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翡冷萃咖啡的祕密(上):市售冷萃咖啡其實是「非冷萃」嗎?

活躍星系核_96
・2019/12/27 ・4225字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

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  • 文/小風,剛拿到化工系畢業證書的 Swing Dance 愛好者。喜歡把複雜的事情用聽得懂的方式跟大家分享,致力於讓社會了解化學工程的美好。
圖/Pexels

隔著咖啡廳的落地窗,我望向湛藍的天空,行人魚貫劃過眼簾。一身文青打扮的店員,親切的向我點頭,將手上的衣索比亞日晒冷萃放在被陽光晒得暖烘烘的木紋桌上。我端起咖啡杯,正打算啜飲一口時,眼角餘光卻瞥見了冰塊,我在內心吶喊:「冰塊!冷萃咖啡怎麼會有冰塊?如果用冰塊將手沖熱咖啡冷卻,那叫做日式冰咖啡!怎麼會把這兩個混為一談呢?」

突然間,我意識到一般咖啡廳裡的冷萃咖啡其實很多都是日式冰咖啡假扮的,不然就是價格比其他品項高出許多,顯然冷萃咖啡的成本比日式冰咖啡高。這是為什麼呢?

沖泡咖啡時,發生了什麼事?

沖泡咖啡,就是把水沖入研磨好的咖啡粉,將粉中的化學物質萃取溶出。咖啡粉中的化學物質濃度遠比水中的高,因此咖啡粉和水的接觸就會造成濃度上的「不平衡」(也就是不一致)。從化學的角度來說,

若一個系統不「平衡」(equilibrium),那它必定在往「平衡」的路上。

也就是說,當水跟咖啡粉接觸後,根據當時的溫度、壓力、濃度,會決定出一個新的平衡狀態,隨著時間過去,粉中的化學物質漸漸溶進水中,直到水中各處濃度不再變化時,就是到達平衡了。不過,水剛碰到咖啡粉時不在這個平衡狀態,所以咖啡跟水會自動開始朝著那個平衡狀態前進。

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然而,一般沖泡手沖咖啡時,水流入咖啡粉到流出的時間只有 20 秒,系統無法在這麼短的時間內達到平衡,所以要討論影響沖咖啡的條件時,就需要了解系統朝平衡狀態前進的速度有多快,這個學問就稱作「輸送現象」。

輸送現象依據輸送的東西不同,分為三種:動量、能量、質量傳遞。因為沖咖啡是讓咖啡物質傳送入水中,所以我們聚焦在「質量傳遞」(mass transport)。質量傳遞告訴我們,當物質有濃度差異時,它會從濃度高的地方往濃度低的各處擴散出去,而且擴散的速度會跟濃度的差異成正比。換句話說:「質量通量(物質擴散速度)與濃度梯度(化學物質的濃度差)成正比。」這就是所謂的「菲克定律」(Fick’s law):

\(J_A^*=-cD_{AB} ∇x_A\)

上面公式是兩物質註1 的菲克定律。c 是莫爾濃度、\(D_{AB}\) 是擴散係數、\(J_A^*\) 是莫爾數通量 \(\left (\frac{moles}{cm^2s} \right )\)、\(x_A\) 是莫爾分率、∇ 則表示梯度,也就是 \(x_A\) 在空間中的變化量。

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若套用到咖啡沖泡的過程,把熱水沖到研磨好的咖啡粉時,因為咖啡粉裡各種物質的濃度都比熱水高出許多,這些物質便會根據菲克定律,從咖啡粉擴散到熱水中。因此,注入的熱水流出就成了手沖咖啡。

有趣的是,手沖咖啡使用的都是熱水而不是冷水。如果物質是根據菲克定律規範的速度擴散,咖啡粉與水之間的濃度差相同,那麼不論用冷水或熱水沖咖啡,不是應該會有一樣的擴散速度,得到一樣濃的咖啡嗎?但如果上網搜尋用冷水沖泡咖啡,也就是冷萃咖啡的作法,大多會得到要讓冷水與咖啡粉接觸 12 小時以上的答案,這與手沖時熱水流經咖啡粉的 20 秒差了 2160 倍!難道水溫會影響沖泡咖啡的擴散速度嗎?又是怎麼影響的呢?

