Re: [器材] 抱怨一下粕谷哲濾杯 KDC-02-B

趁這個機會來隨便聊一聊過濾這檔事

在談濾材之前
我們先聊一下要過濾的東西是什麼

沖煮咖啡的過程當中
一旦咖啡顆粒接觸到熱水
除了那些易於溶解的成分開始被熱水帶出

未過濾的咖啡液當中包含著:

大型顆粒
肉眼可見的細粉
肉眼幾乎不可見的極微細粉
多酚類(polyphenol)
漂浮在水中的膠體(colloids)

除了大型顆粒與大量的細粉會被攔阻在濾紙的表面
其他的極微細粉、以及不易溶解的化學物質
由於他們的體積遠小於濾紙纖維孔隙的大小
所以會滲入濾紙纖維孔隙當中
有部分會直接撞在纖維上而卡住
部分則因為凡德瓦力而被吸附
而有相當的比例會穿越層層阻礙，而進入咖啡液成品當中

在目前的咖啡測量科學當中
大家普遍地藉由TDS的數值，判斷濃度與計算萃取率
進而與風味進行比對來判斷萃取成效
我們發展出了金杯系統，告訴大家數值在某個範圍的咖啡液最受歡迎

然而到目前為止，濃度/萃取率的機制有著許多侷限
例如當粕谷哲說他的四六法前段比例改變，能決定酸甜
這個理論是正確的，甚至有論文幫這個手法背書
但卻無法用萃取率來解釋
無法解釋為什麼改變前段比例，在相同的萃取率下會有酸甜度的感知差異

這是因為當下普遍使用的濃度測量，僅僅是量測”可溶解的物質濃度”
然而"不易溶解的物質"仍然對咖啡口感與風味造成巨大的影響

Jonathan Gagne針對這個議題做過一些研究
他主張這些不易溶解物質會影響咖啡的酸質、甜感、body，以及最重要的澀感
(astringency)
到目前為止他似乎還沒有從這個角度發展出比較好的量測、操作、解釋的架構
最新的blog文章僅僅是談了關於澀感的假說
(有興趣的可以直接去看他網站那篇講他對astringency機制的想法)

即便這些想法仍然不是很成熟
但我認為從這些不易溶解物質的過濾理論發展下去
可以對於現代咖啡沖煮的許多現象有著很強的解釋力

在這些過濾理論當中
我認為最重要也常被忽視的一點
是完整的咖啡粉床，咖啡顆粒的堆疊本身，就是最佳的過濾工具

當咖啡顆粒經過完整預浸、排氣、吸水、沉降
多孔隙的表面與多樣化的幾何形體堆疊，形成了比濾紙纖維更好的過濾效能
於是得以捕捉較大量的”不易溶解物質”

Gagne之前有做過許多實驗展示這件事情
但我這邊提供一些更簡單常見的例子
如果大家使用浸泡法，如冷泡或法壓製作過咖啡
而在製作過程當中有嚐試把泡出來的咖啡倒到濾杯濾紙當中過濾
可以發現這些肉眼看起來沒有很多顆粒的液體阻塞濾紙的能力很強
很輕易地可以讓濾紙嚴重阻塞
這是因為這些咖啡液並沒有流經一個完整的咖啡粉床進行過濾
所以不易溶解的物質會大量地進入濾紙纖維孔隙當中產生阻塞
而單純依靠濾紙過濾出來的咖啡液也會看起來更加混濁

再來要談的重要觀念是，沖煮手法如何影響這些極微細粉跟不易溶解的大分子物質
講起來有點繁瑣，就請大家忍耐一下

由於我們這裡談到的，是體積極小，足以穿越纖維孔隙的物質
這些微小的物質，會受到凡德瓦力的強烈影響
彼此吸附，或吸附在大型的咖啡顆粒上
如果大家有看過放大的咖啡研磨顆粒
就可看到細粉會吸附在大顆粒上，而肉眼未見的小顆粒更是如此
剛研磨好的時候，可以看做這些物質都是被固定在大顆粒表面
(雖然目前暫以沖煮作為例子，espresso細度以下的研磨常出現粉團也是類似的原理)

