大JO译文——滤纸深度分析

让我们进一步了解

文章很长！但大家一定要坚持看完！因为看完就是有收获！

是的，无敌天体运动学家Gagné又一次释放替身出击了！这次他深入分析了市面上一些常见的锥形滤纸，并给出了自己的科学建议。一直关注JO哥的我们非常激动，决定立刻翻译分享给大家！

本文内容全部翻译/搬自Da JO的博客，篇幅需要略作缩减，原文地址已放在“阅读原文”中，有兴趣阅读全文的朋友可以继续阅读。

这篇翻译是无锡的Neo完成的。文章能这么快上传到平台，全都是他的功劳！让我们一起感谢他吧！

谢谢 Neo！

不用多说，让我们开始吧！

深入了解

深入分析咖啡冲泡过滤器

前段时间决定买个显微镜来看看V60滤纸的微观结构，下面是第一批Hario袋装滤纸的微观照片之一：

我很高兴这台显微镜的图像质量还不错。这为观察滤纸的微观孔隙和判断滤纸与酿造滤纸的贴合度提供了令人兴奋的可能性。很明显，孔隙不是圆形的，也不是贯穿整个纸膜，而更像是堆叠在一起的纸浆纤维之​​间的空间。

当我看到上面这张精彩的照片时，我立即拿出V60滤镜盒并拍摄了另一张照片：

可以看出，相比之下，这张图片中的孔隙非常少。我意识到这是由于盒子里的滤纸较厚造成的，但幸运的是，我能够通过调整图像分析来解决这个问题，这是调整后的图像：

然后我意识到我确实可以用这台显微镜进行适当的分析，这时事情变得有趣起来。为此，我收集了一些来自不同制造商的滤纸：

（原文内含产品购买链接）

现在，在我们进入实际的分析结果之前，我想向你展示一下它们在显微镜下的样子：

（Hario V60漂白滤纸袋）

（Hario V60漂白滤纸盒）

（Hario V60原装彩袋滤纸）

（Cafec V60 未漂白滤纸）

（Sock V60滤布）

（ 漂白滤纸 ）

（Aesir 漂白滤纸）

（原装彩色滤纸）

（漂白滤纸）

(大阪/V60金属过滤器)

（Hario虹吸壶原装彩色滤纸）

（Hario虹吸滤布）

毛孔

孔隙率分布分析

现在是时候了解真正的技术细节了。正如我所提到的，利用这些显微图像可以做的最有用的事情之一是确定每种过滤介质中孔隙的数量和均匀性，因此我对这些图像进行了一些技术处理。

以下是Hario原色滤纸的原色图片：

如果我们只看蓝色通道，棕色部分阴影的对比度变化非常明显：

如果我们切换到RGB通道，这些变化会相对减弱：

但是使用红色通道加上正常的绿色通道，我们得到对比度变化较少的结果：

正如我之前提到的，重新规范图像对比度非常重要，这样无论过滤介质的厚度如何，都可以清楚地看到孔隙。

以下是标准化之前的图像效果：

上图中的毛孔很难看清，但在标准化对比度后，它看起来是这样的：

此外，为了获得更平滑的图像并保留更准确的毛孔形状，我使用了 滤波器。

这是上图在滤镜下的成像效果：

正如您所看到的，这消除了很多由皱纹和阴影引起的变化。

我采取的另一个步骤是使用插值算法来提高分辨率并检测毛孔。您可以直观地看到此结果，所有检测到的毛孔都标记为红色：

此时，我只计算图像中用红色标记为毛孔的像素。

这些计算得出了我获取的每张显微图像的孔径分布。然后，我将每张滤料照片的孔径分布与其平均值相结合。以下是我得到的 Hario 袋装过滤器的示例：

如您所见，孔隙数分布的峰值似乎低于显微镜的空间分辨率，但正如我们稍后会看到的，这不是问题，因为我们更感兴趣的是孔隙分布如何影响流速，我们将看到，对于我测试的所有介质，小于 10 微米的孔隙对流量的贡献可以忽略不计。

以下是各滤材孔径分布对比：

显然，大阪金属滤网的孔隙比其他滤网更多。我发现比较下面的归一化孔隙分布并按冲泡方式分组更有趣：

倒入

虹吸壶

从上面的分布可以看出，滤纸的孔径分布更加均匀（曲线的斜率更陡）。我发现非常有趣的是，所有滤纸的原始颜色看起来都更加均匀。这可能表明漂白过程会影响滤纸的孔径分布，进而可能影响冲泡，我们将在后面探讨。

上面的内容可能看起来有点混乱，因为它们是根据每平方毫米表面积每微米的孔径（以微米为单位）分布的。让我们换个角度来计算，计算每种滤材每毫米的孔隙数量，然后进行适当的计算调整，最终显示出每种滤材的孔隙组成比例（除去金属滤材）：