水溫問題,交給模型來解決

為進一步了解冷熱水萃取咖啡的不同,我們需要知道水溫在咖啡萃取的過程中影響了什麼因素。要解決一個複雜的問題,最好的方法是做適當假設以簡化問題,並嘗試用理論描述觀察現象。這就是所謂的創建「模型」。

由於影響咖啡風味的物質組成十分複雜,為了簡化問題,我們在這裡選擇咖啡因註2 來討論。以濾掛式咖啡為例,實際上,水在流過咖啡粉時必然不會筆直的流下來,但為了簡化,我們可以把裝滿水與咖啡粉的濾袋想像成一道道筆直的咖啡牆與水道重複排列。因為它們是重複排列,所以我們只需要專注於其中一組即可。

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圖一、模型:透過合理假設簡化問題,再用已知理論描述現象。繪圖/作者

取出其中一組(如圖一右圖),右邊是充滿高濃度咖啡因的咖啡牆,左邊則是沒有咖啡因的水道,形成了明顯的濃度差。因此,咖啡因會想從咖啡牆擴散到「最接近的水」,再擴散到「次接近的水」,一路朝水道內部邁進。換句話說,咖啡因在水道中的濃度是不均勻的,而最遠離咖啡牆的位置濃度最低,也就是水道正中間,而擴散的速度會符合菲克定律。

另一方面,除了由右至左的擴散,咖啡因也會垂直移動,但擴散不是主因,而是因為水往低處流,把咖啡因也帶下去了。所以,只要能預估水流動的速度,就能知道咖啡因上下移動的速度。

圖二、沿 x 與 z 方向切出一塊小殼層(紅色長條),假設咖啡因在小殼層內的量不會隨時間改變,則此殼層的質量進與出要相等。繪圖/作者

接著,我們可以切一塊小長方體,想像咖啡因在小長方體內的量不會隨著時間改變 ,所以進出這個長方體的咖啡因必須等量,搭配菲克定律與量出來的水流速度,就可以找出咖啡因出入小長方體的速率及在長方體內的濃度。我們只要換一下長方體的位置,就可以得到新位置的濃度。搭配現成的數值軟體計算,就能找到咖啡因在水道中全部位置的濃度。由於最後沖出的咖啡因濃度會跟濾袋最底部的咖啡因濃度一樣,我們就能利用這個模型,預測沖出來的咖啡因濃度了。

模型建立好之後,我們接下來要回到水溫的問題。在計算過程中,會需要用到五個參數:咖啡粉的粒徑、假想水道的寬度、量出來的水流速度、菲克定律中的擴散係數,以及咖啡因在當前水溫下的溶解度。

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假設填充咖啡粉的方式固定、沖泡時間也固定,在只改變水溫的情況下,前三個參數不會隨溫度改變,但後兩個參數就會變化。模型的好處是可以不費吹灰之力的變換這些參數。例如,我們可以用 80℃ 熱水下的參數計算沖出的咖啡因濃度,也可以換成 20℃ 與 50℃ 的參數來計算沖出的咖啡因濃度。

有趣的是,若把咖啡因在不同溫度下的溶解度,與模型計算出的咖啡因濃度重疊,可以看出,不同溫度的咖啡因濃度趨勢與溶解度大致相符!所以,我們終於發現水溫影響沖泡咖啡的重要因素就是:溶解度!

圖三、模型預估的咖啡因相對濃度,與咖啡因的相對溶解度比值趨勢一致。繪圖/作者

水溫 vs 溶解度 vs 輸送現象

這個結果貌似有點像廢話:「溶解度本來就會隨溫度變化而改變,所以溶解度當然會是影響咖啡因濃度的決定性因素啊!」那我們何必大費周章透過質量傳遞模型來解釋呢?這就是「輸送現象」與「平衡」的差異!

