로스팅기의 보수유지를 위한 로스팅실(가열실) 도어의 개폐에 따른 안전 기능 수행을 위한 도어 안전 감지 입력부의 신호가 마이컴 혹은 PLC에 전달되도록 하는 조건 입력부와, 조건 입력값과 내장된 메모리 데이터를 이용하여 로스팅기 구동을 제어하는 마이컴부 혹은 PLC와 마이컴 혹은 PLC 동작 명령을 받아 로스팅기 구동을 수행하는 구동부로 구성된다. 구동부는 로스팅기의 마이크로파 발생원인 마그네트론의 냉각을 위한 모터 구동, 커피생두의 적재 및 로스팅 후 배출을 위한 컨베이어 동작용 구동 모터의 구동, 마이크로파로 인한 생두의 가열에 있어서 외기 공기유동으로 인한 냉각의 효과를 방지하고자 생두 주변의 외기 공기유동을 열풍으로 구성하는 열풍 구동부 등의 일반 구동회로와 본 발명의 핵심인 마이크로파 출력 조절을 위한 마이크로파 조절부, 마그네트론 구동을 위한 마그네트론 “전원부 1(마그네트론의 필라멘트 전원 공급)”“마그네트론 전원부 2”로 구성된다. 또한 마이컴부 혹은 PLC에는 커피생두 로스팅 동작 시 투입 마이크로파 출력의 자동 연산을 위한 커피생두의 종류별 물성데이터와 커피 로스팅 단계별 가열특성 데이터가 메모리되어 있으며 이는 경우에 따라 외부에서 변경 가능하도록 구성된다.
본 발명에서는 마이크로파 연속식 커피 로스팅기 또는 마이크로파 단속식 커피 로스팅기를 이용하여 커피생두 로스팅 수행 시 커피생두의 종류 및 목표 로스팅 단계에 따른 적절한 로스팅 제어를 위한 마이컴 혹은 PLC 자동 연산 및 연산 결과에 따른 마그네트론의 연속 구동, 로스팅 완료까지에 이르는 마이크로파 커피 로스팅 방법으로 고안되었다. 마이컴 혹은 PLC에서 기 메모리된 커피생두의 물성데이터와 입력부를 통해 입력된 커피 로스팅의 운전정보를 이용하여 로스팅 시간(로스팅 체류시간) 및 로스팅을 위한 적정 마이크로파 출력을 연산하여 마그네트론을 연속적으로 가동하여 로스팅을 완료하는 것이 본 발명의 가장 중요한 특징이다. 물론 이러한 동작은 커피생두의 종류, 로스팅 단계 결정 온도(목표 로스팅 단계에 준함), 투입량에 따라 커피 로스팅의 진행 프로세스를 달리할 수 있다.
본 발명에서 마이크로파 가열을 이용한 연속식 커피 로스팅기 이다. 본 발명의 동작 방법은 도 5, 도 6의 로스팅기 동작 흐름도에서 개략적으로 표현하였지만 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
마이크로파 커피 로스팅기의 개시에 있어서 운전 조건 입력부에 커피생두의 종류 및 그 물성과 목표 로스팅 단계(8단계 또는 3단계), 생산량을 입력하면 기본적인 로스팅의 운전 조건이 생성된다.(로스팅 운전 조건 입력단계) 여기서 중요한 운전 조건은 열풍의 온도로써 목표 로스팅 단계에 도달하는 커피 로스팅 품온과 밀접한 관계가 있다. 예를 들어 목표 로스팅 단계를 달성하는 커피 로스팅 품온이 215℃라면 마이크로파 가열에 의해 커피생두의 온도는 로스팅 품온까지 상승이 이루어지고 있는 데 외기 유동공기온도가 품온 보다 낮다면 커피생두의 표면에서는 냉각이 진행되므로 커피생두의 속과 겉표면에는 온도 차이가 발생되어 커피의 전체적인 로스팅 품질에는 차이가 발생될 문제점이 있다. 또한 외기 유동공기온도가 목표 품온 보다 너무 높은 경우에는 커피 표면에서 열풍에 의한 가열현상으로 커피 표면의 로스팅 정도는 속에 비해 과해질 수 있는 현상이 발생된다. 즉 마이크로파 가열을 주된 열원으로 커피 로스팅을 진행하는 경우에는 목표 로스팅 단계를 달성할 수 있는 목표 로스팅 품온과 외기 유동공기온도(열풍)의 최적 조화가 필요로 요구된다. 