來杯更濃郁的手沖咖啡☕? 咖啡雪崩動力學
空氣中瀰漫著咖啡香，預示著一天的甦醒，至少對小a而言，這是每天早晨例行事務的範疇，避免了上午10點前的徹底崩潰。因此小a帶著一絲愛玩與好奇的精神，時時關注咖啡的廚房科學。還記得多巴胺姑娘₯和煮咖啡動作的關係嗎? 昨日當全球都在美國關稅的驚滔駭浪中翻滾時，美國賓州大學物理學家悄悄的在《流體物理學》中告訴我們一個好消息: 如果你的倒水技巧恰到好處，水位足夠高，但又不會太高而弄得一團糟，那麼你顯然可以用更少的咖啡豆獲得更濃鬱、更美味的咖啡。
賓大研究
對於咖啡實驗，過去涉及液體的流體力學主要針對濃縮咖啡機和法式壓榨咖啡機進行研究。這次，賓州大學科學家探索了手沖咖啡☕在傾倒過濾咖啡中──水流撞擊咖啡顆粒床上方的水層動力學[1]。他們首先用玻璃錐體中的矽膠顆粒（顆粒世界中的超級名模?）替換咖啡粉，然後用鐳射和高速相機成像攝影觀察。科學家發現了一種雪崩效應(Snowball effect)，即使在溫和的傾倒射流中，也能在各種傾倒高度下產生強烈的混合。同時，通常在傾倒中這種混合不會受到一層浮粒的顯著影響。接下來，使用真實的咖啡進行實驗，以測量總溶解固體的提取率。
換句話說，這不是一次溫和的浸泡，而是一場小型的動盪。下降的噴流，尤其是當具有高流量集中時，會引發類似「雪崩」的狀態。咖啡顆粒在湍急的熱水流中移動、碰撞、被沖走並重新循環。這個液體和固體間的動態擁抱，確保了咖啡豆內部更徹底更有效率的融合。
鵝頸壺是關鍵
其中，鵝頸壺這個可以控制下降流速和力道的優雅器具，通過它特有的細長彎曲壺嘴從足夠的高度噴出水注時，這不僅僅是水的滲出，是水流撞擊表層，並在咖啡顆粒床內引發瀑布的關鍵。透過控制流速，尤其是倒出的高度，我們可以微調萃取，用更少的咖啡豆來獲得更濃鬱、更細膩的咖啡。也就是說，更慢、更謹慎地沖泡，利用這種雪崩動力的力量，可釋放出更深層的咖啡風味和強度。
作者解釋[2]：
當水壺升高到錐體上方50公分時，咖啡濃度會增加。但從太高的地方倒水，水流就會開始分散，形成不相連的水流，這又會擾亂咖啡錐內的循環。更別說從太高的地方倒開水會有燙傷的危險。
完美手沖咖啡步驟
在《今日美國》中，這些物理學家建議如何根據此原理製作一杯完美手沖咖啡[3]：
- 將沸水慢慢倒在咖啡粉上，讓水有更多時間與咖啡渣接觸。澆注時間越長，萃取量就越大。
- 但也不要倒得太慢，因為這會導致水無法與咖啡粉完全混合，從而導致一些咖啡提取不足，一些咖啡提取過度。
- 增加傾倒高度以增加水流速度。這有助於在咖啡粉中產生「雪崩」，使它們最大限度地暴露在沸水中。
- 確保水以溪流的形式湧出，而不是碎成水滴。如果你倒得太慢或太高，溪流就會破裂，雪崩就會停止。方法上希望能保持水流平穩、層流撞擊咖啡。
- 一股細細的水柱，最容易從鵝頸水壺中產生，這是緩慢、層流傾倒的最簡單方法。雖然從普通水壺中也能獲得薄射流，但更難做到。
看樣子，一段時間小ａ又要重新調整手沖咖啡的動作了，多巴胺姑娘₯加油！
[1] Ernest Park, Margot Young, Arnold J. T. M. Mathijssen; Pour-over coffee: Mixing by a water jet impinging on a granular bed with avalanche dynamics. Physics of Fluids 1 April 2025; 37 (4): 043332.
[2] Matthew Sparkes, How to make great coffee with fewer beans, according to science, New Scientist, 8 April 2025
[3] Elizabeth Weise, Scientists release instructions for how to make a perfect cup of coffee, USA TODAY April 8. 2025
