高擾動與不「乾淨」的咖啡

相信有閱讀過我過去的文章的讀者一定知道我是低擾動參數的粉絲（我平常所使用的參數請參考〈以低擾動達成高萃取率〉一文）。在我的經驗中，擾動經常使咖啡變得較不「乾淨」──包含更多的苦感、澀感與較差的口感等等，但我一直沒有找到一個適合的模型去解釋這個現象，這也成為了咖啡領域中最困擾我的問題之一。

Belka Portal 所帶來的啟發

作為 Belka 的群眾募資專案最早的支持者之一，我在去年十月初就收到了 Portal，簡單來說，Portal 是一個可以放在濾杯下的感測器，實時監測流入下壺咖啡的溫度與導電度（EC, electrical conductivity）。這裡的導電度雖然不是我們在測量濃度時更常使用的 TDS，但根據 Belka 的說法，我們可以將 EC 當成與 TDS 呈正相關的指標，也就代表透過 Portal 我們可以測量沖煮過程中實時的溫度與濃度。

可以獲得實時數據的特性使 Portal 成了嘗試解答上述問題的最好工具之一，換句話說，我可以清楚地知道在沒有透過佈水器注水時（也就是造成擾動時）究竟發生了什麼樣的事情，進行了幾次沖煮後，我發現了如下圖般的現象：在注水時的瞬時濃度會大幅下降，而停止注水後，濃度則略為上升或保持不變。使用佈水器降低擾動時，濃度則隨著時間平穩地緩慢下降。

關於擾動導致濃度下降的一些想法

在注水時瞬時濃度大幅下降的現象引起了我的興趣，經過了一些思考，我認為可能的原因如下：

1. 注水時的水壓使流速突然上升，這導致這些流經粉層的水沒有足夠的時間與粉層接觸，導致濃度下降。
2. 注水時的水壓使 bypass（旁通）上升。

關於第二點，我們先詳細聊聊何謂 bypass（旁通）。

什麼是旁通（Bypass）？

Bypass 在英文中的原意為「繞過、避開」，在咖啡領域中指的即是水「繞過、避開」咖啡的能力。很好理解的例子即為如 v60 的錐形濾杯中，因為大部分的水會跟隨重力垂直往下流，因此有部分的水完全不會經過粉床，我們稱作 “total bypass”，而也會有部分的水僅接觸到部分的粉床厚度，我們稱作 “partial bypass”，如下圖。

而在中文圈中 bypass 最常見的譯法則為「旁通」或「邊穿」，而因為水「繞過、避開」咖啡後所造成的結果即為咖啡變得較淡，所以 bypass 也常被用來稱呼沖煮完咖啡後加水稀釋的動作。

不難想到我們所觀察到的擾動使 bypass 上升並導致瞬時濃度下降的猜想可能包含了以下的面相：

• 一部分的水直接穿透了側面的濾紙，形成了 partial bypass
• 注水時粉層遭到了破壞，厚度變薄，雖然這跟傳通上流經粉床側邊的 bypass 不同，但廣義上來說也是一種水「繞過、避開」咖啡並使濃度下降的表現，因此我這邊也稱它為 bypass。

以下我將以實驗的方式嘗試從總萃取率的角度來檢驗擾動所導致的瞬時濃度下降是否會真正影響到總萃取率。

實驗

在實驗中我們會嘗試比較擾動的有無對瞬時的 EC 以及萃取結束後的 TDS 與平均萃取率的影響。

實驗動機與設計

雖然我已經獲得了 EC 的數據，但我還是希望可以讓討論回歸到萃取後的 TDS 與平均萃取率，這主要有兩個原因：

1. 雖然我已有 EC 對萃取時間的折線圖，但我依然需要每個時間的瞬時流速才能獲得總萃取率的估算（因為總萃取率即是 EC 與流速的乘積對時間的積分），但可惜在器材的限制下我沒有辦法很精準地測量流速。
2. 前述提到，EC 與 TDS 僅呈大致的正向關係，但沒有辦法精準地換算。

但如何讓有擾動與沒有擾動的組別公平地比較呢？這是一個很難的問題，擾動會加快 fines migration（細粉下沉）的速度，進而使萃取時間增加非常多，而在沖煮時間不一樣長的時候我們自然也就無法比較萃取率。我也可以透過較細的研磨度來增加無擾動組的萃取時間，但很明顯的，在研磨顆粒度不同的情況下比較萃取率也沒有任何意義。於是我想到了我在〈再評估 Wet WDT〉一文中使用過的方法──利用「閥」來降低無擾動組的流速，進而使兩組的總萃取時間變得相近，為了模擬一般手沖、也因為 bypass 是這次實驗中重要的一環，我這次使用了 sworksdesign 平底濾杯而非 no-bypass 的 pulsar 作為實驗的平台。

實驗步驟

我會依照以下的沖煮參數及步驟沖煮實驗組（低擾動、有使用佈水器）及對照組（高擾動、沒有使用佈水器）各三組並記錄他們的 EC 對時間的曲線，並使用〈精準地測量 TDS〉一文中提到的 protocol 來測量 TDS 並計算平均萃取率，

沖煮參數

• 粉水比：15g:250g (1:16.67)
• 水溫：100°C
• 水質：純水
  • 於沖煮後進行 Re-mineralize 至約 30GH, 15KH，其中 Ca²⁺ 與 Mg²⁺ 各半。
• 研磨度：刀盤間距為 620 µm from lock（在我 chirp to lock distance 約 20 µm 的 Lagom P100 上為 #8.0）

詳細沖煮步驟

1. 秤量 15 g 的咖啡，研磨後倒入濾杯中，並使用 WDT 工具將粉鋪平。
2. 確保閥為完全關上的狀態，開始計時，快速注入 40g 的水並進行順、逆時針各一圈的 Rao Spin。
3. 於 0:45 時，開閥，使用佈水器的實驗組開閥至約 105 度，沒有使用佈水器的對照組則開閥至約 240 度。
   • 開閥的度數為我經過多次嘗試後最能使對照組與實驗組總沖煮時間接近的組合。
4. 於 1:00 時，以約 8–10 ml/s 的速度快速注水至 160 g，並進行順、逆時針各一圈的 Rao Spin。
5. 於 2:15 時，以約 8–10 ml/s 的速度快速注水至 250 g，並進行順、逆時針各一圈的 Rao Spin。

實驗結果

EC 曲線

TDS 與平均萃取率

討論

結論