KARBONDİOKSİT SALIMI ÜZERİNE

Her kafadan bir ses çıktığı, herkesin doğrusunu keskin bir şekilde ifade ettiği geniş bir konuyu ele alalım istedik.

Öncelikle degas/degassing (gaz salınımı/uzaklaşması diyebiliriz) nedir, neden bu kadar önemlidir, kahveyi hangi parametrelerde etkiler, bahsi geçen gazlar hangi gazlardır gibi konunun birçok kısmına, sıkmadan ama detaylı şekilde bu yazıda yer vermeye çalışacağız.

Yeşil haldeyken nem ve yoğunluk haricinde herhangi bir gaz sorunu ile karşılaşmadığımız kahve çekirdeği, kavrumu sırasında bir dizi kimyasal değişim geçirir. Elbette bu kimyasal değişimler fiziksel değişimlerle de sonuçlanır. Kavurma esnasında, içsel gaz birikimi nedeniyle çekirdekler genişler, bu da sıcaklıkların iyice artmasıyla birlikte içsel gözenekler ve boşluklar oluşmasına izin verilir. Tipik kavurma sıcaklıklarında kahve çekirdeği cam geçiş sıcaklığının üzerine çıkar ve kauçuk gibi olur. Bu, basıncın artmasıyla birlikte yapıyı genişletir. Daha sonra çekirdekler oda sıcaklığına geri soğutulduğunda, kahve yapısı cam geçiş sıcaklığının altına düşer, bu da çekirdeği kırılgan ve öğütmesi kolay hale getirir, ancak aynı zamanda, başta karbondioksit olmak üzere, gazların tuzağa düşebileceği veya emilebileceği büyük yüzey alanlarına sahip boşluklar ve gözenekler oluşturur. Yukarıda bahsettiğimiz kimyasal değişikliklerin sonucunda gerçekleşen fiziksel değişimler; kahve çekirdeklerinin kahverengi, kuru, kırılgan ve gözenekli hale gelmesi ile bizlere yansır. Bu gözenekli yapı çekirdeğin kavrulduktan sonra nem almasının en temel nedenidir.

Kavrulmuş kahve çekirdeğindeki gözenek ağları hem makro gözenekler (boşaltılmış hücreler) hem de mikro gözeneklerden oluşur. Farklı araştırmaları incelediğimizde, ışık mikroskop ve taramalı elektron mikroskop sonuçlarına göre makro gözeneklerin çaplarının 20 ila 40 μm arasında değiştiğini görmekteyiz. Mikron boyutundaki gözeneklerin boyutları ile ilgili netleşmiş bir çalışma kaydedilmemiştir. Bu gözenekler gelişigüzel oluştuğundan ortalama büyüklüklerden bahsedebiliriz. 1975 yılında yapılan başka bir çalışmanın sonucunda ise, kahvenin kavurma sırasında oluşan gözenek yapısının, depolama sırasındaki kütle transferi fenomenlerini ve kavrulmuş kahve çekirdeğinin gaz adsorpsiyon kapasitesini etkilediğini göstermiştir.

Kavrulmuş kahvede salınan gazların %7,3’ü karbon monoksit (CO), %5,3’ü azot (N2) olarak tayin edilmişken, geri kalanı (%1'den az) uçucu organik bileşenlerdir. Buradaki çoğunluğu ise %87 gibi bir oranla karbondioksit alır. Kavrulmuş kahve gram başına 2-5 ml arasında karbondioksit ortaya çıkarır. Karbondioksit, Strecker bozunumu, şekerlerin pirolizi ve Maillard reaksiyonu da dahil olmak üzere birçok reaksiyon sonucunda oluşur.