滤料厚度

当触摸上述滤材时，可以明显感觉到它们的厚度不同，这是它们的一大特点，因为这会影响流量。为此，我订购了一把20微米的卡尺来测量它们的实际厚度。这个过程并没有你想象的那么简单。如果卡尺用力过猛，滤材就会被挤压或损坏，在润湿或注水过程中无法测量其真实厚度。

为此，我持续测量，直到最终平均误差小于卡尺的最低精度。

为此，我针对上述过滤材料测量了700多个厚度值，以下是我得到的厚度值表格：

以下是相同数据的图形表示：

流动

过滤介质流速

关于滤材特性的另一个重要点是水进入的速度（流速）。这受孔径分布、滤材厚度、硬度以及它们与 V60 内表面的贴合程度的影响，因为更好的贴合会减缓气流向上逸出的速度，从而减慢流速。由于流速是许多复杂且相互交织的因素的函数，因此这里省略公式和计算方法，直接贴出结果，按冲泡方法分组如下：

倒入

虹吸壶

如上图所示，在所有情况下，大于 20 微米的孔隙都是水流的主要通道。您可能会惊讶地发现，与之前的孔隙数分布图相比，Hario 盒式滤纸与袋式滤纸交换了位置（即 Hario 盒式滤纸似乎孔径分布更均匀，但流速更不均匀）。这是因为盒式滤纸中的孔隙较大，因此当我们讨论流速时，它们比小孔隙更重要。因此在实践中，这让 Hario 袋式滤纸看起来更好。

以下是对上述速度分布进行合并和排列后的理论结果：

算完这些理论流量后，我接着测量这些滤材的实际流量。我用的是 Hario 的智能杯，放上滤纸，里面插上一根刻度筷子。我先用 150 克 25℃ 蒸馏水预冲洗滤纸和滤杯，让滤纸和滤杯贴合得更好，然后关闭智能杯水阀，再加入 150 克室温蒸馏水。

我一边按下计时器，一边打开 Hario 智能杯阀，用灯照射水面观察水位下降情况，当水位最终超过筷子上的黑色标记时停止计时器。我对每种滤料进行了 6 次测量，这让我得到了更好的结果和更准确的误差估计。以下是生成的实际流量结果：

现在我们把上面的流量分布的理论值和实际值进行一下对比，看看是否对应得很好：

如果理论流速完美，那么所有介质图都会落在一条直线上。正如您所见，情况并非如此，由不同材料或不同波纹制成的介质似乎显示出不同的结果。我认为这可能部分是因为它们以不同的方式粘附在碗上，但我认为介质内部波纹的差异也可能影响流速，因为水倾向于沿着波纹流动，而不是在表面的任何地方流动。如果这是真的，那么内部光滑的介质将是更好的选择，因为它们可以让液体更均匀地流过表面。在这里，我无法确认这是否确实如此。

我的另一个假设是，滤纸上的孔往往是倾斜的而不是直的，在这种情况下，滤纸的有效厚度总是大于实际厚度。虽然这个假设可能是正确的，但我观察到过滤介质的厚度与期望流速和实际流速之间没有明显的相关性，这表明这种影响并不是造成这些差异的最大原因。

的

滤纸的污染效应

关于咖啡滤纸的另一个经常讨论的因素是它们如何影响咖啡的味道。例如，它们可能会导致咖啡带有果肉味、纸板味，这就是为什么在冲泡咖啡之前经常需要冲洗滤纸的原因。当然，这样做还有其他原因，例如预热滤杯并确保滤纸更好地放置在滤杯中，这也是我们预先冲洗滤纸的原因。

我曾经做过一个实验，我预先冲洗了 Hario 盒式过滤器和袋式过滤器（漂白型），然后将它们浸泡在热水中几分钟，之后我尝了尝水的味道。我没有发现有其他任何像水的味道，所以预先冲洗后我就可以放心使用了。

但有一种更客观的方法来衡量每张滤纸可能污染咖啡风味的程度，那就是用蒸馏水浸泡它，然后测量出水的 TDS 值。我决定通过模拟典型的冲泡水温和时间来测量它们。我将干滤纸放入 Hario 智能杯中，倒入 200 克蒸馏水，盖上盖子，静置三分钟。

然后，我将水放入一个小陶瓷杯中，并用塑料盖盖住以防止蒸发。等待几个小时后，水温接近室温（27°C），我测量了所有样品的 TDS 值，在减去蒸馏水中的基本 1ppm 值后，我得到的结果如下：

如您所见，漂白滤纸表现良好，而 Cafec 滤纸似乎仍保留了少量可溶物质。这似乎也让 Scott Rao 有信心，他没有预先冲洗 或滤纸（漂白纸），而是直接将它们放入浓缩咖啡机的篮子中。