若一個系統不「平衡」,那它必定在往「平衡」的路上。討論系統前進快慢的學問就可以用「輸送現象」來解讀。

溶解度,是已經到達平衡狀態下的討論;質量傳遞,則是告訴我們從當前狀態走向平衡的速度有多快。以沖咖啡的例子來說,如果今天是把咖啡粉浸在水中一整天,那麼你可以預期 24 小時以後,水中各處的咖啡因濃度大致已經相同,也就是濃度達平衡,而這個濃度就會是咖啡因的溶解度。但是,咖啡粉在浸入水中的前 20 秒,一般不會被認為水中各處的濃度已達溶解度。因此,我們要計算的是,在還沒有抵達這個平衡濃度前,只有 20 秒的接觸時間下,有多少咖啡因溶進水裡了。

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「溶解度會影響咖啡因濃度」這件事的確不需要透過模型就能理解,但是「『在沖咖啡的 20 秒過程中』,溶解度是咖啡因濃度的『決定性』因素」,就有必要透過輸送現象的模型來解釋了。

模型提供新解方

創建模型的另外一個好處就是給我們天馬行空的機會。用一樣的模型,我們可以回答:「如果硬是用 20℃ 的水萃取咖啡,把咖啡粉加高有用嗎?」

令人驚訝的是,其實不是不行!但實在沒有經濟效益。就咖啡因而言,要達到相同的濃度,需要 1000 倍正常的濾掛式咖啡粉高,大約是 21 公尺,也就是超過四層樓的咖啡高塔。

我們需要更長的時間

為什麼市售的冷萃咖啡可能不是「冷萃」,比較常見的是用熱水沖泡再放冷或加冰塊呢?現實層面是,使用冷萃方法來達到我們想要的濃度所花的時間實在太長了。從前面的說明,我們現在知道,咖啡中的物質在冷水中的溶解度太低了,導致驅動水中傳遞的濃度差太小,根據菲克定律可知擴散的速度會變慢,所以需要很長的時間才能得到夠濃的咖啡。也就是說,冷萃咖啡的時間成本比手沖咖啡加冰塊(也就是「日式冰咖啡」)高多了,難怪冷萃咖啡的價格總是比日式冰咖啡的價格高,或甚至是用日式冰咖啡冒充冷萃!

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冰滴、冷萃、手沖,你想要哪一種呢?圖/Quang Nguyen Vinh from Pexels

化學工程——研究日常生活的科學

說到這裡,你對「化工」是不是有了更多認識呢?化工是一門研究生活的科學。與物理、化學不同,化工更著重於理論的應用。我們不只可用菲克定律來解釋冷萃咖啡的祕密,還能用來計算水從咖啡中蒸發的速率,製作出即溶咖啡粉;若討論水以外的有機溶劑對咖啡因與其他化學物質的萃取速率差異,還能設法單獨去除咖啡因,生產無咖啡因的咖啡;若把冷萃咖啡融入低溫高壓的氮氣,更能為冷萃咖啡添加泡泡的綿密口感。

對像我這樣的化學工程師而言,追求生活應用或許不只為了改善生活,更令人興奮的是成功以日常生活的應用體現理論吧!然而,單有理論與模型說服不了工程師,或許理論過度簡化,跟實際情形不同,所以還需要實驗佐證才能使人信服。

有時候做實驗似乎很困難,例如想量出咖啡因濃度,可能要把沖好的咖啡送到與國家合作的大學食品研究室,用高效液相層析法(high performance liquid chromatography, HPLC)定量咖啡因濃度,就像連鎖餐飲業者為了向顧客證明食安與成分分析所出示的檢驗報告一樣。

不過,事情或許能比想像更簡單!下一集〈翡冷萃咖啡的祕密(下):手機也能測咖啡濃度!〉將告訴你如何透過合理簡化,設計用手機鏡頭與 Matlab 數值軟體估算濃度的方法!

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註解

  1. 兩物質的菲克定律,是指系統中物質 A 的濃度不一樣時,要藉由穿梭在物質 B 之間來移動的情況。如果系統有多於兩種物質,這條算式就不適用。
  2. 影響咖啡味道與口感的決定性因素不是咖啡因,而是由各種醣類、酯類、有機酸的組成決定,但若要考慮每一種化合物各自的擴散速度,必須定量以決定組成,勢必相當複雜。再者,就算可定量這些物質的含量,因每個人口味不同,也很難將量化結果與咖啡風味連結。所以,若只是要了解水溫如何影響咖啡的質量傳遞,用咖啡因作為計算標的可適度簡化。

參考文獻

 

