咖啡沖煮的科學： 掌握「四大沖煮原則」，打...

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銜接咖啡科學新時代的KOL
本書原文初版於2010年，而文章及圖片多完成於2008、2009年。時至今日，咖啡業界已有...

萃取，理想咖啡的原點

▍萃取速率與萃取量

咖啡萃取會在兩個階段發生。第一階段為熱水接觸咖啡粉、氣體溢散、迅速沖散咖啡顆粒並接觸到咖啡粉表面的那一刻。第二階段則是咖啡豆纖維吸收水分並膨脹的時刻，此時的熱水會帶出蘊藏在咖啡粉中的二氧化碳及揮發性香氣分子，咖啡顆粒也會跟著溶解，並以擴散（diffusion）方式進入周遭液體。萃取最初會迅速展開，並在咖啡粉的固體物質被帶進液體的過程中漸漸變慢。
咖啡的萃取速率會受到以下幾個因素影響，包括咖啡粉顆粒大小、咖啡漿（slurry，又譯咖啡水粉混合物）溫度、咖啡漿的濃度梯度（concentration gradient）、咖啡漿的攪拌（agitation）及沖煮水粉比例（brewing ratio）。若是咖啡粉顆粒細緻、水溫高、擾動（turbulence）多或是水粉比例較低，都會增加萃取速率。萃取總量則是萃取速率與水粉接觸時間（contact time）的加乘作用。

▍萃取品質

上述幾個因素會影響咖啡粉的固體萃取速率，不過，萃取風味的品質與平衡，則取決於萃取時的溫度、咖啡粉粒徑分布（particle size distribution）、沖煮用水的化學成分，以及水粉接觸時間。此外，咖啡粉層各部位的萃取比例是否一致（意即是否均勻萃取），對於咖啡風味也會有劇烈的影響。
整體而言，以下為影響萃取速率的幾項因素：

►咖啡漿溫度
►咖啡粉粒徑
►咖啡漿的濃度梯度
►攪拌與否
►沖煮水粉比例

在一定的萃取百分比（extraction percentage，即萃取率）之下，以下則是影響萃取品質的幾項因素：

►咖啡漿溫度
►咖啡粉粒徑分布
►沖煮用水的化學成分
►水粉接觸時間
►萃取的均勻度

▍萃取溫度

萃取時的溫度越高，萃取的速率也就越快，因為咖啡粉中絕大多數的化合物，會在溫度較高的狀態下，呈現較高的可溶（soluble）性。除了萃取速率之外，咖啡的風味也會受到萃取溫度的影響，因為各種化合物的相對溶解度會隨著溫度高低而有不同的變化。建議各位準備溫度足夠的熱水，讓咖啡漿溫度＊＊維持在攝氏91～94度。
咖啡漿的溫度測量相當重要，並非只要掌握接觸咖啡粉之前的水溫就夠，有太多因素會導致萃取過程中的真正溫度遠低於初始測量的水溫。例如，使用手沖（manual drip/ pourover）錐型濾杯與Chemex品牌濾壺，就會在沖煮過程中溢散許多熱能。
另外，咖啡粉與咖啡壺也會如同散熱器（heat sink）一般，從熱水汲取許多熱能，並降低咖啡漿溫度；除非兩者都能先預熱至沖煮水溫。當咖啡漿溫度低於攝氏91∼94度範圍時，可能會使咖啡出現酸味，而高於此範圍時，則會有較多的苦味、澀味（astringent）、尖酸或口感太過銳利。

▍擾動：攪拌與排氣

擾動發生在沖煮時，指咖啡粉、氣體與熱水三者之間混沌的混合過程。擾動的產生有兩個明顯的來源，其一是由外力造成的攪拌，會直接影響咖啡漿內的粉粒與水；另一則是來自咖啡粉溢散的氣體。攪拌造成的擾動會加速萃取，通常也會同時增進萃取的一致性。相較於此，由排氣（outgassing）或脫氣（degassing）形成的擾動，對於萃取速率與萃取均勻度則有更複雜的影響。

