咖啡萃取的過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜,。所以一直以來(lái),，穩(wěn)定地萃取高品質(zhì)的咖啡，更多的被認(rèn)為是一門(mén)（搞不懂的）藝術(shù),，而不是（可以厘清的）科學(xué),。這種缺乏可復(fù)制性是發(fā)展可持續(xù)商業(yè)模式的一個(gè)重要瓶頸。
咖啡的萃取是“從種子到杯子”,，面向消費(fèi)群體的最后一步，對(duì)杯中呈現(xiàn)咖啡質(zhì)量的評(píng)價(jià),，既包含主觀因素,，也包含客觀因素。主觀因素是指消費(fèi)者的個(gè)人感知,，客觀因素包括萃取的物理化學(xué)和咖啡的感官特性,。
關(guān)于咖啡的萃取，許多學(xué)者做了大量的工作,，試圖從科學(xué)的角度解讀這一龐大的課題,。本篇閱讀筆記基于一篇綜述文章：
Córdoba,N. et al. Coffee extraction:A review of parameters and their influence on the physicochemical characteristics and flavour of coffee brews. Trends in Food Science & Technology (2020), https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.12.004.
1
萃取過(guò)程
咖啡的萃取率，物理化學(xué)和風(fēng)味特征取決于大量的工藝變量,。
咖啡的風(fēng)味與咖啡生豆中的化學(xué)物質(zhì)（前驅(qū)體）有關(guān),。這些物質(zhì)在烘焙過(guò)程中轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性和非揮發(fā)性化合物,。
許多化合物被萃取到咖啡中，其萃取率與萃取參數(shù)密切相關(guān),，包括粒徑,、萃取時(shí)間、壓力,、溫度,、水質(zhì)、粉水比和萃取方法,。
咖啡萃取過(guò)程中的主要參數(shù)及其與咖啡的理化特性和風(fēng)味特征的關(guān)系圖：咖啡生豆,，烘焙程度和主要工藝變量
1.1
萃取方法
萃取方法可以根據(jù)萃取工具和影響最終風(fēng)味的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行分類。
咖啡的萃取方法可大致分為三大類：煎煮法,、注入法和壓力法,。
1.2
萃取方法的研究趨勢(shì)
在咖啡萃取研究的文獻(xiàn)中，最多的是關(guān)于意式濃縮（壓力法）和過(guò)濾法（注入法）的研究,。
關(guān)于意式濃縮咖啡的研究,，主要集中在不同的萃取參量，例如：溫度,，萃取時(shí)間,，烘焙度，壓力,，粉水比,，水質(zhì)和研磨度，這些參量對(duì)物理化學(xué)特性及芳香化合物形成的影響,。
也有些一些研究開(kāi)始關(guān)注冷萃咖啡,，由于萃取時(shí)間和溫度參量的獨(dú)特性，冷萃咖啡通常具有典型的甜感和巧克力味,。
2
咖啡萃取的物理化學(xué)特性
2.1
總固體物質(zhì)和萃取率
總固體物質(zhì)（Total solids）是咖啡中存在的物質(zhì),，其總濃度通常被消費(fèi)者感知為“強(qiáng)度”。
總?cè)芙夤腆w（Total dissolved solid, TDS）比例是指咖啡中溶解物質(zhì)質(zhì)量占咖啡總質(zhì)量的比例,。
萃取率（Extraction yield ,，EY）是指萃取的咖啡溶質(zhì)質(zhì)量與使用的咖啡粉質(zhì)量之比。
EY 和TDS 通常以百分比的形式來(lái)表示,。
咖啡中固體的化學(xué)成分依據(jù)咖啡生豆質(zhì)量,、烘焙過(guò)程和萃取方法而變化。
2.2
PH值和總酸度
PH值的測(cè)量量化了水溶液中氫離子的濃度,?？偪傻味ㄋ岫?總酸度)是對(duì)樣品中所有酸性質(zhì)子的測(cè)量?？偹岫群蚉H值已被廣泛用于通過(guò)感知酸度來(lái)表征咖啡的特性,。
