[其它] 咖啡萃取：風味的複雜協同系統

過去我們在咖啡教學或展演中常看到的說法
是將咖啡風味用加減法來疊加
我想要多一點甜，我就多萃取一點甜
我想要多一點酸，我就多萃取一點酸
我想要少一點苦，我就少萃取一點苦
彷彿去飲料店選購，一分糖、三分糖、半糖、全糖
風味就這樣加加減減疊加上去

但隨著這些年實驗室分析工具的持續改良
在科學上對於人類味覺/嗅覺的研究有著越來越多可能性
我們越來越了解，味覺/嗅覺並不是加減法

在一般人的直覺想像中
當我們要感知某一種風味，強化某種風味
就要找尋帶有這種風味的一些化合物
如果我想要甜，糖是甜的，我想要多點甜，我就多加一點糖

但這只是複雜的味覺體系裡的一小塊拼圖
讓我們來談談其他部分

首先談風味的遮蔽與修飾

如果你到外面連鎖店、飯店喝到太苦的咖啡怎麼辦
很多人都知道，加一點點鹽會讓苦味減少或消失
James Hoffmann還調製準備了1:4(5g鹽:20g水)的小滴瓶
要是碰到比較苦的咖啡，就滴3~5滴進去讓苦味消失
而普遍共識的比例是
在1公升的咖啡當中加入0.3~0.5g的食鹽
最能減少苦味增加甜味卻不會讓你覺得在喝鹽水

常用的還有牛奶
人類飲用咖啡的歷史上總少不了添加牛奶來降低苦味
此外，食品廠也好、藥廠也好
也都在持續找尋可以遮蔽苦味的成分

但遮蔽苦味的物質可不只有外來的添加物
這邊先從Ohio州立大學2019年的研究
Identification of flavor modulating compounds that
positively impact coffee quality
講起
這篇研究說到了一個概念，叫做flavor modulator
姑且就把它翻作風味調節劑
這類型的物質或化合物，本身並沒有特殊的味道
卻能夠造成整體風味的改變
在這篇研究當中，他們在咖啡中找到三種化合物
透過幾位Q-grader的杯測評分
發現這幾種存在咖啡中的化合物雖沒有味道
卻能顯著提高杯測的分數

於是針對咖啡當中的成分，開始了更多這個方向的研究
在2021年的
Identification of Coffee Compounds that Suppress Bitterness of Brew
當中
找到三種本身就存在於咖啡中的化合物能遮蔽苦味
同樣的，這些化合物本身沒有特別的味道
但在測試中發現，在一杯咖啡當中
這些化合物的濃度越高，這杯咖啡的苦味就會變得相對輕微

而這些風味調節劑的存在
讓我們開始反思過去對於咖啡風味的判斷
一杯咖啡比較苦，究竟是因為他有特別多的苦味物質?
還是他有比較少的減輕苦味調節劑?

而到了2023年的研究
Identification of compounds that enhance bitterness of coffee brew
當中
則找到了五種存在於咖啡之中
在烘焙的過程中產生的，沒有味道的化合物
即便本身沒有味道，卻能夠增強咖啡的苦味

也就是咖啡的苦味並不是被帶有苦味的物質所決定
整杯咖啡的苦味
可能是由
1. 苦味物質的濃度
2. 本身沒有味道、但能減輕苦味的調節劑的濃度
3. 本身沒有味道、但能強化苦味調節劑的濃度
三者共同來決定的

但光是這樣，很可能不是味覺感知的全貌

很多人知道有一種吃了會讓酸變成甜的果實叫做神秘果
一直到2011年，神秘果改變味道的機轉才被確認
其實神秘果並不是把酸變成了甜
而是在酸性的環境下，神秘果中的成分會釋放出強烈且壓倒性的甜感
使得酸味被遮蔽

這種機轉的存在使得風味調節劑的機制至少分為兩種可能

假設一個化合物的功能是減輕苦味
1. 一種是在特定反應組合當中”直接”降低了苦味
2. 另一種是在特定情境下
產生大量的其他風味來奪走大腦的注意力
”間接”降低了苦味

要能搞清楚哪一種化合物做了哪些事情
風味調節劑究竟有哪些變化的機轉
科學還有長遠的路要走

若暫時不談單一的成分，光講咖啡本身
事情也不會簡單到哪去
在丹麥Aarhus大學2020年的研究
Chemosensory Sensitivity after Coffee Consumption Is Not Static:
Short-Term Effects on Gustatory and Olfactory Sensitivity
當中發現

當你喝了一口咖啡，你的味蕾就會被改變
喝了咖啡之後，短時間內
人類對於甜味與鹹味的感受會上升，對於苦味的感受會下降
所以你喝了一口咖啡，會覺得隨餐的糕點或巧克力變得更甜
如果你隨後喝了口牛奶，也會發現牛奶變得甜美

