咖啡知识|关于咖啡萃取的详解

什么是咖啡萃取?萃取过程中究竟发生了什么?关于咖啡萃取,仍有很多是我们尚未完全弄懂的。今天,我将把自己在过去几周的实验心得和体会与大家作一分享,希望能够帮助大家加深对咖啡萃取的理解。

关于萃取,我们已知的那些事

我们都知道,水是一种很强的溶液,甚至可以被称为"通用溶液",因为它可以溶解很多其他液体所无法溶解的物质。水的分子结构想必大家都知道,由氢原子和氧原子构成,同时带有正负极性,正是因此,其他物质分子在进入水中之后很容易就会发生分解,并与水分子结合。在此基础上,额外的热使分子运动更加剧烈,这使得热水溶解其他物质的能力更强。

同时,我们还知道,咖啡中的很多物质都是可溶的,例如水果酸、咖啡因、油脂、类黑素、碳水化合物和植物纤维。每种物质被溶解的时间和速率是不同的,且带有不同口味。其中,仅有30%的物质是可溶于水的,只有不到20%的物质是带有正面口味的,剩余的只会给咖啡带有多余的苦味、纸味或其他负面口味。幸运的是,这些正面口味物质是首先被溶解的,负面口味物质需要更长的时间才能萃取出来。


此外,我们也知道不同物质会在冲泡的不同阶段被溶解出来。水果酸和咖啡因溶解的最快,因此若冲泡时间较短,咖啡的口味会偏明亮,口感偏单薄。其次被萃取出的是脂肪和油脂,这些物质决定了咖啡的口感,但滤纸会阻碍油脂进入咖啡,因此手冲咖啡的口感会比用金属滤网冲泡的咖啡更加单薄。最后溶解的是类黑素、碳水化合物和植物纤维。类黑素是美拉德反应的副产品,咖啡的棕色正是由于它而产生的。碳水化合物和植物纤维在咖啡成分中的占比超过一半,这些物质是不可溶于水的。最后这两种物质通常带有负面口味,会给咖啡带来多余苦味、纸味或是土味,但它们同样对咖啡整体的口味平衡无比重要。

我们可以通过一个非常简单的实验来了解在冲泡的不同阶段究竟哪些物质被萃取出来。如果你还没有尝试过,请参考以下实验步骤:

准备制作一杯意式浓缩咖啡,同时准备6个小杯子。当咖啡开始滤出时,先让咖啡流进第一个杯子,过5-10秒之后,再让咖啡流入下一个杯子,如此往复,直到咖啡按照冲泡配方制作完成。

按先后顺序为杯子排序,你会发现单从颜色上,每杯咖啡就存在巨大差异,口味想必也大相径庭。由于咖啡的量有限,我仅做满了3杯咖啡,但即便是这样,我还是从每杯咖啡的TDS读数中得到了非常有意思的结果。


从上图中我们可以看出,在咖啡制作的开始阶段,萃取率非常非常高（第一杯咖啡为从开始萃取到总重达到5g时停止）,此后下降得非常明显。

我开始思考:如果用其他冲泡方式,结果会怎样呢?意式浓缩咖啡的萃取过程非常短。如果用其他萃取时间更长的冲泡方式,它们的TDS读数会是怎样的呢?

由此我又产生了另外一个问题:

每一种物质被萃取的速率究竟是怎样的呢?

为此,首先我必须弄清咖啡的萃取速率、全过程中的总萃取量和冲泡过程中每种物质被萃取出的总量与咖啡总重之间的比例。

为此,我必须收集更多数据。我开始尝试V60手冲咖啡,并记录下感官分析数据和TDS读数。我使用的配方是:用22。22g咖啡和400g水在5分钟时间内进行冲泡,预冲泡时间30秒。我选择了时间较长的配方,以便收集更多数据。

每过30秒,我会将滤碗移至新的咖啡杯上,每30秒的倒水量均为50g。最后,我得到了8杯每隔30秒萃取出的手冲咖啡。

这种做法可能会产生一定误差,我已经尽量用各种手段进行避免。例如将滤碗移至新的咖啡杯会导致咖啡粉发生额外震动,再比如我只能控制每个阶段的倒水量,却无法精准控制滴入咖啡杯中的咖啡总量,这导致每个杯子中的咖啡的量可能是不均匀的,尤其是当我最后一次倒水时,剩余的全部水全部进入了最后一个杯子,致使最后一杯的咖啡量最多。


但实验结果令人振奋,无论是从感官分析还是从屈光折射仪读数上面。从上图中我们可以发现,在开始萃取的头30秒,即预冲泡过程中,咖啡的萃取率极高。此后萃取率会持续增长至1分钟,随后便会快速下滑。

从咖啡的口味,我们也能看出每杯咖啡的区别。和预想的一样,头1分钟的2杯咖啡满满是明亮的酸味,这是因为水果酸溶解得最快。在之后的几杯咖啡里,我们分别品尝到了棕糖、糖蜜和太妃糖味。在2分钟过后,咖啡开始变为香草味,味道偏苦,略带涩味。最后一分钟的咖啡则口味平淡,口感单薄,水味足。

