众所周知，不同磨豆机研磨后产生的细粉量各异（同一台机器因为咖啡不同也会不一样），而大部分人会把小于100 microns的咖啡粉颗粒称之为细粉（fines）。当然，关于细粉的定义，其实并绝对（但这里，我们并不讨论细粉定义问题）。
之前我们也聊过很多关于细粉的内容。今天要分享的是来自于Samo Smrke、Andre Eiermann & Chahan Yeretzian上个月共同发表于nature.com的一项研究，该研究的核心观点和内容或许会改变你对细粉的认知。
好啦，萃取愉快！
Samo和Andre早前还曾发表过一篇关于胶囊咖啡的论文（《单份咖啡胶囊萃取：咖啡粉属性与萃取动态以及出品质量的关系（Extraction of single serve coffee capsules: linking properties of ground coffee to extraction dynamics and cup quality）》），经过研究发现，咖啡粉中的细粉量与萃取时间存在一定关系。
而上月的IG推文分享中，Samo和Andre则侧重于在更严格的控制下，通过添加一定量的细粉（1g，2g，4g，0g），分别进行萃取实验，来揭秘细粉与浓缩之间的关系。（背后支撑就是开篇提到的新论文）所以，今天就来一起看看吧！
实验设置：
磨豆机：Bentwood V63
→ 使用的研磨刻度中，190, 210 & 250会再进行细粉添加的操作
均质操作：Blind Shaker
咖啡机：VA黑鹰
浓缩萃取采取恒定9 Bar，粉量：20g，出液量40g
→ 根据不同细粉添加量——1g、2g、4g对应19g、18g、16g咖啡豆
粉碗：VST-20g
咖啡豆：浅烘焙 蜜处理哥斯达黎加
*论文中写的处理法是pulped natural，IG推送里写的是honey，有时候这两者通用（尤其在一些美洲原产国），但有时pulped natural指只去除果皮部分的日晒处理，ms跟蜜处理有点类似但又有不一样的地方，因此需要视具体情况而定。（但此处对实验结果影响不大）
** 感官评测（5点快感评测）基于风味、平衡感和触感三者（flavor, balance & tactile）
流速与萃取量
发现：细粉并没有引起萃取动态（extraction dynamics）较大的变化。细粉确实让萃取变慢，但延长萃取时长，萃取率与更细的咖啡粉相当。因为加入细粉后，相当于使得整个研磨度更细了。
这一个发现有点出乎意料，但Samo认为进一步的发现或许需要更多关于浓缩萃取和咖啡颗粒扩散（diffusion）的研究。然而，可以总结的一点是——细粉并未从根本上完全改变萃取动态。
浓缩萃取率（纵轴）与不同粒径分布的咖啡萃取时间。不同颜色的点代表不同细粉含量（黑色为未添加细粉）（图表来自于论文）
根据粒径分布预测萃取时长
更细研磨（较小的平均粒径大小）会延长萃取时长
更多细粉能够使粉饼形成更大阻力
于是，Samo团队研究了整个粒径分布可以如何用来预测浓缩萃取时长。结果跟你想得一样，细粉增加萃取时长，而随着较大颗粒的增加，萃取时间减少。
Samo团队构建了一个有趣的模型——偏最小二乘法回归（Partial Least Squares Regression，PLSR），使用粒径分布数据来预测萃取时间。这个模型中的系数为不同粒径对浓缩萃取的影响提供了丰富信息。这与我们对于细粉占比增加会增加萃取时长的认知相吻合。
纵轴左为分布密度（%），横轴为粒径大小，纵轴右为PLSR模型系数
黑色点为PLSR模型系数值，曲线为输入的粒径分布数据（图表来自于论文）