雖然我不知道是否能如此解釋
但就我所知，很多人會發現
每天早上的第二口咖啡，總是比第一口更加好喝
也許正是因為第一口咖啡已經改變重設了人類的味覺

接著來談談香氣
之前有人聊到，怎麼去萃花香，怎麼去強化花香
但談到香氣，就會發現濃度這傢伙是個大魔王

舉兩個在食品加工業或是化妝品產業常見的花香類化合物作為例子
一個是大馬士革酮Damascenone
另外一個是吲哚Indole

大馬士革酮在之前的推文裡有提過
這個成分不僅經常用來調製玫瑰風味的香水
也會出現在某些咖啡當中
但是含有大馬士革酮，不代表就能聞到玫瑰香
當它的濃度高於人類感知的閾值
我們首先能聞到玫瑰香氣
隨著濃度增高，花香會逐漸消失，而讓人感受到草莓風味
當濃度繼續提高，花香果香都會消失，而只能感受到煙燻或辛辣的煙草風味

吲哚也是一個會出現咖啡當中的有趣成份
在調香的業界，吲哚常用來添加到香水香精當中
產生茉莉花、橙花之類的白花香氣
如果增加吲哚的濃度，白花香也會漸漸消失，逐漸轉變為糞味
對這類氣味比較敏感的人，靠近星星茉莉的花朵，就能聞到強烈的臭味
例如像是孕婦，據說是因為必須保護胎兒遠離糞便的汙染
所以在孕期當中對於吲哚的氣味變得非常厭惡非常敏感

這幾年在咖啡界有一定名氣的瑞士科學家Samo Smrke
之前也研究過咖啡當中的花香
在研究中，他發現花香是非常容易受到主觀影響的風味
可能是因為每個人的嗅覺閾值差異
專家們對於同一杯咖啡當中的花香強度會有相當不同的感受
同時與果香不同，果香很容易被處理法所強化
但在他所採用的geisha樣本當中
較重的處理法反而不如水洗能夠凸顯花香

從這些資料可以發現
許多常見的花香很容易受到濃度改變所影響
當我們調整手法
發現原本的花香變得更強烈、更明顯
很難說是因為萃取較多的花香成份，或是較少的花香成份所導致
若是花香不見了
究竟是萃取太少，又或是萃取太多
到目前為止這些也沒有定論
在同一杯咖啡中能聞到比較強花香的人
可能只因為花香成份的濃度剛好落在這個人的最佳閾值區間
多一點、少一點，感受又會不同

而化合物濃度這個大魔王影響到的不僅僅是香氣
在另一篇Ohio州立大學2023年的研究當中
Characterization of the impact of chlorogenic acids on tactile perception in
coffee through an inverse effect on mouthcoating sensation
他們針對飲用咖啡之後
口腔內部被咖啡包覆的觸感進行研究
研究中發現兩種綠原酸相關的化合物跟口腔的包覆感有關
然而，與直覺相反的是
這兩種化合物的濃度越高，感受到的包覆感反而越低

由於包覆感是形成傳統咖啡評測當中body的重要元素
直覺上萃取率高、濃度高的咖啡，body應該會更加厚重
但是直接分析這些化合物卻出現意料之外的結果

而這些研究複雜的地方在於
他們都無法給予咖啡風味一個確定的理論
在這些研究所標定的有限種類之外
仍然有著成千上萬種其他化合物會一同進行連鎖反應
會來影響、減緩、強化特定的風味感知
遠遠超過酸甜苦順序加加減減能夠解釋的範疇

在談了這些近年的研究之後
我們再回頭重新想想那些跟”分段萃取”有關的理論
有的人宣稱要在某段萃取當中，確立某種風味
有的人宣稱要在某段萃取當中，強化某些風味

如果萃取是種加減法
1+1=2
那也許是可行的

然而萃取並不是加減法

神秘果沒有甜，但碰到酸質就會出甜
而咖啡分段中沒有甜，混合起來有沒有可能出甜?
(事實上咖啡中幾乎沒有單獨嘗起來是甜的常見食用醣類)

分段中沒有苦，混合起來會不會變苦?

濃度高的段落被濃度低的段落稀釋以後
風味還在嗎?還是被強化、減弱、轉化?

由於人類的味覺系統過於複雜
每一段添加進來的濃度改變
都會對風味造成極其複雜不可知的影響

而想要在某一個階段強化酸
不僅僅要強化本身就是酸味的物質的溶解速度
還要去封印會減緩酸味的物質
同時要將其他階段釋出其他風味的物質鎖定在一定的閾值之下
才能夠在這個階段真正把酸味凸顯出來
如果能靠水柱技巧做到這個程度
恐怕那已經是分子操作、時間操作等級的咒術了

不管從理論上或實務上來說
分段解析、分段預測實在是沒有意義，也沒有必要

即使要很久以後才能真正理解這些化合物的作用
現在的我們仍然能靠味覺
藉由品嘗最終的混和液
直接得到真正的風味
來作為調節萃取的參考基準

最後來談一下酸甜苦順序這個咖啡萃取的迷思
很多展演、教學、課程、文章都寫著
咖啡萃取的前段是酸、中段是甜、後段是苦

最原始的概念來自於萃取率與金杯理論
根據最佳風味的萃取率區間
一杯萃取出來的咖啡被分為
萃取不足 under-extraction
適當萃取率
過度萃取 over-extraction

