گاززدایی پس از رُست قهوه: فرآیند، اهمیت و اثرات بر کیفیت نهایی

مقدمه

رُست قهوه، فرآیندی پیچیده و حساس است که منجر به دگرگونی‌های شیمیایی گسترده در دانه‌های سبز قهوه می‌شود. یکی از نتایج برجسته این فرآیند، آزادسازی گازهایی است که در ماتریکس دانه گیر می‌افتند و در بازه زمانی پس از رُست به‌تدریج از آن خارج می‌شوند. این پدیده که به آن “گاززدایی” یا Degassing می‌گویند، یکی از عوامل کلیدی در درک و کنترل کیفیت قهوه نهایی است. در این مقاله، به بررسی عمیق مکانیسم‌های گاززدایی، ترکیبات گازی آزاد شده، اهمیت این فرآیند در بسته‌بندی، عصاره‌گیری، و توسعه‌ی عطر و طعم قهوه می‌پردازیم و راهکارهای بهینه‌سازی آن را در مقیاس صنعتی مرور می‌کنیم.

۱. ماهیت گازهای آزادشده پس از رُست

۱.۱ ترکیب گازها

فرآیند رُست با دمای بالا منجر به شکسته‌شدن قندها، چربی‌ها و اسیدهای آمینه در طی واکنش‌های پیچیده‌ای همچون واکنش میلارد، کربونیزاسیون، و پیرولیز می‌شود. این واکنش‌ها تولید مجموعه‌ای از گازها را در پی دارند که عمدتاً شامل موارد زیر هستند:
• دی‌اکسید کربن (CO₂): حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد از گازهای آزادشده را تشکیل می‌دهد.
• مونوکسید کربن (CO): در مقادیر کمتر، اما بالقوه خطرناک در محیط بسته.
• آب (بخار H₂O): بخار حاصل از رطوبت داخلی دانه‌ها.
• ترکیبات فرار آلی (VOCs): شامل الکل‌ها، کتُن‌ها، آلدئیدها، هیدروکربن‌ها و ترکیبات گوگردی.

۱.۲ منشأ گازها در دانه قهوه

گازها یا به‌صورت حل‌شده در ساختار سلولی دانه محبوس‌اند یا درون ساختار متخلخل در طول فرآیند رُست تشکیل می‌شوند. دی‌اکسید کربن عمدتاً محصول تجزیه کربوهیدرات‌ها در دماهای بالاست و در ساختار سلولی دانه به‌طور ناپایدار به دام می‌افتد.

۲. سینتیک گاززدایی: فرآیند زمانی و دینامیک خروج گازها

۲.۱ فازهای گاززدایی

گاززدایی معمولاً در دو فاز رخ می‌دهد:
• فاز سریع (Fast Degassing): در ۲۴ تا ۷۲ ساعت اول پس از رُست، بیشترین مقدار گاز آزاد می‌شود.
• فاز کند (Slow Degassing): در هفته‌های بعد، با نرخ پایین‌تری ادامه می‌یابد و می‌تواند تا چندین هفته طول بکشد.

۲.۲ مدل‌های سینتیکی

تحقیقات نشان داده‌اند که نرخ گاززدایی را می‌توان با مدل‌های سینتیکی مرتبه اول یا تابع نمایی دوگانه (dual-exponential) توصیف کرد. نرخ گاززدایی تابعی از دمای محیط، رطوبت، و سطح تماس با هواست. همچنین نوع و ساختار دانه قهوه (عربیکا یا روبوستا) و میزان رُست نیز در این نرخ تأثیرگذار است.

۳. عوامل مؤثر بر گاززدایی

۳.۱ درجه رُست

هرچه رُست تیره‌تر باشد، ساختار دانه بیشتر متخلخل می‌شود و آزادسازی گازها سریع‌تر صورت می‌گیرد. قهوه‌های با رُست سبک‌تر، گاز را برای مدت طولانی‌تری در خود نگه می‌دارند.