攪拌
不論咖啡粉或茶葉，加入攪拌因素都能增加其可溶物質四周的濃度梯度，並加速萃取過程。建議各位在沖煮時，固定於同一階段使用一致且容易重複的攪拌動作，如此便能確保每次沖煮都能呈現出穩定的結果。例如，比起隨機且迅速攪拌三圈，固定於某一階段緩慢攪拌一圈，更容易協助你重現上一次的沖煮成果；若攪拌的時間與強度都不穩定，就可能對萃取造成無法預期的影響。
攪拌時若控制得宜，便能增進萃取的均勻度。

排氣
咖啡豆內部結構多孔如同蜂巢，由許多不規則的腔室組成。其腔室壁由內含固體物質與油類的纖維（cellulose fiber）構成，裡頭包裹著處於加壓狀態的二氧化碳與揮發性香氣分子。
咖啡豆經研磨後將破壞部分腔體，並釋放出許多包裹其中的二氧化碳與香氣分子。據研究表示，藏在咖啡豆裡的二氧化碳，約有50%會在磨豆後的分鐘內釋出。而當熱水與咖啡粉接觸時，又會接著釋出咖啡粉中剩餘的二氧化碳，但因為二氧化碳在1大氣壓（標準大氣壓）的狀態下，無法溶解於高溫的熱水中，而這些溶不掉的二氧化碳氣體，便會與沖煮液體及咖啡粉混和，進一步產生擾動，並形成咖啡漿頂部膨脹隆起的泡發。

濾杯、細粉與風味純淨度

一杯咖啡的味道、香氣（aroma）與醇厚度，源自下列不同的物質：

►可溶固體將決定咖啡的味道。
►揮發性香氣分子提供了咖啡的香氣。
►懸浮於咖啡中的不可溶（insoluble）物質，如細粉與油脂，創造了咖啡的醇厚度與口感（mouthfeel）。
►咖啡油脂為次要角色，能提供咖啡風味，並降低酸度（acidity）的感受。

在一杯沖煮完成的咖啡中，細粉與油脂會連結形成沖煮膠體（brewcolloids）；沖煮膠體的濃度越高，咖啡的風味純淨度（flavor clarity）就越低。因此，一杯咖啡的風味純淨度與醇厚度，勢必經過兩相取捨。

一杯咖啡的風味純淨度與醇厚度是否平衡，由以下四項因素決定：

1.咖啡粉中的細粉比例
在絕大多數的情況下，咖啡粉層中細粉的比例越高，沖煮出的咖啡醇厚度便越高。

2.沖煮方式
不同的沖煮方式會使咖啡粉層保留不同比例的不可溶物質；咖啡粉層保留的不可溶物質越多，進入杯裡的就越少，風味純淨度也就越高，同時降低咖啡的醇厚度。以下舉三個不同沖煮方式為例。
首先，以真空虹吸沖煮時，其咖啡粉層會保留高比例的不可溶物質。這是因為絕大多數的不可溶物質，會懸浮於咖啡漿頂部的泡發層，而咖啡濾液則是從底部流出，在這樣的情況下，煮出來的咖啡會變得更純淨，這也是此沖煮方式的重要性日益降低（但未消失）的原因。
其次，以手沖沖煮時，沖煮液體會滲濾流經咖啡粉層，使咖啡粉層保留比例適中的細粉與油脂。最後，使用法式濾壓壺等浸泡式沖煮時，可讓比例最高的細粉與油脂進入沖煮完成的咖啡中。這是因為高比例的不可溶物質會接觸並穿過濾孔。

3.沖煮強度
一般而言，沖煮強度（brew strength，即咖啡的總溶解固體〔totaldissolved solids, TDS〕濃度）越低，咖啡的醇厚度就越低，風味純淨度則越高。不過，若沖煮強度太弱，風味也將消失且變得難以察覺。

4.濾器的孔隙率
在絕大多數的情況下，濾器的孔隙率（porosity）是掌握一杯咖啡風味純淨度與醇厚度兩者平衡的最主要因素。濾器的孔隙率越高，便有越高比例的不可溶物質成功抵達一杯咖啡中。