（a）基于粒径中位数和细粉占比所预测的浓缩萃取时长而得出的线性回归模型表现
纵轴：预测的萃取时长
横轴：测量的萃取时长
（b）基于粒径中位数、细粉占比和萃取时长而预测的萃取率
纵轴：预测的萃取率
纵轴：测量的萃取率
（图表来自于论文）
香气物质
关于萃取最直观的认知就是——萃取得越多，杯中得到的就越多
但Samo他们发现，许多挥发性物质在此处的表现并非如此——当我们萃取得越多，在杯中得到的挥发性物质反而是越少。
有一些【损失】可能是因为蒸发（evaporation）造成的。此处所测量的挥发性物质是乙酸甲酯（methyl acetate）（气味：甜味、果味）
图说：
使用PTR-MS*（从浓缩咖啡样品的头部空间headspace）测得的VOC（volatile organic compounds）强度，萃取率受到不同粒径分布下咖啡粉萃取的影响。以上图表的数字代表所添加的不同细粉量，误差线为单个标准差。
（a） m/z = 75.042，暂确认为乙酸甲酯（methyl acetate）
→ 图中香气物质浓度随着萃取率上升而持续下降
（b） m/z = 121.068，暂确认为乙甲基吡嗪（ethyl-methylpyrazine），三甲基吡嗪（trimethylpyrazine）
→ 图中香气物质在最快萃取的样品中（萃取率最低）先经历了VOCs含量下降，最低值在浓度19.5%附近，而后随着萃取率上升又呈现上升趋势
另一组则显示先经历了下降直到萃取率19.5%，而后并未变化
（c） m/z = 49.010，暂确认为甲硫醇（methanethiol）
→ 图中香气物质并未呈现明确变化趋势
（d） m/z = 127.034，暂确认为麦芽酚（maltol），糠酸甲酯（methyl furoate）
→ 香气物质显示随着萃取率上升，头部浓度上升
PTR-MS是由Innsbruck大学的 Lindinger 课题组于20世纪90年代末开发的一种衡量VOCs的在线检测技术。
（图表来自于论文）
如果想要恶补一下关于香气物质的部分，可以先看看小酱之前的三篇笔记
关于香气物质的【流失】，其实经历了三个阶段——萃取前、萃取中、萃取后
· 萃取前，研磨阶段就会有很多挥发性物质会流失。
· 萃取中，二氧化碳的排气形成crema，但气体排放同时也使得一些挥发性物质被释放（released），进入周围的空气中，而最终未能进入咖啡液中。
· 萃取后，指的是咖啡液流入杯中的过程。萃取温度升高会增加挥发性物质的浓度。这个效果可能并不是由于温度更高，萃取更好，而是由于更高温度下，浓缩萃取的挥发性物质的气化流失更多。
另外，不同萃取率下的咖啡液能够对VOC在咖啡液体（coffee brew）与头部（headspace）之间的分配产生不同的可观察的现象和影响
总的来说，
通过不同的萃取时长，浓缩的香气图谱呈现非线性状态。比如，Turbo采用比传统更快的萃取，可能产生更为果味的咖啡，能够保留更高挥发性、非极性（non-polar）香气分子。
风味
粉饼中的细分多寡是否会直接影响风味？
根据此处的实验设置和采取的方案，结果发现是——这样的影响并不多。确实，有很多咖啡，添加细粉会使得杯测分数更高；最佳风味的萃取时长介于25-30s之间。但添加4g细粉的浓缩萃取在风味上的得分更低。此处的结论是：影响更大的是粒径分布与风味的关系，而不仅仅是细粉。
萃取浓缩的整体感官分析分数（纵轴），不同研磨度、加入不同的细粉量的萃取时长（横轴）
图表中数值代表研磨度、不同细粉添加量的shots以不同颜色标注
