咖啡知识 | 咖啡生豆分析-第四部分：密度分析

前言

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在关于咖啡生豆分析的系列文章中（第一部分 - 水分和水活性，第二部分 - 目数分级，第三部分 - 瑕疵豆），还一个被低估和忽视的因素是密度。实际上，我们对于影响咖啡生豆密度的无数因素（如海拔、品种、营养）以及它们对品质的影响还没有完全了解。然而，有一些值得讨论的问题，包括用于分类和测量密度的方法，密度对于咖啡品质的可观察影响，烘焙风格以及对生豆贸易的意义。

密度的定义

简单来说，密度是指在一定的三维空间内能容纳的某种物质（在我们的例子中是咖啡）的数量，数学上用质量除以体积来表示。在理想的情况下，例如，1.0克的水恰好占据1.0毫升（或1.0立方厘米）的空间，这意味着水的密度是1.0克每毫升。（这也是我喜欢使用公制单位的原因之一。实际上，在实际应用中，两个不同的测量——水的质量和体积——是可以互换的，这使得计算和比较变得容易。）

对于书面表达，科学界喜欢用lbs/ft3（每立方英尺的磅）或kg/m3（每立方米的千克）来表示密度，但实际上任何重量单位除以任何体积单位都是可以接受的。在大多数情况下，我默认使用g/mL。

测量方法

有许多方法可以测量密度，其中最简单的方法是使用量筒。这种方法测量的是“自由沉降”密度，也称为“自由流动”或“散装”密度。只需将咖啡倒入标有特定体积的线条处，称量咖啡的重量，然后将重量除以体积。国际标准化组织（ISO）推荐使用这种方法来测量整粒生豆和烘焙豆的密度，可能是因为它与现实世界的情况相符：咖啡自由沉降到麻袋或零售包装中。

使用这种方法，可以得到足够区分咖啡的测量结果：当我测量一种咖啡的密度为0.64g/mL时，我知道它的密度相对较低，而当我测量为0.67g/mL的咖啡时，它的密度相当均匀，而任何大于0.69g/mL的咖啡我都认为是高密度的。通过进行多次读数，我能够重现结果，并且误差范围相当小。

你实际上可以使用任何容器来进行这个实验。只需测量填满容器至顶部所需的水量，然后测量填满同样容器所需的咖啡重量，并将咖啡重量除以水体积。注意：如果你喜欢英制单位，这会变得复杂，因为液体盎司和加仑的体积与磅和盎司的重量不太相符。

自由沉降法测量的密度读数很容易获得，但有一个异常：生豆会沉入水中。这意味着生豆的实际密度必然大于水，因为水具有相等的质量和体积比例，所以其密度为1.0 g/mL。

这个事实与我们上面讨论的测量结果不符，因为在圆筒中的咖啡豆之间有一些空隙。我们必须使用另一种方法来确定咖啡的实际密度。

一种低成本且非常准确地测量真实密度的方法是由阿基米德发现的排水法。通过将一定重量的生咖啡加入一定体积的水中，并观察水体积的变化（排水量），就可以得知咖啡的实际体积。将咖啡的原始重量除以其实际体积，就可以发现其真实密度远大于1 g/mL。

我测量了两种非常不同的咖啡：一种相当密实的水洗埃塞俄比亚，和一种相当低密度的湿刨法的苏门答腊。看看我通过不同方法测量出来的差异。虽然加水有助于准确地评估真实密度，但它并不是咖啡的一个很好的储存方法，而且你必须愿意牺牲一些生豆。从绝对值和理论上讲，排水法更准确，但从实际情况来看，自由沉降法更合适。

所有这些要点是：如果你对自己的方法保持一致，你应该能够观察到有意义的数据，无论你是采用自由沉降法还是排水法。

出口密度分级

在咖啡出口之前，通常会经历至少一次干磨厂的密度分选。然而，让我们从头开始，因为通常在咖啡原豆和咖啡樱桃的阶段进行密度分选。

在一些国家（特别是像卢旺达和布隆迪这样仍然努力消除马铃薯缺陷[2]的地方），特别注重咖啡品质的地方，可以在咖啡樱桃去皮之前对咖啡进行密度分选。农民会将当天收获的咖啡樱桃放在网里，然后放入一个桶或水箱中。任何漂浮物都会被移除，所有密实的咖啡都会被卖给洗涤站进行处理。这是一种相对有效的方法，可以在去皮之前分离漂浮物和其他受损的咖啡。