讀懂咖啡沖煮控制表

▍如何微調你的咖啡沖煮？

建議各位從水粉比例1：17開始調配，咖啡粉與水的比例以重量為單位，換言之，也就是使用1 公克的咖啡粉與17公克的水。同時，確保咖啡粉層整體的萃取均勻，並在萃取過程中讓咖啡漿溫度維持於攝氏91～94度，以調整研磨刻度與接觸時間。此外，還得留意讓沖煮強度落在1.25～1.30％，而萃取率介於19～20％。接著仔細品飲此咖啡，並將成果設為基準。也許各位心目中有不同的萃取程度或沖煮強度，但此成果應該已最接近理想咖啡，且能滿足每個人的味蕾。

▍萃取率與品飲

較小的可溶性化合物，其溶解速度會高於較大的化合物。因此，低萃取率的咖啡風味係源自較小的化合物；當萃取持續進行，較大化合物則會開始貢獻較多的風味。此發展過程就是不同萃取率會有不同風味的主要原因：

►低萃取率的咖啡較有銳利、水果、花生與青草的風味。
►當萃取繼續進行，較為芳醇圓潤的調性、熟果與焦糖的香甜會開始發展。
►但當萃取率超過21∼22％（若咖啡粉層本身即萃取不均，萃取率可能更低），苦味與澀味就會急遽攀升。

手沖正當道，但你懂多少？

▍手沖咖啡的優缺點

雖然手沖咖啡能快速地提供新鮮現做的美味，但這樣的沖煮方式同時也存在著以下幾項缺陷：

1.手沖咖啡對於咖啡師的失誤與不穩定相當敏感
當製作一杯沖煮量如此少的咖啡時，在計算咖啡粉量、水量或攪拌的過程中，任何一種看似無關緊要的不穩定影響，都可能會在最後的成果中被放大。例如，當你在磨豆機中放入20公克的咖啡豆，最後因為機器的誤差，僅得到19公克的咖啡粉時，就已有將近5%的咖啡乾重消失。光是這5%的誤差，便會在咖啡的味道與沖煮強度方面，造成相當顯著的差異。

2.高掛風乾咖啡粉的問題
每杯我在咖啡館喝過的手沖咖啡，都有高掛風乾咖啡粉的問題。唯一能預防此問題的方式，就是避免讓咖啡漿上升過高，或是在流降的階段頻繁地攪拌咖啡漿。

3.維持適當或穩定萃取溫度的困難
若想讓咖啡漿以特定溫度進行萃取，手沖壺裡的水溫必須比此特定溫度高出攝氏3～4度。此外，由於手沖咖啡的頂端為開放式，熱氣會迅速流失，因此想讓咖啡漿始終維持一定溫度並不可能。咖啡師必須為咖啡漿設定一個溫度範圍，隨著熱水注入，咖啡漿的溫度會上升，並在下一次注水前緩緩降低。

萃取更均勻的浸泡式濾杯

近來越來越普及的浸泡式濾杯，其英文名稱為steep-and-release brewers，如同字面意思，整個萃取過程是先經過浸泡階段，接著進入流降（滲濾）階段。就我個人的觀點，我並不意外浸泡式濾杯如此廣受歡迎。因為比起手沖，浸泡式濾杯能更輕易地創造高品質與高均勻度的萃取。（編按：現在市面上的浸泡式濾杯多附杯蓋，此為臺灣廠商發明的「聰明濾杯」。）
使用浸泡式濾杯時，咖啡師必須先將咖啡粉倒入濾杯，再把水注於咖啡粉上，接著讓咖啡粉浸泡於水中一段時間。預定的浸泡時間一到，咖啡師便將空杯放在濾杯下方，然後打開濾杯底部的洩流開關（某些浸泡式濾杯還設計了洩流按鈕），讓咖啡滴落至空杯裡頭，原本的浸泡過程便進一步轉變為滲濾階段。

