收藏贴│咖啡可溶物质、萃取率及 TDS 大全之咖啡豆的奥秘

咖啡DIV5年前 (2019)发布 coffeehome
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我们从咖啡豆中都萃取出了什么?

针对这个问题,人类已研究了上千年之久。

大自然将上千种美味锁定在小小的咖啡豆当中,而我们要做的便是将它们释放到我们的咖啡杯当中。

我们将咖啡磨成粉,再将热水倒入,让一粒粒咖啡豆变成美味的咖啡。

而有时咖啡的味道令人陶醉,有时却差强人意,这到底是为什么呢?

今天,我们将从微观角度向大家解释咖啡萃取的原理,去探秘当热水遇到咖啡粉时究竟发生了哪些事情。

通过从单细胞层面分析咖啡的萃取过程,我们将更加清楚地认识水粉比例、冲泡时间和研磨程度的重要性,以便更好地理解咖啡萃取、可溶物质比(TDS)等高深理念。

只要将咖啡萃取的基础了解透彻,再高深的专业词汇也难不倒你!废话不多说,让我们从咖啡豆的细胞结构开始讲起。

咖啡豆的奥秘

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让我们先来讲讲阿拉比卡咖啡豆。如果我们将咖啡豆看作是一座“监狱”,那么这座监狱关押的“犯人”(也就是细胞)超过450万个!若将咖啡豆一劈两半,大致的情景应当是这样的:

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上图展示的是一颗被切开的烘焙好的咖啡豆。请注意,咖啡豆内部密布着许多孔洞,在咖啡豆仍处在果实阶段时,咖啡细胞就藏匿于这些孔洞之中。

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让我们再放大一些。上图展示的是放大750倍之后的咖啡豆内部结构,从中我们可以清楚地看到咖啡细胞个体。每一个细胞的宽度相当于人类头发直径的二分之一(约50-70微米)。

在烘焙过程中,这些细胞会产生大量二氧化碳,细胞也会因此膨胀,细胞当中含有大量可溶物质。“可溶物质”是咖啡豆中可溶于水的物质的统称,我们冲泡咖啡的目的就是将这些可溶物质从细胞中解放出来。

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可溶物质的形状与大小各不相同。上图为大家总结了4种最常见的可溶物质种类,以及每种物质可能为咖啡带来的口味特征。

水果酸和咖啡因是最容易被溶解的物质,它们能够给咖啡带来明亮的口感和水果味。

油脂是指咖啡中天然存在的脂肪和油质,这些物质虽无法与水相容,但在冲泡过程中仍会被释放出来。

使用金属滤网的冲泡设备,例如法压壶和意式浓缩咖啡等会将油脂保留在咖啡当中,因此用这两种设备冲泡出来的咖啡口感更加醇厚、丝滑。

由于滤纸的孔洞过细,使用滤纸的冲泡设备则会把油脂过滤掉。与使用金属滤网的冲泡设备相比,使用滴滤咖啡设备,例如手冲壶所制作出来的咖啡,其油脂含量仅为原有的1/10。

在烘焙过程中,咖啡豆会发生“美拉德反应”,产生部分类黑素,这些物质会让咖啡的颜色变为深棕。

碳水化合物占干燥咖啡生豆总重的近50%,但其中仅有少部分可溶于水。碳水化合物能够为咖啡带来甜味和土味。

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让我们回到咖啡豆当中,快看,这些五颜六色的可溶物质都被锁住了!

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别害怕,我们的“英雄”水这就来拯救他们!水一旦进入咖啡细胞,就会开始溶解其中的可溶物质,在充分溶解之后,水和这些可溶物质所形成的溶液就是我们熟知的咖啡,如下图:

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水一旦进入咖啡细胞,就会开始溶解其中的可溶物质。在充分溶解之后,水和这些可溶物质所形成的溶液就是我们熟知的咖啡,但并不是所有可溶物质都是好的。

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咖啡豆总重当中,仅有30%的物质是可溶于水的,剩余的70%均是不可溶于水的纤维和碳水化合物。

在这30%当中,只有20%是好的可溶物质(即“理想可溶物质”),剩下10%则是坏的可溶物质(即“多余可溶物质”),这些多余的物质让咖啡变得难喝。为了让咖啡变得更加美味,我们要尽可能多地萃取出咖啡中的“理想可溶物质”,并尽量避免萃取“多余可溶物质”。

好消息是“多余可溶物质”通常溶解较慢,因此控制冲泡时间对于咖啡品质来讲至关重要。

水与细胞接触时间越长,所萃取的可溶物质越多

在咖啡业内,“萃取率”被用于描述被锁定在咖啡豆当中可溶物质总量与被萃取出可溶物质总量之间的比例。

原则上,水与咖啡细胞接触时间越长,被萃取出的可溶物质就越多。

美国精品咖啡协会(SCAA)官方给出的理想萃取率为18-22%,也就是说溶解在水中的可溶物质总重应当为咖啡豆原始重量的18-22%。若数值低于或高于该值,咖啡的口味将难以达到理想,如下图:

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水只会萃取出接触到的可溶物质

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从微观角度了解了咖啡的萃取过程之后,让我们再从宏观的角度来看一看水在咖啡萃取过程中所起到的作用。为便于解释,让我们暂且将咖啡豆看作是一个二维的平面(实际当中咖啡豆是一个三维的立体,如上图)。

上图展示的是一颗被整粒浸入水中的咖啡豆。水只能接触到咖啡豆的表层细胞,即用亮蓝色标示出来的部分。

我们的目的是让水充分接触咖啡豆的所有细胞,因此我们必须让水进入到咖啡豆的内部。

研磨咖啡,使水接触到更多咖啡细胞

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通过将咖啡豆研磨成更小的颗粒,我们能够使水接触到更多的咖啡细胞。颗粒越小,水所接触到的咖啡细胞就越多。

时间越长,水浸入单个颗粒的程度就越深。

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让我们将单个咖啡粉颗粒想象成一个拥有90个细胞的盒子(30×30,如上图)。在最左侧的盒子中,水与细胞的接触时间为30秒,在此期间,水仅浸入了位于盒子最外侧的两层细胞。

当时间达到120秒时,水已经浸入到了第15层。如果在此刻停止冲泡,位于中心的细胞仍保留着原有状态,其中的可溶物质仍被锁定在细胞当中,这种情况应被认为是“不充分萃取”。

当时间达到240秒时,水已全部浸入所有细胞,所有可溶物质均被充分萃取

颗粒大小决定萃取速率

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若改变研磨程度(即单个咖啡粉颗粒大小),会发生什么呢?首先,让我们假设不同研磨程度咖啡粉的冲泡时间和细胞总数相同(如上图)。

由于颗粒大小不同,我们有可能用30秒的时间完整萃取出咖啡中的全部可溶物质。

颗粒大小无法决定被萃取出的物质种类,却能够决定水浸入所有咖啡细胞所用的时间。

现在,你是否已经理解冲泡时间和研磨程度对咖啡萃取产生的影响了呢?二者相辅相成,此消彼长。

萃取就是在时间和研磨程度之间找到平衡

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如果我们用相同的时间(例如120秒)对不同研磨程度的咖啡粉进行萃取,会发生些什么呢?

我们刚刚说过,如果水与咖啡的接触时间过长,就有可能产生过度萃取,释放出一些“多余可溶物质”。如上图最左侧的盒子中,橙色所显示的细胞就是那些“多余可溶物质”。

在中间的盒子中,我们成功萃取出了全部“理想可溶物质”,即咖啡总重的20%。此时,时间与研磨程度达到了完美平衡,所有“理想可溶物质”被充分萃取,所有“多余可溶物质”仍被锁定在细胞当中。

在右侧的盒子当中,由于水与咖啡粉的接触时间不够,水没能萃取出全部的“理想可溶物质”,仍有部分物质被锁定在细胞当中。

从上图中,我们可以得出另一个结论,那就是咖啡粉颗粒大小的均匀程度对咖啡的萃取程度影响极大。如果咖啡粉颗粒大小不均,就会造成在部分颗粒萃取过度的同时,另一些颗粒萃取仍不充分。

以下是采用不同冲泡设备时应选用的研磨程度:

意式浓缩咖啡:

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手冲咖啡:

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法压咖啡:

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浓度是可溶物质与水之间的比例

在了解完如何才能完整萃取出全部“理想可溶物质”之后,让我们来聊一聊“浓度”,即可溶物质比(TDS)。

TDS 是指一杯咖啡中可溶物质和水之间的比例。由于个体差异和口味偏好,每个人对于 TDS 的理解都不尽相同。总的来讲,1.15%-1.35%是较为理想的可溶物质比

也就是说,1份可溶物质需要兑上99份水,咖啡才会变得好喝。

被萃取出的可溶物质决定了咖啡的口味,而 TDS 则能够显示这些口味的浓烈程度。若把口味比作“音乐”,TDS则好比是“音量”。

提高 TDS,咖啡的口味会变得更浓,但如果某些口味的浓度过高,就会盖过其他更加细微、精致的味道。下图展示了不同TDS下咖啡的口味特征:

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萃取率和可溶物质比(TDS)是衡量咖啡品质最关键的两大要素。希望本文的内容能够让大家初步理解咖啡萃取的过程,以及萃取率和 TDS 的概念与含义。

英文原文地址:

https://handground.com/grind/an-intuitive-guide-to-coffee-solubles-extraction-and-tds

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