۳.۲ نوع فرآوری و منشأ دانه

قهوه‌هایی با فرآوری خشک (Natural Processed) معمولاً گاز بیشتری تولید می‌کنند، چرا که مواد جامد محلول بیشتری در ساختار دانه باقی می‌ماند. همچنین ترکیب فیتوشیمیایی دانه‌ها از منشأهای مختلف می‌تواند بر حجم و نوع گازهای آزادشده تأثیرگذار باشد.

۳.۳ روش خنک‌سازی پس از رُست

خنک‌سازی سریع با هوا (air cooling) در مقایسه با خنک‌سازی با آب (quenching) موجب حفظ بیشتر گازها در دانه می‌شود. دانه‌هایی که با آب خنک می‌شوند، معمولاً زودتر گاززدایی می‌کنند و ماندگاری کمتری دارند.

۴. اهمیت گاززدایی در صنعت قهوه

۴.۱ اثر بر بسته‌بندی

دی‌اکسید کربن آزادشده در صورت عدم گاززدایی مناسب می‌تواند باعث تورم بسته‌بندی، تغییر شکل پاکت‌ها یا حتی انفجار قوطی‌ها شود. به همین دلیل بسته‌بندی‌های حرفه‌ای قهوه دارای سوپاپ یک‌طرفه (One-Way Valve) هستند تا گاز را آزاد کنند ولی از ورود هوا جلوگیری شود.

۴.۲ تأثیر بر عصاره‌گیری (Brewability)

گاز باقی‌مانده در دانه‌های تازه‌رُست‌شده، هنگام عصاره‌گیری، به شکل حباب‌هایی ظاهر می‌شود که مانع تماس یکنواخت آب با بستر قهوه می‌گردند. این پدیده که اصطلاحاً “Blooming” نام دارد، اگر بیش از حد باشد، عصاره‌گیری را مختل کرده و منجر به under-extraction یا استخراج ناقص می‌شود.

۴.۳ ماندگاری و اکسیداسیون

گاززدایی بیش از حد می‌تواند دانه قهوه را در معرض اکسیژن قرار دهد و منجر به کاهش سریع ترکیبات معطر و افزایش فرآیندهای اکسیداسیون شود. بنابراین، یافتن تعادل بین گاززدایی کافی و محافظت از ترکیبات فرار حیاتی است.

۵. گاززدایی و توسعه پروفایل عطری قهوه

۵.۱ تعامل گازها با ترکیبات معطر

بسیاری از ترکیبات عطری قهوه، محلول در دی‌اکسید کربن هستند. این ترکیبات طی گاززدایی ممکن است به همراه گازها خارج شوند. بنابراین، کنترل فرآیند گاززدایی برای حفظ آرومای قهوه حیاتی است.

۵.۲ دوره استراحت قهوه (Resting Time)

قهوه نیاز به یک دوره استراحت (Rest) دارد تا گاز اضافی خارج شود و در عین حال تعادل عطری برقرار گردد. این دوره برای اسپرسو بین ۵ تا ۱۰ روز و برای قهوه‌های دستی (pour-over) بین ۳ تا ۷ روز توصیه می‌شود. این زمان بسته به نوع قهوه، رُست و شرایط نگهداری متغیر است.

۶. روش‌های صنعتی برای کنترل گاززدایی

۶.۱ گاززدایی طبیعی در محیط کنترل‌شده

در بسیاری از کارگاه‌های رُستری، دانه‌های قهوه پس از رُست در ظروف فولادی یا پلاستیکی با درپوش‌های سوپاپ‌دار برای چند روز نگهداری می‌شوند. دمای محیط، رطوبت و میزان اکسیژن به‌دقت کنترل می‌گردد.

۶.۲ گاززدایی تحت خلأ (Vacuum Degassing)

در روش‌های پیشرفته‌تر، از محفظه‌های خلأ برای تسریع گاززدایی استفاده می‌شود. این روش در عین حال خطر خروج بیش‌ازحد آرومای قهوه را نیز دارد و باید با احتیاط به کار رود.