일반적으로 커피 로스팅 단계를 결정하는 커피생두 품온은 약 200 ~ 240℃로서 로스팅 단계의 최저 단계에서 최고 단계까지를 표현하고 있다. 이러한 온도 범위는 로스팅기의 종류, 커피의 종류 등의 외적인 요인에 의하여 다소 차이는 있다. 주로 음료로 이용되는 커피 원두의 로스팅 단계에 대응하는 품온은 210 ~ 225℃로 알려져 있으며 이 또한 커피 로스팅 시의 특성에 따라 다소 차이는 있다. 본 발명의 커피 로스팅의 주된 열원은 마이크로파 가열로써 마이크로파에 의해 커피 자체 발열(체적가열)로 커피생두 품온이 상승되므로 목포 로스팅 품온에는 쉽게 도달할 수 있으므로 커피생두의 겉과 속의 균일한 가열을 유지하여 커피 로스팅 품질의 균일함을 유지할 수 있도록 외기 유동공기온도(열풍온도)를 실험적으로 결정하였으며, 열풍온도의 범위는 210 ~ 250℃로 설정하였다. 이와 같이 로스팅 조건을 설정하면 로스팅기의 기본 운전조건이 조작부에 나타나게 되고 이것으로 로스팅기 운전을 시작할 수 있으며, 로스팅 품질을 달리하고자하는 경우에는 임의로 변경이 가능한 것도 본 발명에는 포함한다. 단 열풍온도의 변화 범위는 210 ~ 250℃를 유지한다.
위에서 설명한 조건이 결정되면 커피생두를 투입하고 마이크로파를 로스팅실(가열실, 캐비티) 내로 조사하여 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅을 진행한다. 이때에 로스팅의 완료는 커피의 품온을 측정할 수 있는 온도감지 수단을 이용하여 목표 로스팅 품온에 도달하였을 경우 로스팅을 종료하고 배출한다. 연속식인 경우에는 출구 부분에 설치된 온도감지수단을 이용하여 목표 로스팅 온도에 도달될 조건을 만족하도록 로스팅기의 마이크로파 출력 인가, 컨베이어 속도 등의 목표 로스팅 품질 달성에 관련된 조절부의 적정 운전 조건을 확립하고 연속적으로 커피 로스팅 생산을 진행한다. 이러한 로스팅기의 동작에 있어서 가장 중요한 것은 목표 커피 로스팅 품질의 달성에 연관된 목표 로스팅온도, 열풍온도, 커피생두의 특성 등에 부합하는 적정 마이크로파 출력의 인가로써 본 발명의 핵심인 적정 마이크로파 인가 출력을 결정하는 것에 대해 상세히 설명하고자 한다.
커피생두의 온도를 상승시켜 로스팅을 진행하는 경우에는 일차적으로 커피생두에 함유된 수분의 건조가 진행되는데 생두 내의 포함된 수분은 결합수의 형태로써 이때의 건조는 감률건조의 진행으로 건조가 진행에 따라 생두의 온도상승이 동시에 진행되며 이후 목표 로스팅 온도에 도달하여 로스팅을 종료한 후에도 로스팅 원두에는 미량의 수분이 존재한다. 이러한 과정의 열적 변화는 매우 복잡한 메커니즘이 일어나는 데 이러한 과정의 에너지 수지를 다음과 같이 간략히 표현하면, “커피생두의 에너지 수지 = 커피생두의 건조를 위한 온도상승 열량 + 목표 로스팅까지 온도상승 열량 + 증발수분 열량 “으로 표현할 수 있으며 이러한 커피생두의 로스팅에 소요되는 전열량은 ”커피생두 로스팅 열량 = 열풍에 의한 전열량 + 마이크로파 투입 에너지“로 표현할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 상기한 식 (1)과 같다.
상기 식 (1)에서 보듯이 커피생두의 로스팅에 필요한 주된 열원은 투입 마이크로파 에너지이며, 외부 열풍의 온도도 로스팅의 열원으로 기여함을 알 수 있다. 즉 열풍의 온도가 투입 마이크로파 에너지의 크기 결정에 중요한 요소임을 알 수 있다.
