意式濃縮咖啡是通過(guò)先將烘焙過(guò)的咖啡豆研磨成谷物來(lái)釀造的。然后熱水在高壓下通過(guò)咖啡顆粒床，咖啡顆粒的可溶性成分溶解到水中(萃取)以制作濃縮咖啡。
2020年，研究人員發(fā)現(xiàn)研磨得越細(xì)的咖啡豆沖泡出的意式濃縮咖啡越淡。如果出于某種原因，咖啡床內(nèi)存在很少甚至沒(méi)有提取咖啡的區(qū)域，那么這種違反直覺(jué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有道理的。當(dāng)咖啡研磨得更細(xì)時(shí)，這種不均勻的提取會(huì)變得更加明顯。
在流體物理學(xué)中，哈德斯菲爾德大學(xué)的研究人員使用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型探索了不均勻咖啡提取的作用。他們將咖啡分成兩個(gè)區(qū)域，以檢查不均勻流動(dòng)是否確實(shí)會(huì)產(chǎn)生較淡的濃縮咖啡。
模型系統(tǒng)中的一個(gè)區(qū)域比另一個(gè)區(qū)域容納了更緊密堆積的咖啡，這導(dǎo)致了最初的流動(dòng)阻力差異，因?yàn)樗鬟^(guò)更緊密堆積的谷物的速度更快。咖啡的提取進(jìn)一步降低了流動(dòng)阻力，因?yàn)榭Х阮w粒在這個(gè)過(guò)程中損失了大約20%到25%的質(zhì)量。
“我們的模型表明，由于正反饋回路，流量和提取擴(kuò)大了兩個(gè)區(qū)域之間流量的初始差異，其中更多的流量導(dǎo)致更多的提取，這反過(guò)來(lái)又減少了阻力并導(dǎo)致更多的流量，”合著者說(shuō)威廉·李。“這種效果似乎總是很活躍，直到其中一個(gè)地區(qū)的所有速溶咖啡都被提取出來(lái)，我們才看到實(shí)驗(yàn)觀察到的提取量隨著研磨尺寸的減小而減少。”
研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)該模型總是預(yù)測(cè)咖啡床不同部分的流動(dòng)不均勻。
“這很重要，因?yàn)榭Х鹊奈兜廊Q于萃取程度，”李說(shuō)。“萃取太少，咖啡的味道就是專家所說(shuō)的‘欠發(fā)達(dá)’，或者正如我所描述的：煙熏水。萃取太多，咖啡味道很苦。這些結(jié)果表明，即使看起來(lái)整體萃取是在適當(dāng)?shù)乃缴希@可能是由于混合了欠發(fā)達(dá)和苦澀的咖啡。”
了解不均勻萃取的根源并避免或預(yù)防它可以通過(guò)更有效地使用咖啡來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的釀造和大量節(jié)省資金。
“我們的下一步是讓模型更逼真，看看我們是否能對(duì)這種令人困惑的現(xiàn)象獲得更詳細(xì)的見(jiàn)解，”李說(shuō)。“一旦實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們就可以開(kāi)始考慮是否有可能改變濃縮咖啡的沖泡方式，以減少不均勻萃取的量。”
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