我还发现,每个阶段的口味描述词汇的多少与TDS读数的趋势非常吻合,在1分钟左右达到巅峰,此时的词汇也是最多的；随后快速下降,词汇也相应减少。

在此基础上,我还需要收集每30秒萃取出咖啡的总重,以推算出每种物质的萃取速率。为此,我又做了2次实验,并对每个阶段的咖啡进行称重,并收集TDS读数,以计算出每个阶段咖啡在咖啡总重中的占比。


上图显示了TDS读数在整个萃取中的变化。我们可以发现,咖啡的萃取率在头90秒之后发生了快速下降,但TDS读数整体仍在稳定增长。虽然第一阶段的TDS读数很高,但头90秒所萃取出的咖啡的量仅占咖啡总量的一小部分,这部分咖啡会随后稀释到整杯咖啡当中。

因此我们可以得出结论:超过一般的可溶物质是在冲泡头90秒中被萃取出来的,虽然这部分咖啡仅占咖啡总量的20%。

这一试验结果非常振奋人心,但我仍想知道更多。如果一开始将水全部倒入,咖啡的萃取率会发生怎样的变化呢?为此,我对浸泡式咖啡进行了实验


一开始我选择的是法压咖啡。为方便实验操作,我将滤网置于了咖啡粉层之下,而非传统意义上在浸泡之后再进行下压。结果这一方法非常具有挑战性,且实验结果意义并不大,与手冲咖啡非常类似,TDS读数在30秒-1分钟内快速上升,之后迅速下降,而且读数在1分钟-4分钟这一区间内完全没有变化。

但我们还是品尝了每30秒萃取出的咖啡,我们发现结果差异非常大。1分钟左右萃取出的咖啡味道偏酸,口感单薄；处于中段的咖啡花香味极浓,略带一点酒精味。如果TDS读数在1分钟后没有发生变化,那么口味上的变化是从何而来的呢?


为了一探究竟,我选用了另外一种灵活性更强的浸泡冲泡设备——Clever咖啡壶。这一次,我并没有频繁更换杯子,而是在每30秒暂停冲泡,以此法冲泡出8杯咖啡。此外,用Clever咖啡壶可一次性冲泡出大量咖啡,以便我进行感官分析。

但实验结果有时与我们的想法存在很大差距。即便使用了Clever咖啡壶,TDS读数仍在非常早的阶段停止增长,冲泡第30秒和第4分钟的TDS读数差距仅有0。29,咖啡TDS读数在头30秒已经达到了1。06。同样的,每一杯咖啡的口味依旧差别极大。

以上实验究竟说明了什么?

1、大部分萃取发生在萃取的开始阶段,在1分钟时达到顶峰

这或许不是什么新发现,我们已经知道在萃取的开始阶段,正面口味物质会被率先萃取出来,随后萃取出的类黑素、植物纤维和碳水化合物会带来苦味和负面味道,影响咖啡的整体口味。但苦味其实也是咖啡口味平衡中重要的组成部分,不可或缺。

其中,我为咖啡冲泡开始头30秒所萃取出的物质总量之大感到震惊。在感官分析中,我的一位同事惊讶地看着我,问道:"你知道我们这是在萃取咖啡浓缩液,然后再对它进行稀释吗?"虽然有些夸张,但他说的不无道理。咖啡的大部分正面口味几乎是在一瞬间被萃取出的,且浓度极高,非常不平衡,过于出挑。而此后的咖啡则是在努力平衡这些口味,让咖啡的结构感更强。

2、TDS不能说明咖啡是否美味

在浸泡式咖啡实验中,我们发现咖啡萃取率在冲泡1分钟后达到瓶颈。在手冲咖啡中,由于持续向咖啡中倒入热水,萃取率则在1分钟后快速下降。对于两种方法的实验均显示,在冲泡达到1分钟左右,咖啡中的大部分可溶物质已经被萃取出来。

但即便TDS读数没有改变,咖啡口味仍发生了巨大变化。

是什么造成了不同阶段咖啡口味的差异?一种解释是易挥发的芳香物质,我们可以通过核磁共振光谱对其进行检测,但咖啡中含有至少800中芳香物质,想要精确计算几乎是不可能的。


从中我们学到了另外一点:数字并不能告诉我们有关咖啡的一切。如今很多人会依赖屈光折射仪和读数来判断咖啡的好坏。但我们的结果显示,即便是最尖端的技术,也不能取代人们的感官感受。如果我们仅凭数字说话,我们将永远无法对每一杯咖啡的品质公平评测。咖啡是一样带有任性的艺术品,是由用我们的全身心去感受,我们才能得知咖啡隐藏最深的真谛。

即便你有再高端的设备,也无法取代你的舌头。因此下一次再遇到一种冲泡设备,想要设定冲泡配方时,一定要记得,数据只是依据,最终作出判断的仍是你自己,要相信你的感官,跟随自己的心去探索。