  • 責任編輯/竹蜻蜓
文章難易度
活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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過重、過輕都會影響身體——健康減重、增肌減脂好處多!
careonline_96
・2023/02/21 ・1809字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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體重過輕可能造成哪些問題

以目前的標準,會建議 BMI 控制在 18.5 至 24。當體重過輕的時候,基本上身體裡面的一些營養素,就會開始吸收不夠。吃得不夠,就很容易造成一些貧血的問題;刻意不吃的時候,吸收也會變差,間接引起營養不良的問題,很常會開始這裡不舒服、那裡不舒服,甚至像是突然間暈厥,就是極度的營養不良;再來是我們在給予自己這麼大壓力的時候,刻意去減重的情況下,會引起一些生理跟心理的問題。

當過輕時,很常會肌肉不足,之後骨質流失開始加快;很常聽到 20 幾歲的人跌倒之後就骨折,其實就是骨質疏鬆,可是並不知道,因為我們還很年輕。

如何健康減重

目標要設實際一點,而且是可以達到的一些目標。比如可以設定一個禮拜內,要讓體重下降的正常合理範圍是 0.5 公斤,也就是一個月減重不應該超過 2 公斤;以這個為目標去設定一天可以攝取的熱量,很多人都會建議女生吃 1200 大卡至 1500 大卡,男生吃 1500 大卡至 1800 大卡,如果有在運動可以設更高一點。

很簡單地去想要吃得健康一點,巨量的營養包含醣質、蛋白質,還有脂質,就盡量吃原型的食物,去攝取足夠的蛋白質,在過程當中吃足夠的纖維質,比如像蔬菜,最後再去吃澱粉。

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增肌減脂有哪些好處

如果有在進行減脂的過程去抽血,就會發現其實我們的 LDL 會下降、HDL 會上升,三酸甘油脂也會下降,其實這就是反應了一個很健康的生活型態。

增肌有非常多的好處,而且是很生活化的好處。比如像老人家要去上廁所,很多時候意外都是發生在廁所;因為蹲下去、坐在馬桶上面之後,要起來時沒有力氣、平衡感又不好的情況下,就會很容易跌倒,發生很多不幸的一些意外。

我們的肌肉量會影響到肌力和肌耐力,就會間接影響到有沒有辦法去執行日常生活中需要做的事情。

減重過程中的飲食要如何安排

一個大原則是每一餐吃拳頭大的澱粉,不管是白飯、糙米飯,還是地瓜,吃一份的澱粉,就要吃兩份的蔬菜,盡量吃到兩份的蛋白質;以這種攝取方法,其實都可以吃得非常飽,而且非常滿足,身體就會得到它所需要的巨量及微量營養素。

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我自己很推崇的地中海型飲食,它不單單是一個飲食法,它是一個生活的模式。建議你吃很健康的食物,多吃海鮮、少吃一些飽合脂肪酸的東西,像紅肉;盡量吃乾淨,調味的部分就是避開重油、重鹽。

鼓勵多去跟人互動、多去戶外活動,基本上我們要先回到原點,肥胖本身是一個慢性生活型態的結果,所以要正視問題,先認識自己的身體,是在哪一個環節慢慢出錯,然後去做修正;什麼飲食法適合自己?這需要一段時間去探索、去調適,我相信沒有一個絕對對的飲食法,也沒有一個飲食法是適合全部人。

除了體重之外,還需要注意哪些指標

除了體重、BMI 以外,我們會去量腰圍,男性腰圍盡量要小於 90 公分,女性腰圍小於 80 公分。腰圍反應著你的中段有沒有囤積很大量的脂肪;當身體的中段在囤積脂肪的時候,就代表比較容易會產生一些代謝症候群。

其實最好的量測方法是一面鏡子,當在認真地減重或者增肌時,身體一定會反映出來;身體是非常誠實,體態在改變、線條在改變一定看的出來。不要被數字綁架,其實我們在運動也好、減重也好,我們就是希望可以活得健康,可以不要年紀大的時候臥床。

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最大的目標就是要活得好,不要在為了活得好的過程當中,去做傷害自己身體的事情,這也是最重要的部分。

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賽道上高溫與摩擦的平衡!賽車最重要的配件「剎車」——《黏黏滑滑》
晨星出版
・2023/01/06 ・3272字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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度影響剎車的抓力

