今年 2017 4月 23 日,美國西雅圖的咖啡大師賽賽場上,出現了一個意料之外的冠軍,來自北卡羅來納的 Kyle Ramage 先生,從全美國 36 個最厲害的咖啡師中脫穎而出。他並沒有擔任咖啡館的烘豆師或吧台手,他所服務的公司是磨豆機品牌 Mahlkonig 美國分公司,前一年,Kyle 也參加了比賽,但在地區選拔賽時搞砸了義式濃縮項目,連全國賽都沒進。

在這次美國賽,Kyle 使用巴拿馬瑰夏,同一支豆子日曬與蜜處理,但是所有人目光焦點不是他的瑰夏,而是他手上戴著的防凍手套,這副手套在場上特別怪異,但也絕對必要,因為他的咖啡豆在丟進 EK43 研磨之前,一直保持在攝氏零下79度 (-79°C)。

為什麼要把咖啡豆降到這麼低的溫度?Kyle 說:『在冷凍的條件下,咖啡豆會變得很脆弱,尤其是冷凍到攝氏負50度以下,對研磨產生正面影響,可以研磨得更均勻、一致,因之創造出更甜、更美味的風味。』這個想法並非他憑空發明,而是來自三年前的跨國獨立實驗。

事實上在過去三、四年間,精品咖啡界對影響萃取風味的研究,進入了一個全新的領域。

在咖啡萃取中,影響風味的因素極多:沖煮的水溫、義式沖煮中的壓力或流速、萃取時間、咖啡與水中的化學成分的交互作用等等,這些因素極為複雜,傳統對於風味高端研究與實驗,咖啡師雖然擁有技術與品鑑能力,但多半插不上手,最尖端的研究通常只能在設備廠商裡進行,不論是義式咖啡機、或是磨豆機製造商,他們擁有最先進精密的儀器,能夠測量不同萃取設定下的細微變異。普通咖啡師手無寸鐵,要獨立完成嚴謹研究,至為困難。

反映在比賽場上,引人矚目的創新或是來自咖啡師的沖煮手法,或是來自特殊處理法或生豆品種。

第一位打破這個狀況的是澳洲的 Matt Perger,他在贏得世界沖煮大賽冠軍 (2012) 時開始熟悉 EK43 的使用,2013 年以 EK43 的研磨優越性為主題賽完 WBC 後,陸續發布對於研磨的研究,三篇對 EK43 粉徑分佈與其他磨豆機的比較報告,不但把三十年的老機 EK43 推上磨豆機市場的頂峰,同時開風氣之先,以獨立咖啡師的身分,完成一個客觀的科學性報告。

當然我們不會不注意到,第二篇對於粉徑分佈的研究,是 Perger 於 2013 年10月到德國漢堡的 Mahlkonig 工廠,借用了「雷射衍射粉徑分析儀」(laser diffraction particle size analysis),測量研磨顆粒的粉徑及其整體分佈,才能完成的,精品咖啡界第一次看到漂亮的雙峰粉徑分佈圖,也是第一次知道設備廠商擁有這種精密儀器。

緊接著 Matt Perger,英國、澳洲、美國的獨立咖啡師與學者組成一個陣容龐大的實驗團隊,2014 年啟動了對研磨更客觀更深入的實驗,參與的人包括英國伯斯化學家 Christopher H. Hendon,伯斯咖啡館老闆 Maxwell Colonna-Dashwood 與他的妻子 Lesley Colonna-Dashwood,墨爾本的 Matt Perger,以及美國洛杉磯南加州大學化學系、澳洲墨爾本大學物理系、伯斯大學化學系的多位學者。在這個實驗中,實驗所需要的熟豆則由 Has Bean Coffee 等三個烘焙坊提供。

這個史無前例的跨國獨立研究,奠定了 Kyle Ramage 在比賽中以低溫磨豆的理論與實驗基礎。隔年 2015,這個研究以科學論文的形式發表在美國的《自然》(Nature) 期刊,標題是《咖啡豆的產地與溫度對研磨熟豆的影響》(The effect of bean origin and temperature on grinding roasted coffee)

參與這項實驗的人很多,但靈魂人物還是英國伯斯的 Maxwell 與 Christopher Hendon,他們兩位在 2013、2014 年密集研究水的化學成分,並在 2015 年出版《咖啡之水》(Water for Coffee)。所不同的是,在水的研究裡,他們處理的是化學,也就是水中微量的的化學成分與咖啡之間的互動變化,以及對於風味的影響,但是在研磨問題上,他們跟隨 Perger 的腳步,處理的是物理學,研究研磨顆粒大小與分佈到底受什麼因素影響。