对于全水洗咖啡，还会在发酵后进行密度分选。通过将去皮后的咖啡果皮移动到流动的窄通道中，可以将漂浮的咖啡（通常是空心种子）与沉淀的高品质果皮分开。在许多情况下，这个过程可以将咖啡分成三个质量等级，而最慢、最重、最密实的咖啡往往具有最好的风味和最高的价格。

然而，即使是未经洗涤的咖啡，在干磨厂也会进行密度分选。使用带有凹槽表面的振动台，将其倾斜一定角度，可以去除低密度物质（如碎豆、空壳、干果皮，甚至异物）。虽然有些难以掌握，但正确校准的密度台可以在许多情况下分选出预设的缺陷数量。相反，校准不良的密度台可能导致缺陷数量过多、杯测品质低、或者烘焙困难。

常见的趋势

尽管存在一些例外情况，但密度通常会因地区的不同而有可预测的变化。东非咖啡，尤其是来自埃塞俄比亚和肯尼亚的咖啡，通常具有非常高的密度，哥伦比亚的Catracha项目的咖啡也是如此。（我最近在分析中注意到的）。相比之下，苏门答腊和巴西的咖啡通常具有较低的密度。高海拔和较小的筛孔尺寸通常会导致更高的密度（当然也有例外情况），水洗中美洲咖啡倾向于中等密度，而天然咖啡通常比水洗咖啡密度低。与流行观点相反，水洗咖啡的密度通常低于日晒咖啡的密度（我们将在下面详细检查这一说法）。

密度与价格

从收获后采用的分选技术来看，咖啡的密度非常重要，它与杯测品质和市场上的价值有关。让我们先讨论一下经济效益方面。

还记得小学时代的那个谜语吗？一磅羽毛和一磅铅哪个更重？答案当然是它们一样重，都是一磅。不同之处在于密度：一磅铅明显更密实，占用的空间更小。同样，一袋60公斤的低密度咖啡和一袋60公斤的高密度咖啡在重量上完全相同。不同之处在于，需要更多的低密度咖啡豆和更多的空间才能达到60公斤。

因此，高密度的咖啡更有价值。在相同的空间内，密实的咖啡比低密度的咖啡重。每一颗采摘、加工和分选出来的高密度咖啡豆都更有价值，因为它们比低密度的咖啡豆重得多或者占用的空间更少。想看看数学计算吗？让我们再次使用上面提到的苏门答腊和埃塞俄比亚之间的例子。

（注：我使用了自由沉降法得到的实际数字，并将其转换为稍大一些的单位以提高效率：1.0 g/mL = 1.0 kg/L。我将其分别四舍五入为埃塞俄比亚0.68 kg/L和苏门答腊0.64 kg/L。）

要用0.68 kg/L的埃塞俄比亚咖啡装满一袋60公斤的袋子，需要88.2升的容积。要用0.64 kg/L的低密度苏门答腊咖啡装满同样重量的袋子，你需要93.8升的空间。这意味着你需要多6.3%的苏门答腊咖啡才能装满一袋60公斤！

在这种情况下，苏门答腊的农民必须采摘多出6.3%的咖啡樱桃。因为苏门答腊咖啡占用了6.3%更多的空间，如果一个相同的集装箱在达到重量限制之前，就已经装满了空间，那么它的运费可能会更贵。低密度咖啡在烘焙过程中往往会损失更高的重量百分比，这意味着它们对于烘焙商来说也不太划算。如果这两种咖啡在原产地以每磅3.50美元的价格出售，那么埃塞俄比亚咖啡每磅大约比苏门答腊咖啡贵0.20美元。仅仅由于密度相差0.04 kg/L，苏门答腊咖啡在一个300袋的集装箱中可能损失超过8500美元的利润。

太疯狂了，对吧？低密度咖啡，在整个咖啡供应链中，都不太划算。

这里还有一个我偶然发现的启示，但你可能已经猜到了：有时候，咖啡生产者和出口商会被指责运输更湿润（含水率）的咖啡，他们的想法是“因为它充满了水，所以它更重，更有价值。”但是记得我们讨论过用排水法测量时，咖啡实际上比水更密实吗？这意味着，不考虑杯中的品质，运输更湿润的咖啡增加的价值可以忽略不计。生咖啡中水分含量越高，密度越低。

为了证明这一点，我调查了最近50个皇冠分析。一个趋势出现了，如下图所示。随着密度增加（从左到右），水分减少（从上到下），大约每0.04 g/mL自由沉降时水分减少1%。

当我计算这些数字时，我想起了我从温度跟踪实验中剩下的咖啡。同一种咖啡，用两种不同的包装方式，到达时的总水分含量不同，所以我可以用一种真实的咖啡来测试这个理论。

距离上次测量水分已经过了几个月，但果然，用GrainPro包装（咖啡麻袋内塑料袋）的样品读数为11.4%，而用麻袋包装的样品更高，为12.1%。对每种咖啡进行四次自由沉降测量和两次小排水量测量后，较干燥的GrainPro咖啡比较湿润的麻袋咖啡更密实（0.673 g/mL自由沉降，1.19 g/mL排水法）（0.659 g/mL，1.16 g/mL）。

这只是一个简单的实验，但是有了两种不同水分含量的同一种咖啡可以使用，让我更有信心重申：是的，更干燥的咖啡更密实，因为它的成分是更高比例的咖啡和水。更湿润的咖啡在储存和烘焙过程中会损失更高比例的重量，进一步降低了它的价值。

密度与品质的关系

我无法提供更多数字给你。我对与密度和感官品质直接相关的领域没有特别扎实的研究。但是根据一些经验，我认为我们可以从一些轶事中分享一些关于密度在烘焙机和杯中的意义的观察。

在过去的几个月里，当我们对咖啡进行皇冠分析时，Jen Apodaca和我注意到密实的咖啡对热量的反应有其独特性。不论水分含量如何，最密实的咖啡在后期美拉德反应和进入一爆时都有类似的活动：它们失去了动力。密度高的咖啡往往会停滞，并且需要额外的热能来避免发生会使咖啡变焦和平淡化风味特征的放热反应（这里有一个最近皇冠分析中这种现象的好例子）。

为了应对这种现象，Jen和我采取了非常相似的方法。首先，我们倾向于用一个热鼓温度来充电，但火焰很低。这意味着烘焙机中保留的热量非常高，但最初较低的热量应用使得咖啡与鼓达到平衡稍微慢一些，这有助于避免在热能渗透到密实内部之前过热豆子外部。

其次，我们倾向于在颜色开始变化后增加热量。无论是通过一次调整还是多次，目的是保持或者在必要时增加咖啡在接近一爆时的动力，确保有足够的内部热量来突破并避免在热水蒸气从爆裂的种子中释放时温度平坦（这里有一个最近皇冠珠宝分析中这种现象的好例子）。

是否要在一爆期间降低热量的应用，很大程度上取决于上述两个步骤的有效性。有时候，最密实的咖啡在一爆开始的几秒钟内就需要尽可能多的热量来防止变焦；有时候，它们只需要最低限度的额外动力，就会很快恢复热量吸收。

在风味方面，这意味着更普遍的事情，但是因为密实咖啡中的糖和酸在烘焙过程中更能抵抗温度的突然变化，它们可能在烘焙后的产品中更好地保存。我倾向于认为，最密实的咖啡比较不密实的咖啡有更明亮、更复杂的酸和更原始、更类似蔗糖的糖味。当然，这只是一个非常粗略的划分，并不应该被视为一个硬性规则。值得注意的是，由于水分含量较高而密度较低的咖啡会随着时间而失去水分。这种蒸发导致重量减少，也导致与水汽迁移导致直接相关的杯测风味降低。

参考资料

[1]

原文网址: https://royalcoffee.com/green-coffee-analytics-part-iv-density/