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从数学角度解析咖啡萃取全过程

时间:2017-03-08 13:27 来源:每天咖啡 作者:每天咖啡 阅读:190
    从数学角度解析咖啡萃取全过程
 
    咖啡豆经过热水的冲泡,将咖啡中的可溶性物质分解,最后将渣子过滤,就成了一杯浓浓的咖啡,咖啡冲泡的方法有很多,但都是通过固液萃取的原理操作的,要做出一杯优质的咖啡要经过很多次的实验,而且咖啡中的物质种类较多,无法保证每次都能做出同样高质的产品,但是如果能从数学角度解析咖啡萃取全过程,简历数学模型,那么管理冲泡咖啡的过程将会变得很简单。
 
从数学角度解析咖啡萃取全过程
 
    图 a),意式浓缩咖啡的制作原理是将热水通过高压的方式压入咖啡粉饼,咖啡粉饼有研磨的很精细的咖啡粉压制成;图 b)指,滴滤咖啡是通过将热水浇淋在放置在滴滤咖啡V型器皿众多咖啡上,咖啡通常是松松的放置在器皿中的。两种方式都是通过萃取咖啡粉末中的咖啡物质,未被溶解的物质将被过滤装置过滤出,咖啡液体流出过滤器。
 
    Pressurised hot water in -  热水在压力作用下进入冲煮头中的咖啡粉里
 
    Coffee Grounds- 咖啡粉,指在冲煮头中被压实的咖啡粉
 
    Brewed Coffee Out - 将咖啡冲煮出
 
    在此前人们对于咖啡萃取的数学分析当中,研究者多聚焦于滴滤冲泡系统,据统计,欧洲每年的咖啡机销量超过1,800万台,其中滴滤咖啡机的销量约为1,000万台(其中包括手冲咖啡壶),滴滤咖啡机的工作原理是,水在重力驱使下滤过咖啡粉,萃取其中的可溶物质,最终制成咖啡。
 
    此前人们对咖啡萃取模型的研究多是基于大批量混合冲泡系统,或是在没有准确界定萃取原理和实操试验的情况下得出的。数学模型准确描述了水流经粉床、完成萃取的过程,精确界定了萃取的原理,并通过实验对模型进行了大量实验。最初我们关注与圆筒状过滤器中水流经并萃取咖啡的方式,并通过大量实验进行建模,确保数据支撑真实有效。
 
    咖啡的冲泡过程十分复杂,如何将其尽量简单化是尤为重要的。“在就咖啡冲泡等复杂的物理现象进行建模时,研究者通常会用一系列公式对其核心过程进行模拟。”O’Brien 表示,“通过数学公式,我们可以将现象的分析进一步简化,但通常情况下这类数学模型是建立在一定前提环境下的,与实际情况的结合并不紧密。
 
    作者采用了非量纲主义,所涵盖变量均与问题的本质直接联系,以进一步简化萃取模型。通过这一方法,作者尽可能减少了变量个数,其中包括冲泡比例、时间、水质、水温、研磨程度、咖啡粉分布、萃取均匀度等,让作者最终达到了“忽略个别细微参数以达到最优解决方案”的目的。
 
    模型建立的前提,一是温度恒定,因为咖啡的最佳萃取温度应在 91-94℃之间。二是粉床萃取均匀,即水将粉床所有的孔隙全部填满,实现全部咖啡粉的均匀萃取。
 
    模型虽然在数学层面是完善的,但仅限于电脑计算,需要用到大量数学公式。如今我们所研究的新模型将计算的部分尽量简化,并更加适用于对实际情况的分析和对实际问题的解答。
 
    研究的目的是提高我们对冲泡过程的理解,了解哪些因素会影响咖啡被感知的口味。
 
    从数学角度解析咖啡萃取全过程,有助于提高我们对咖啡萃取过程的了解,通过这些了解,我们更能容易的控制咖啡萃取的过程,做出优质的咖啡。
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