半圓錐形過濾杯PK平底形過濾杯:讓實驗數據說話

無所不談     2019年04月06日

「在一個擠滿咖粉的房間裡,要想引起大夥的激烈爭論,最好的方法就是問一個很簡單的問題哪種形狀的滴漏過濾杯是最佳選擇?」

SCOTT FROST 博士、JEAN-XAVIER GUINARD 和WILLIAM D. RISTENPART 教授均分享了與SCA 和Breville 公司合作進行的一個研究項目的早期成果。

半圓錐形過濾杯PK平底形過濾杯:讓實驗數據說話

最近有採購過滴漏式咖啡機的朋友們都知道,現代的咖啡煮泡用具通常都會配備有一個「半圓錐形」或者是「平底」形的過濾杯(圖1)。

傾向於「半圓錐形」過濾杯的咖粉們往往能描述在咖啡煮製的過程中咖啡渣是如何強烈的流動的、萃取的均勻性是如何提升以及相應的口感改善過程。

但是,令人意想不到的是,傾向於「平底」形過濾杯的咖粉們也同樣會敘述其使用過程中的諸多優點。無論是前者,還是後者,往往都會附帶有一份關於個人口感實驗的相應報告。

半圓錐形過濾杯PK平底形過濾杯:讓實驗數據說話

圖1「平底」形過濾杯和「半圓錐形」過濾杯

到目前為止,能夠科學嚴謹地回答這個問題的有力證據相對缺乏。

2017年,SCA 要求加利福尼亞大學Davis 咖啡研究中心開展實驗研究,旨在拓展和更新傳統的滴煮咖啡釀造流程。這項研究正在進行當中(取得了激動人心的初步成果),但作為一個初始的「熱身」項目(同時也是為了解決我們自己的激烈爭論),我們決定首先來探討一下關於「半圓錐形」過濾杯和「平底」形過濾杯的問題。

同時,我們有幸與Breville Corporation 合作,他們不但為整個研究項目提供了保險,而且還專門為我們提供了非常先進的家用咖啡機,其優點是這種咖啡機即可使用「半圓錐形」過濾杯,也可使用「平底」形過濾杯。

此次研究的目的是在保持所有其他變量不變的前提下(烘焙水平、水溫、流速等),重點評估過濾籃的幾何形狀對咖啡口感的影響。

半圓錐形過濾杯PK平底形過濾杯:讓實驗數據說話

實驗設計

在你回答「哪款形狀的過濾杯是最棒的」之前,你首先要回答的問題是:「二者的區別是什麼?」 儘管咖粉們有著自己堅定的信念,但完全有可能兩種形狀的過濾籃之間實際上沒有任何明顯的或統計上的顯著差異。

為了確定這兩款形狀的過濾籃是否存在差異,我們首先使用了「辨別實驗」,也稱為「三角形實驗」。在這個實驗中,一名參試者將得到三杯咖啡,其中兩杯是相同的,另一杯是不同的。參試者的任務是從三杯咖啡中將那杯不同的咖啡分辨出來。

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由於每名參試者都有三分之一的機會僅憑運氣就能猜對,所以你要尋找的是那超過33%的能正確地識別出那個不同杯子的參試者。如果你沒有找到,那麼就證明了二款形狀的過濾杯並無顯著區別。

我們招募了45名非專業的參試者在加利福尼亞大學Davis 咖啡研究中心的感官描述隔離室裡品嚐煮好的咖啡。擺放咖啡的咖啡桌與傳統有別,主要目的是為了將參試者相互隔離,避免相互之間的影響,並使咖啡以一種真正盲目的方式提供。並且這些咖啡桌還設有紅燈,以減少基於咖啡顏色深淺的預期偏差。

在我們的三角形實驗中,我們利用過濾籃的幾何形狀和兩種不同的研磨尺寸(中等研磨和中等精細研磨)使用了所謂的「2×2」階乘設計方法,而且這種「階乘設計」是一種奇妙的說法,在這個設計中,我們對所有的過濾籃和研磨粒度進行了六種不同的三角形實驗(表1)。

同時,為了便於內部校準和控制管理,以區分每種咖啡製法的口感差異,我們還進行了第7種三角形的淺度烘焙與深度烘焙的對比實驗。並且此次實驗的重點是確定過濾杯的形狀和研磨度的影響。

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與此同時,實驗中最具挑戰性的一個方面是確定咖啡煮製過程中的細節問題,因為熱煮咖啡三角形服務的後勤工作是非常重要的。

例如,如果參試者只感覺到三個杯子中的兩個比另外一個杯子溫度高,那麼說明此參試者僅僅只是在檢測咖啡溫差,而不是味覺上的差別,所以我們必須制定出相應的處理程序,在完全相同的溫度下,提供不同口感的煮咖啡。

同樣,我們還必須將「傾倒咖啡的高度」正常化,因為我們的一些參試者傾向於在傾倒咖啡時,將高度抬高; 由此產生的咖啡表面泡沫數量的差異,僅僅通過視覺觀察就可以看出是不同的。為此,我們耗費了大量的時間來研究這些細節,以確保實驗過程的嚴謹性。

周密計算的結果

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儘管如此,我們的努力是值得的,因為我們獲得了非常令人興奮的(而且違背了直覺)結果,總結見表1。我們觀察發現,當對「半圓錐形」過濾籃和「平底」形過濾籃進行比較時,都使用了中等程度的研磨方法,其中45名參試者中有25人正確識別了不同的杯子。

重要的是,我們認為三分之一的參試者(15名參試者)僅僅靠運氣就能將杯子識別出來,所以25名參試者的正確識別是否有統計上的意義?又或者僅僅只是僥倖呢?為了回答這個問題,我們使用了一種用於計算拋硬幣(但這裡的「硬幣」只有33%的機率是正面朝上的)機率類型的所謂的「二項機率分布」法。

利用這個方法,我們能夠計算出25位參試者僅僅憑藉運氣識別出正確杯子的機率或「假設機率」。這裡的「假設機率」是0.004,這意味著如果我們重複1000次的實驗,我們將會發現25名參試者在這1000次的實驗中,會有4名勝出。

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這太不可思議!換句話說,這並不是僥倖,因為這兩種煮製方法在統計學上有顯著的可察覺的差異。與此同時,我們還觀察到一個類似的結果,當使用「半圓錐形」過濾杯和「平底」形過濾杯用於更精細的研磨咖啡時,25名參試者中有23名識別了正確的杯子(假設機率為0.024)。

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表格1 對過濾籃的形狀和研磨粒度進行了比較

由此可見,對於所有認為過濾杯的幾何形狀會影響咖啡口感的咖粉來說,我們的實驗數據表明了他們的觀點是絕對正確的。

然而,令人吃驚的是,通過我們的三角形實驗顯示,我們的非專業參試者無法區分咖啡研磨粒度的差異。表1的第3行和第4行顯示了相同幾何形狀但不同研磨粒度的三角形實驗結果。

在使用「平底」形過濾杯的實驗中,只有18名參試者正確識別了杯子;而在「半圓錐形」過濾杯的實驗中,只有15名參試者正確識別了杯子。

這些參試者面對的並不是一個微小的差別:我們的「中等研磨」的中位粒度為1065微米,而我們的「中等精細研磨」的中位粒度為799微米,大小相差25%。

這些實驗對於那些經常稱讚精確控制咖啡研磨粒度的極端重要性的咖粉來說,事實證明——至少對於滴漏咖啡來說——普通的人根本分辨不出兩者之間的區別(至少超過這個研磨大小的範圍)。

半圓錐形過濾杯PK平底形過濾杯:讓實驗數據說話

上面描述的三角形實驗顯示出了明顯的區別,但遺憾的是它們沒有說明區別到底在哪裡。為了解決這個問題,我們接下來進行了一系列詳細的「感官描述」實驗。在這種類型的實驗中,我們請訓練有素的(專業)參試者評估了各種味道屬性的強度,如「煙熏味」、「柑橘味」、「苦味」等。

同時,我們還邀請了在之前的實驗中表現最好的參試者(即,最善於進行三角型實驗的人員)加入我們的專業團隊,並且,我們還對他們進行了WCR 味覺詞彙訓練,並提供了適當的感官參考。

然後我們讓他們評估26種不同的味覺,針對「2×2×2」階乘設計中的8種不同樣本類型:2種過濾杯的形狀、2種研磨粒度和2種烘焙級別。我們的專業參試者在我們的感官描述隔離室中盲品了每種咖啡,並提供了26種味覺屬性的數值排名。

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實驗中,12名專業參試者分別對26種味覺屬性進行了評估,對8個不同的咖啡樣本重複3次後得到12×26×8×3 = 7,488個單獨數據點,可想而知,要將如此之大的數據集表述出來是一項頗具挑戰性的工作。圖2中提供了一個圖形摘要,顯示了所謂的「主成分分析」或PCA。

這是一種用於獲取大量數據集的先進統計技術,此技術可將「主成分」進行最有意義的縮減,以幫助確定哪種製法的咖啡最不相似或最相似。

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圖2 得到的主成分分析(PCA)圖

頂部的圖表將最相似的統計結果分組在一起。從這裡,我們可以看出最大的區別是淺度烘焙與深度烘焙之間的區別,而且過濾杯的形狀也產生了有意義的區別。

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圖2 底部的圖概述了每個分組的風味屬性

使用頂部的圖作為底部的圖示:使用「半圓錐形」型過濾杯淺度烘焙出來的咖啡帶有柑橘味、漿果味和酸酸的味道;而使用「平底」形過濾杯淺度烘焙出來的咖啡,則帶有更多的乾果味、甜味和花香味。

從PCA 圖中我們可以得到一些有用的信息。首先,不出所料的是,淺度烘焙與深度烘焙之間存在著很大的差異,這可以從烘焙過程中巨大的水平間隔中得到印證。更有趣的是,我們發現對於指定的烘焙方法(例如,左邊的淺度烘焙),過濾杯的形狀對差異也產生了具大的影響。

使用「平底」形過濾杯煮製出來的咖啡帶有更多的乾果味、甜味和花香味,而使用「半圓錐形」型過濾杯煮製出來的咖啡則有更多的柑橘味、漿果味和酸味。

同樣的,過濾杯的形狀也影響了深度烘焙的效果,使用「平底」形過濾杯產生了更明顯的巧克力、可可和木本口味,而使用「半圓錐形」型過濾杯則產生了更強烈的苦味。

哪種過濾杯的形狀是「最棒的」?

半圓錐形過濾杯PK平底形過濾杯:讓實驗數據說話

這是一個關鍵點,讓我們來重申一下:使用完全相同品種的咖啡豆,相同計量的水,相同的溫度,相同的過濾流量,我們能夠通過改變過濾杯的幾何形狀,以一種非常明顯的統計學上的顯著方式來改變煮好的咖啡風味。

在證明了差異的存在,以及差異是什麼之後,最後一個問題是「這些差異的源由」 ,過濾杯的幾何形狀影響著液體流過咖啡渣床的方式,從而改變了分子從固體咖啡渣進入液體的「傳質」過程。

這個過程的基本細節是複雜的;因而,加利福尼亞大學Davis咖啡研究中心正在積極深入地對此進行研究,以及咖啡煮製方法的許多其他方面。

半圓錐形過濾杯PK平底形過濾杯:讓實驗數據說話

不過現在,你可能想知道:哪種過濾杯的形狀是「最棒的」? 當然,答案是無論哪種煮製方法對您來說它都是「最好的」,因為這取決於每個人的選擇。不過,如果下次再有人討論「平底過濾杯」和「半圓錐形濾杯」的孰優孰劣時,至少,您可以使用本文中的硬性數據來闡明這場爭論。

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