在沖煮過程當中，受到外力沖刷
這些小顆粒會被沖離原本黏附的位置，開始隨著水流移動
部分被粉層與濾紙捕捉，而部分流入咖啡液成品
而隨著擾動與沖煮的水流模式不同，隨著水流移動的小顆粒數量也會不同

簡單從常識性的方法來說
若要讓小顆粒與大顆粒分離
沖刷的水流要足夠大來克服顆粒間的吸附力
但沖刷的力道又不夠大到連重量大的大顆粒也一起推動

於是大顆粒會被卡在原地，而小顆粒被拉離大顆粒的表面進入水流

如果大顆粒一開始就被過大的水流推動，大小顆粒間的拉扯力道/速差就會變小
於是脫離的效果反而會下降
會有較多小顆粒仍然維持吸附在大顆粒上一同漂流

Gagne之前談水流的時候
把水流分成層流(laminar flow)與湍流(turbulent flow)

粗略地說
層流指的是平滑不破碎的水流
大家單點注水時，看著水流沒有太多破碎與氣泡就直達容器底部
這時候的平滑水流就稱為層流
而拉高注水高度，使得水柱在水中因為氣泡影響而四散擾動的水流就稱為湍流

我就不多談Gagne對於湍流擾動的想法細節
有興趣的可以去看他的書或blog有關手沖壺的注水的部分
這裡要談的是，層流、湍流等水流種類對於不易溶解物質沖刷的影響

使用單點注水的手法時
平滑持續的層流會將所有的大小顆粒一併推動
從透明的容器裡可以看到咖啡顆粒看似被激烈地翻攪滾動
但實際上，小顆粒卻得以附著在大顆粒上隨水漂流
此時分離出來的小顆粒相對較少

而繞圈注水時，繞至左側時，右側大顆粒暫時沉降固定
當水柱再次繞回右側時
由於大顆粒彼此之間堆疊摩擦，相對較難移動
此時水流的沖刷僅會讓較小的顆粒脫離漂流
大顆粒相較之下，較容易留在原位

一再繞圈，就是重複這個將小顆粒拉扯脫離被牽制住的大顆粒的過程

使得較多的不易溶解物質被沖刷隨水漂流
最後滲入纖維縫隙

所以相較於單點注水，繞圈越多，重複固定住大顆粒沖刷小顆粒的過程
就越容易阻塞濾紙，也越容易讓這些物質進入咖啡液成品

常見的說法會說中央單點注水是在打開通道
實際上一條暢通的通道是不存在的

由於錐形濾杯的構造，無論使用何種擾動方式
在注水停止後，大部分的顆粒仍然會沉降到底部

常見的手沖深坑，與其說是因為中央注水挖出通道
不如說是注水前期沒有破壞周遭的浮游層
使得後期周圍浮游層沉降後，沾附堆疊在濾杯壁，產生倒錐形粉層
也就是所謂的粉牆

如果一開始就讓所有的顆粒充分排氣吸水沉降
無論怎麼樣從頭到尾中心注水，也不可能產生深坑
這也是為什麼排氣少、沉降快的淺烘豆，無論手法，粉牆量總是較少或沒有的原因

如果真正的通道不存在
那為什麼單點注水可以加快排水速率

這是因為單點注水會形成持續推動所有顆粒的平滑層流
於是在注水過程當中，小顆粒的脫離比例不高
濾紙阻塞的程度也會因此減緩
流速因此獲得改善

另外一個常見的例子是斷水會大幅增加濾紙的阻塞程度
是因為斷水，尤其是完全排乾的斷水
會讓大顆粒失去水中的浮力，彼此嵌合壓迫堆疊
再次開始注水時，整個濾杯當中大部分的大顆粒都卡在完全的靜止狀態
這時候水流一旦沖過被固定住的大顆粒表面
拉離小顆粒的效率就會特別好
一旦水位上升，大顆粒又開始鬆動漂浮，甚至與層流一同飄動
大小顆粒共同漂浮的狀態下，沖刷小顆粒的效果就會下降