▍如何使用浸泡式濾杯？

1.將濾紙放入濾杯中，倒入熱水以沖洗濾紙並預熱濾杯。
2.測量咖啡豆重量並研磨。研磨後再次秤重，確保咖啡粉重誤差在1公克以下。
3.倒出預熱用的水。
4.將咖啡粉倒入濾紙中。
5.測量已經秤好水量的水溫。注水前的水溫應比預設咖啡漿的溫度高出攝氏3∼4度。
6.盡可能在咖啡粉一接觸到熱水的時候就開始計時，並將萃取時間設定在1～4分鐘。
7.在注水的過程中，同時以湯匙攪拌咖啡漿，避免有任何咖啡粉結塊的情形產生。
8.利用大約30秒的時間，將所有的泡發層浸入沖煮液體中，或直到形成一層淺薄且濕潤的浮沫（此步驟對於咖啡館而言可能過於繁瑣或不切實際）。
9.注水結束後，蓋上濾杯杯蓋。
10.當計時器響起，立刻攪拌咖啡漿，防止任何咖啡粉黏附在濾杯壁上。
11.將濾杯放在空杯上，打開洩流開關。當流降階段開始時，請短暫地再次攪拌咖啡漿。
12.流降過程中請蓋上濾杯杯蓋。
13.沖煮完成時，剩餘的咖啡粉層應呈現放射狀對稱，若最後表面為平坦或微微隆起的山丘狀，則是因為濾杯形狀不同所致。

萃取，理想咖啡的原點

▍萃取速率與萃取量

咖啡萃取會在兩個階段發生。第一階段為熱水接觸咖啡粉、氣體溢散、迅速沖散咖啡顆粒並接觸到咖啡粉表面的那一刻。第二階段則是咖啡豆纖維吸收水分並膨脹的時刻，此時的熱水會帶出蘊藏在咖啡粉中的二氧化碳及揮發性香氣分子，咖啡顆粒也會跟著溶解，並以擴散（diffusion）方式進入周遭液體。萃取最初會迅速展開，並在咖啡粉的固體物質被帶進液體的過程中漸漸變慢。
咖啡的萃取速率會受到以下幾個因素影響，包括咖啡粉顆粒大小、咖啡漿（slurry，又譯咖啡水粉混合物）溫度、咖啡漿的濃度梯度...

推薦序
金杯理論的再詮釋
現代人探討的咖啡沖煮，大抵起源於1960年代的咖啡沖煮理論：金杯（Golden Cup），或稱理想萃取。儘管這樣的概念已存在近六十年前，卻在近十五年才開始流行全球。隨著網際網路日益普及，有越來越多論壇討論、資訊分享，加上價格親民的咖啡萃取專用折射計問世，新手咖啡師得以不帶任何成見地觀察咖啡世界，可謂金杯理論的再詮釋。
大概在2004年時，聰明濾杯在精品咖啡市場尚未成氣候，我在部落格上分享了使用心得，意外與許多咖啡達人結緣，本書作者史考特．拉奧正是其中之一。我也是在與他的交流下，開始走進咖啡沖煮的科學世界。由於產業文化差異，臺灣與歐美的咖啡學習途徑相當不同。臺灣在日式職人文化的基礎下，走出注重師徒傳承的封閉派別文化；西方則沒有這樣的規矩，成了相對開放的學習架構。
我常說，整個金杯理論，幾乎就是繞著「物盡其用、一致提取、反覆重現」三個概念打轉，一個咖啡師要做的，不光是要把一杯咖啡萃取好，還要能夠大量沖煮出同樣的咖啡結果，同時把流程標準化，讓別的咖啡師也能重現這樣的結果。然而，隨著時間的增長，以及人們對金杯的理解度越來越高，回頭看看過往的師徒制沖煮，儘管表面似乎與理論衝突，細究後才發現，這些手法其實都有可以解釋的理由。
不論是拉奧，或是其他以金杯理論為基礎的歐美咖啡師，都常利用工具攪拌萃取中的粉層，希望藉此獲得更均勻的萃取。但看在許多勤於練習手沖動作、心法的咖啡師眼裡，總覺得此舉粗俗不堪。同樣的道理，很多咖啡師在沖煮時講究粉牆（high-and-dry grounds，本書譯為高掛風乾咖啡粉）的建構，但拉奧建議我們透過攪拌或水流把粉牆攪拌開來，以確保咖啡粉與熱水能有效萃取。同樣的，你可能也會發現，習慣留下粉牆的咖啡師，其採用的水粉比例可能為1：10，而非1：17。但假如你不拘泥數字，直接觀察濾杯底層的咖啡渣（粉床），就會發現那些實際與沖煮水有效互動的咖啡粉，其實相當接近金杯建議的水粉比例。甚至，一些手沖咖啡師習慣使用尾段不接的沖煮方式，但基於一致性、物盡其用的原則，金杯理論並不建議這樣做，然而這同樣不違背其倡議的六大基本要素（①沖煮器材、②水粉比例、③研磨刻度、④水溫、時間、與攪拌、⑤濾紙、濾杯樣式與沖煮風味、⑥沖煮用水）。
少了師徒承傳的手法，咖啡沖煮得以變得更透明，也更讓初學者進入狀況；靜下心來練練水流，更為沖煮注入不同的態度與表演美學，咖啡師與消費者亦能得到另種滿足。怎樣都好，就看你怎麼解讀了。
（本文作者陳俞嘉，逢甲大學工業工程學系畢業，2003年創立mojocoffee，開始對精品咖啡的探索。店內大小咖啡事樣樣經手，但也因此更堅持貫徹以科學邏輯的方式，來讓咖啡沖煮與烘焙知識具傳遞性。持續擔任生豆公司採購顧問，以及臺灣各級生豆評鑑裁判，致力推廣國內外好咖啡。）