所有这些似乎都是未漂白过滤器的危险信号，但我在这里测试的是这些过滤器最终将如何影响不进行预冲洗的咖啡饮料的质量。如前所述，去除这些污染物并不是预冲洗过滤器的唯一原因，因此我当然建议您这样做。但在某些情况下，例如在浓缩咖啡机的篮子中，预冲洗可能并不重要。现在对我来说更有趣的是，如果我们预冲洗过滤器，这些值将受到怎样的影响，以及我们需要冲洗多少次。

第一次实验，我用的是 Hario 智能杯和蒸馏水，打开水阀，然后分三次将 50 克水倒入三个杯子中并收集在三个杯子中，最后将热蒸馏水倒入另一个陶瓷容器中，盖上塑料盖让其慢慢冷却至室温。测量完这些杯子中的 TDS 值，并去掉蒸馏水中基本的 1ppm 值后，以下是我得到的结果：

第一级（滤料烘干滤纸）：进50.3克，出47克（5ppm），滤料吸收水3.3克，溶解物质0.235毫克。

第二阶段：进49.7克，出48.5克（3ppm），滤料吸收1.2克水，溶解0.146毫克物质。

第三阶段：进49.9克，出49.6克（1ppm），滤料吸收了0.3克水，溶解了0.050毫克物质。

第 4 部分（热水）：49.8 克进入，49.8 克出（1 ppm），过滤材料吸收了 0 克水并溶解了 0.050 毫克物质。

这表明自来水可以去除滤纸中的大部分可萃取物，但热水去除的可萃取物更多，尽管我怀疑 1 ppm 的可萃取物能否尝出来。看来滤纸可以吸收 4.8 克水并去除 0.481 毫克物质。

对于第二次实验，我用的是全部热水，并将第四次注射合并到第一次注射中，即 100 克，因为我知道 50 克不足以去除所有可溶物质。

第一阶段（滤料烘干滤纸）：进100克，出95.8克（10ppm），滤料吸收水4.2克，溶解物质0.958毫克。

第二级：进49.6克，出48.8克（6ppm），滤料吸收0.6克水，溶解0.293毫克物质。

第三阶段：进49.3克，出48.5克（0 ppm），滤料吸收0.8克水，溶解0.0毫克物质。

因此，显然 150 克热水足以洗掉滤纸中的可溶性物质。滤纸吸收了 5.6 克水，释放了 1.251 毫克物质，是第一次实验的两倍多。因此大JO译文——滤纸深度分析，最好使用热水预洗未漂白的滤纸。相反，漂白的滤纸即使在第一次冲洗中也没有释放任何物质。

指数

均匀度指数

我在过滤材料中寻找的一个特性是液体在其表面上的一致流动，这将有助于均匀提取。如果孔隙过于集中在过滤材料的某些区域，这将导致通道效应，从而导致不均匀提取。为了估计对过滤材料的影响，我比较了理论流速值和每种过滤材料的显微镜图像下的差异值。如果我将显微镜放在不同区域时总是显示相似的流量值，那么这表明不同区域之间的均匀性更高，因此通道效应应该最小。

以下是我针对所有提到的过滤介质计算的均匀性指数：

上述误差基于少量统计数据。请记住，均匀度越高越好，这意味着液体在其表面流动得越均匀。请注意，未漂白的滤纸再次占了上风。

正如我所提到的，我怀疑均匀度更高的滤纸将产生更均匀的萃取，如果使用低流速，效果可能更佳。这开启了有趣的实验可能性，例如，Hario 未漂白滤纸似乎能让我们获得更均匀的萃取，当其他因素保持不变时，这应该能产生更高的平均萃取率。

指数

滤料堵塞指数

由于非常细小的颗粒堵塞了滤网孔隙，导致流速缓慢，这是冲泡咖啡时遇到的典型问题。如果滤网的流速非常快，因为它的孔隙非常大，咖啡渣可能会堵塞它们，那么在冲泡过程中，流速可能会大幅下降，这在很大程度上取决于您的冲泡风格（例如蒸煮阶段的长短、是否搅拌等）。如果由于滤网非常薄而导致流速很快，那么流速的降低可能不那么重要，并且对您的冲泡技术也不太敏感。

通过计算滤料孔径分布与磨机粒度分布的重合度，可以客观有效地计算出堵塞指数。

无论如何，您始终应尽量避免堵塞滤材。滤材通常不会均匀直接地堵塞，这意味着当水开始沿着优先路径优先流动时，您将获得通道，这将导致通道路径周围过度萃取，并在饮品中产生颜色和涩味。因此，如果您使用的研磨机细粉较多，则应考虑使用堵塞指数较小的滤材；相反，如果您使用的研磨机细粉很少或筛出细粉，这可能就不那么重要了。