Bahsettiğimiz gazların bir kısmı kavurma sırasında salınırken, bir kısmı kavrulmuş çekirdeklerin gözenekli yapısı içinde tutulur ve depolama sırasında veya öğütme ve çekme sırasında daha ani bir şekilde serbest bırakılır. CO2'nin kavurma sırasından tüketilene kadar olan çeşitli aşamalarda salınımı, kahvenin birçok önemli özelliği ve karakteristiği ile bağlantılıdır. Bu, tazelik için bir gösterge olup, raf ömrü ve ambalajlama için önemli bir rol oynar, çekme işlemini etkiler, krema oluşumunda rol oynar ve fincandaki duyusal profili direk olarak etkiler. Kahvenin gözenekli yapısında tutulan CO2 miktarı, tazeliğinin bir göstergesidir. Kahveyi öğütme sırasında CO2'nin bir kısmı doğrudan gaz fazına salınır ve kremayı oluşturur. O nedenle karbondioksitten birçok noktada kaçmaya çalışırken, bardakta yarattığı etkiyi görmek isteriz. Kahvenin kavrulmasından öğütülüp bardaklanmasına kadar olan aşamalarının ayrı ayrı incelendiği literatürü incelediğimizde ölçümler için farklı yöntemler kullanıldığını söyleyebiliriz. Hapsolmuş gazların ve bunların salınımının öneminin göz önüne alındığında, kavrulmuş kahveden salınan gaz miktarının ve zaman içindeki salınımının kesin ve nicel bir anlayışını geliştirmek oldukça zorlayıcı bir süreçtir. Üstelik değişkenler oldukça farklıdır. Aynı kavurma örneğinde yer alan her çekirdeğin sıcaklığa verdiği tepki dahi birbirinden farklıdır. Meydana gelen gözeneklerin sayısından, büyüklüklerine kadar belli bir standardı yakalamak imkansızdır ve o nedenledir ki gaz salınım işlemi için kesin sonuçlara varılamazdır. Yapılan çalışmalar incelendiğinde 90 güne kadar gaz salınım ölçümlerinin verilerine ulaşım mümkündür. Kullanılan analiz metotları incelendiğinde; kavrulmuş çekirdeklerin depolanması sırasında kapalı bir kap içindeki basınç artışı ölçülmüş (10−12) ve salınan gaz miktarı ile ilişkilendirilerek bir yaklaşım geliştirilmiştir ve başka bir çalışmada çekirdeğin iç basıncı ölçülerek bir yaklaşımda bulunulmuştur

Kavrulmuş kahvedeki artık olan toplam CO2 miktarının belirlenmesine izin vermek için nicel çekme ve ardından bir kolonda tuzağa düşürme işlemi gerçekleştirilmiştir. Bunun yanı sıra, kavrulmuş kahveden salınan gazın kütlesini zamanın bir fonksiyonu olarak (salınım kinetiği ve salınan gazın mutlak miktarı) doğru bir şekilde ölçmek için gravimetrik yöntem ile gözlem yapılmıştır. Başka bir yöntem olarak, kavrulmuş bütün çekirdeklerden CO2'nin salınımının, büyük bir başlık hacmi olan kapalı bir kap içindeki artan CO2 konsantrasyonunu izleyerek ölçüldüğü yöntem de kullanılan yöntemlerdendir. Burada enstrümental cihazlar ile çıkan analitik sonuçlar, bir olasılık hesabı olan Weibull yaklaşımına ihtiyaç duyularak yorumlanmıştır.

Yapılan çalışmaların sonuçlarını hem çekirdek hem de öğütülmüş kahve olarak aşağıda detaylıca parametreler ile yazacağız. Ve buradan, gaz salınımı ile ilgili genel ve şimdilik ulaşılabilmiş olan doğruları görme imkânımız olacak. Öncelikle, aynı anda, ortalama yoğunluk, yeşil çekirdekler için yaklaşık 1,3 kg/m³'ten koyu kavrulmuş kahve için 0,7 kg/m³'e kadar azalırken, gözeneklilik koyu kavrulmuş kahve için yaklaşık 0,5'e kadar artar. Koyu kavrulmuş kahvede gözeneklilik fazla olduğundan hapsolan karbondioksit miktarı da fazladır.

Kavurma ne kadar koyu ve kavurma süresi ne kadar kısa olursa (sabit kavurma derecesi için), salınan gaz miktarı o kadar büyük ve hızı o kadar yüksek olarak neticelendirilmiştir.

Aynı kavurma derecesinde, yüksek sıcaklıkta kısa süreli işlenen örneklerin, düşük sıcaklıkta uzun süreli işlenenlere göre CO2 salınım hızının önemli ölçüde daha hızlı olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, CO2 salma hızı kavurma derecesi ile arttığı görülmüştür.

Özetle gaz salınım miktarı orta kavurmalarda çok daha hızlı ve efektif şekilde gerçekleşmektedir. Bu özete ek olarak daha hızlı kavrum daha hızlı gaz salınımı demektir. Hız ve sıcaklık karşılaştırıldığında ise sıcaklık daha büyük bir etmendir. Burada kavurma sırasında mevcut ortamda oluşan karbondioksit miktarı da belirleyicilerdendir.

Gaz salınımın yüksek sıcaklıklarda (35 °) yapıldığında bile, hafif kavrulmuş kahve çekirdeklerinin kavurulduktan bir ay sonra bile salınım yapmaya devam ettiği gösterilmiştir. 2001’de yapılan bir çalışmanın sonuçlarına göre, kahvenin oda sıcaklığında 1 atmosferde her 24 saatte bir tutulması durumunda raflama ömrünün %10 kaybedildiğini belirtilmiştir. Yukarıda yapılan çalışmalar, kavrulmuş kahve çekirdeklerinin henüz bir öğütüm ile muamele edilmeden gaz salınım ölçümleri neticesinde ortaya çıkanlardır. Konuyla ilgili doğrular parametreler çeşitlendikçe daha da net şekilde ortaya çıkacaktır.

