SCA Brewing 冲煮技能

分为三个等级，一般初中级会连续学完。下面是初中级的内容。

咖啡简介

咖啡植物学，一颗咖啡豆的旅程，略

处理方式

  • 水洗法 酸度高，明亮，干净
  • 日晒法 甜度高，水果风味，复杂
  • 蜜处理 酸度相对较低，甜度较高
  • 苏门答腊湿刨法（曼特宁）独特的草药和泥土气息，特征性风味主要来自发酵过程
  • 其他小众处理法 如 红酒发酵法，橡木桶，双发酵

阿拉比卡和罗布斯塔

  • 外形：阿拉比卡较扁、长，罗布斯塔较圆。罗布斯塔冲煮的咖啡通常有浓烈的麻油气息。详见概论。

浓度和萃取率

  • 浓度(TDS（固体总溶物）):溶出来的物质在液体中所占的比重。公式：（m溶解/m液）*100%=浓度，但一般用仪器测量（TDS仪，数字光学折射仪/机械……价格约7000元，寿命约10年）
  • 萃取率（EXT）:被溶解的物质重量占咖啡粉的全重的百分比。公式：（m液*浓度）/m粉=萃取率

金杯标准

见概论。

影响冲煮的因素

  • 研磨度，时间，温度（92~96摄氏度/195~250华氏度）
  • 搅拌（加速溶解）

    搅拌力度上升，萃取率和浓度都上升

  • 压力（基于推测）

    随着压力上升，萃取率上升，直到击穿粉饼后萃取率下降）

  • 水质

    水的TDS较低时，溶解力强，但考虑金属离子的螯合作用（Ca2+，Mg2+等，会增加萃取度，一般TDS75~175）

  • 溶有不洁物质（如氯，硬度高等）

    会有异味影响萃取。长期用硬度过高的水会留下水垢影响设备正常工作。

  • 器具
    • 纸质器具：细粉通过率最低，口感非常干净，用后即弃
    • 布质滤网（法兰绒）：需要常清洗并且尽快烘干
    • 金属滤网： 一般三层夹心，细粉通过率最高，冲煮结束会有些浑浊，用后难清洗（建议火烧）
    • 浓缩粉碗： 每次使用前需要使用一块专用布清洁内部留下的水汽，防止咖啡粉装填前结块粘连，营业结束后需要从冲煮手柄上拆下清洗。
  • 保存

    储存不佳风味会快速下降，详见概论

  • 清洁

    粉渣和油脂类物质会影响下一次萃取，产生负面气味。

  • 保温

    出品后温度会逐渐下降，带来酸的提升，但芳香物质会持续逸散，导致整体质量下降。

冲煮方式和设备

冲煮器具

  • 浸泡式
  • 重力式
  • 压力式

    详见概论，注意法压壶是浸泡式而不是压力式。

** 初级结束，接下来是中级 **

冲煮研究机构历史

  • 1952年 卢克博士创建CBI咖啡冲煮研究所
  • 1964年 CBI解散，CBC咖啡冲煮中心成立
  • 1975年 CBC解散，ECBC欧洲冲煮中心成立
  • 1982年 SCAA创造金杯冲煮证书体系
  • 2007年 SCAE开办金杯冲煮课程
  • 2010年 SCAE完善金杯课程并开始颁发证书

冲煮方式

咖啡冲煮

  • 小分子，大分子溶解速率不同，详见概论
  • 烘焙后咖啡豆的微观结构为蜂窝多孔状，可溶物质就固定在这些蜂窝结构中，水通过时会带走可溶物。孔状结构会留存一定量的水，一般是咖啡粉自重的两倍。

    闷蒸：在冲煮前先用两倍粉重的水排出粉中的空气，防止出现气阻。

浓度与萃取率

  • 在金杯萃取的标准中，萃取率应当为18%~22%，通常来说，当萃取率低于18%的时候，酸味将会变得非常明显刺激，当萃取率高于22%时，又会出现过多的木质味和烘焙味（糊味），瑕疵也会被放大。
  • 在金杯萃取的标准中，针对滴滤咖啡及浸泡咖啡的浓度应该为1.15%~1.45%，当浓度大于1.45%时，咖啡喝起来会变得较为醇厚，触感粗糙，当浓度小于1.15%时，则会过于寡淡，类水感。