雖然似乎有點違背直覺,但是煞車是高速駕駛不可或缺的一環。不管是在哪個賽車場,駕駛的目標之一就是保持在賽道的最佳路徑(racingline)—繞行賽道的最短路徑。所以駕駛過彎時不會沿著急轉彎處長長的外彎道前進,而是「夾著」彎道的內側,稱為彎頂點(apex,即過彎路線中最接近彎道內側的點)的地方,以將他們必須行駛的距離縮到最短。

這麼做需要非常精準的煞車:要在剛剛好的時間對煞車踏板施予剛剛好的壓力。當他們辦到時,駕駛就會出現在賽道轉彎處的絕佳位置,且依然帶有征服下一段賽程所需的速度。但是這樣的開車方式會耗損煞車;而且有些賽道沒什麼機會可以讓煞車冷卻。

以世界知名的摩納哥街賽道來說。雖然僅長3.34 公里(2 哩多),是F1 賽程中最短的賽道,但是卻必須不斷踩煞車和加速。煞車製造商布雷博(Brembo)指出,2019 年賽季中,駕駛們每一圈使用煞車 18.5 秒,多過總賽程的四分之一。

在需求最高的轉彎處,汽車要在不到 2.5 秒的時間內將時速從 297 公里(185 哩)減至 89 公里(55 哩);這會將大量動能快速轉換成熱能,難怪煞車碟盤會冒出火花。為了要負荷這樣龐大的熱負載,製造商在每個煞車碟盤的邊緣鑽入細小的徑向孔—數量超過 1000 個。

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這樣的小孔可以增加煞車碟盤的表面積,比較容易散熱。但是也具有通氣孔的功能。與安裝在各個輪框上的大型冷卻管相結合時,可以把冷空氣拉入煞車碟盤中心,把熱空氣從邊緣帶走。還有個額外優點,這些F1 煞車碟盤相當輕,重量約各為1 公斤(2.2 磅),相較之下,差不多大小的鑄鐵煞車碟盤則為 15 公斤(33 磅) 。

所以為什麼不全面使用這種煞車碟盤呢?有個原因是價格—每片煞車碟盤可能要價高達 2000 美元(約 1500 英鎊) ,而且要六個月的時間才能製成。它們也不太耐久,通常每次比賽後就得更換。最後,它們受限於一定的工作溫度,只能處於 350 ∼ 1000℃。

低於溫度下限時,它們幾乎不具有停止能力—煞車片與煞車碟盤無法產生足夠的抓力。但是如果煞車的溫度高於上限值太久,則會災難性地失靈。如馬歇爾對我描述的,「彷彿在踩縫紉機。當這種狀況發生時,煞車碟盤耗盡『材料』的速度有多快,簡直難以置信。」

科技有助於車隊和駕駛控制他們的煞車,但是就跟 F1 的大部分狀況一樣,沒那麼簡單。冷卻管的大小與形狀可控制流經煞車碟盤的空氣量,所以你可以想像管子愈粗愈好。

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但是如 F1 傳奇工程師帕特.西蒙茲(PatSymonds)告訴《賽車工程》(Racecar Engineering)雜誌的,冷卻有其後果:「遇到像蒙特羅這樣需要一直踩煞車的賽道,我們被迫使用一些該賽季最粗的管子。從最細的冷卻管換到最粗的冷卻管,會犧牲 1.5%的空氣動力學效率,這代表最高速度時速會減少 1 公里。」

我可以想像這會引發車隊的煞車工程師與他們的空氣動力學家爭辯。就連測量煞車配件的溫度都不容易。馬歇爾告訴我,在奧斯頓馬丁 F1 車隊中,他們會在煞車片的安裝托架中埋入高溫的熱電偶,和一系列直接朝向煞車碟盤的遠紅外線感測器。電視轉播賽事時偶爾會出現的彩色熱影像,主要是為了給我們這些觀眾看—顯示出他們建議的最高溫度。

剎車片的抓力在彎道時高速剎車時至關重要。圖/envatoelements

摩擦介面與溫度控制

煞車片與煞車碟盤之間還有另一個重要的過程是磨耗。所有滑動與摩擦都會對兩個表面造成實質傷害;每次煞車作動,兩者都會有微粒破裂。在煞車系統的使用期間,這會逐漸降低材料的摩擦係數—換句話說,會失去它們的抓力。

