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레포트 | 여러 위치에 센서를 꽂아 두어 커피 발효조 온도 특성 규명 (2015)
날짜
2018-06-07 17:29:01
조회
234

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여러 위치에 센서를 꽂아 두어 커피 발효조 온도 특성 규명(2015)

 

원제 : Advanced Characterization of Coffee Fermenting Tanks by Multi- distributed RFID Sensors

(Caracterización Avanzada de Tanques de Fermentación de Café mediante una Red Multidistribuida de Sensores RFID)

 

저자 : Jiménez-Ariza, T., Correa, E.C., Díaz-Barcos, V., Diezma, B., Barreiro, P., Arranz, F.J.

 

요약 :

  발효 단계는 제품의 최종 품질에 미치는 영향 때문에 커피 처리 과정에서 핵심적인 단계 중 하나로 여겨지고 있다. 온도는 발효 단계의 주요 통제 변수로서 발효 과정의 끝점을 예측하는 데 사용할 수 있다. 일부 연구진은 음료 품질의 저하를 억제하기 위해서는 발효 제어가 필요하다고 주장한다. 그러나 현실적으로 발효는 가장 통제되지 않고 진행되고 있으며 이로 인해 운영 비용(고 에너지, 다량의 물 소비)과 최종 제품 품질 면에서 최적 조건에 훨씬 못 미친 상태로 생산이 이루어지고 있다.

  본 연구의 목적은 분산형, 저비용, 자동 무선 센서(반 수동형 TurboTag  RFID 온도 로거)를 사용하여 발효 탱크 내 온도차를 규명하는 것이다. 극좌표계에서의 공간 보간법 및 위상 공간 다이어그램을 바탕으로 한 혁신적 방법론을 사용하였다. 콜롬비아 까우까에서 실제 진행되는 커피 발효 과정 두 가지에 대해 발효물질 속으로 센서를 직접 담그는 방식으로 조사하였다. 자연 발효 과정은 플라스틱 탱크에 뚜껑을 덮어 진행했는데, 탱크 하나는 창고 내에 두었고 다른 탱크는 야외에 두었다. 발효 과정 동안 발효 온도폭은 4.5도 범위였다. 공간 보간법을 사용할 경우, 중심에서부터 바깥쪽에 이르기까지 동심원 온도 해상도를 최대 cm 0.1도까지, 수직 온도 해상도는 동일 극좌표상에서 cm 0.25도까지 확인할 수 있었다. 공간 보간법과 위상 공간 그래프를 조합함으로써 발효 중 나타나는 부분적 작용(열점, 냉점)을 규명할 수 있게 되었다.

 

주요 내용 :

 - 실험 내용 :

  까우까 주 뽀빠얀 지역 농장에서 까스띠요 종, 부르봉 종, 까뚜라 종 열매를 수확하여 과육을 기계 제거하여 사용

  발효 방식은 까우까에서 통상 사용하는 방식을 사용하되 2011 5월은 옥외(Fout), 2011 10월은 옥내(Fin) 으로 진행. / 발효조는 위쪽이 넓은 둥근 형태로서 위쪽 지름은 1.04m, 높이는 0.85m 이며 커피콩은 0.44m 높이로 채워 넣음. 커피콩의 양은 옥외 230kg, 옥내 276kg. / 발효조에 센서를 미리 설치해 두고 과육을 제거한 커피콩을 채워 넣음

  발효 시작은 겉 온도가 내려가기 시작할 때로, 발효 끝은 전문가의 확인 시점으로 함.

  센서별로 측정, 저장된 온도 자료는 시간/공간별로 통계 처리함

 

- 실험 결과 :

  평균 발효 온도는 옥내 21.2, 옥외 20.3도 로서 앞서 연구결과와 유사 / 최저온도는 옥내 19.0, 옥외 18.3, 최고온도는 옥내 23.6, 옥외 23.2

  센서 기준 표준편차는 옥외 0.6, 옥내 0.36도로서 옥내에서의 온도변화가 낮았음. 그러나 센서 위치별 표준편차는 옥외가 0.64, 옥내는 1.21도로서 위치별 편차는 옥내가 더 높았음.

 

  연구진은 온도행태에 따라 센서를 옥내 5개 그룹 (A: 표면과 중간 높이 중심부 센서 3개로서 가장 온도가 높음, B: 표면과 중간 높이 주변부 센서 10, C: 중간 높이 센서 1개로서 평균값과 비슷, D: 바닥 센서 7, E : 바닥 센서 중 가장 온도가 낮은 것 2) 옥외 5개 그룹 (F: 표면과 바닥의 중심부 센서 2개로서 가장 온도가 높음, G : 표면과 중간 높이 주변부 센서 4, H: 표면과 중간 높이 주변주 센서 5, I : 표면 주변부 센서 4, J : 표면과 중간 높이 가장 온도가 낮은 것 4) 으로 묶음.

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  그룹별로 보았을 때 옥내 바닥(콘크리트)로의 열전도가 옥외 바닥()보다 더 높아 옥내 발효시 바닥면 온도가 더 낮게 나타남. / 중간 높이는 옥외의 경우 주변 공기흐름의 영향을 많이 받음

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  모든 실험에서, 발효조 내의 온도가 바깥 온도에 비해 높으며, 이는 중온성 미생물 활동 때문임.

  외부 온도가 낮을 경우 발효조 온도도 낮아지며 미생물 활동이 줄어들면서 발효가 지연됨. 이로 인한 발효 지연 시간은 실험에서는 2.4시간 (옥내 16.8시간, 옥외 19.2시간)

 

  높이에 따른 발효 온도 차이 및 수직적 온도 편차는 옥내 발효에서만 나타남

  동심원상의 온도 편차는 옥내외 발효 모두에서 나타남. 중심부 온도가 가장 높음.

 

  발효 시작시 커피콩은 과육 제거 작업 때문에 온도가 다소 높은 편이고 온도 면에서 균일한 편 / 발효조에 담으면 바닥면 커피콩은 콘크리트 바닥으로의 열전도 때문에 온도가 낮아짐. / 높이에 따른 온도차는 15cm 2도이며 동일 극좌표상에서 최대 3.8도로 나타남. / Ranasinghe (2013) 은 허용치가 5도라고 언급. / 이러한 온도차는 와인 발효에서도 나타나는 것으로 자동화 관리가 권장됨.

  동심원 온도차는 중심에서 바깥쪽으로 최대 cm 0.1 도로 나타남

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  온도 편차는 바깥 환경으로의 복사, 바닥으로의 전도로 인한 열 방출 및 발효하는 커피콩 속의 온도 분포와 영양소 분포에 따른 발열 반응 역학이 다른 때문에 일어나는 것임

 

인용 (MLA) :

 Jimenez Ariza, Heidi Tatiana, et al. "Caracterización Avanzada de Tanques de Fermentación de Café mediante una Red Multidistribuida de Sensores RFID." (2015): 10.

 

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