    SCAA:1.15%~1.35%,SCAE:1.20%~1.45%，合并后变为现在的标准。

  • 浓度从低到高：尖锐的酸，酸，平衡，木质味
  • 萃取率从高到低：厚重，顺滑，果汁感，水感

浓度与萃取率进阶

  • 萃取率将会决定咖啡的风味发展。
  • 浓度将会决定咖啡的口感与强度。
  • 浓度与萃取率有时候会相关，但不一定同向发展。

最大萃取率

30%，考试会有萃取率的内容。

金杯相关

  • 在萃取之前，通过金杯表计算出合适的量。
  • 在萃取结束后，通过TDS浓度仪和对液体的称重计算萃取率，并在图中找出相应的点，做一个标记。
  • 表的左右两侧分别代表风味发展不足和过度，上下则代表浓度过强和过弱。 （此处有图片，金杯表）浓度范围：1.15-1.45,萃取率范围：18%-22%

测量浓度与萃取率

（见前）（一般用仪器测浓度，折射浓度仪测出浓度再计算萃取率，在有这个之前只能测量萃取后的咖啡干粉重量，计算萃取率，再从萃取率计算浓度）

浓缩咖啡金杯表的使用

相较于滴滤式咖啡，Espresso的浓度一般在8%-11%,萃取率依旧是18%-22%，此区间未在滴滤咖啡的金杯表上。 浓缩咖啡也可以采取类似的方式计算合适的水粉比EBF

影响咖啡萃取的九大因素

  • 粉水比EBF 每升水需要搭配足够的研磨咖啡才能制作出高品质的咖啡。 SCA金杯表标准:>50g/L或3.5盎司/加仑或1：20（咖啡粉：水）。

  • 研磨度（进阶） 研磨度变粗时，浓度和萃取率同步下降，调整时同向发展。

  • 时间 减缓注水，液面越低，重力压强越小，水流越慢。 流速上升，浓度和萃取率下降。 和搅拌的区别：搅拌增加了液体对流的速度，但未改变其流动的速度。

  • 水温（进阶） 水温越高，溶解速度越快，芳香物质的会发也越快。 温度过高会导致负面风味越快萃取出来，香气物质也会更快流失，香气减弱。

  • 搅动（进阶） 指的是摇动萃取设备，让水运动起来，一定程度上会提高萃取的均匀度。过于激烈的搅拌会导致萃取率的快速上升。

  • 水质（进阶） SCA的水质建议： 碱度:45——75，TDS：55——125 （但是平常TDS75——175之间也可以用） 2020年的实验结果：金属离子对萃取的促进作用大于其抑制作用。

  • 低温浸泡 咖啡中的单宁酸与奎宁酸，在低温下基本不溶。 冷泡咖啡由于浸泡时间较长，咖啡因的含量会较高。

  • 研磨相关 研磨就是破碎咖啡豆，让截面暴露在外，调节研磨度的过程就是改变咖啡粉的表面积。研磨之后的咖啡与空气的接触面积也扩大了，多孔结构暴露在空气中，和空气中的异味交换，咖啡粉的风味会快速降低。（因此，当房间内有异味时，也可以用咖啡粉作为吸附剂除味）

  • 刀盘类型 以平刀和锥刀为主。 平刀：以切削为主，在显微镜下看到的颗粒以片状为主，相对来说更好控制研磨的均匀度。但是寿命与发热量的控制就会差一些。 锥刀：以碾碎为主，镜下以块状为主，会有一些细粉。磨出来要更加不均匀，但寿命和发热量会好一些。 （大型研磨机基本上都是平刀）

研磨分析

通常我们用筛网观察研磨度的具体表现，滤泡式咖啡的20目筛网通过率达到60-75%为正常。 还有激光仪器判定，仪器很贵基本不会使用。视觉识别是新的手段，用手机摄像头拍照之后传到电脑分析就行。

烘焙度

见概论（浅色烘焙更酸，颜色浅，深度烘焙更苦，颜色深）

高级内容

咖啡和过滤器

烘焙度

  • 不同的烘焙曲线会影响咖啡豆的密度，使得某些冲煮方式的流速发生变化
  • 深烘的咖啡豆较脆，研磨时也会产生更多的细粉。深烘咖啡豆的可溶物质溶出的速率也较快。
  • 深烘的咖啡豆会比浅烘的密度低，并具有较多的$CO_2$，这可能会影响吸水性(wettability)与膨胀度(bloom)