推薦序
金杯理論的再詮釋
現代人探討的咖啡沖煮，大抵起源於1960年代的咖啡沖煮理論：金杯（Golden Cup），或稱理想萃取。儘管這樣的概念已存在近六十年前，卻在近十五年才開始流行全球。隨著網際網路日益普及，有越來越多論壇討論、資訊分享，加上價格親民的咖啡萃取專用折射計問世，新手咖啡師得以不帶任何成見地觀察咖啡世界，可謂金杯理論的再詮釋。
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臺灣版作者專序
咖啡沖煮的新未來
感謝所有正在閱讀本書的臺灣讀者，2010年我出版這本《咖啡沖煮的科學》，作為拙作《義式濃縮咖啡的沖煮科學》（暫譯，原書名為The Professional Barista's Handbook）的姊妹作。因為我認為當時許多咖啡師在其他（義式濃縮之外的）沖煮方式上，都未能習得良好的技術。
所以我決定寫一本書，包含真空虹吸壺、手沖、自動滴濾機、法式濾壓壺等方式，希望幫助更多咖啡師將沖煮變得更系統化且合理化。我個人覺得這本書取得了一定程度的成功，因為書裡的許多數據分析與專業技術，已被廣泛應用於咖啡業界，至少在美國與部分國家都是如此。
我雖然從未到過臺灣，不知道臺灣流行用什麼方式沖煮咖啡，但我猜手沖咖啡應該很受歡迎。期待有一天能造訪臺灣，並親身前往咖啡館，嘗嘗當地咖啡師的手藝，看看能從臺灣的咖啡夥伴身上學到什麼。
其實在過去幾年之間，咖啡的沖煮技術並沒有太多變化。就我的觀察，這幾年真空虹吸沖煮的確變得較不流行，手沖咖啡則開始蔚為風潮，不過，我想這些趨勢應該也會隨著時間持續變換。
話雖如此，在自動滴濾機等電器產品方面，倒是令我見識到了更多的優質科技。其中最佳技術的代表，正是來自美國的Decent Espresso Machine咖啡機，它能詳實記錄沖煮期間的壓力、流速與溫度，並讓使用者以流速與壓力制定個人客製化的沖煮曲線。這台咖啡機讓我進一步地學到了更多關於義式濃縮的萃取知識，對於下一個世代的沖煮技術也是很大的啟發（好的，我必須老實承認，我與該咖啡機品牌有商業上的合作）。
任何能夠協助咖啡師在適當溫度下達到均勻萃取的科技，都令我著迷。以手沖的方式萃取當然很不錯，前提是咖啡師必須專注於讓萃取過程維持一致。使用自動滴濾機單次大量沖煮也很棒，唯一要注意的是，別讓煮出來的咖啡閒置超過一小時。
而最近一∼兩年間進展最為快速的領域，也許就是磨豆機製造商開始改善磨盤品質與磨盤校正。SSP品牌等公司所製造的磨盤較為優秀，能更容易提高咖啡粉的萃取率，且風味普遍而言也很不錯。此外，我還是要強調，磨豆品質的重要性可能高於萃取品質，因為再好的萃取手法，都無法彌補一開始就不怎麼樣的磨豆品質。
我認為下個一世代的咖啡師們，不論專精於義式濃縮或手沖咖啡，都會將關注焦點移至液體流動控制、數據追蹤，以及如何讓萃取狀態更均一。在磨豆技術進一步提升的狀況下，我期望很快就會看到咖啡師將萃取標準提高至24∼25％，而市面上的咖啡館也能使用更少量的咖啡粉煮出更棒的咖啡，在節省成本的同時提升咖啡品質。