這樣一來，也可以解釋為什麼淺焙豆更容易受手法影響而阻塞
是因為密度高(淺焙的密度通常是深焙的1.2~1.3倍)
更易沉降堆疊嵌合
讓固定大顆粒沖刷小顆粒的流程更加有效率
如果在加上有些淺焙豆在研磨的時候在刀盤邊緣有更多重複研磨
那就讓淺焙豆阻塞濾紙的情況更加明顯

另外一個例子出現在浸泡式的濾杯

雖然是由其他玩家發現這個技巧
但後來被James Hoffmann推廣之後便得更加普遍
也就是先注水再浸泡的技巧

在使用聰明濾杯或hario switch的時候
如果先把熱水完全加入，再加入研磨顆粒攪拌
其他變數相同的狀況下(粗細、溫度、浸泡時間)
水流光的所需時間，會是先加粉後注水的1/3~1/2

從之前談的理論可以發現
濾紙阻塞的程度取決於有多少不易溶解物質滲入纖維孔隙

乾燥、尚未預浸、排氣、沉降的咖啡顆粒，過濾效果是在最差的狀態
此時咖啡顆粒彼此又在靜止堆疊的狀態，將水流沖刷的效益最大化
而顆粒接觸熱水後開始大量湧出氣體
使得大量沖刷出的不易溶解物質，幾乎不會被完整的粉層過濾攔阻
只會直接沖入濾紙纖維孔隙當中

相較之下，先注水完成再將咖啡顆粒加入時
即便後續使用攪拌方式進行混和
在有大量的水進行緩衝與支撐大型顆粒的狀況下
大顆粒並未陷入相互摩擦堆疊的狀態
隨著攪拌，大小顆粒共同在水中漂浮
自然減少小顆粒被拉扯離開大顆粒的比例

且在後續的開閥排水階段，許多大顆粒已經排氣吸水沉降到底部
形成足夠的過濾層來減輕濾紙的負荷

整個流程當中，被分離出的小顆粒數量相對少
後期又被粉層過濾
相互影響下，就能達到倍數的排水速率

講到這裡，我們就有足夠的經驗與理論基礎去粗略地談
粕谷哲四六法的前段比例造成風味差異的原因

如同在浸泡手法當中所提到的
完全乾燥、未預浸的咖啡粉層，是沖刷最烈、過濾最差的狀態

當增加第一段注水的比例
就是讓更多的不易溶解物質在這個階段跳過過濾，進入成品

而減少第一段注水的比例
則是讓這些多餘的水量，在粉層排氣吸水沉積後才進入

可以理解成

“被濕潤粉層過濾的溶液量增加了，成品當中不易溶解的物質減少了”

因而在相同濃度(可溶物質濃度)與萃取率下，仍然改變了風味感知與成分組成

過去有些理論會說，咖啡中的懸浮物會減少甜感增加澀味
但我覺得相關的證據與資料仍然相當有限，不能說死
到目前為止我們仍然無法完全解析或控制這類變化
僅僅知道這是在濃度與萃取率之外，改變風味的重要因素而已
但也可以稍稍理解為何四六法有這樣的功能

而有些人在四六法前段降低注水強度
不像粕谷哲那樣全程大水澆灌
這也有助於在乾粉期減少不易溶解物質的滲出量
也是調節風味的一種選擇

老一點的咖啡人會說，悶蒸決定一杯咖啡的風味
我並不完全認同這樣的說法
但可以理解，在預浸完整(排氣、吸水、沉降)前，粉層處於最為脆弱的狀態
對於成品咖啡液當中的不易溶解物質的含量影響巨大
尤其是對於老派深焙來說，為什麼日系手法要搞那麼久那麼細膩的排氣