根據傳統的金杯理論與許多實務上的經驗
萃取不足的咖啡可能落在15%~16%甚至更低的萃取率
適當萃取率的咖啡落在18~22%之間
過度萃取的咖啡萃取率會在22%以上
當然現在的萃取技術已經打破這些區間的門檻

當初發展這些概念時
發現各個區間的咖啡有其風味上的特色
萃取不足的咖啡多半有著強烈難以忍受的尖酸
適當萃取的咖啡能展現適當的平衡與甘甜
過度萃取的咖啡則會讓壓倒性的苦味掩蓋其他的風味

到目前為止都還說得通

但在許多展演、課程、教學當中不斷超譯、演化這些基本概念
開始說酸性物質溶解最快，苦味物質溶解最慢
甚至開始說苦味物質一開始溶解得很慢
隨著萃取進行則會加速溶解

甚至出現一堆這種版本的圖
https://imgur.com/gKvK3Cb
在圖中可以明顯看到苦味物質的萃取速度隨著時間加速了

這些概念，漸漸變成越來越離譜的錯誤

咖啡萃取的根本，就是擴散
化合物一開始群聚在咖啡豆的細胞壁當中
隨著萃取過程，逐漸擴散到外頭的熱水裡
決定擴散速度的一個要素叫做濃度梯度
咖啡內部的物質濃度越高，跟外界熱水的濃度差異越大
濃度梯度也就越大
擴散速度也越快

目前已知咖啡中帶有苦味的化合物包含咖啡因在內大約有三十幾種
在萃取的一開頭，這些化合物滿滿地塞在細胞壁中
一碰到熱水就會釋出
隨著時間過去
這三十幾種化合物當中無論哪一種，數量都會減少
內部的濃度也就因此降低
濃度梯度減小，擴散速度變慢，萃取速度也就跟著下降

是的，帶有苦味的化合物
隨著時間過去，萃取的速度只會越來越慢

跟酸味物質也好，其他有味道無味道的化合物都一樣

萃取速率只會隨著時間越來越慢(因為可以萃的東西越來越少)

咖啡當中所有的化合物都遵循一樣的擴散法則

也就是如果把萃取的咖啡液依照時序分成三份、五份
無論分成幾份，第一份的各種苦味物質濃度總是最高的
並沒有到第幾段才開始萃取苦味這回事
有喝過尾段的人都知道，比起"苦味”
尾段更常出現穀物、木質、茶感、澀感
本質上是風味欠缺，而不是苦味強烈

那為什麼會有過萃會苦這回事?

如果看到萃取率高、萃取時間拉長而產生苦味
就認為是後面才有苦味物質跑出來
加上苦味物質一定溶解得很慢
這樣想很直觀，很簡單
卻未必符合事實

從前面的那些研究可以知道
苦味並不是單純由本身帶有苦味的物質所決定
而是由多種類型的化合物綜合而成的結果
不僅一個苦味化合物要讓味覺受器感知，需要超過該化合物的閾值
而一個與苦味相關的協同作用要影響味覺
也同樣需要各種相關的化合物達到作用的閾值
而這些閾值又會受到酸味也好、鹹味也好
各種其他風味的強度而改變
一杯咖啡萃取率拉高到會苦，是因為所有協同作用產生的結果
並不是到某個時間點後才有苦味物質加速溶解出來

同樣的，萃取不足或平衡萃取的風味
也不會是特定一段萃取的產物
而是整體萃取總和化合物協同，配合濃度變化產生的結果
不是單純誰溶解比較快的問題

來幫沒有時間的人總結一下
1. 在咖啡中，一種風味的呈現，至少受到三大類的化合物影響
a. 本身帶有這種風味的化合物
b. 不帶有這種風味但能增強此種風味的化合物
c. 不帶有這種風味而能遮蔽此種風味的化合物

2. 濃度對於風味的影響是反直覺的
有些化合物的相關風味與濃度成正比
有些化合物的相關風味與濃度成反比

3. 在萃取中，包含苦味成分，所有化合物的萃取速度都是由快轉慢

4. 味覺不是加減法，而是一個交互作用的複雜協同系統
在直接品嚐之前，無法用成份來預判結果
判斷風味必須以最終成品為準

5. 特定風味變得強烈
未必代表相關物質的濃度增加
也不代表相關物質加速釋出
反之，特定風味減弱
未必代表相關物質的濃度減少

寫到這裡，也沒有什麼結論
好像也不該下結論
相關的研究這幾年發展得很快，每隔一陣子就會看到新的東西
咖啡萃取的理論也是一直在改變
如果真的要說什麼是最重要的
就是風味本身
繼續喝，繼續看，也許新的想法就會出現吧

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