大自然会把咖啡的成千上万种水溶性物质囚禁在咖啡豆内部, 我们所要做的是,设法把它们萃取到杯子里来。
当水遇上咖啡,水将会变成咖啡。可咖啡的味道,时好时坏,原因到底是什么呢?现代科技允许我们通过显微镜将咖啡粉和水的相遇放大,对此过程进行观察,从而解决此疑问。
当我们从细胞的层级来看咖啡,更容易理解水粉比、萃取时间、研磨度对整个萃取过程的影响。这将有助于我们对萃取及TDS的概念有更直观的理解。
观察咖啡豆内部
我们将从一粒阿拉比卡咖啡豆开始。如果把咖啡豆想象成监狱,则里面关押着超过450万个细胞!
将咖啡豆从中间横向对切后的成像如上图所示,仔细观察剖面的小孔洞,当咖啡豆仍以咖啡樱桃的形式生长于树时,每个孔洞中都住着一个活体细胞。
上图是通过电子显微镜放大750倍之后的图像,不难看到,每个细胞的宽度大概有一根头发的一半厚度(约50-70微米)。
烘焙咖啡豆的过程中,这些细胞将充斥CO2进而膨胀,咖啡中的水溶性物质处在每一个细胞壁中。水溶性物质是指咖啡豆中所存在的、且可以溶解于水中的物质。简单来说,咖啡萃取就是用水将咖啡中的水溶性物质溶解于水中成为我们饮用的咖啡液。
咖啡中的水溶性物质
水溶性物质的大小和形状各不相同,上图显示咖啡豆中四种主要的水溶性物质以及每一种类型所对应的咖啡风味。
红色部分:水果酸质(包括柠檬酸、苹果酸等)和咖啡因是最容易溶解于水中的物质,它们给咖啡带来轻快的水果风味。
黄色部分:脂质是咖啡豆中脂肪和油类的总和,技术上来说,它们很难溶解于水中,但仍旧能够以乳状物的形式被释放出来。相对大孔径的金属滤网(如法压壶、意式粉碗等)能够保留住这部分脂质,带来更为顺滑的口感;但像孔径很小的纸质滤器(滤纸)将阻隔掉大部分脂质,仅有1/10的脂质留存于咖啡液中。
蓝色部分:咖啡烘焙时发生的美拉德反应会产生类黑素物质,为咖啡豆和咖啡液带来迷人的棕褐色。脂质和类黑素物质为咖啡带来坚果、香草、巧克力等风味。
绿色部分:碳水化合物占咖啡豆总物质的50%,但只有一小部分是可以溶于水的,主要为咖啡豆增加甜感和泥土气息。
我们回看咖啡豆的内部结构,会发现,这些水溶性物质所处的状态并不利于萃取。经过生长、采收、处理、烘焙等过程后,水溶性物质更像是被锁进了小黑屋。
此时,水是解决这一切的关键!当水进入细胞,水解过程便开始了,得到的就是我们所熟悉的“咖啡”。
水对水溶性物质的萃取是不均等的
咖啡豆总物质中只含有30%的水溶性物质,余下的70%是由不溶性纤维和碳水化物组成的。其中20%的水溶性物质能够为咖啡带来良好的风味,而10%的可溶性物质则有令人敬而远之的可怕味道。冲煮一杯好咖啡,就是尽可能多地水解出好的水溶性物质,避免坏的可溶性物质的析出。幸运的是,不良风味要比优异风味需要更长的萃取时间,因而,我们可以通过控制萃取时间来规避掉不良风味。
咖啡粉与水接触的时间越长,水溶性物质的萃取率越高。
萃取率被用来衡量咖啡中有多少水溶性物质被水解出来。SCAA建议的最佳萃取率为18-22%。
水只能从可接触的部位中萃取出可溶性物质
现在,我们知道水是如何单独与每个细胞相互作用的。接下来让我们来看看水是如何与整个咖啡豆进行作用的。为了简化,我们将咖啡豆的2D横截图提供给大家。
在上面的图中,我们可以想象一下将整个豆体放入水中。水只能接触到豆体的表面细胞(蓝色高亮部分)。所以我们要找到一种方式让水进入豆体内部的细胞,并释放出其可溶性物质。
通过研磨来增加水与细胞的接触面积
我们可以通过将豆破碎成小块来增加水可以获取的细胞数量。 随着碎片越来越小,水可以接触的细胞总数也呈指数增长。
时间可让水逐渐渗入到每个咖啡颗粒中
上图表示水进入细胞中的过程。假设图1中水已经和咖啡粉接触了30秒,这时水进入咖啡粉的边缘和少部分细胞接触进行可溶性物质的萃取。
120秒后,水已经通过更多的细胞。如果现在停止冲煮,那么剩余的可溶性物质将被困在里面,有可能造成咖啡饮品的整体萃取不足。
240秒后,水进入了所有的细胞,这时咖啡粉中的可溶性物质被全部萃取出来。
研磨度对萃取速度的影响
在萃取时间相同,细胞数量相同的情况下,我们试想,当我们改变研磨度会发生什么。有可能在研磨度改变后,我们能分别在240秒和30秒的时间里萃取出等量的可溶性物质。研磨度的改变并不能改变萃取出来的可溶性物质,而是决定了萃取速度。
萃取是研磨度和时间之间的平衡
如果我们对不同的研磨度都用120秒进行萃取将会发生什么呢?
之前我们提到过,如果水与其接触太久,可以过度提取细胞并释放一些不好的可溶性物质(左侧框中的橙色部分) 。
中间的图,我们代表最佳的萃取率20%。那么我们就要掌握好萃取时间和研磨度的平衡,以此将好的可溶性物质萃取出来,避免过度萃取,带来不好的风味。
所以,当我们将咖啡豆研磨时,一致性是很重要的,否则会导致萃取不均匀。
浓度
之前的部分,我们一直在讨论关于萃取的问题。现在来看看浓度,即总溶解固体(TDS)。
TDS可以简单地定义为杯中可溶性物质与水的比例。 虽说不同人的偏好不同,但通常来说,1.15%至1.35%是最佳比例。
如果说,萃取出的可溶性物质确定了风味,那么TDS则决定了这些风味的强度。TDS的增加可以使风味更佳强烈,但也会导致一些风味被其他更强烈的风味所掩盖。