萃取咖啡:咖啡是如何萃取的,以及细粉对浓缩和滤泡式咖啡有怎样不同的影响

时常会听到或者看到一些关于细粉对萃取和风味的影响的误解。我想探讨一下咖啡是如何萃取的萃取咖啡,细粉在其中扮演的角色,以及细粉对浓缩和滤泡式咖啡有怎样不同的影响。这是一篇很长的,技术性的文章。但如果你是业内专业人士,完整的、反复的阅读这一篇文章非常重要。这些观点非常实用。

萃取咖啡:咖啡是如何萃取的,以及细粉对浓缩和滤泡式咖啡有怎样不同的影响

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萃取咖啡:咖啡是如何萃取的,以及细粉对浓缩和滤泡式咖啡有怎样不同的影响

细粉的定义

咖啡豆是一个由表面包覆着油脂和其他固体的纤维素束组成的复杂的三维立体模型萃取咖啡。这些纤维束交错形成空隙空间或者叫“细胞”。研究人员估计一个典型的咖啡豆中含有100万个这样的细胞。烘焙使纤维素变脆,研磨打碎纤维素结构使其变成各种大小的颗粒,最小的颗粒我们称之为“细粉”。

关于细粉的定义有一些争议。我读过的一些早期的研究论文中细粉是指不包含完整细胞的细胞壁碎片。一些人将细粉定义为直径小于一定尺寸(比如说50微米)的颗粒。另一些人最近定义细粉为粒径分布曲线(particle-size-distribution curve)中某个区间内的颗粒(小的那个峰,如果你愿意那样说的话)

典型粒径分布曲线。

请忽略具体数值,曲线仅用于理解概念。

这里的频率是指颗粒的重量或体积。

(*图表中横轴为咖啡粉颗粒大小-grind size,自左向右越来越大;

竖轴为横轴对应尺寸的频率-frequency)

我倾向于的细粉定义是指不含完整细胞的细胞壁碎片,因为包不包含完整细胞的两者萃取方式有所不同。这样定义,萃取过程中水可以轻松接触细粉的所有表面,但是包含完整细胞的颗粒,部分纤维表面位于细胞内部,没有直接暴露在水中。

选择任意直径定义细粉对我来说毫无意义,因为细粉的形状各异,几乎没有球形的。不幸的是,为了简化数学计算和建立萃取动力学模型,很多学术论文做了这种看起来无害的,把细粉当成球体的假设。这个假设荒唐并且会引起误导,对这些论文的结果应该保持怀疑。

观察粒径分布曲线上的小的峰是给咖啡颗粒分组的有趣方式,但是并不能作为细粉的客观标准或定义。因为那个峰的数量、质量和分布会随着豆子、烘焙、磨豆机、刀盘锋利程度、刀盘校准水平等等情况不同而变化,更不用说曲线本身的测量方式了。

咖啡如何开始萃取

咖啡萃取有两个阶段:表面侵蚀和内部粒子扩散。当水接触一个大的咖啡粉颗粒,迅速溶解表面的可溶性固体,大约几秒钟的时间,这个过程就差不多完成了。

咖啡粉中细胞内部的萃取以扩散的形式进行,这个过程需要几分钟的时间,并且至少在合理的冲煮情况下这种萃取永远不会全部完成。扩散过程中,浓度差异使得可溶性咖啡固体从咖啡粉向水中移动(咖啡固体总是会从浓度高的区域向浓度低的区域移动)。溶解在水中的咖啡固体接着通过纤维束上的孔洞扩散到咖啡粉周围的萃取液中。咖啡粉内部的扩散很慢因为它的步骤较多:水需要先穿过咖啡粉上的孔洞,溶解咖啡固体,再通过孔洞穿出,最终带着咖啡固体从粉和水的混合液里进入萃取后的咖啡液体中。较大的咖啡颗粒的萃取更慢,主要因为扩散的路径更长。

在过滤式萃取过程比如说批量冲煮中,总是会有一些咖啡固体留在咖啡粉里面的细胞中,另外还有一些留在咖啡粉之间的残留液体中。在浸泡式萃取比如说法压中,萃取会更慢,主要因为溶解了咖啡固体的萃取液并不是持续从滤杯中移除的,浓度差不像过滤式萃取那么大。(这就是为什么法压的粉应该磨得比批量萃取更细,但99%咖啡业界人士都不这么做。)同样的,留在浸泡式萃取后的咖啡粉层中的可溶性咖啡固体比过滤式更多,这一点让浸泡式萃取相对过滤式效率更低。抛开技术不说,这两种方式残留在咖啡粉层中的咖啡固体浓度差异正是Extract Mojo软件分别设置了计算两者浓度的模式的原因。如果读者们有兴趣我倒是很高兴写一篇关于计算浓度的文章。

有朝一日我们可能会享用30%萃取率的咖啡

(并且我敢说这会让Matt很开心)

咖啡中大约35%的成分是水溶性的。在没有极端的温度、不切实际的超长萃取时间或者额外溶剂的情况下,可以说你永远不能萃取出一堆咖啡粉中超过35%的成分。咖啡馆使用20000美元以下的磨豆机最高能达到的萃取率大概在23%,但是一些大型的roller-mill磨豆机可以轻松提高几个百分点的萃取率。