（图表来自于论文）
参与风味评测人员（panelists）认为，（实验豆）风味图谱最优的方案为萃取时间30s，萃取率19-20%时，而这个并非先前探讨的Turbo shot的萃取方式。因此，Samo团队认为必须考虑所使用的生豆、烘焙方案作为参数，这些也会影响咖啡在何种萃取状态下，达到感官峰值。因为目前新的烘焙方式、生豆后置处理法层出不穷，此时给出大致（通用）结论也尚未成熟。
然而，从“通过缩短萃取时长来优化萃取效率”的角度看，这个研究中的萃取思路或许具有一定参考价值，比如，就高萃取率、短萃取时长但高风味品质如何实现最优化萃取？
一点点说明·
需要明确：
在浓缩萃取中，细粉的存在为流速增加了阻力
细粉越多，萃取时间越长（同样研磨设置，主要/大颗粒的粒径尺寸）
增加细粉量并未引起基础浓缩动态改变（比如，没有突然较强的通道效应产生）
细粉提供咖啡非挥发性物质，比如咖啡因、酸质，但研磨后，会快速损失香气
萃取线性问题
针对TDS和非挥发性物质，比如咖啡因和有机酸：我们萃取越多，萃取率越高（或咖啡因浓度）。萃取率太高并不会导致咖啡因含量或苦味物质萃取量的降低。
香气：Samo团队发现高挥发性香气物质（在低温段会快速气化）非常容易萃取，但其含量会随着浓缩萃取率提高而降低，即香气会随着浓缩萃取率提升（萃取时长增加）而流失
（Fr.R酱：这大概是高萃取率下，并不能一定让浓缩变得更好喝的原因之一）
风味峰值
在观察其他参数前，我们需要最优的粉饼备制
比如，这些观察或测试结果会基于很多主观因素，还包括所使用的咖啡、烘焙度以及萃取状态
在Samo和Andre的研究中，添加1g、2g细粉并不会明显降低浓缩质量，但4g细粉量会！
· 1g、2g细粉量相当于中高端磨豆机会产生的细粉量
· 4g细粉量可以看作是低端磨豆机会产生的细粉量，如果此处其他萃取要素都相同，仅细粉量不同，那么可以粗略认为，4g细粉量会极大降低风味品质
· 低细粉对于好的浓缩萃取至关重要，但并不是磨豆机性能表现的全部
一点点结论
粒径分布对浓缩萃取具有重要影响——单个粒径值无法完整描述萃取动态
结果显示：
针对实验中的咖啡，浓缩萃取可以根据细粉占比以及主要粒径的中位数来预测。由于咖啡粉更小粒径所导致的表面积（surface area）增加，对萃取效率的影响似乎很微小，从更为实操性的角度看，可以理解为细粉对于浓缩的影响更多在于粉床的渗透性（permeability）。
下一步的研究方向，或许需要考虑粒径峰值的形状以及宽度的影响，但论文中写道：目前并没有实验设备能够支持这样的研究。
简单来说：
· 萃取效率会影响最终杯中的香气构成
· 相较于慢萃高萃取率的浓缩，快萃低萃取率的浓缩含有更高浓度的高挥发性和非极性VOCs，其原因→可能由于萃取时长导致萃取后更多香气物质流失
· 由于咖啡香气与萃取率之间的关系呈现非线性，因此快速萃取或许更受欢迎
看到这里，是不是整个迷糊了？
到底要快萃还是慢萃呢？
到底要更高温度还是更低温度呢？
到底哪种方式才是能够保留更多香气物质的呢？
到底萃取率高的咖啡中，含有的香气物质是更多了还是更少了呢？
→如果你思考到这里，那么恭喜你，你其实已经看懂大半了！
解决以上问题的最关键的是，看你想要什么？
① 不同萃取阶段所萃取的挥发性物质不同，你要萃取什么类型的挥发性物质呢？它又是在哪个阶段被萃取出来的呢？
② 很多易/高挥发性物质（很大部分属于香气物质）随着萃取时长而流失
③ 不同豆子，不可一概而论
文字|排版：小酱（R酱笔记）
图片：Nature&Samo IG | 网络