咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

目前不容易找到任何關於手衝咖啡萃取時注水時咖啡高度以及注水速度是如何影響咖啡的衝煮,但它肯定會對咖啡的萃取產生影響。

如果注入太快,水流會在粉床表面可能會被鑿出一個凹陷的洞,並導致濾網堵塞,或者導致不均勻的萃取和澀味的萃取。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

除了要在一些特定的萃取階段調整水的高度,以間接影響咖啡的萃取時間之外,將水倒在咖啡粉上的速度也對水與咖啡粉的攪動程度,以及最終在咖啡粉床上是否會留下一個凹陷有重要的影響。但這也與注水高度,以及與水壺的流嘴有關。更具體地說,也就是鵝頸的寬度,出水口頂端的光滑程度和角度,水流有多垂直,且移動水壺的速度也都將會改變水流的性質,以及萃取時水粉之間的相互作用。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

當水流離開水壺的鵝頸時,它通常是相對順滑且是以圓柱形的形狀流出。鵝頸頂端的任何微小缺陷仍然會在水流流出時展現在水流的形狀上,一開始可能看不出來多少,但隨著水流進一步下降注入至濾杯,缺陷將逐漸展現出來。這是由於流體的「表面張力」的這個特性。水分子屬於極性分子,氧原子周圍攜帶有輕微的負電荷,而氫原子攜帶輕微的正電荷,所以,水分子之間是會相互吸引的。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

水分子的極性

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

水分子的網絡排列,使形成氫原子的負電荷和正電荷對齊,形成水的粘聚性質。

水分子之間相互吸引的特質被我們稱之為「粘聚屬性」, 水與周遭的空氣幾乎沒有粘附,因此,水的表面似乎可以表現為拉伸的彈性膜,例如,水通過被限制迫使自己成為水滴狀或水流狀。這種效應是我們所說的表面張力。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

表面張力的圖示靠近水面的水分子被吸附力(黑色箭頭)吸引,且無粘附力將它們向上拋向空氣。這使得水的行為就像它的表面是一個拉伸的彈性膜。

現在回到我們對不完美的水流的討論;由於水的表面張力,水流有更多曲率變化,所以會有向內減少的內向力,反之亦然。水流越長,內外向力作用越大,缺陷也越明顯,最後會導致水流破裂成水滴。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

Plateau-Rayleigh 效應,

可以看到最初順滑的水流(頂部)逐漸變得更加蜿蜒,最終破裂成水滴。

水流過長,最底部流下的水會將水流分解成水滴,在水流截斷變成水滴之前的長度,我們稱為水流的斷流長度。水流的斷流長度會受鵝頸處設計的平滑度和注水速度的影響。更粗糙的鵝頸在水流形狀剛流出的時候會有更大的分流影響,因此會讓水流斷流的長度更短。水流速度對斷流長度的影響要簡單得多,對於每種鵝頸型來說,在斷流之前,都會有一個“最佳”的注水速率。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

L即是指不同情況下的水的斷流長度,流速逐步提高的流動狀況和斷流長度的圖示

假設用Brewista Artisan0.6L水壺核實一下這種關係,再加上用流量限制器和不使用的情況作對比。再以不同鵝頸設計的水壺作比較,Brewista和Fellow的StaggEKG0.6L,做一個直接的比較。用不同的水壺,在一個高梅森罐中注水,放置在Acaia稱上,開啟流量模式,從低處開始注水,然後提高水壺,但同時保持相同的流量。

當開始聽到飛濺的聲音時,表明水流斷流的長度與梅森罐中的水平面重合。停止注水,並測量鵝頸頂端的絕對高度以及罐內水位的高度,兩個值相減,即可推斷與給定的注水速率和相關的斷流長度。通過用幾種不同的注水速率重複這一測試,測量的StaggEKG0.6L水壺和Brewista0.6L水壺都在不使用流量限制器時的斷流長度。兩款壺都有一個最大的斷流長度約8g/s,而StaggEKG的斷流長度更長,是因為它的鵝頸設計更光滑。在Brewista中使用流量限制器的話,會降低其最佳注水速率,也降低了其最長的斷流長度。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

注水速率和斷流高度的函數圖

瞭解斷流長度是很重要的,因為當水落在咖啡上時,水流的平整度將完全改變咖啡粉液的攪拌運動的量以及運動程度。工程師們已經在清楚了這些細節之後在壺的流嘴處做了凹陷緩衝的設計,其目的是最大限度地提高氣體和流體之間的化學反應速率,在流體落入靜止的液體中時,並將一些氣泡帶入。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