盡管人們已經(jīng)做了很多努力來(lái)理解PH值,、可滴定酸度和可感知酸度之間的關(guān)系，但仍然難達(dá)到共識(shí),。這是因?yàn)榭Х人岫鹊淖兓苄?，最常用的酸度測(cè)量方法無(wú)法檢測(cè)到微小的變化。
關(guān)于酸度感知,，酸和味蕾之間的相互作用還不完全清楚,。感知到的酸度可能與其他感官屬性重疊。并且一些環(huán)境因素也會(huì)影響到感知,，例如溫度會(huì)影響到酸的感知,。
2.3
非揮發(fā)性化合物
油脂對(duì)咖啡萃取風(fēng)味中起著重要作用，因?yàn)樗鼈冃纬傻娜闋钜罕Ａ袅朔枷慊衔?，并且它們改善了咖啡的質(zhì)感,。
多糖鎖住香氣，穩(wěn)定泡沫,，增加萃取物粘度,。
綠原酸在咖啡中的含量很高(盡管具有熱不穩(wěn)定性)，它是咖啡作為功能性飲品的主要成分,，具有抗氧化能力,、抗炎作用、抗高壓和抗突變特性,。
咖啡中的酸與澀味,、苦味和酸度有關(guān)?？Х弱,？鼘幩岷桶⑽乎？鼘幩岷枯^高時(shí),，會(huì)帶來(lái)不愉悅的風(fēng)味,。綠原酸是酚和鄰苯二酚的前驅(qū)體，在烘焙過(guò)程中產(chǎn)生,，在萃取造過(guò)程中會(huì)形成令人不快的氣味,。
含氮化合物中，咖啡因和葫蘆巴堿對(duì)咖啡苦味的貢獻(xiàn)占比分別為10-30%和1%,。其他的含氮化合物，包括一些呋喃-2-基甲基苯二醇和三醇,，也對(duì)咖啡的苦澀味有貢獻(xiàn),。
2.4
揮發(fā)性化合物
咖啡中的揮發(fā)性化合物含量也取決于萃取過(guò)程。
關(guān)于揮發(fā)性化合物的研究中,，報(bào)道最多的是吡嗪(pyrazines),、呋喃(furans),、醛(aldehydes)、酮(ketones)和吡咯(pyrroles),。
盡管這些化合物與人們所感知的咖啡風(fēng)味沒(méi)有直接關(guān)系,，但人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濃度高于氣味閾值時(shí),，它們會(huì)影響特定的氣味,。
報(bào)道的各種揮發(fā)性化合物占比
3
萃取參數(shù)對(duì)風(fēng)味品質(zhì)的影響
3.1
萃取時(shí)間
萃取時(shí)間是影響萃取的關(guān)鍵因素。
不同物質(zhì)的萃取效率不同,，會(huì)在不同的階段被萃取出來(lái)：萃取初期,，糖，有機(jī)酸和咖啡因被高效萃??；經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間（或注入較多水量后），一些不易溶解的物質(zhì)才被萃取出來(lái),。
萃取動(dòng)力學(xué),，不僅取決于化合物的溶解度和揮發(fā)性，也取決于化合物的極性,。
萃取時(shí)間會(huì)影響到己醛和甲硫醇的濃度,，己醛與青草味（green）相關(guān)，甲硫醇與卷心菜,、奶酪,、大蒜、硫磺味相關(guān),。
一些研究結(jié)果
[
濃縮咖啡]
● 最初的8秒, 超過(guò)70%的抗氧化劑（二咖啡?？鼘幩岢猓┍惠腿〕鰜?lái)；
● 10秒內(nèi),，95% 的揮發(fā)性化合物（VOCs）被萃取出來(lái),。
[
滴濾咖啡]
● 2分鐘內(nèi)，咖啡粉中迅速釋放可溶性物質(zhì),，萃取率可達(dá)18-22%,；
● 5分鐘后，萃取出80%以上的可溶性物質(zhì),。
[
冷萃咖啡]
● 最初的180分鐘,，3-CGA（綠原酸）和咖啡因濃度迅速升高；
● 接近400分鐘時(shí),，3-CGA和咖啡因濃度達(dá)到平衡,。
3.2
水溫
水溫是萃取的驅(qū)動(dòng)力。
高水溫：水分子的動(dòng)能更高，流動(dòng)性增加,，萃取出化合物的可能性更大,，同時(shí)揮發(fā)性有機(jī)物釋放。
低水溫：濃度,、萃取率和總固體含量更低,；利于高極性化合物的萃取,；其他化合物的萃取需要更長(zhǎng)的接觸時(shí)間,。
一些研究結(jié)果
● 溫度從88 增加到98℃，利于油脂的提取,。
● 遞增梯度溫度(88-93℃)：增加了咖啡因,、幾種酸性化合物和綠原酸的提取，苦澀平衡,，油脂顏色好,，香氣強(qiáng)度、醇厚度與風(fēng)味有較好的平衡,。