这是个猜测,但是看起来在苦味和涩味飙升之前,我们可以萃取出一截纤维(即一颗细粉)表面80-90%的可溶性固体。什么?萃取率30%的美味咖啡是有可能的?可能吧,但不是现在,也不是用你的EK。如果用合适的磨豆机,磨得比平时更细一点,仔细筛粉,尽可能去掉太细和太粗的粉,用滴滤机可能能做出26%左右萃取率的咖啡。(请不要急着基于这种冲煮方式批判这个想法—能达到这个方法的合适的研磨设置、筛粉、萃取的可能性很低—需要大量的实践。但是如果都做好了,结果会非常棒。)

亲爱的Vince,达到30%的萃取率的时候我们可能需要新的软件,因为我的CoffeeTools最高只能到26%

我的论点是,如果一段给定的咖啡纤维中有35%重量的可溶性固体, 从那35%中我们可能想要萃取30%(也就是可溶性固体的86%)。而从30%到35%的某一点,涩味的萃取明显上升。理论上讲,如果你有一堆细粉(完全暴露的咖啡纤维碎片),并且成功让所有的颗粒萃取正好达到30%,那么那杯咖啡将会超级棒;不过那也许不能实现。

问题在于,日常的冲煮中,咖啡粉表面(即所有的细粉以及大一点的咖啡粉表面)可溶性固体的萃取会在几秒钟内超出30%,然而通过扩散方式萃取的那80%(?)的咖啡固体可能需要几分钟的时间也只能萃取出其中的20%。此外,在咖啡粉层的平均萃取率达到20%之前,通过扩散方式从小一点的或者沿着通道的咖啡颗粒中萃取的咖啡固体可能已经超过了30%。

为什么这些科学理论很重要

为了做出最好的滤泡式咖啡,看起来你需要尽可能减少细粉(以及粗粉,将会是物有所值的)。鉴于细粉百分百会过萃并且带来苦味和涩味,如果你可以清除细粉或者从源头上避免产生细粉,你会做出更干净、更甜并且口感更顺滑的咖啡。大多数人不喜欢有涩味的咖啡,不过如果你喜欢的话那就太棒了,因为单宁是很好的肠道细菌调节剂。我喜欢从葡萄酒里面得到我的单宁,谢谢。

如何最大限度减少细粉,按重要性排序

使用更锋利的刀盘确保磨豆机刀盘校准完好,越准越好磨得粗一点使用更大的刀盘(刀盘设计同样重要,但是一般说来大一点会好一点)烘焙度浅一点不计一切代价避免日晒豆*筛除细粉——这一点想要做好不容易,不过对于家用或者比赛而言多多试验还是很值得的有可能,咖啡豆温度稍高一些或者用温度高点的磨豆机(这一点还未有定论)*不是真的,但是就是想要这么说一句

除了尽可能减少细粉,在滤泡式咖啡中避免通道对于控制涩味同样重要。细粉和通道以类似的方式影响咖啡品质。

某种程度上,细粉对浓缩是有好处的

但是浓缩咖啡呢?浓缩的萃取时间太短了,扩散式的萃取很难发生。研究人员关于扩散是否在浓缩萃取中起到作用这一点争论已久;就算可以发生,扩散的贡献也是微乎其微的。(这里我忽略了用长达一分多钟的预浸泡,“Slayer式浓缩”,以及其他非正常操作方式做出来的“浓缩”。)

Illy\'s espresso book的作者们指出,细粉在浓缩的萃取中提供了必要的表面积,而大一点的咖啡颗粒也同样重要,以获得足够的水流速率通过咖啡粉层。如果细粉太少,萃取率会偏低;如果大的咖啡颗粒太少,水流会被堵住。鉴于浓缩需要通过侵蚀的方式快速萃取,获得合适的咖啡萃取需要一些细粉的存在。(我觉得理论上可以将100-200微米的细粉分离出来做一杯没有细粉的美味咖啡,但是这个方法在咖啡馆里实现不了)。细粉的理想比例是多少?没人知道。再复杂一点,细粉可以分为两部分,我们称它们为“大的细粉”和“咖啡粉尘(coffee dust)”。极细粉,或者叫咖啡粉尘,相对于对萃取的贡献而言,它们会让流速不成比例的减慢,从而影响浓缩品质。因此需要较粗的研磨设定,而这反过来又降低了萃取率。

Chris Hendon最近在我的Instagram上指出,研磨冰冻的咖啡豆产生的咖啡粉尘更少,大的细粉更多,并且它们的尺寸更一致。我还没有看到相关数据,但是这个现象可能解释了很多咖啡师声称的研磨冰冻豆子为浓缩萃取带来的成功。最大限度减少咖啡粉尘并且研磨出尺寸更一致的大的细粉几乎一定会获得更好的浓缩萃取。谢谢你,Chris,我希望我准确表达了你的研究成果。

结论

恭喜你读完了整篇文章。现在请再读一遍,以便更好的理解:)最重要的,希望这篇文章让大家明白细粉的产生以及冲煮非浓缩咖啡时你可以通过哪些方式减少细粉。大多数咖啡馆可以做的两件最有影响的、可以立即提高萃取质量的事情是用新的、合适的刀盘更换旧的、磨损的刀盘,以及尽可能精准的校准刀盘。萃取率会得到提高,风味干净度也会提升,苦味和涩味将会降低,口感也会更加顺滑。

希望能知道大家的想法。不要害羞。

文章来自:Lynn