但這不只是因為彼此的表面被「磨光」,或是失去黏性。磨耗也會形成摩擦膜(tribofilm)這種東西—煞車片與煞車碟盤相接觸時壓碎的一層非常薄的細粒狀材料。「談到磨耗與摩擦力,摩擦膜非常有影響力,」英國里茲大學(University of Leeds)的沙赫里爾.柯沙利(Shahriar Kosarieh)說。

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「我們把這層膜視為『第三體』,因為儘管它是由互相滑動的那兩種材料製成,其化學與機械性質還是與那兩種材料不同。」關注各式各樣市售鑄鐵煞車片的德國研究人員發現,無論煞車片是什麼材質,形成的摩擦膜總是會受到氧化鐵(Fe3O4)控制,其他成分的影響力則相當微弱。

「摩擦膜會控制散熱,且能減少摩擦力—它會主導性能,」柯沙利繼續說道。「煞車製造商很清楚這一點,調配自己的煞車片配方時會考量這一點。煞車片與煞車碟盤要互相搭配,才能產生最佳性能。只要你更動了任一個材料,就會改變界面產生的結果。」

柯沙利最近的研究關注鑄鐵煞車碟盤輕量替代物的摩擦表現,這些輕量煞車碟盤主要都是鋁製。不只有他這麼做—整個汽車產業都對減輕重量很執著,主要是因為汽車的重量愈輕,消耗的燃料就愈少,環境影響也愈少。目前是以鋁為主流。

「那是一種低密度金屬,約比灰鑄鐵(grey cast iron)還低 2.5 倍,所以減輕重量的可能性很高,」他跟我在電話中閒聊。「鋁的導熱性也很高,在表面形成的氧化物也具有一些防蝕效果。」把鋁合金與碳化矽等硬質陶瓷材料結合也能提升其強度。

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「但是鋁的問題在於當溫度高於400℃時會開始熔化。就煞車而言,這代表摩擦力突然銳減,也是你能想像最糟的狀況。所以更加促使工程師更努力找出方法,既能讓表面有比較好的熱穩定性,使用壽命又能更持久。」

工程師致力於找出剎車在溫度與磨損上的平衡。圖/envatoelements

對柯沙利而言,最有意思的其中一種方法是電漿電解氧化(plasmaelectrolytic oxidation, PEO),這是用一個電場在鋁的表面形成一層複雜又高度耐磨的薄層。當他測試各種不同以電漿電解氧化處理過的鋁盤性能時,發現有些可以撐過約 550℃。不過,許多案例的摩擦係數太低—低於實際煞車系統所需的最低閾值。

柯沙利並不洩氣。「煞車是整個系統一起作動。如果你拿到一個新的煞車碟盤,那你也需要把對位碟盤調整到最佳狀態。製造商設計出專供電漿電解氧化塗層煞車碟盤使用的新煞車片配方。」我只找到幾篇已發表的研究,結合了電漿電解氧化煞車碟盤與這些新的摩擦片,但是結果看起來大有希望。輕量的鋁製煞車在未來的道路車輛上可能有機會亮相。

F1 在 1970 年代晚期為它們的煞車碟盤和煞車片找到了不同的解決方法,從那時候起就沿用至今:一種稱為碳-碳(carbon-carbon)的材料,在石墨基質裡包埋高度有序的碳纖維。其散熱效果非常好,所以也用在太空梭上。雖然它聽起來可能跟F1 賽車底盤用的碳纖維很類似,但其實是非常不一樣的猛獸。

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製造碳-碳很緩慢且複雜,此材料是由原子薄層堆疊成層。它在摩擦力方面勝出,提供的抓力比傳統煞車配件高 2 倍(在其理想工作溫度範圍內)。但是那並非魔法。在競速的壓力之下,這種材料終究會磨耗殆盡,部分是由於摩擦,但也有化學方面的因素。溫度上升時,碳-碳會與空氣中的氧氣產生反應,而氧氣會提高其劣化程度。你有時候會看到F1 駕駛大力踩煞車時冒出黑塵,這就是原因。

