원두가 검어질수록 열을 더 받습니까? 열원에 따라 다릅니다

결론은 이렇습니다.

원두가 검어질수록 열을 더 받는지는 열원이 내는 빛에 따라 다릅니다. 근적외선이 많은 할로겐과 직화 화염에서는 흡수가 늘어나고(할로겐 기준 약 1.5배), 원적외선을 내는 뜨거운 드럼 벽에서는 차이가 약 2%로 색과 거의 관계가 없습니다.

그래서 할로겐이나 직화 비중이 큰 기계에서는 출력을 그대로 두어도 갈변이 진행될수록 콩이 받는 열이 저절로 늘어납니다.

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원두 색과 열은 흔히 어떻게 설명됩니까?

검은색은 열을 더 흡수하니 배전이 진행될수록 원두가 더 빨리 뜨거워진다는 설명이 널리 쓰입니다.

검은 옷이 햇볕에 더 뜨거워지는 경험에서 나온 설명입니다. 이 설명은 원두가 받는 모든 열이 색에 따라 달라진다고 봅니다. 하지만 로스터 안의 열원은 햇볕과 같은 빛을 내지 않고, 열원마다 내는 빛의 파장이 다릅니다.

열원마다 내는 빛은 무엇이 다릅니까?

뜨거운 물체가 내는 빛의 파장은 그 물체의 온도가 정합니다.

빈의 법칙에 따르면 가장 강한 빛의 파장은 2,898을 절대온도로 나눈 값(μm)입니다. 약 3,000 K인 할로겐은 0.97 μm에서 가장 강하고, 가시광 8.1%와 근적외선 75.1%를 냅니다. 약 1,800 K인 직화 화염은 1.6 μm에서 가장 강하고 근적외선이 56.1%입니다. 약 250도인 드럼과 내벽은 5.5 μm에서 가장 강하고, 99.5%가 중·원적외선입니다.

가로축은 빛의 파장이고, 세 점선은 열원별로 가장 강한 파장입니다. 할로겐과 화염은 근적외선 쪽에, 드럼 벽은 원적외선 쪽에 있습니다.

열원	대략의 온도	가장 강한 파장	주로 내는 빛
할로겐	약 3,000 K	0.97 μm	근적외선 75.1%, 가시광 8.1%
직화 화염	약 1,800 K	1.6 μm	근적외선 56.1%
드럼과 내벽	약 250도	5.5 μm	중·원적외선 99.5%

색은 어떤 빛의 흡수를 바꿉니까?

근적외선의 흡수는 원두 색이 짙어질수록 늘어납니다.

로스팅 중 생기는 갈색 물질은 가시광부터 근적외선까지 빛을 흡수합니다. 애그트론 색도계가 800~890 nm 근적외선의 반사율로 배전도를 재는 것도, 배전이 깊을수록 근적외선 흡수가 꾸준히 늘어나기 때문입니다. 생두에서 다크 원두로 가는 동안 할로겐 빛의 실효 흡수율은 0.61에서 0.90으로 약 1.5배, 직화 화염은 약 1.3배 늘어납니다.

원적외선의 흡수는 색과 거의 관계가 없습니다.

색은 가시광에서 나타나는 성질이고, 원적외선은 O-H나 C-H 같은 분자 결합의 진동이 흡수합니다. 그래서 유기물은 색과 관계없이 방사율이 0.85에서 0.95 사이에 있고, 키르히호프 법칙에 따라 흡수율도 같습니다. 생두에서 다크 원두로 가는 동안 원적외선 흡수율은 0.90에서 0.92로 약 2% 달라질 뿐입니다.

위 두 막대는 할로겐, 아래 두 막대는 드럼 벽의 원적외선입니다. 할로겐에서는 색이 짙어질수록 막대가 크게 길어지고, 드럼 벽에서는 거의 같습니다. 색 민감 대역의 흡수율 값은 추정 구간이며, 늘어나는 방향은 확정입니다.

생두의 수분은 초반 흡수를 돕다가 줄어듭니다.

