关于咖啡萃取的详细讲解
我们对萃取的了解
我们都知道水是一种非常强的溶剂，甚至可以被称为‘万能溶液’，因为它可以溶解很多其他液体无法溶解的物质。相信大家都知道水的分子结构，是由氢原子和氧原子组成，有正负极性，所以其他分子进入水中之后很容易分解并与水分子结合。在此基础上，额外的热量使得分子运动更加剧烈，这就使得热水更能溶解其他物质。
同时，我们也知道咖啡中很多物质都是可溶的，比如果酸、咖啡因、油脂、类黑素、碳水化合物和植物纤维等。每种物质溶解的时间和速度都不同，味道也不同。其中，只有30%的物质可溶于水，不到20%的物质有正面味道，其余的只会给咖啡带来额外的苦味、纸味或其他负面味道。幸运的是，这些正面味道的物质会先溶解，负面味道的物质则需要更长的时间才能萃取出来。
另外，我们也知道在冲泡的不同阶段会溶解不同的物质。果酸和咖啡因溶解得最快，所以如果冲泡时间短，咖啡的味道会更明亮、更薄。接下来要萃取的是脂肪和油脂，它们决定了咖啡的味道，但滤纸会阻止油脂进入咖啡，所以手冲咖啡的味道会比用金属滤纸冲泡的咖啡更薄。最后溶解的是类黑素、碳水化合物和植物纤维。类黑素是美拉德反应的副产品，咖啡的棕色就是由此引起的。碳水化合物和植物纤维占咖啡中成分的一半以上，这些物质不溶于水。后两种物质通常有负面味道，会给咖啡带来额外的苦味、纸味或泥土味，但对咖啡整体的口味平衡也极为重要。
我们可以用一个非常简单的实验来了解咖啡在酿造的不同阶段会提取出哪些物质。如果你还没有尝试过，请参考下面的实验步骤：
准备冲泡一杯意式浓缩咖啡，同时准备6小杯，当咖啡开始滤出时，先让咖啡流入第一杯，5-10秒后再让咖啡流入下一杯，以此类推，直到咖啡按照冲泡配方冲泡完成。
把杯子按顺序排列起来，你会发现每杯咖啡的颜色和味道都有巨大的差异。由于咖啡量有限，我只煮了满满的3杯咖啡，但即便如此，我还是从每杯咖啡的TDS读数中得到了非常有趣的结果。
从上图我们可以看出，在刚开始制作咖啡的时候，萃取率很高（第一杯咖啡从开始萃取，直到总重量达到5g），之后就明显下降。
我开始思考：如果我使用其他冲泡方法会发生什么？浓缩咖啡的萃取过程非常短。如果我使用其他需要更长时间萃取的冲泡方法，TDS 读数会是什么样子？
这让我想到了另一个问题：
每种物质的提取率是多少？
要做到这一点，我首先必须了解咖啡的萃取率，整个过程中萃取的总量，以及在冲泡过程中萃取的每种物质的总量与咖啡总重量的比例。
为此，我必须收集更多数据。我开始尝试 V60 手冲咖啡，并记录感官分析数据和 TDS 读数。我使用的配方是：22.22 克咖啡和 400 克水，冲泡 5 分钟，预泡时间为 30 秒。我选择了更长的配方，以便收集更多数据。
每隔30秒，我会将滤杯移到新的咖啡杯中，每30秒倒入50克水。最终，我每30秒就能萃取出8杯手冲咖啡。
这种做法可能会造成一定的误差，我已尽力用各种方法避免。比如将滤碗移到新的咖啡杯中，会导致咖啡粉产生额外的震动。再比如我只能控制每阶段倒入的水量，却无法精准控制滴入咖啡杯的咖啡总量，这可能会导致每杯咖啡的量不均匀，尤其是当我最后一次倒水时，剩余的水全部进入最后一杯，导致最后一杯的咖啡量最大。
但结果令人鼓舞，无论是从感官分析还是从折射仪读数来看。从上图我们可以看到，在萃取的前 30 秒，也就是预冲泡过程中，咖啡的萃取率极高。此后，萃取率会继续增加，直到 1 分钟，然后就会迅速下降。
从口感上，我们也能分辨出每杯咖啡的区别。正如预期的那样，前两杯咖啡充满了明亮的酸味，因为果酸溶解得最快。在接下来的几杯咖啡中，我们分别尝到了红糖、糖蜜和太妃糖的味道。2分钟后，咖啡开始转变为香草味，味道苦涩，略带涩味。最后一分钟的咖啡味道平淡、稀薄、水汪汪的。
我还发现，每个阶段口味描述词的数量和TDS读数的趋势非常一致，在1分钟左右达到峰值关于咖啡萃取的详细讲解，此时词数最多；随后迅速下降，词数也随之减少。