过滤器形状

  • 选择一个设备的形状和大小所适合的冲煮咖啡的量，最相关的是咖啡床深度(coffee bed depth)
  • 为了产生更均匀的萃取，减少通道效应的风险，重力冲煮设备的建议咖啡床深度为2.5-5cm(1-2英寸)
  • 咖啡床深度取决于过滤器的尺寸和形状，需要适当的咖啡床深度以确保均匀冲煮和合适的停留时间
  • 过滤器和咖啡床的形状，(如圆锥形，梯形，平底形)，会影响咖啡床深度，从而影响萃取
  • 冲煮量大于500ml的时候，建议使用平底过滤器以产生更合适的咖啡床深度

冲煮指南

冲煮的七个基本要素

  • 粉水比
  • 研磨度
  • 冲煮时间
  • 水温
  • 冲煮扰流(Brew Turbulence)
  • 水质
  • 过滤介质

研磨设置与粒径分布

  • 粒径分布是生产高质量的冲煮咖啡和选择磨豆机的重要因素
  • 冲煮设备与典型的平均咖啡粉分布的匹配：
    • 土耳其壶 约100微米(极细)
    • 摩卡壶 250-350微米(细)
    • 重力滴滤器 400-800微米(较粗)
    • 浸泡式冷萃设备 800-1000微米(粗)
  • 咖啡粉的烘焙度会影响其脆性和水分含量，从而影响粒径分布(更脆的咖啡豆容易产生更多的细粉)
  • 可以使用激光衍射粒径分析仪来确定磨豆机的粒径分布，以及绘制结果图(这样成本相当高，现在有更方便的方法–计算机视觉分析)

冲煮时间

  • 水流入冲煮室的速度，研磨设置和扰流的数量/类型，都会影响接触时间
  • 更细的研磨度，增加闷蒸的时间，增加注水时间可以增加接触时间
  • 增加接触时间通常会萃取出更多的可溶性物质
  • 冲煮中，第一部分的流速最快，被冲煮出的物质也最多

水温

  • 4摄氏度以上时水的密度随温度上升而减少，一升水在93度时重量约为963g
  • 一般来说建议的水温是93摄氏度，水的萃取能力随温度增高而上升，水温可以按照需要进行一定的调整

冲煮扰流

  • 扰流可以多种方式变化，包括但不限于
    • 类型(例如浇注，搅拌，煮沸)
    • 持续时间
    • 应用时段(如冲煮周期的开始，中间或结束)
    • 力量
    • 速度
  • 扰流的变化会影响冲煮的的各个方面，包括但不限于:
    • 溶出率
    • 可溶性浓度
    • 味道
    • 流量
    • 干净度
  • 扰流不足将导致不能均匀地萃取
  • 交替开启和关闭扰流会增加更多的扰动，提高更多的萃取率

水质

  • 水源：
    • 地下水通常含有更多的矿物质
    • 地表水通常含有更少的矿物质
    • 蒸馏水和反渗透水通常几乎不含矿物质
    • 市政提供的自来水通常含有含氯消毒剂
  • 冲煮水要求包括
    • 无气味
    • 干净卫生
    • 钠含量低(受到海水污染的水钠含量会高)
    • 不含铁、铅、氯等有毒有害物质