상기 마이크로파 투입 에너지 EM은 상기 (2)로 표현된다. 여기서 X는 마이크로파 가열 상수, PM은 마이크로파 발생장치인 마그네트론의 출력이다. 마이크로파 가열을 이용하여 커피 로스팅을 하는 경우에 마이크로파 가열 상수 X는 식(1)과 비교하면 열풍의 온도인 T∞와 연관된 것으로 마이크로파 가열 상수는 열풍의 온도에 따라 실험적으로 결정하여야 하는 것이다. 이에 따라 본 발명에서는 마이크로파 가열 상수를 실험을 통해 상기 식 (3)으로 결정하는 것으로 개발하였다.
T∞ = a ·X + b (3)
여기서 a, b는 상수로써 열풍온도와 마이크로파 가열 상수는 일차 함수관계를 취하고 있다.
본 발명의 마이크로파 가열 상수(X)의 결정을 위하여 브라질산 아라비카종 커피생두 (Cerrado NY.2(Fine cup))를 사용하여 다음 표와 같은 조건으로 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅을 진행하여 마이크로파 가열상수를 결정하였다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000001
상기 표와 같은 실험적 결과와 본 발명의 고안인 식 (3)을 이용하여 로스팅 열풍온도에 대응하는 마이크로파 가열 상수를 연산하여 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅에 필요한 적정 마이크로파 에너지를 공급할 수 있다. 다음의 표는 식 (3)을 이용하여 다양한 열풍온도에 대응하는 마이크로파 가열 상수를 나타낸 것이다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000002
본 발명에서는 열풍 온도에 대응한 마이크파 가열 상수를 결정하는 것을 특징으로 한다. 마이크로파 가열 상수의 연산은 마이컴부 혹은 PLC에서 자동으로 연산할 수 있다.상기 상수 a,b를 결정하는 과정을 다시 설명하면 아래와 같다.
230 = a * 0.56288
250 = b * 0.68947
상기 두 개의 방정식에서 a = 157.99, b = 141.07로 계산된다.
따라서, 상기 표 2에서와 같이, 열풍온도가 225℃인 경우, 마이크로파 가열 상수는 0.53123, 열풍온도가 230℃인 경우, 마이크로파 가열 상수는 0.56288로 계산된다. 이처럼, 상기 상수 a,b를 구하여 커피생두의 종류에 따라 열풍온도와 마이크로파 가열 상수를 정하여 커피생두에 열풍과 마이크로파를 공급하게 된다. 이러한 공식에 의해 상수 a,b를 자동으로 계산하여 로스팅 대상인 커피생두에 맞는 열풍 온도와 마이크로파 출력을 정하여 공급하는 것이 본 발명의 핵심적인 특징이 된다.
마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅에 있어서 커피콩 표면의 로스팅 품질의 다양한 변화를 일으키는 요소는 외기 유동공기의 온도(열풍온도)인 바, 상기 표와 같이 다양한 열풍온도에 적절히 대응하는 마이크로파 가열 상수를 열풍온도에 따라 자동으로 연산하여 최적의 커피 로스팅 품질 달성에 필요한 마이크로파 투입 에너지를 결정하여 공급하는 본 발명의 고안은 최상의 커피 로스팅 품질의 달성과 지속적인 생산 품질 유지에 커다란 기여가 있을 것으로 기대된다.
<본 발명의 결과>
커피생두의 로스팅에 있어서 로스팅 열원으로 마이크로파 가열을 이용함에 있어서 생두의 겉과 속의 로스팅 품질의 균일화를 위해 열풍을 보조 열원으로 구성하고 이에 적절히 대응하는 마이크로파 투입 에너지를 자동 연산하여 마이크로파 에너지의 자동 공급을 추구하는 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 방법을 적용하여 커피생두를 로스팅한 결과를 소개하고자 한다.
브라질산 아라비카종 커피생두 (Cerrado NY.2(Fine cup))를 소재로 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 방법을 적용하여 커피 로스팅을 실시하였다.