在此基础上，我还需要每30秒收集一次萃取出来的咖啡总重量，以推导出每种物质的萃取率。为此，我又做了2次实验，在每个阶段称量咖啡，并收集TDS读数，以计算出每个阶段咖啡在咖啡总重量中所占的比例。
上图是整个萃取过程中 TDS 读数的变化，我们可以看到在前 90 秒之后咖啡的萃取率迅速下降，但整体来说 TDS 读数还是在稳步上升的。虽然第一阶段的 TDS 读数很高，但是前 90 秒萃取出的咖啡量只是咖啡总量的一小部分，后面会稀释到整杯咖啡中。
因此我们可以得出这样的结论：90秒的时间里，超过一半的可溶性物质在冲泡头中被萃取出来，尽管这部分咖啡只占咖啡总量的20%。
这是令人兴奋的结果，但我想知道更多。如果我一开始就把所有的水都倒进去，咖啡的萃取率会有什么变化？为此，我进行了一个浸泡咖啡的实验。
一开始我选择的是法压咖啡，为了实验操作方便，我将滤网放在咖啡粉层下面，而不是传统意义上泡好之后就直接压下去。结果这个方法非常有挑战性，实验结果也不是很有意义，跟手冲咖啡很像，30秒到1分钟内TDS读数迅速上升，然后迅速下降，1分钟到4分钟内读数完全没有变化。
但我们还是每隔 30 秒品尝一次咖啡，发现结果大不相同。1 分钟左右萃取的咖啡味道酸涩、单薄；中间的咖啡花香很浓，还有点酒精味。如果 1 分钟后 TDS 读数没有变化，那么味道的变化从何而来？
为了一探究竟，我选择了另一种更灵活的浸泡式冲泡设备——咖啡壶。这一次，我没有频繁换杯，而是每 30 秒暂停一次，用这种方式冲泡了 8 杯咖啡。此外，咖啡壶可以一次性冲泡大量咖啡，这样我就可以进行感官分析。
但实验结果有时和我们想象的相差甚远。即便是使用咖啡壶，TDS 读数在很早的时候就停止上升了。冲泡 30 秒和 4 分钟的 TDS 读数相差只有 0.29，而咖啡 TDS 读数在前 30 秒就达到了 1.06。同样，每杯咖啡的口感还是有很大差异的。
上述实验说明了什么？
1. 大部分萃取发生在萃取开始时，在 1 分钟时达到高峰
这或许不是什么新发现，我们已经知道，在萃取的初期，正面的味道物质会先被萃取出来，而萃取出来的类黑色素、植物纤维和碳水化合物则会带上苦味和负面的味道，影响咖啡的整体口感。但苦味其实是咖啡风味平衡的重要组成部分，不可或缺。
咖啡冲泡前 30 秒萃取出的物质数量让我震惊。感官分析时，一位同事惊讶地看着我问道：“你知道我们在萃取咖啡浓缩液，然后再稀释吗？”虽然有点夸张，但他说得有道理。咖啡的大部分正面风味几乎瞬间就被萃取出来，浓度极高，非常不平衡，太过突出。接下来的咖啡就是试图平衡这些风味，让咖啡更有结构感。
2. TDS 不会告诉你咖啡是否美味
在浸泡式咖啡实验中，我们发现在冲泡1分钟后，咖啡萃取率达到瓶颈。而手冲咖啡由于不断向咖啡中注入热水，萃取率在1分钟后迅速下降。两种方法的实验都表明，在冲泡1分钟左右后，咖啡中的大部分可溶性物质已被提取出来。
但即使 TDS 读数没有变化，咖啡的味道却截然不同。
是什么原因造成咖啡在不同阶段口感的差异呢？一种解释是挥发性芳香物质，可以用核磁共振光谱法检测出来，但咖啡中含有至少800种芳香物质，几乎不可能准确计数。
我们从中学到的另一件事是，数字并不能告诉我们咖啡的一切。如今，许多人依靠折射仪和读数来判断咖啡的品质。但我们的研究结果表明，即使是最先进的技术也无法取代人们的感官知觉。如果我们只依赖数字，我们将永远无法公平地评估每杯咖啡的品质。咖啡是一件任性的艺术品。只有用我们的整个身心去感受它，我们才能知道咖啡隐藏的最深的真相。
即使你有高端的设备，也无法代替你的舌头。所以下次你遇到冲泡设备并想设置冲泡配方时，一定要记住数据只是依据，最终判断还是在你手中。相信你的感觉，跟随你的心去探索。