۶.۳ بسته‌بندی با گاز خنثی

برخی شرکت‌ها پس از رُست، قهوه را بلافاصله در حضور گازهای خنثی مانند نیتروژن بسته‌بندی می‌کنند تا هم فرآیند گاززدایی به‌طور کنترل‌شده ادامه یابد و هم از اکسیداسیون جلوگیری شود. این روش برای قهوه‌های صادراتی و بسته‌بندی بلندمدت کاربردی است.

۷. نوآوری‌ها و پژوهش‌های اخیر در حوزه گاززدایی

در سال‌های اخیر، فناوری‌های نوینی برای بهینه‌سازی گاززدایی توسعه یافته‌اند که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• نانوحسگرهای گاز CO₂ برای اندازه‌گیری دقیق نرخ گاززدایی در زمان واقعی.
• مدل‌سازی رایانه‌ای با استفاده از دینامیک مولکولی جهت پیش‌بینی رفتار گازها در ماتریکس سلولی دانه.
• استفاده از بسته‌بندی‌های هوشمند با سوپاپ‌های حساس به فشار که فقط در فشارهای خاص باز می‌شوند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

گاززدایی پس از رُست، فرآیندی پیچیده و چندبُعدی است که نه‌تنها از دیدگاه فیزیکوشیمیایی بلکه از منظر کیفی، تجاری و حسی نیز اهمیت زیادی دارد. کنترل بهینه این فرآیند مستلزم درک دقیق دینامیک خروج گازها، تأثیر عوامل مختلف بر آن و شناخت ارتباط آن با سایر مراحل زنجیره ارزش قهوه از رُست تا عصاره‌گیری است. استفاده از فناوری‌های نوین و رویکردهای علمی در این زمینه می‌تواند به ارتقای کیفیت، افزایش ماندگاری و رضایت مصرف‌کننده منجر شود.

📚 منابع
1. Yeretzian, C., Kinser, J., & Golay, P. A. (2017). Time–resolved gravimetric method to assess degassing of roasted coffee. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 65(37), 8102–8109. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.7b03310
2. Sutter, S., Rüegg, N., & Yeretzian, C. (2014). Impact of roasting conditions on degassing behavior of coffee. Food Research International, 61, 141–146. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2014.03.042
3. Medium. (n.d.). Coffee bean degassing – an overview. Towards Data Science. Retrieved May 29, 2025, from https://medium.com/towards-data-science/coffee-bean-degassing-d747c8a9d4c9
4. MTPak Coffee. (2021, October). The role of degassing valves in roasted coffee storage. Retrieved May 29, 2025, from https://mtpak.coffee/2021/10/role-degassing-valves-storage-roasted-coffee/
5. Gloess, A. N., Schoenbächler, B., Klopprogge, B., D’Ambrosio, L., Chatelain, K., Bongartz, A., … & Yeretzian, C. (2002). Degassing behavior of coffee: A kinetic study. Journal of Food Engineering, 49(3), 247–252. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(02)00432-6
6. Café Kreyol. (n.d.). Post roast rest study. Retrieved May 29, 2025, from https://cafekreyol.com/research/post-roast-rest-study/
7. NP Coffee Science. (n.d.). Coffee degassing after grinding: An introduction. Retrieved May 29, 2025, from https://www.npcoffeescience.com/post/coffee-degassing-after-grinding-introduction
8. Dragonfly Coffee Roasters. (n.d.). Tamas’ guide to coffee freshness: A post-roast conundrum. Retrieved May 29, 2025, from https://dragonflycoffeeroasters.com/blogs/news/63791555-tamas-guide-to-coffee-freshness-a-post-roast-conundrum
9. Coffee Academy. (n.d.). The effect of high temperature short time coffee roasting on degassing time and sensory attributes. Retrieved May 29, 2025, from https://coffeeacademy.ca/the-effect-of-high-temperature-short-time-coffee-roasting-on-degassing-time-and-sensory-attributes/
10. Dorsel, M. (2016). Understanding CO₂ formation and degassing behavior in roasted coffee. [Master’s thesis, University of Guelph]. Atrium, University of Guelph. https://atrium.lib.uoguelph.ca/server/api/core/bitstreams/ee9d7e24-7df2-42b0-a66a-e88dc6f2c70e/content