臺灣版作者專序
咖啡沖煮的新未來
感謝所有正在閱讀本書的臺灣讀者，2010年我出版這本《咖啡沖煮的科學》，作為拙作《義式濃縮咖啡的沖煮科學》（暫譯，原書名為The Professional Barista's Handbook）的姊妹作。因為我認為當時許多咖啡師在其他（義式濃縮之外的）沖煮方式上，都未能習得良好的技術。
所以我決定寫一本書，包含真空虹吸壺、手沖、自動滴濾機、法式濾壓壺等方式，希望幫助更多咖啡師將沖煮變得更系統化且合理化。我個人覺得這本書取得了一定程度的成功，因為書裡的許多數據分析與專業技術，已被廣泛應用於咖啡業界，至少...

致謝
推薦序／金杯理論的再詮釋
審訂者的話／銜接咖啡科學新時代的KOL
臺灣版作者專序／咖啡沖煮的新未來

前言／讓我協助你煮出最理想的咖啡

本書簡介

第1章 萃取，理想咖啡的起點
萃取速率與萃取量
萃取品質
萃取溫度
擾動：攪拌與排氣

第2章 研磨，沖煮前的美味關鍵
研磨程度與接觸時間
咖啡粉粒徑分布
細粉對萃取的影響

第3章 濾杯、細粉與風味純淨度

第4章 讀懂咖啡沖煮控制表
原始咖啡沖煮控制表
ExtractMoJo咖啡濃度分析儀
如何微調你的咖啡沖煮？
如何不透過控制表計算萃取率？
我為何如此迷戀數據？
萃取率與品飲
加重劑量：高水粉比例的配方
理想萃取率是很主觀的
每杯咖啡的萃取都不簡單

第5章 大有學問的咖啡渣
如何辨認理想咖啡渣的形狀？
高掛風乾的咖啡粉
各式滲濾沖煮與理想的咖啡渣形狀
熟豆新鮮度與咖啡粉層形狀

第6章 自動滴濾機怎麼用？
評估設備狀態
沖煮前先決定兩件事
如何設定自動滴濾機？

第7章 手沖正當道，但你懂多少？

手沖咖啡的優缺點
如何製作一杯美味的手沖咖啡？
美味手沖咖啡的要點

第8章 法式濾壓壺與Eva Solo品牌濾壺
如何以法式濾壓壺與Eva Solo品牌濾壺沖煮咖啡？

第9章萃取更均勻的浸泡式濾杯
設定研磨刻度與浸泡時間
如何使用浸泡式濾杯？

第10章複雜但不神祕：真空虹吸咖啡
真空虹吸咖啡的迷信
真空虹吸壺的原理
如何穩定煮出美味的真空虹吸咖啡？
熱源溫度無法調整怎麼辦？
操作時的各種問題與解方
真空虹吸壺的濾網選擇

第11章咖啡用水的科學
鹼、鹼度與硬度
理想的沖煮用水標準
水垢是怎麼來的？
用水過濾與處理

第12章咖啡豆貯存要訣

附錄
咖啡沖煮控制表的潛在錯誤
水粉比例表
華氏與攝氏轉換表

專有名詞
參考資料

致謝
推薦序／金杯理論的再詮釋
審訂者的話／銜接咖啡科學新時代的KOL
臺灣版作者專序／咖啡沖煮的新未來

前言／讓我協助你煮出最理想的咖啡

本書簡介

第1章 萃取，理想咖啡的起點
萃取速率與萃取量
萃取品質
萃取溫度
擾動：攪拌與排氣

第2章 研磨，沖煮前的美味關鍵
研磨程度與接觸時間
咖啡粉粒徑分布
細粉對萃取的影響

第3章 濾杯、細粉與風味純淨度

第4章 讀懂咖啡沖煮控制表
原始咖啡沖煮控制表
ExtractMoJo咖啡濃度分析儀
如何微調你的咖啡沖煮？
如何不透過控制表計算萃取率？
我為何如此迷戀數...