一方面烘焙越深，當中會有更多我們不想要讓其穿越濾紙的不易溶解成分
而且排氣多、油脂多、密度低、易漂浮的粉層過濾效果很差

萃取初期，輕率粗魯的手法很容易就讓其進入咖啡液中
所以要排氣、要吸水，慢慢做足
盡可能讓所有的溶液都能被底層堆疊的顆粒所過濾

但在淺焙精品當道的年代
發展出那麼多大水量預浸或粗暴擾動的手法
也是因為這些不易溶解的成分，不全然只會為咖啡帶來不好的風味
複雜度、層次、body的均衡
需要靠這些成分來協同合作
在某些豆子身上，多萃取一些這類成分也能有很好的表現

現在有很多無擾動器材，melodrip、興波灑水頭、Gabi或是像DCP那樣的萃取器材
如果使用這些器材做出完全低擾動，完整穿越粉層過濾的一杯
乾乾淨淨
只是很多時候會讓淺焙豆變得有點無聊，我個人不太喜歡
但怎麼樣才平衡，在各種豆子上什麼樣的沖刷擾動量才算好
這就要看各家沖煮手的sense來決定了

Gagne之前有試著用turbidity濁度計去測量不溶解物質的數值
想從裡面找到一個比較好的解釋架構
但看起來現在還沒有得到什麼非常完整具體的結論

最後還是回到為什麼粕谷哲版v60會搞砸的問題上好了

無論用任何手法
咖啡中不易溶解的物質，會隨著萃取流程導致濾紙的孔隙漸漸被阻塞

在同樣手法、同樣紙質的前題下
阻塞的嚴重程度跟濾紙面積成反比
濾紙面積越大，他就有越多孔隙來分擔阻塞
濾紙越小，阻塞的情況就會惡化很快

粕谷哲版的v60看似用一樣大小的v60濾紙
但在底部貼合封閉之後
即便上半部的肋骨讓上半部的溶液滲出
到了貼合處，又會跟其他液體匯流

“真正能夠讓溶液脫離的面積”只有突出濾杯底部小小的三角錐空間而已

比起一般的v60可以讓溶液從高到低，360度幾乎無限制地滲流
粕谷哲版要讓幾百cc帶著懸浮物質的溶液穿過底部那麼小的面積
很快就會造成那塊小面積的濾紙孔隙被塞滿

濾紙孔隙大量塞滿之所以會造成負面風味
萃取時長反而是其中較小的部分

很多時候負面風味來自於萃取不均

一旦濾紙只剩下越來越小的面積能夠滲流
水流的路徑就會被限縮
像是把espresso濾杯的濾孔堵住一部分
儘管堵住的只是末端的濾紙跟濾孔
上面的水流也會開始偏向
長時間大水量流經相對狹小的粉層路徑
不僅拉低了其他區域的萃取率

所剩不多的被重複沖刷的這些路徑
其過濾能力也會因此下降
而會拉扯出過多負面風味的物質

至於帶有閥門或是孔徑相對小的限流濾杯
浸泡也好，慢流速也好
流速變慢的成因若不是來自於底部濾紙纖維孔徑阻塞或可用面積縮減

也就是這些器材若是用其他結構達成慢流速
仍然保持著相對較大的濾紙面積與更廣的路徑選擇讓水流移動滲出
那麼就算時間拉長，均勻度卻沒有下降
也就不容易出現負面風味

當然也有結構也慢、濾紙可用面積也小的器材
那使用上困難度也就更高了

不過也有人會說無限濾杯也是只有下方很小的有效濾紙面積
其實阻塞的問題是相對，而不是絕對的
無限濾杯一開始原廠推薦就是單次入水，不斷水、少擾動
而粕谷哲把四六法用在自己這個濾杯上，多次斷水多擾動
阻塞的情況自然嚴重許多

實際上很多手法調整一下還是可以用到這類型濾杯上
但極小濾紙面積的限制就在那裏
萃取率很難做到極高
因為很快就會面臨水流路徑縮減而萃取不均的問題
負面風味會提早出現

無法說是很理想的器材選擇

以上簡單聊聊，有很多東西並不是定論
只是提供一些素材讓大家參考參考

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