碱度，总硬度和pH值

  • 碱度指的是钙离子等容易产生水垢的离子浓度，而硬度指的是所有金属离子的浓度
  • 建议的pH范围为6-8
  • 碱度(Alkalinity)：

    SCA水图使用行业标准单位 $ppm\, CaCO_3$ ,这不是错误，但可能引发争议

    • SCA Water Chart 定义的最佳碱度范围为:40-75，最佳硬度范围为75(最好125)-175(单位均为$ppm\,CaCO_3$)
    • 碱度过低的水会导致萃取不足，并且会增加设备被酸性物质腐蚀的风险
    • 碱度和硬度过高会导致水的味道平乏且有粉渣感(过多的溶解物质会阻止萃取)，并且形成水垢的风险会变高
  • 总硬度(TH,Total Hardness)
    • 硬度大的水将会使饮料尝起来很浓，反正则淡
    • 有时会往水里加料(氯化钙等)来增加水的碱度和硬度
    • 根据SCA水质手册，冲煮用水的总硬度应当始终超过碱度，但不应该超过80%，以减少腐蚀的风险
  • 电导率
    • EC/TDS仪表通常以三种不同的方式之一显示结果:
      1. 作为EC，以$\mu S/cm$为单位(在当前的《水质手册》建议中引用)
      2. 根据TDS估算，转换系数为0.7
      3. 根据TDS估算，转换系数为0.5
    • 如果供水存在盐水污染的风险，建议的电导率范围(以$\mu S/cm$为单位)应不超过三倍总碱度(以$ppm\,CaCO_3$为单位)
    • 手持式电导率仪用于估算水中的从溶解固体
    • 比较水的电导率与碱度可以估算水中的含盐量
    • 手持式电导率仪或TDS仪表可以用于监测未经处理或经过处理的水的稳定性
  • 调整方法
    • 对于测量并评估后认为不合适的水可以进行一些处理，使其符合我们的要求。
    • 可以使用下面的这些来降低冲煮用水的总硬度：
      • 反渗透(Reverse Osmosis,RO)
      • 泥沙过滤器(Sediment filter)
      • 碳过滤器(活性炭)
      • 柔软剂(Softener)
      • 脱碳机(Decarboniser)
      • 脱碱剂(De-Alkalizer)
    • 掺入不合适的水的饮料可能导致设备损坏，详细的水处理系统设计超出了本课程的范围，在有需要时请咨询专业技术人员。
    • 将硬度过高的水或碱性水与蒸馏水或去离子水混合可以使其符合我们的标准，在反渗透设备中使用旁路可以起到类似的效果
  • 水质测试
    • 确定并正确使用建议的工具来检测水的碱度，总硬度，pH和潜在的钠过量

      可以使用滴数滴定套件(建议)或变色条来测量总硬度。请注意一些测量套件制造商将其测试套件作为钙硬度测试来销售，尽管这些套件也可以测量钙和镁的含量。同样的，一些碳酸盐硬度测试套件也可以用于测试碱度。

    • 在SCA water chart3上绘制碱度和总硬度的样品值

      一些测试套件可能无法以$ppm\, CaCO_3$的形式进行测量，绘图前必须通过SCA水质手册中叙述的计算方式来换算测量结果

    • 讨论值是否在建议范围内
    • 分析水以确定冲煮的适用性(根据建议)，然后预测对冲煮咖啡的感官属性和设备健康的影响

过滤介质

  • 滴滤式冲煮中改变介质可能会影响接触时间
  • 金属滤网的细粉通过率高于滤纸
  • 使用金属滤网会有更高的醇厚度，而使用滤纸的液体会更加清澈，口感也更加干净

冲煮过程

润湿（闷蒸）

  • 在萃取之前，咖啡粉床应当被完全润湿
  • 润湿阶段所用的水量，闷蒸的持续时间，以及此阶段的扰流会影响成品
  • 通常来说，每一克咖啡需要两克的水来完成闷蒸
  • 咖啡粉接收水润湿的能力会受到产地，烘焙度和新鲜程度的影响
  • 最终润湿用的水会被粉床保留，在最终计算液体重量的时候需要考虑(如1.2升水和70克咖啡最后只会萃取1.06升的液体)

冲煮分析

溶出效率

  • 实际上初中级都有

    可溶物质浓度（强度）

  • 怎么算还需要教吗？

磨豆机保养

  • 刀盘边缘的质量对颗粒质量与粒径分布有重要的影响，会影响到咖啡成品的质量
  • 咖啡师需要有识别出不平行的刀盘，磨损的磨豆机刀盘并更换的能力
  • 刀盘损坏或不平行会导致其他条件相同的情况下每一杯的萃取率不一致

旁路(Bypass)

使用旁路的好处

  • 旁路可以提高大容量冲煮机的效率，原理是使用冲煮设备的最大容量来生产具有更高浓度的液体，再通过旁路的热水来稀释这些液体
  • 旁路技术已经成功用于冲煮比赛中，以限制萃取并减少苦味(避免过萃)
  • 尽管《咖啡冲煮手册》建议最多使用40%的旁路水，但没有设定最大旁路百分比的原则，应该自己探索范围广泛的旁路百分比

旁路的计算，测量和绘图

  • 旁路百分比与使用的总水量直接相关
  • $稀释用水质量 = \frac{稀释前质量*稀释前浓度}{稀释后浓度}-稀释前质量$ $旁路百分比 = \frac{稀释用水质量}{稀释前质量+稀释用水质量} \times 100\%$
  • 计算添加到完成冲煮中的水量，以将其可溶性物质降低到所需的浓度
  • 注意！在计算时必须考虑水的密度！
  • 正确的操作顺序是：
    1. 选择旁路的百分比
    2. 计算旁路之前的冲煮比
    3. 冲煮咖啡
    4. 测量并绘制图表
    5. 添加旁路水