藉由感測器數據調整剎車系統

這個過程代表車隊需要監測的煞車項目不只是溫度。馬歇爾跟我說,他們會使用壓力感測器留意流經管子的氣流。他們也有針對磨耗的電子感測器,可以測量胎側的活動。

「我們使用這些儀器測量煞車片還能接觸煞車碟盤多久。由此可以推論總磨耗程度—也就是煞車片與煞車碟盤的磨耗總和。」為了推算總磨耗比例與煞車片的關係,以及對煞車碟盤的磨耗程度,車隊會把感測器數據對照以往試駕和賽事所蒐集的煞車數據。

「我們可以從所有資料中追溯比賽時的磨耗速率。如果太快,我們可以調整煞車平衡,以免磨耗最高的車輛壽終正寢,或可以請駕駛找一些乾淨的空氣冷卻煞車。」不管怎麼做,目標都是確保駕駛在需要的時間和地點擁有阻擋能力。任一賽季都會面臨數以千計的彎道,這些系統,當然還有駕駛,都表現卓越。

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——本文摘自《黏黏滑滑》,2022 年 11 月,晨星出版,未經同意請勿轉載

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高湯能消除疲勞、促進食慾,茶葉的風味取決於發酵程度!細數茶湯萃取背後的學問——《飲食的香氣科學》
麥浩斯
・2022/10/09 ・2727字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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日式高湯的香氣能讓人放鬆身心,促進食慾

高湯中不僅含有鮮味,還隱藏著「香味」的秘密,必須好好傳承下去。

  • 費工的高湯香氣

提到日常生活中用水萃取材料香味的作業,應該非萃取高湯莫屬了吧。日本料理會從昆布和柴魚片等乾燥的食材當中,用相對較短的時間去萃取高湯。

日本料理常使用昆布萃取高湯。圖/維基百科

萃取高湯的意義不僅只於獲得麩胺酸和肌苷酸等 「鮮味」 而已。高橋拓兒氏*所撰寫的論文〈從廚師觀點看日本料理的魅力〉 中描述了使用昆布和柴魚片萃取出的「頂級高湯」之香氣的價値。

*高橋氏的總論當中介紹了「頂級高湯」的三個關鍵要素:

  1. 水的硬度為 50 度
  2. 自昆布中萃取鮮味成分的溫度和時間
  3. 從柴魚片中萃取鮮味成分的溫度和時間

「來自昆布的抹茶、焙茶、鱉甲生薑[註]、西洋梨、西芹、烤麻糬、桂花香氣」 以及 「來自柴魚片的玉米、棉花糖、瓜果、巧克力、大茴香、肉桂」 這些香氣為第一道高湯帶來了深度以及上等的質感。製作高湯用的昆布和柴魚需要耗費相當多的時間和精力去加工。而正是由於上乘的鮮味和香氣相輔相成,才得以形成高湯的風味。

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註:一種生薑料理。新生薑水煮後擠乾水分再用糖水煮至上色,最後加點醋即成。

  • 能令人放鬆心神的高湯香氣

近年來有一些針對高湯的研究十分有意思。實驗顯示 「自昆布和柴魚萃取出的香氣可以促進自律神經系統中副交感神經的活動,減少主觀的疲勞感」 。也就是說,有很多聞到日式高湯香氣的人,會感到放鬆且有消除疲勞的效果。*

*〈高湯對人類自律神經活動和精神疲勞的影響〉森瀧望等,日本營養和糧食學學會雜誌,第 71 卷,第 3 期(2018 年)

我們已經知道,對高湯的嗜好(偏好)是自童年的飮食習慣所養成的。但由於這個實驗的受試者僅限於日本國內的學生,因此結果可能無法討用於所有人身上。

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然而,就思考 「烹飪的香氣」 所帶來的心理價値這方面而言,這仍然是一項有價値的研究。將來在食品領域,可能會越來越重視香氣對精神上的影響。

  • 高湯香氣讓人「上癮的感覺」

對人類來說,構成美味的要素主要有下列四種:

  1. 生理需求(針對維持身體機能所必需的營養素感受到美味)
  2. 飮食文化(來自熟悉的飮食文化和飮食習慣,從對食物產生的安全感中感受到美味)
  3. 資訊(從產地及品牌、媒體評價等資訊感受到美味)
  4. 大腦的獎勵系統(當慾望得到滿足時,因神經系統帶來愉悅感所感受到的美味,會產生一種上癮的感覺)
實驗發現,柴魚高湯可能是一種具高度獎勵感的上癮性食品。圖/維基百科

在一項使用柴魚高湯的實驗中,發現柴魚高湯是一種很有可能產生 4 (大腦獎勵系統)具高度獎勵感上癮性的食品。*且如果去除柴魚高湯的「香氣」,就不會產生上癮的感覺。柴魚高湯的「香氣」以及鮮味,是為人類帶來高度滿足感和強烈美味快感時不可或缺的要素。全世界現在已認可了低脂美味的日本料理的價値,而做為日本料理基底的高湯,其滋味以及 「香氣」 當中隱藏著許多秘密。

*〈探究高湯的美味〉山崎英惠,化學與教育第 63 卷,第 2 期(2015 年)

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紅茶和煎茶為何有著不同香氣?

主要是由於製造方法的差異。不同的發酵過程會產生不同的香味。

優質茶的魅力當然在於其豐富的香氣。我們從山茶科山茶屬植物「茶」的葉子中可萃取出各式各樣的香氣分子並享受其香氣。靜岡的煎茶帶有淸新的靑草香氣,印度大吉嶺紅茶帶有濃郁的果香。就算全都統稱為 「茶」,所帶有的香氣也是形形色色,種類相當廣泛。而為何茶的香氣會有所不同呢?

全都統稱為 「茶」,為何香氣會有所不同呢?圖/Pexels
  • 發酵過程產生不同香氣

第一個因素是製造方法的差異。當然,因茶樹品種、產地和茶葉收穫時間點的不同,香氣也會有所不同。然而,製造過程中的「發酵」程序對茶葉香氣變化的影響是最大的。

雖說是發酵,但並非是釀造酒或醋時的微生物發酵。*製茶的發酵,是原本茶葉中所含的兒茶素被氧化酶的作用氧化,導致顏色和香氣產生變化的過程。

*普洱茶等「後發酵茶」是先經過和綠茶一樣的殺菁、揉捻處理後,再進行微生物發酵去產生獨特的香氣。

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  • 煎茶的香氣

煎茶(綠茶)為 「不發酵茶」,紅茶為「全發酵茶」。在製造煎茶(不發酵茶)時,一開始會先加熱茶葉,使茶葉喪失酵素活性,以防止發酵。因此可保留新鮮茶葉所帶有的淸香。煎茶中含有被稱為「綠葉揮發物」(見 P37)的「葉醇」、具有海苔般的香氣的「二甲硫醚」、聞起來像堇菜的「β-香堇酮」等成分。

  • 紅茶的香氣

另一方面,紅茶(全發酵茶)在採摘後會經過萎凋並充分揉捻,使其完全發酵。在發酵過程中會累積兒茶素氧化物去氧化其他成分,產生多種香氣分子。胺基酸會因史特烈卡降解生成新的香氣分子,例如聞起來像風信子花香的「苯乙醛」、像玫瑰花香的「香葉醇」、像鈴蘭花香的「芳樟醇」等成分,創造出繁複且強烈的茶葉香氣。

水的硬度對香氣的影響

為了充分萃取出茶葉的香味泡出美味的茶,必須特別留意水的硬度。

硬度是表示水中礦物質(鎂離子或鈣離子)含量的值。由於其他物質很容易溶解於水中,因此除了藥局賣的蒸餾水外,河水、湖水、自來水和井水都會含有礦物質。硬度小於 120 為軟水,超過則為硬水。日本國內大多數區域的自來水皆屬於軟水,硬度在 60~70 度左右。

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一般來說,關東地區的水往往比關西的水硬度來得高。水的硬度越高,就越難萃取出茶的味道和香氣,因此不建議用屬於硬水的礦泉水去泡茶。

將新鮮的自來水徹底煮沸,使氯揮發後再去沖泡茶葉。

——本文摘自《飲食的香氣科學:從香味產生的原理、萃取到食譜應用,認識讓料理更美味的關鍵香氣與風味搭配》,2022 年 8 月,麥浩斯,未經同意請勿轉載。