물은 1.45 μm와 1.94 μm 부근의 근적외선을 잘 흡수해 초반 흡수를 돕습니다. 건조가 진행되면 이 몫은 줄지만, 갈변으로 늘어나는 흡수가 그보다 커서 전체 흡수는 늘어납니다.

로스팅에서는 무엇이 달라집니까?

반열풍 드럼 기계의 벽 복사는 원적외선이라 원두 색의 영향이 작습니다.

이런 기계에서 콩이 받는 열은 주로 뜨거운 공기와 드럼에서 오고, 드럼 벽이 내는 복사도 원적외선이라 배전이 진행돼도 흡수율이 크게 달라지지 않습니다.

할로겐이나 직화 비중이 큰 기계에서는 출력을 유지해도 입열은 유지되지 않습니다.

옐로잉부터 1차 크랙까지 갈변이 빨라지는 동안 콩의 근적외선 흡수가 늘어, 같은 출력에서도 콩이 받는 열이 저절로 커집니다. 로스팅이 진행되며 발열 반응과 겹치면 후반 온도 상승을 빠르게 하는 요인이 됩니다. 후반에 출력을 단계적으로 줄이는 조작은 이 변화를 보정하는 물리적 근거가 있습니다.

늘어나는 열의 크기는 전체 열에서 복사가 차지하는 몫에 따라 달라집니다.

복사 비중을 10%, 30%, 50%로 놓고 계산하면 후반의 총 흡수열은 각각 약 5%, 15%, 24% 늘어납니다. 이 수치는 흡수율 추정 구간으로 계산한 값이라 크기는 기계마다 확인해야 하지만, 늘어나는 방향은 같습니다.

세 막대는 복사 비중이 다른 세 경우입니다. 복사 몫이 클수록 갈변에 따라 늘어나는 열도 커집니다.

할로겐이나 직화 기계에서는 생두 색도 재현성 점검 목록에 넣으십시오.

내추럴 가공 생두는 워시드보다 색이 짙어 초반부터 근적외선을 더 흡수할 수 있습니다. 같은 프로파일에서 생두만 바뀌었는데 초반 온도 흐름이 달라졌다면 생두 색을 함께 확인하십시오.

기계의 주 열원	원두 색의 영향	기록할 것
반열풍 드럼 (뜨거운 공기와 드럼)	작음	흡기, 배기 온도와 풍량
할로겐 비중이 큰 기계	큼, 후반에 흡수 증가	출력 단계와 조작 시각, 생두 색
직화 비중이 큰 기계	큼, 후반에 흡수 증가	화력 조작 시각, 생두 가공 방식과 색

자주 묻는 질문

Q. 우리 기계의 복사 비중은 어떻게 압니까?

열원의 종류와 배치가 기계마다 달라 하나의 값으로 정할 수 없습니다. 제조사 사양으로 열원 구성을 확인하고, 같은 출력에서 후반 온도 흐름이 어떻게 달라지는지 기록으로 비교하십시오.

Q. 적외선 온도계로 원두 온도를 재면 색에 따라 값이 달라집니까?

일반적인 적외선 온도계는 원적외선을 읽으므로, 유기물의 방사율이 색과 관계없이 비슷해 색의 영향이 작습니다. 다만 표면 온도만 읽고 콩 속 온도는 읽지 못합니다.

Q. 검은 원두가 더 빨리 탑니까?

근적외선 비중이 큰 열원에서는 색이 짙어질수록 표면이 받는 열이 늘어나므로 그럴 수 있습니다. 반열풍 드럼처럼 공기와 원적외선이 주된 열원이면 색의 영향은 작습니다.

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근거

열원별 파장: 빈의 변위 법칙(2,898 μm·K)과 플랑크 복사 법칙의 적분 계산

흡수율과 방사율: 키르히호프 복사 법칙, 유기물 방사율 0.85~0.95 (적외선 복사 표준 참고값)

배전도와 근적외선 흡수: 애그트론 색도계의 근적외선(800~890 nm) 반사율 측정 방식

실효 흡수율(생두 0.61, 다크 0.90)과 후반 흡수열 증가: 추정 흡수율 구간으로 계산한 값이며, 방향은 확정이고 크기는 기계마다 확인이 필요합니다

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