咖啡磨粉、手沖咖啡的過程中,到底發生了什麼事?

咖啡磨粉、手沖咖啡的過程中,到底發生了什麼事?

咖啡市集的朋友們,在你們拿到精品咖啡豆之後,準備開始手沖咖啡的過程,是不是被各種手沖、水質理論給困惑了呢?那些東西很複雜,但是說穿了就是化學領域中的萃取這個類別。今天史蒂芬店長和傑森店小二聯手以科學的角度來聊手沖咖啡的各個環節。

咖啡之所以好喝,是因為咖啡豆裡含有上千種能刺激嗅覺與味覺的化學物質,進入空氣中,跑到你的鼻子裡;溶進水中衝撞你的味蕾。於是你感覺身處天堂,和天使接吻 (誤)。

以科學的角度來說,一杯咖啡沖煮的過程就是一種「萃取」的呈現方式,這個過程有幾個要素會影響萃取的結果,也就是說,一杯咖啡好不好喝這件事,將會受到「原料」、「接觸面積(表面積)」、「溫度」、「時間」所影響。

手沖咖啡的原料

首先,我們來聊聊原料。萃取所需的原料部分,我們主要概括了「咖啡豆品種」、「烘焙程度」、「新鮮程度」以及「沖煮水質」。

咖啡的品種與烘焙很好理解,大部分的精品咖啡採用阿拉比卡豆(Arabica)是因為他有更多的芳香、味覺化學物質在裡面,烘焙是把咖啡生豆裡的物質轉化,變成更多帶來芳香與口味的化學物質。烘好後的醒豆階段也是同樣的意思,讓化學物質發生一些美味的變化。如果咖啡熟豆裡沒有某種化學物質,當然也不可能萃取出來進到杯子裡。好的咖啡豆帶你上天堂講的就是這個意思。
而咖啡豆的新鮮程度也會影響到他所組成的物質,良好的保存條件、新鮮現烘之後在一定的時間內喝完,都有助於品嚐到一杯美味的咖啡。
既然沖煮咖啡是咖啡豆(粉末)和熱水的化學作用,當然水的品質也佔有一席之地,一般的說法是水質含有一定量的礦物質,也就是所謂的硬水,沖煮出來的咖啡風味會比較豐富。

反應的接觸面積

粗略地說,宇宙萬物是由原子組成的,咖啡也不例外,而原子間的碰撞是各種化學反應的基礎。碰撞的機率越高,反應的機率越高。所以當我們把相同重量的咖啡磨成越細的粉末,反應的接觸面積就更多了!
相同的水溫和沖煮方式下,粉末越細萃取出越多的咖啡物質;粉末越粗萃取得越少。
另一件事情是,咖啡豆本身不是均勻的物質,從最外層到最內層的化學物質都不一樣,咖啡磨得越細,越內部的地方被萃取的機率越高,這也會影響到口感。

手沖咖啡受到磨豆、粉粒、粗細、萃取率、表面積等因素影響
表面積逐漸放大的過程

接觸的時間

在相同條件下,水和咖啡粉末接觸的時間越長,萃取出越多的咖啡物質。這部分很好理解,但把這觀念和其他環節一起討論就會開始變得複雜些。
咖啡粉末較粗的時候,水流比較容易通過,停留的時間較短,所以萃取也會較少;咖啡粉末越細,水流會越容易堵在咖啡粉末之間以及濾紙之上,接觸時間變長,萃取變多。
而手沖時的水流大小、沖水柱的方式也會影響到水在濾紙上停留的時間。「斷水」會增加接觸時間,斷水越多次,萃取越高。

反應溫度

溫度會影響到原子、分子的震動程度,而震動程度會影響到反應的機率,以及反應的能量閥值。講得白話些,越熱的水可以發生更多的萃取反應。另一件事是不同溫度萃取到的物質可能不太一樣,綜合來說,溫度越高,萃取越多,較苦;溫度越低,萃取越少,較酸
一般而言我們會建議使用攝氏 92 度的水來沖煮咖啡,但沖煮的期間水溫一定會下降,所以有些人會買溫控壺,這就看每個人講究的程度到哪了。

沖煮咖啡的萃取率與濃度

當我們討論「萃取率」的時候,是在討論咖啡粉末被水帶走了多少物質。
假設乾的咖啡粉末原本是 20 公克,沖煮完之後,晾乾扣除掉濾紙的重量,剩下 17 克,那我們會說萃取率是 (20-17)/20 = 15%
不管你用多少水去萃取,對咖啡粉來說他就是被拿走了那麼多的物質。

而當我們在講濃度的時候, 指的是我們泡出一杯咖啡中,這個混合溶液裡有多少的水以外的咖啡物質。例如我們拿 200cc (約200克),沖出 202 克的咖啡,那濃度就是 (202-200)/202 = 0.99% 差不多是 1%
這跟你用多少咖啡粉比較無關係,我們專注在你沖出了多少咖啡。

萃取率和濃度在定義上是獨立的,但實務上是相關的,因為你的濃度被萃取出的咖啡粉影響。但記得上面是定義,不代表實際狀況,實際狀況是水會殘留不少在濾紙上。

說到這邊,我們也把一杯咖啡沖好了。品味精品咖啡也是一場溫度、時間、味蕾、嗅覺的舞蹈。溫度隨著時間降低,酸味會越發明顯,而香氣也會跟著改變。這就是精品咖啡最有趣的地方了。

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