3.3
壓力
流體中的壓力場(chǎng)產(chǎn)生勢(shì)能,，轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使流體加速,，將微米級(jí)固體顆?；蛴偷未蛉氡瓋?nèi)，很大程度上會(huì)改變咖啡的感官特性,。
與低壓/無(wú)壓萃取相比：
芳香化合物不易揮發(fā),，在杯中的含量更高。壓力是形成泡沫和油脂的條件: 當(dāng)施加壓力時(shí),，咖啡粉中的二氧化碳被迫進(jìn)入水中,；溶解的二氧化碳被緩慢地釋放；隨后在頂部形成致密穩(wěn)定的油脂,。
在意式濃縮咖啡的萃取過(guò)程中,，通常采用7-9bar的壓力，92℃的水溫,，在這樣的萃取條件下,，幾種生物活性物質(zhì)（例如咖啡因，胡盧巴堿和煙酸）得到有效提取,。在9bar的條件下萃取的咖啡,，泡沫稠度和香氣強(qiáng)度高。
盡管將萃取壓力提升到11bar, 可以增加粘性,、醇厚度度和氣味強(qiáng)度,，但是消費(fèi)者的接受度較低。
3.4
粉水比
粉水比是咖啡粉重量與沖泡用水重量之比。
不恰當(dāng)?shù)姆鬯瓤赡茉斐奢腿〔蛔?，較弱的風(fēng)味，或過(guò)萃的苦味,。
當(dāng)粉量過(guò)大時(shí),，潤(rùn)濕過(guò)程中咖啡粉不能充分膨脹，并且粉層過(guò)密會(huì)影響滲流,，使得固形物沉積,。較低的滲透性，伴隨著較高的萃取壓力,，較低的流速,，更長(zhǎng)的萃取時(shí)間，可能導(dǎo)致過(guò)萃,。
3.5
研磨度
咖啡顆粒大小決定了一些化合物的萃取率,，確定了咖啡的最終風(fēng)味。
3.6
水質(zhì)
咖啡中的風(fēng)味化合物以非質(zhì)子,、電荷中性物質(zhì),、酸和共軛鹽的形式存在。
水中溶解的礦物質(zhì)含量會(huì)影響這些有機(jī)分子的溶解和萃取,。
水中Na+,、Mg2+和Ca2+濃度不同，化合物的萃取速度不同,。
關(guān)于濃縮咖啡的最新研究結(jié)果表明,，水中自然存在的碳酸氫根離子提供了額外的二氧化碳來(lái)源，可用于泡沫的形成,。
計(jì)算化學(xué)的結(jié)果表明：
● 富Mg2+的水,，利于咖啡成分的萃取,；
● 對(duì)于淺烘的咖啡,，要達(dá)到最佳的風(fēng)味平衡，Ca2+和Mg2+都是必須的,。
3.7
物理和傳輸現(xiàn)象
研究咖啡萃取過(guò)程的物理和傳輸現(xiàn)象,，通常有兩類模型：
● 多孔粉床的流動(dòng)模型
● 特定化合物（通常是咖啡因）的傳質(zhì)模型
現(xiàn)有的模型并不能建立萃取參數(shù)與風(fēng)味或感官特征之間的直接關(guān)聯(lián)。
總結(jié)和展望
關(guān)于咖啡的萃取,，有很多關(guān)于香氣與揮發(fā)性有機(jī)化合物關(guān)系的研究,。
還有研究結(jié)果表明，一些非揮發(fā)性化合物,，如咖啡因,、胡盧巴堿、綠原酸和黑色素，與咖啡的苦澀有關(guān),。
脂類和一些多糖與質(zhì)構(gòu)特性（醇厚度和余韻）有關(guān),。
咖啡的可滴定度和可感知的酸度之間，以及咖啡的化學(xué)成分和咖啡的甜度之間,，都沒(méi)有明確的關(guān)系,。
咖啡的萃取過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的操作，因?yàn)橐恍┳兞繉?duì)咖啡的化學(xué)成分和感官特征有直接影響,。
盡管咖啡的萃取過(guò)程很復(fù)雜,，但對(duì)物理、流體力學(xué)和質(zhì)量/熱量傳遞現(xiàn)象的研究,可以為萃取與影響咖啡感官特征的化學(xué)成分之間的聯(lián)系提供有價(jià)值的見(jiàn)解,。
進(jìn)一步的研究將結(jié)合新的工具和應(yīng)用知識(shí),，用于開(kāi)發(fā)可復(fù)制、成本效益高,、質(zhì)量高的咖啡飲品,，最大限度地滿足消費(fèi)者需求，促進(jìn)消費(fèi),。
作者：瘋?cè)嗽褐兄?
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