他們假設有兩組因素影響研磨,一是咖啡豆的產地、處理法與烘焙度;另一是咖啡豆研磨時的溫度。

選擇這兩組因素其實來自精品咖啡界默認或爭論的假設,不同的咖啡豆,在研磨時的表現是不一樣的,例如有人會認為烘焙淺,或是密度大的豆子,會產生較多的「細粉」;至於溫度,有些設備商會認為加溫會使得粉粒大小更均勻,例如 Mythos 磨豆機就持這項理論。但是這些咖啡界的常識 (並非共識) 以及不同立場的爭論,究竟誰對誰錯,不經嚴格的實驗觀察其實難以確認。

為了了解第一組因素,也就是產地與處理法的影響,他們在實驗裡用了四支豆子,包括瓜地馬拉的卡杜拉 (Caturra) 與波旁 (Bourbon),薩爾瓦多的帕卡瑪拉 (Pacamara),坦尚尼亞的紅波旁 (Red Bourbon),以及衣索比亞 Sasaba 的原生種,除了 Sasaba 是日曬處理法之外,另外三支都是水洗。烘焙的焙度也有不同,前三支是義式烘焙,Agtron 數值是 59 或 62,最後一支 Sasaba 是手沖烘焙,烘焙度是 68,比較淺。

至於第二組因素,實驗小組把烘焙好的咖啡熟豆放到四個非常不同的溫度,然後測量對研磨效果的影響,這四個溫度分別是室溫下 20°C,以商用冰箱冷卻至 -19°C,以乾冰冷卻至 -79°C,最後以液態氮將咖啡豆溫度降至 -196°C。

如何測量研磨的效果呢?跟隨 Perger 的腳步,實驗小組測量的也是「研磨顆粒的粉徑分佈」(Particle size distribution),磨豆機仍然使用 Mahlkönig EK43,也再一次使用由英國實驗室所提供的雷射衍射粉徑分析儀。實驗結果在 2014 年就得到了,但是寫成論文發表,經過嚴格的出版規範與同儕評論,又花了一年的時間,當精品咖啡界從《自然》期刊上看到這篇實驗結果時,很多人非常意外。

結論其實很簡單,第一組因素包括生豆產區、豆種、處理法,以及烘焙的烘焙度,對於研磨沒有影響。僅僅因為不同的豆子就要調整磨豆機,或是認為什麼樣的豆子細粉比較多,都被這個實驗推翻了,調整磨豆機必然來自其他的考慮。

但是第二組溫度因素卻有極大的影響,由於咖啡是一種無特定形狀的物質,當改變這種物質的溫度時,有時會進入「玻璃化」(glass transition)的過程,從橡膠般柔軟,突然變成堅硬像玻璃一般,某些物質會甚至會進入「碎片化」(shattering transition),因此成為碎片狀的微顆粒,這很可能就是咖啡在磨豆機中產生的狀況。

實驗結果顯示,豆子的溫度越冷,粉徑分佈越集中,大小顆粒的差距越小,萃取越均勻 (-79°C 甚至比 -196°C 更集中);而隨著溫度越低,顆粒越微細,萃取的表面積越大,萃取率越好。

Christopher Hendon 在英國伯斯取得博士學位後,到了美國的麻省理工學院進行博士後研究,他與 Maxwell 進行的兩項研究都展示在咖啡大賽裡。今年美國賽的研磨,以及 2014 年英國選拔賽的水,Maxwell 以不同水沖煮的咖啡風味拿下英國冠軍,接著在當年的 WBC 進入決賽。他花了前面好幾分鐘的時間就講水,都沒開始煮咖啡,所有的人都為他捏了一把冷汗,想說他到底是來上課的還是來比賽的。他最後的總分輸了第一名的井崎英典一百多分,只拿到第 5,一場世紀慘敗!

Matt Perger 在 2013 那年參加世界咖啡大師賽 WBC,與 Ben Kaminsky 兩人設計出一整套圍繞著 EK43 不同的咖啡,為的是解釋研磨與不同萃取率對風味的影響,最後以11 分只差屈居亞軍。

研磨的研究,在今年的美國選拔賽裡讓 Kyle Ramage 奪魁。他在賽後接受記者採訪時說,「我不代表這個實驗結果來參加比賽,誰來代表?」Kyle 在 Mahlkönig 工作,實驗所用的磨豆機就是他們家的 EK43。是的,他不戴上那雙手套,誰來戴呢?

獨立咖啡師所做的科學研究或實驗,如果沒有失敗,如果真有成果、真的發現了什麼,這個發現也是屬於世界的,不會變成廠商的專利,變成一部新上市的機器裡你看不到的神秘而昂貴的設計,而是所有愛好咖啡、愛好思辨的人可以重複實驗、測試、辯論的公共材料。他們最偉大的應用,也就是在比賽場上了!

這是為什麼我們應該為所有在比賽中企圖說明他們的科學發明或實驗結果的選手,不論那個實驗多麼不嚴格、多麼微不足道,而致上一種深深的敬意。