같은 종류의 커피생두를 종래의 방법으로 같은 로스팅 단계(강중배전, CITY)로 로스팅한 샘플과 마이크로파 가열을 이용한 커피생두의 로스팅 샘플의 물리적, 화학적 특성을 비교 측정하는 방법을 적용하여 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 결과물에 대한 로스팅 품질을 검증하였다. 로스팅 샘플의 물리적, 화학적 특성에 관한 측정은 “전남대학교 식품 가공 및 저장학 실험실”과 “서울대학교 농업생명과학대학 농생명과학기기공동기기원”에서 진행하였다.
1) 본 발명의 커피 로스팅 결과 시료 구분
본 발명의 커피 로스팅 결과 시료의 구분은 다음 표 3과 같다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000003
상기 표 3에서 보듯이 커피 로스팅 원두의 로스팅 단계의 아그트론 계측기를 이용한 측정 결과 종래의 직화식을 이용한 로스팅 커피 원두는 60.1, 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 커피 원두는 60.8, 53.8로 구분되며 이것은 강중배전(CITY)의 로스팅 단계를 의미한다.종래의 방법에 의한 로스팅 소요시간은 13분이고, 본 발명에 의한 로스팅 시간은 7분이며, 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 시간은 6분까지 단축이 가능하다.
2) 물리적 특성 측정 결과
종래의 직화식 방법과 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 커피 원두의 물리적 특성 측정 결과는 다음 표 4와 같다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000004
* 색도 측정 : 색차계 (CM-3500d, Minolta Co., Ltd Japan)를 사용하여 측정하였고 결과 값은 L (lightness), a (redness), b (yellowness) 임.상기 표 4에서 보듯이 로스팅 후 함수율을 비교하면 종래의 표면가열 방식으로 로스팅한 경우의 로스팅 후 함수율이 다소 높게 나타나는 것은 커피콩의 속 부분의 건조가 미진한 것으로 볼 수 있으며, 마이크로파 가열로 로스팅을 진행한 경우는 마이크로파에 의한 커피콩의 자체발열 즉 체적가열의 현상으로 커피콩의 겉과 속의 균일한 건조가 진행되어 함수율은 다소 낮아진 결과로써 본 발명의 추구 목표가 달성되었음을 의미한다.
3) 클로로겐산, 카페인, 트리고넬린 함량 측정 결과
종래의 직화식 방법과 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 커피 생두의 클로로겐산, 카페인, 트리고넬린 함량 측정 결과는 다음 표 5와 같다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000005
상기 표 5에서 보면 클로로겐산은 로스팅 시 온도상승으로 그 함량이 줄어드는 것으로 알려져 있는 성분으로써 동일한 배전(로스팅) 정도에서 보면 종래의 직화식에 의한 로스팅 보다 마이크로파 가열을 이용한 로스팅에서 클로로겐산의 함량이 높게 나타남을 알 수 있다. 이러한 현상은 마이크로파 가열로 로스팅 시에 열풍의 온도를 높게 하지 않아도 마이크로파에 의한 커피콩의 자체발열로 로스팅이 진행되었음을 보여주는 것이다.
카페인 성분 역시 배전의 진행에 따라 그 함량이 감소되는 물질로 알려져 있으며 마이크로파 가열로 로스팅하는 경우에는 외기 열풍의 온도를 높이지 않아도 되므로 마이크로파 가열로 로스팅을 진행한 경우에 그 함량이 높게 나타남을 알 수 있다.
트리고넬린 성분은 로스팅 온도 상승에 따라 주로 향기성분으로 화학적 변화를 일으키는 물질로써 마이크로파 가열을 이용하여 로스팅을 하는 경우에 발생되는 체적가열로써 커피콩의 겉과 속의 균일한 온도상승으로 인하여 마이크로파를 이용한 로스팅에서 그 함량이 다소 적게 나타남을 알 수 있다.
이상과 같이 커피의 기본적인 성분인 클로로겐산, 카페인, 트리고넬린의 로스팅 후 함량의 변화를 비교하여 보면 종래의 표면가열 형태의 로스팅에 비해 마이크로파에 의한 체적가열 형태의 로스팅에 있어서 기본적인 성분의 함량 변화가 나타나고 있으므로 본 발명의 실적용 효과가 발현됨을 알 수 있다.
