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Espresso的过滤和萃取动力学

时间:2017-04-21 来源:中国咖啡品牌网 阅读:147次
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  咖啡加盟小编今天要分享的关于Espresso的过滤和萃取动力学,是来自Scott Rao的著作,虽然其本人认为对于这方面的研究还没有完成,但是他的分析足以让更多人更深入的了解Espresso在萃取和过滤中的知识。以下为部分内容。
Espresso的过滤和萃取动力学1
  Espresso的过滤和萃取动力学
 
  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。
Espresso的过滤和萃取动力学2
  ↑咖啡粉(以堆砌的矩形表示)的颜色在第一张图里是深红色,代表固体咖啡物质的浓度很高。在后面几张图里,红色越浅代表固体物质的浓度越低。
 
  T=-10秒:压力泵启动之前的干咖啡粉。饱含固体物质,极细粉分散在粉床各处。
 
  T=-1秒:预浸泡接近尾声时的粉床。水已经渗透了几乎整个粉床,但萃取还未开始。咖啡粉吸收水分后,粉床膨胀。一条通道(以黄线表示)形成在粉床中间。粉床顶部已经开始有固体物质流失,粉床下层的固体物质得到增加。极细粉开始向粉床底部移动。
 
  T=0秒:第一滴萃取液体出现。在通道的出口出现第一滴萃取液体。极细粉和固体物质越发集中于粉床的下层。粉床随着压力的增加而收缩。
 
  T=5秒:萃取初期。固体物质和极细粉迅速离开粉床。泵压加满之后,粉床进一步被压缩。
 
  T=15秒:萃取中期。粉床因质量流失而收缩。粉床顶层的可萃取固体物质几乎已丧失殆尽。大部分极细粉和固体物质都集中在了粉床的最底层。
 
  T=25秒:萃取末期。粉床顶层的可萃取固体物已经被抽空。粉床丢失了干燥状态时约20%的重量。
 
  液体的变化
 
  在准备工作完成得很好的情况下,最开始萃出的液体应该很粘稠,而且颜色很深(注4:普遍认为在萃出液体中的焦糖化固体物的浓度越高、或二氧化碳的浓度越低时,颜色就会越深。不过可能还有其他的因素也会影响液体的颜色。)。再往后液体会变得越来越稀薄,而且颜色也会逐渐变淡,最终变成黄色。在液体变成黄色(或金色)时,就要切断水流,防止在对风味没有任何益处的情况下使浓度被稀释。这是因为到了萃取末期,萃出液体中的咖啡风味物质含量已经非常低了。
 
  粉床顶层的固体物质在浸湿和萃取初期迅速被抽出,这是由于高温使得颗粒在浸湿阶段更容易位移,而且还得益于一个很悬殊的浓度差。
 
  粉床下层的固体物含量从浸湿阶段开始增多,之后在萃取初期稳定下来,因为下层咖啡粉在流失少量易溶于水的固体物的同时,又增加了沉淀的极细粉。最后的结果就是在萃出的液体中,粉床上层贡献的固体物所占比例要远高于粉床下层。
 
  极细粉
 
  极细粉、或超细的细胞壁碎片的位移,是Espresso萃取中的“未知因素”。虽然我不知道有什么直接测量的方法能够量化极细粉位移,但在已发布的研究报告中却有很多的间接证据可以证明它的存在。在假定极细粉会位移、而且会在粉床底部形成一个致密层的前提下,还可以根据数学模型推测出它的存在(注5:有一些数学模型可用于模拟Espresso萃取,并允许输入不同的变量,诸如粉床在预浸泡时被浸湿的比例,萃取完成后粉床上下各层剩余的固体物数量,和萃取时的流速。实践已经证明了这些模型根据上述变量所推测的结果的准确性)。
 
  如果形成了明显的致密层,将堵塞粉碗底部的滤孔,破坏萃取的均匀度。致密层的形成会从以下几个方面破坏Espresso的品质。
 
  1.使流速意外减慢。每一个目睹过萃取过程中流速变慢的咖啡师,应该都是致密层形成后使水流阻力增加的见证者。
 
  2.不均匀的萃取和通道。
 
  3.减少Body,假如过多的细粉取代有用的固体物(包括可溶解的和不可溶解的)进入杯中的话。
 
  那么,小编的分享就先到这里,如果你也有关于咖啡萃取以及有关咖啡方面的知识想要分享,欢迎留言哦。
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