Kavurma işleminin sonunda, kahve çekirdeklerinin gözeneklerinde hapsolan gazlar ve depolama sırasında veya öğütülürken kademeli olarak serbest bırakılır. Gerçekten de kavurma sırasında oluşan gazları tutabilme yeteneği, kahve çekirdeklerinin en dikkat çekici özelliklerinden birini oluşturmaktadır. Öğütme sonrası, salınım, moleküler ve Knudsen difüzyonu ile hidrodinamik basınçla sürülen viskoz akış nedeniyle oluşur.

Bir çalışmada belirtildiği üzere, gaz difüzyonunun baskın mekanizmalarının iç basınca bağlı olduğu, baskın mekanizmanın salınım süresinin yaklaşık 60-120 dakika değiştiği bildirilmiştir. İlk baştaki hızlı salınımdan sonra, süreç yavaşlar ve daha sonraki aşamalarda etkin difüzyon yetenekleri, yüzey difüzyonu ve kahve yağlarında çözünmüş CO2'nin difüzyonunun muhtemelen baskın süreçler olduğunu göstermiştir. Gözüküyor ki, koyu kavrulmuş çekirdeklerdeki CO2'nin daha büyük bir kısmı, öğütme sırasında yok olan bahsettiğimiz büyük gözeneklerde hapsolmuştur ve bu nedenle daha koyu kavrulmuşlar için öğütme sırasında daha yüksek bir kayba neden olur. Aynı zamanda, yukarda bahsettiğimiz üzere daha koyu kavrulmuş kahvenin, orta kavrulmuş bir kahveye kıyasla CO2 adsorpsiyonu için daha yüksek bir eğilime sahiptir; bu nedenle, salınımdan sonra CO2'nin bir kısmı hâlâ öğütülmüş kahve partiküllerine absorbe olmuş durumda kalır. 1977’de yapılan bir çalışmada kavrulduktan sonra içerde tutulan CO2'nin %45'inin öğütüldükten sonraki ilk 5 dakika içinde salındığı bildirilmiştir. Öğütme sırasında oluşan kayıpların, öğütme boyutları için iri, orta ve ince öğütme boyutları için sırasıyla %26-30, %33-38 ve %45-59 olduğu bir çalışmada raporlanmıştır ki bu ortaya gözeneklilik, sıcaklık, ortam karbondioksiti, bekleme süresinin yanı sıra öğütüm boyutu parametresini de ortaya koymuştur. Öğütülmüş kahvedeki CO2 salınım hızı, öğütme boyutuna ve kavurma sıcaklığına oldukça bağımlı olmakla birlikte, kavurma derecesine daha az bağımlıdır.

Tüm çalışmaların derlemesine göre, bildirilen değerlerdeki farklılıklar, çeşitli yazarlar tarafından kullanılan kavurma profilleri, yöntemler ve salınım süreleri ile kahve işleme türü, çeşidi ve kökenindeki değişkenliklere bağlıdır. Ayrıca, kavurmadan sonraki soğutma modunun (hava soğutma vs. su püskürtme/soğutma) bütün kahve çekirdeklerinin gaz salınımını etkilediği gözlemlenmiştir. Buyurun bambaşka bir parametreye.

İlginçtir ki gravimetrik kavurma kütle kaybına sahip kahve çekirdeklerinin, depolama sırasında salınan CO2 miktarında farklılık gösterdiğini, aynı zamanda kavurma sırasında oluşan CO2 miktarında da farklılık gösterdiği görülmüştür.

Yani temelde konu en doğru şekilde toparlanacak olursa, yapılacak en iyi şey karbondioksite odaklanmaktansa oksijeni ortadan kaldırmaktır. Koyu kavrulmuş kahvedeki deformasyon çok daha hızlı bir oksijenlenmeye neden olduğundan koyu kavrum kahveyi -ki tüketimler bireysel tercihlerdir- hızlı tüketmeye çalışmak en doğru olan olacaktır. Bir kahvenin dinlenmesi gereken süre ise, yukarıda yazdığımız gibi bir dizi kimyasal ve fiziksel işlem parametresinden; kavurma makinesi, çekirdek boyutu, kavurma ortamı, kavurma ekipmanı, öğütme boyutu, demleme ekipmanı kullanımı ve en önemlisi de kendi kişisel tat tercihinize bağlıdır. Birçok blogda da bahsettiğimiz üzere; kahve, doğruların belli bir noktaya kadar enstrümental cihazlarla ve deneylerle sağlandığı fakat duyusal farklılık ve yeteneklerle taçlandırıldığı bir maddedir.  Kahve içmenin eğlencesinin yarısı, kahvenin denemelere tanıdığı genişlik ve imkândan geçer.

Duygu Kurtuluş

Co-Founder / Chemist / Nanotechnology Engineer / Hazardous Chemical Consultant / Chemical Evaluation Specialist