4) 총 페놀 함량과 항산화활성 측정 결과
종래의 직화식 방법과 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 커피 원두의 총 페놀 함량과 항산화활성 측정 결과는 다음 표 6과 같다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000006
상기 표 6에서 보듯이 총 페놀함량은 종래의 직화식 로스팅 보다 마이크로파 가열을 이용한 로스팅에서 다소 많은 함량이 나타남을 알 수 있다. 또한 항산화활성측정 결과에서도 종래의 방법에 의한 로스팅 결과 보다 마이크로파 가열을 이용한 로스팅에서 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl), FRAP(Ferric reducing antioxidant power)의 수치가 높게 나타남을 알 수 있다.
5) 유기산 측정 결과
종래의 직화식 방법과 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 커피 원두의 유기산 측정 결과는 다음 표 7과 같다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000007
상기 표 7은 로스팅 후의 유기산 함량을 측정한 결과로써 배전 강도가 증가할수록 유기산의 함량이 줄어드는 특징은 이미 알려진 내용과 유사한 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다. 종래의 직화식에 의한 로스팅 샘플(Ag. NO 60.1)과 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 샘플(Ag. NO 60.8)의 유기산 함량을 비교하면 마이크로파 가열로 로스팅한 것의 유기산 함량이 전체적으로 적게 나타나는 데 이것은 마이크로파 가열로 인하여 커피생두 속 부분의 로스팅이 적절하게 이루어졌음을 의미한다. 또한 유기산 중 Quinic acid는 주로 클로로겐산의 열분해로 형성되는 것으로 3)항의 클로로겐산 함량 측정 결과와 일치함을 알 수 있다. 로스팅 후 유기산의 함량은 커피 맛을 표현하는 것으로 알려져 있다. 로스팅 열원을 종래의 표면가열 형태에서 본 발명의 체적가열 형태로 변화를 주었을 경우 도표와 같이 유기산의 새로운 함량변화를 나타내고 있으므로, 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 방법을 적용한 커피 로스팅과 종래의 방법에 의한 로스팅 결과의 차별적 가치를 확인 할 수 있다.
6) 휘발성 향기성분의 측정 결과
종래의 직화식 방법과 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 커피 원두의 휘발성 향기 성분 측정 결과는 다음 표8과 같다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000008
상기 표 8은 가스크로마트그래피와 질량분석기(GC-MS)를 이용하여 로스팅 후 커피 원두의 향기 성분을 측정한 것으로 분석 시 향기성분은 약 55가지 정도 검출되었으나 이중 20가지의 성분만을 도표화 한 것이다. 상기 도표에서 보듯이 종래의 직화식에 의한 로스팅 원두(Ag. NO 60.1)와 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 원두(Ag. NO 60.8)와의 향기성분의 검출에는 그 경향이 비슷한 것도 있지만 일부 성분에서는 차이가 심한 것도 있다.
종래의 방법에 의한 로스팅과 마이크로파 가열을 이용한 로스팅 후 검출되는 향기성분의 차이에 대한 성분별 변화 특징과 그 성분에 해당하는 플레이버(flavor)를 요약하면 다음 표 9와 같다.
