20130323 喝咖啡學物理，大氣壓與濃縮咖啡

無論是在講究手工咖啡的店內常見到的虹吸壺、外型優美的金屬摩卡茶壺、便利商店裡強調快速的高壓濃縮咖啡機，甚至是最方便的即溶咖啡粉，咖啡裡數百種的化學成分，隨著沖泡時的溫度、壓力和反應時間的長短，同樣的咖啡豆也會煮出截然不同的香味。

在享用美味咖啡的同時，不妨想想這些機器各是運用哪些物理原理：





即溶咖啡粉



即溶咖啡粉的製造重點，在於將煮出的濃縮咖啡液加以乾燥（粉末）化，方法則有「噴霧乾燥」和「凍結乾燥」兩種。

噴霧乾燥是指先用噴嘴將濃縮咖啡液噴成霧狀，再灌入熱風讓水份瞬間蒸發，進而產生細緻的咖啡粉末。凍結乾燥則是先將濃縮的咖啡液以負40度C的溫度結凍，然後送至真空室，水份便會略過液體的狀態直接成為氣體散去（水的昇華作用），最後留下咖啡粉末；由於還有原來包含著水分的洞穴，所以粉末顆粒會較為粗糙。

凍結乾燥的特色在於沒有將濃縮咖啡液加熱，所以更能保留咖啡原來的風味。





虹吸式咖啡壺



虹吸壺（Siphon）是起源於德國，一種利用水沸騰時產生的壓力來烹煮咖啡的工具。虹吸壺的構造為中間以導管連通的上下壺，裝滿熱水的下壺會先以酒精燈或瓦斯燈加熱；由於在1大氣壓的環境下，1公克的液態水與1公克的水蒸氣體積比為1：100，所以當下壺水蒸汽的體積隨著溫度而增加時，便能輕易將液態水通過導管，推擠至裝了濾布和咖啡粉的上壺，而水也將持續被源源不絕的水蒸氣支撐在上壺。

當加熱中止後，下壺的空氣便會逐漸冷卻收縮，而上壺已浸泡過熱水的咖啡液，就會因失去下壺水蒸氣的支撐再重新往下壺流去，咖啡渣則被濾布擋住而留在上壺，最後，將上壺拆掉就能夠享用裝在下壺的咖啡。

由於水溫過高時會讓咖啡粉燒焦導致苦味、長時間的浸泡會產生澀味、過度地攪拌則會有酸味出現，所以，虹吸壺是需要相當經驗才能夠使用得當的工具。





濃縮咖啡機



濃縮咖啡（Espresso）是以大約攝氏90度的熱水，以約9個大氣壓的力道通過壓實的咖啡粉餅所製成，通常一杯的份量只有30毫升，並會帶有浮在表層的紅褐色泡沫油脂（Crema），具有沖煮快速與高濃度的特性，需要使用專門機器烹煮。

當咖啡粉接觸到90度C的熱水時會釋放出二氧化碳，以及咖啡粉中的油脂和香料等精華物質。由於二氧化碳有其本身的氣體壓力，水也有它的表面張力，而9個大氣壓的高壓水正好擁有等於二氧化碳的氣體壓力，所以能夠讓水包住二氧化碳，也就是咖啡豆中的精華物質而形成Crema。

濃縮咖啡通常是作為調配咖啡飲料的基礎，像是拿鐵、卡布奇諾、焦糖瑪奇朵以及摩卡。





摩卡壺


摩卡壺也稱為義大利咖啡壺，是起源於德國的三層結構的茶壺形爐具，其原理和虹吸壺相同，也是利用水沸騰時的壓力烹煮咖啡。

不同的是，被壓力往上推擠的水會先經過裝有咖啡粉和濾網的中層，最後再到達上層的空容器；虹吸壺的水在到上層成為咖啡液會再流回下層，而摩卡壺的水一但上升成為咖啡後便不再回流。

另外，由於摩卡壺有聚壓閥的構造，所以也能設定粹取咖啡時的壓力條件，進而製造出Crema。

文章來源：Waknow