凹陷緩衝設計圖示,其中氣泡會被夾帶液體與下降的流體中,

以最大限度地擴大氣體和液體之間的接觸表面,並優化它們的化學反應速率。

基本上,越不順滑的的水流落在咖啡粉上,氣泡就會被越多的輸送到咖啡粉中。氣泡會讓水流在水平面以下產生摩擦力,因為氣泡本身會被浮力推動而減慢運動速度。如果這種水流到濾杯的水平面以下後分流的速度越快,越會導致水流變得湍急,這對於咖啡萃取來說是一件好事,確保咖啡能夠被均勻的萃取。

如果水流在它降落的地方非常不規則,那麼大量的氣泡會被拖入咖啡粉層中,斷流的速度會很快,水流不會觸達到達濾杯中比較深的地方,無法攪動咖啡粉,在其最極端的情況下,水沒有起到攪拌的作用,直接讓水衝過咖啡流出粉層,就無法使萃取更加均勻。咖啡粉內空氣的含量,決定了咖啡粉是浮在水面上還是沉澱在濾器底部。空氣含量多,咖啡粉浮在水面上,所以要用細柔的水流去擾動咖啡粉,如果水流太大太強,就會直接流入底部的濾器內,讓咖啡味道稀釋。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

如果我們採取另一種方法,以中心注水的方式在粉層上快速的速度注水,當它進入咖啡粉層時,水流將變得十分的平緩,幾乎沒有攜帶空氣進入粉層。這意味著水流流入水平面下後運動速度不會減緩太多,但是你會用這種水流在粉層上留下一個凹陷,除非你旋轉濾杯,使咖啡床再次變平坦,不然這種凹陷會導致通道效應以及局部過度萃取。

現在我們看到了斷流長度如何影響咖啡粉的攪拌運動,應該更清楚的是,為了讓咖啡粉得到足夠程度的攪拌,我們需要水流進入咖啡粉的時候變粗糙一些,但不要太粗糙。

太輕柔的水流會導致無湍流攪拌,只會過多攪動咖啡粉床的表面。實踐中發現,最好的結果是提高一點注水高度,使斷流長度剛好低於咖啡粉液的表面。在水注入時,你可以聽到水落入濾杯中的聲音。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

不同形狀水流對咖啡液體的不同攪拌類型圖示

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

攪拌的深度和氣泡的攜帶都會隨注水速率的變化而變化。選擇一個水流可以剛好低於咖啡液表面的注水速率將最大限度地給咖啡粉帶來攪拌運動;較高的注水只會引起較輕的攪拌,較低的注水則會導致平流。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

斷流長度越長,水流進入咖啡液的速度就越快。這意味著選擇更長的斷流長度會引起更強烈和更深的攪動。而且,斷流長度越長,給咖啡粉帶來攪拌運動越大,也就越會導致一些細粉堵住濾紙的底部,導致過度萃取。

在實驗中發現,用StaggEKG0.6L以5g/s的速度注水,並在畫圈時保持在同一個高度注水,可以帶來很均勻的萃取。但如果磨豆機或咖啡會產生大量細粉,你可能想選擇更短的注水高度。比如埃塞俄比亞咖啡的注水速率將降低到3-4g/s;一些日曬或南美的咖啡在萃取時會提高到6-7g/s。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

茶壺效應

還有另一個細節會影響斷流長度,就是下落的水流的垂直度是很重要的。一般來說,越垂直的水流越容易控制,並在咖啡上降低鑿出凹陷的概率。為了使你的水流盡可能的垂直,可以相對緩慢地移動水壺,使水流不受干擾,並在萃取過程中保持它在一個相對穩定的高度。擁有一個高質量的水壺的一個很好的優點是,它們的設計是為了儘量減少「茶壺效應」——這是另一種由水的表面張力引起的現象,導致它想粘在水壺的外壁上,使水流不那麼垂直,特別是在較慢的注水量時。

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

蜜點萃取圖示

咖啡知識 | 手衝咖啡的「注水高度」和「注水速率」

研磨粒徑出現差異時,注水流速也將產生改變

你試圖將這些概念應用於實際萃取時,要記住所有這些變量可能有點困難。但為了輔助,這裡有一些二維圖,以示在萃取中會引起多少攪拌,以及這種攪拌是湍流的還是平流的。通過將斷流點深入至分層中最大限度地增加湍流,並找到適當攪拌力度以避免堵塞,並最大限度地提高萃取的均勻性。


分享到:


相關文章: