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Espresso的过滤和萃取动力学

Espresso的过滤和萃取动力学

作者: 文苏卅 | 来源:发表于2020-06-18 00:48 被阅读0次

      Espresso和滴滤咖啡的动力学是相似的,尽管Espresso的萃取更主要靠冲刷来完成,扩散作用的戏份很少。用来描述Espresso过滤的模型还不是很完善,但是通过实践,已经可以证明它对预测出品成功与否的有效性。下面的内容结合了已发表的研究报告和来自精品咖啡产业的前沿知识。

      

      第一阶段:浸湿。在第一个阶段,水填满萃取腔的头部空间,浸湿咖啡粉,并排出气体。在咖啡粉吸收水的同时,水也会从咖啡粉中取出固体物质。吸收的水分使咖啡颗粒膨胀,减少粉床中的空隙。

      

      水流过粉床时会从咖啡粉中侵蚀出固体物质,并让这些固体物质沉淀到粉床底部。这会使粉床底部的固体物质含量在浸湿阶段得到增加(注2:具体增加了多少沉淀的固体物质,又具体有多少固体物质是随着萃取液体流到粉床底部的,目前还无法通过中断萃取进程来测量记录)。

      

      在浸湿阶段,咖啡粉床极易受到通道的侵害。诸如干咖啡粉的凝聚力不足、咖啡粉位移、膨胀造成的粉床重构、固体物质移动的速度太快、还有某些机器会有的意外的压力增加,都会在这一阶段内极大提高通道形成的可能性。

      

      到了浸湿阶段的最后时刻,粉床已经被彻底变化:消除了空隙,膨胀了起来,吸收了冲煮用水的热量,气体被排出,固体物质从粉床的上层转移到了下层,优先的水流路径已经形成,通道也有可能已经形成。

      

      第二阶段:增压。压力差使水从高压区域穿过粉床流向粉碗底部滤孔的低压区域。按照流体力学中的达西定律所述,随着外加压力的增加,穿过粉床的水量也会增加。然而,在学术出版物中的实验证据与达西定律有两个明显矛盾:

      

      1. 随着萃取过程中的压力增加,最初水的流速会加快,到达最快速度后开始减速,逐渐趋近一个恒定的流速。

      

      2. 对不同外加压力值下萃取的出品取样,发现压力较高时水的流速也较快。但是压力不能高于某一个特定的值,一旦超过这个值,流速就不会变化、甚至反而减慢了。简而言之,如果你把意式咖啡机的泵压从9个大气压调整到12个大气压的话,水流的速度可能反而会变慢。

      

      在增压的过程中流速变慢这一现象,有几种可能的原因。其一,在增压阶段,残存的部分干咖啡粉也被浸湿并膨胀,让粉床中的孔隙更少了,从而增加了水流阻力。其二,压力的增加使粉床更加紧实,也增加了水流阻力。最后,增加的压力“帮助”了咖啡颗粒的移动(即极细粉位移),使得粉床逐渐变得更加紧实。

      

      第三阶段:萃取。关于冲煮过程中的冲刷和扩散这两种不同的萃取形式的研究,目前还存在不同意见。其中一拨研究者整理数据后,推断萃出的物质主要是由冲刷咖啡细胞外壁完成的。而另一拨研究者研究了同样的数据,推断在头1分钟内85%~90%的萃出物是由细胞内扩散完成的(而且之后是100%)。假如真是后者所说的这样,那么扩散就才是Espresso萃取的主角。

      

      然而根据使用大型滤器研究的结果,在咖啡颗粒满足如下条件时,扩散作用才会产生:

      

      1. “束缚水适量”。咖啡颗粒能够容纳相当于自重15%的束缚水。

      

      2. 被游离的萃取液体渗透。

      

      3. 气体已全部排出。

      

      标准的Espresso萃取时间并不长,几乎无法同时满足上面3个条件,让扩散发生。因此,就像油脂来自乳化作用(注3:油脂的乳化作用似乎是由Espresso冲煮过程中的高压引起。关于乳化液是否是Espresso最重要的一个评判条件还存在争议)一样,很有可能Espresso的整个萃取过程都是由冲刷来完成的。就算扩散有功劳的话,也只是杯水车薪。

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