Figure PCTKR2018009744-appb-T000009
상기 표 9에서 보듯이 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 후 커피 원두의 화학적 변화 특성을 종래의 방법에 의한 로스팅 후 커피 원두와 비교하면 일부 성분에서 차이를 나타내고 있다. 이것은 체적가열의 형태인 마이크로파 가열은 커피생두에 흡수된 마이크로파에 의한 생두의 자체 발열로써 생두의 온도가 상승되는 것으로 겉과 속의 동시 가열의 효과와 이에 부합하는 외기 환경 즉 열풍의 조화로 로스팅이 진행된 결과이다. 즉 겉과 속의 동시 가열로 생두의 로스팅을 진행하면 생두 내에서 진행되는 물리적, 화학적 변화에 대한 겉과 속의 차이가 미미해 진 것을 의미하며 아울러 종래의 표면가열 형태로 로스팅한 경우와 비교해서 커피의 맛과 향기를 함유하는 화학 물질의 생성에도 변화가 발생되므로 본 발명의 마이크로파 가열을 이용한 커피 로스팅 후 커피 원두의 맛에 대한 차별화가 가능한 것이다.이상, 본 발명의 특정 실시 예에 대하여 상술하였다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서 이상에서 기술한 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

Claims (3)

  1. 커피생두의 데이터를 입력하는 로스팅 데이터 입력단계;
    커피생두의 로스팅 진행 프로세스 연산단계;
    상기 로스팅기의 가동과 열풍시스템를 가동하는 단계;
    상기 열풍시스템에서 발생하는 열풍을 감지하는 열풍 온도 감지단계;
    커피생두의 로스팅을 위한 마이크로파 출력 연산단계;
    상기 로스팅기의 로스팅 챔버에 상기 커피생두를 투입하는 단계;
    상기 커피생두에 마이크로파 출력을 인가하여 상기 열풍과 함께 마이크로파에 의해 상기 커피생두를 로스팅하는 마이크로파 출력 인가단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    마이컴 또는 PLC에서 메모리된 커피생두의 물성데이터와 입력부를 통해 입력된 커피 로스팅의 운전정보를 이용하여 로스팅 시간 및 목표 로스팅 단계의 달성을 위한 열풍의 온도와, 상기 열풍에 대응하는 마이크로파 출력을 연산하여 마그네트론을 연속적으로 가동하여 마이크로파 에너지를 투입함으로써 상기 커피생두의 로스팅을 완료하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커피생두의 로스팅 시 열풍의 온도 범위를 210 ~ 250℃로 하여 구동하는 마이크로파 가열을 이용한 커피생두 로스팅 방법으로서, 상기 열풍온도에 대응하는 마이크로파 투입 에너지는 마이크로파 발생장치인 마그네트론의 출력에 마이크로파 가열상수(X)를 곱한 형태로서, 상기 마이크로파 투입 에너지는 마이크로파 가열상수(X) * 마그네트론 출력이고, 상기 열풍온도(T∞) = a(상수) * 마이크로파 가열상수(X) + b(상수)”의 일차함수로 표현되고, 상기 열풍온도 수식을 활용하여 마이크로파 가열상수를 연산하여 마이크로파 투입 에너지를 결정하고, 상기 마이크로파 투입 에너지를 이용하여 마그네트론의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열을 이용한 생두커피 로스팅 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CO2018009196A1 (es) * 2018-08-31 2018-10-31 Tecniares S A S Máquina secadora de granos y proceso multietapas para el secado de granos
KR102343488B1 (ko) * 2021-04-26 2021-12-24 정유원 참깨 가공 시스템 및 이를 이용한 참깨 가공 방법
KR102343487B1 (ko) * 2021-04-26 2021-12-24 정유원 참깨 로스팅 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6436457B1 (en) * 1999-06-01 2002-08-20 Mojocoffee Co. Microwave coffee roasting devices
KR20150131599A (ko) * 2014-05-15 2015-11-25 조영준 커피 로스팅을 제어하는 시스템 및 방법
KR20150146191A (ko) * 2014-06-23 2015-12-31 심대흠 마이크로웨이브를 이용한 커피볶음기
KR101779297B1 (ko) * 2016-05-27 2017-09-15 주식회사 엠투 회전드럼이 내부에 설치되며 마이크로파와 열풍에 의한 커피로스팅방법
KR20170104243A (ko) * 2016-03-07 2017-09-15 (주)커피 리브레 커피 로스팅 장치 및 이를 이용한 커피 로스팅 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101779279B1 (ko) 2008-10-21 2017-09-18 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 광학 시트

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6436457B1 (en) * 1999-06-01 2002-08-20 Mojocoffee Co. Microwave coffee roasting devices
KR20150131599A (ko) * 2014-05-15 2015-11-25 조영준 커피 로스팅을 제어하는 시스템 및 방법
KR20150146191A (ko) * 2014-06-23 2015-12-31 심대흠 마이크로웨이브를 이용한 커피볶음기
KR20170104243A (ko) * 2016-03-07 2017-09-15 (주)커피 리브레 커피 로스팅 장치 및 이를 이용한 커피 로스팅 방법
KR101779297B1 (ko) * 2016-05-27 2017-09-15 주식회사 엠투 회전드럼이 내부에 설치되며 마이크로파와 열풍에 의한 커피로스팅방법

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