以下是我测试过的所有滤料的堵塞指数：

请记住，指数越低意味着介质不易堵塞，未漂白的纸张似乎仍然保持其优势。

最终的

最终建议

我知道这篇文章包含了很多信息，所以我想将我学到的一些知识提炼成实用的建议。请记住，这些建议是基于有限的实验得出的，例如，润湿过滤介质会影响孔径分布，而过滤介质表面更均匀的孔可能会作为非常小的粉末床的通道出现。因此，以下建议只是建议，可以作为您下一次 V60 实验探索的指南。

金属

普通金属滤芯

我认为金属滤芯的主要问题是孔隙通常很大，流速会受到研磨度的限制，这会迫使我们使用非常细的研磨度来平衡冲煮时间。但这也意味着大量非常细的粉末会通过滤芯，而且它没有像纸浆纤维那样相互堆叠的复杂缝隙，只有非常均匀平整的大孔。因此，金属滤芯不会堵塞，任何小到可以通过孔隙的细粉末都会直接进入饮品中。它们会产生带有悬浮固体和细粉、清洁度较低、醇厚度较高的饮品。我个人并不喜欢这样。

布进

普通滤布

布质过滤器在流速和大孔径方面与金属过滤器类似，但清洁和重复使用起来可能很麻烦。您可以在我之前关于高萃取虹吸壶配方的帖子中阅读更多相关信息，但我已经放弃使用它们了。

滤纸

手用滤纸

我对纸质滤纸更感兴趣，因为它们的孔隙较小，可以防止咖啡渣进入饮料中。咖啡渣床可以很好地容纳细小的咖啡渣，但如果滤纸的孔隙较大，其中一些（咖啡渣床底部的孔隙或向下移动的孔隙）仍会通过。

我从这个分析中得出的要点是，漂白似乎会降低孔隙分布的质量。从孔径的总体分布来看，确实如此，但即便如此，也会在一定程度上影响水流过过滤器表面的流量。

这让我非常惊讶，因为我最初认为未漂白的过滤器有可能影响咖啡的味道，但正如上面的分析所示，用 150 克热水彻底预冲洗似乎可以解决这个问题。

我还没有积累任何实际证据，但我怀疑使用未漂白的滤纸可能会减少沟流（因为水会更均匀地流过过滤器表面），并使您的酿造更耐堵塞效应（因为大孔较少）并且流速总是稍快一些（因为单位面积上有更多的孔）。

同样的结论也适用，尽管更大的过滤器肯定需要更多的水来预冲洗。我没有尝试过，但根据它们的重量（滤纸为 5.4 克，Hario 滤纸为 1.4 克），我建议使用大约 4 倍的水进行预冲洗。

另一个令我感到惊讶的结果是，Hario 箱式过滤器在所有指标上似乎都比不上 Hario 袋式过滤器；它们的流速更慢，孔隙更不均匀，而且更容易堵塞。

Cafec 滤纸的特殊之处在于，它们的漂白过程更为温和；它们的孔隙分布和染色能力介于漂白和未漂白滤纸之间。如果你真的害怕纸的气味，或者讨厌用大量的水进行预冲洗，那么它们可能是你最好的解决方案。但请记住，它们的流速比其他滤纸慢得多。

这些结论都可以在下图中看到，我把所有手冲滤纸对应的堵塞指数和流速放在一张表格上，右边的更容易堵塞，上面更快。我还用更大的符号来表示水在其表面流动更均匀，这意味着无论你的冲泡技术有多好，符号越大，越不容易受到通道的影响。

滤纸

对于 ，这里只进行两次比较，因为我怀疑人们是否会开始订购滤纸并将其剪下来用于 。但即使你愿意这样做，Aesir 滤纸在防沟流和防堵塞方面似乎也更胜一筹。然而，它似乎流动得更慢，因为它的厚度是标准 的两倍；它比 单位面积上的孔隙更多，但这可能不足以弥补它的厚度。但请记住， 冲泡还有另一个未定义的变量，即你可以用更大的力气按压来弥补这些差异。

在我看来，Aesir更适合冲泡，这确实与我有限的主观体验相符。

看起来像什么？

堵塞的过滤介质是什么样的？

我们可以清楚地看到孔隙呈棕色，这可能是咖啡油脂造成的，但我们看不到任何明显的细小物质堵塞孔隙。这并不奇怪，因为我们预计堵塞可能发生在表面以下。

希望你喜欢这篇文章！这绝对是迄今为止最辛苦的工作，但我认为值得。

致谢

我要特别感谢 Alex 为我提供 Cafec 滤纸，感谢 Scott Rao 为我提供漂白滤纸，感谢他们进行了有益的讨论，如果没有他们的帮助，我就不会考虑均匀度指数的重要性。我还要感谢 Doug Weber 提供的有益评论。