咖啡中的科學系列|水活性還是含水率?

本次去非洲咖啡原產地出差

吸引他們的不是帶去的各種特色零食小吃

而是這玩意兒!

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有些做咖啡的朋友可能了解過,這個小設備官方叫法“Aqualab Pawkit便攜式水分活度儀”,可以用來測量食品藥品樣本中的水活性,我們通常會拿它測量咖啡生豆的水活性,外面看長這樣。

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每次拎著好像手提一個保險箱

打開裡面是這樣的,每個小器具各有用處

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我不是做他們家經銷的

下面乾貨來了


我們為什麼每次要帶去原產地測量咖啡生豆樣本的水活性?

水活性對咖啡生豆和風味又會有什麼影響呢?

什麼是含水率?和測量水活性還不一樣?

Latorre & Ducth團隊在原產地實力雄厚,團隊配備一位生物學博士學位(Biologist PHD.)的專家Doriett Prada,最近她研究了咖啡生豆水活性對咖啡品質和儲存的影響。

以下文章版權和知識產權歸Latorre&Dutch所有,未經授權,請勿隨意發表相關圖文。

什麼是水活性?

我們會用縮寫Aw表示水活性。

維基百科是這樣解釋的:水活性是指相同的溫度下,給定物的蒸汽壓相對與純淨水的蒸汽壓之間的關係。這個定義實際上並沒有告訴我們它在咖啡中有什麼用處。

簡而言之,水活性是指給定物中微生物可以用來增殖的自由水的含量。

當我們談到自由水時,我們指的不是化學層面上的水分子,自由水可用於微生物的日常活動比如生長、吃東西和繁殖。

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我們用兩個例子——水和氯化鈉(鹽)溶液,來更深入地探究,這樣能更清楚這個概念。

首先我們要知道水分子是極性分子(圖1),它有兩個電極,通過這些電極水分子會與其他分子發生化學反應,在氯化鈉溶液中,會與氯化鈉分子發生反應,水分子與Na和Cl離子發生化學連接後,不能再被微生物用於活動,如下圖圖2所示:

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現在我們來看圖3 ,三種不同的溶液——純淨水、不同純度的兩杯鹽水。

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純淨水,水中不含有任何氯化鈉分子,所以它的水分子都是自由的,可以被微生物所用,第一杯的水活性值被默認為是1

如果我們向這水中添加一點鹽,這些構成鹽的分子(氯化鈉分子)就會分解,

如圖2 所示與水分子形成反應,反應後的水分子就不再自由了,也不能再被微生物所用。這意味著水分活躍度降低到小於1 的值,在這種情況下,Aw = 0.6

如果我們向水中添加大量的鹽,所有的水分子都會被連接起來,沒有一個自由的水分子,在這樣的條件下沒有微生物能夠生長,此時的水活性為0或接近0,正因為這樣,鹽常被用作保存食物的防腐劑

上圖圖 4 顯示了滿足不同微生物繁殖的水活性值範圍。

我們可以看到水活性降到 0.6時,所有的微生物無法進行生物活動,但我們知道有些真菌是可以在水活性0.57 的環境中繁殖的。

這些理論如何適用於咖啡?
          

在咖啡中,不只有鹽和水,水還會連接到許多其他分子,

讓我們看看咖啡豆中的水分活動是如何起作用的,又代表些什麼?

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在圖 5 中,我們看到一個放大版帶水分子的咖啡內部結構。

假設我們有 20 克咖啡,每個水分子重 1 克,有不同條件下的 10 克水。

第一幅圖中,我們有咖啡( 10 克)、一定量的自由水( 5 克)和另一部分水分子通過化學方法與咖啡( 5 克)相連,用來測量水活性的設備通過設計僅能測量自由水,因此,總共我們在樣品中有20 克咖啡和水,而且有 5 克水是自由的,所以該樣本的水活性約為0.25

第二幅圖中,我們有相同數量的咖啡和水,但分配不同的是,化學結合了咖啡的水是 1 克,我們有9 克自由水,此時咖啡的水活性為0.45

第三幅圖中,我們有相同數量的咖啡和水,有 9 克水與咖啡化學結合,只有 1 克水是自由的,此時咖啡的水活性約為0.05

以上示例的數據僅用於教育目的,並且都是近似值,在不同的測量環境下有可能會產生微小差異

含水率和水活性的區別是什麼? 

含水率是指一個樣品中含有的總的水量。

根據我們之前的例子,三個樣品的含水率均為 50 %,因為我們有10 克咖啡和 10 克水,無論水怎麼分佈,測量含水率的設備是無法區分結合水和自由水的,它只能計算出樣本中總的水量。測量水活性的設備只能測量自由水而不能測量出樣本中水的總量。

水活性和咖啡生豆的品質有什麼聯繫? 

大家普遍認為,咖啡生豆的水活性可以反映豆子的品質,而且可以反映出這只豆子是否是在良好的條件下完成乾燥處理的,比如一隻咖啡豆的水活性值在 0.5-0.55 之間,一般是在低溫環境下緩慢乾燥的,但這個觀點是錯誤的。正如我們前面看到的,測量水活性僅僅是測量可供微生物增殖的自由水含量。如果水活性高於 0.6 ,咖啡豆會有衰敗變質的風險因為真菌或細菌容易在這樣的環境下滋生;如果水活性低於 0.4 ,說明咖啡豆被過度乾燥,可能會因為咖啡油脂的氧化而衰敗變質。(見圖 4)

結論
咖啡生豆存儲期間,含水率的測量並不是一個能預測微生物反應和化學反應的可靠指標,水和咖啡分子的反應和咖啡豆中的水量也不是一個正確的指標。水活性,衡量樣本中可用的自由水的含量,是一個可以用來預估存儲咖啡可能存在風險的很好的指標,其中水活性的值最好介於0.5-0.55之間,避免咖啡的衰敗和咖啡胚胎可能的死亡。

水活性可以告訴我們某隻咖啡是否是被正確地干燥了,這樣的觀點是錯誤的,無論是水活性還是含水率,都無法反映,但這些數據可以告訴我們樣品現在處於怎麼樣的狀態。

文章轉載自 CuppingSpoon精品咖啡

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