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上一篇:实验室手记之卡布奇诺的泡泡

在老板给了卡布奇诺的拼写之后,我很好奇地去查了它的做法。正宗的卡布奇诺是以浓缩咖啡(espresso,大致发音“已死不勒索”)为基础的,应该装在瓷杯子里,上面的那层泡沫是把热的水蒸汽通到凉的牛奶里产生的。瓷杯子和这层泡沫除了看起来有情调一些,还有保温的作用。做真正的卡布奇诺的咖啡机设计要复杂一些,关键部分是把水加压加热——在卡布奇诺咖啡机的内部,水与咖啡粉接触的地方水温可达95度,通过咖啡粉末的时候,从中提取可溶成分的能力和效率都要比通常的热水高,因而得到的咖啡很浓(原稿中的温度是我疏忽了,谢谢lalunasun提醒)。就咖啡因而言,通常浓度是普通咖啡的两三倍。此外,还有一些通常的热水提取不出来的成分也被搞定。这样,浓缩咖啡并不是简单的“普通咖啡的浓缩”,而是其中的成分也不相同。既然有加压的水,自然也就可以产生高压的水蒸汽。把高压水蒸汽通到牛奶里,就能产生牛奶泡沫。把泡沫装到浓缩咖啡的上面,就卡布奇诺了。

不过这玩意儿操作起来不是那么方便,至少不能放到图书馆或者会议室的走廊,让大家自己去弄——除了瓷杯子和牛奶桶的不便,万一哪个毛手毛脚的被水蒸汽烫了手,经销商可就亏大了。所以,真正的卡布奇诺,还得到咖啡店里让店小二服务,或者买台机器回家自己动手。

对米国鬼子来说,喜欢的还是用一次性的杯子,投几个硬币,然后接一杯拿着去上课、开会或者自习。那层泡沫有助于保温,在冬天里尤其受欢迎。我们要做的,就是这种山寨版的“卡布奇诺”。

江湖前辈风清扬说,天下武功只要九招剑法就可以全被破掉。食品中产生泡沫,只有三招——产生泡沫的形形色色的厨具,都是从这三招变化而来。正宗卡布奇诺的那招,属于“通气法”,就是把气体通到液体里,气体钻出来就成了气泡。另一招是“减压”,就是在高压下把气体溶解到水中,突然减压之后水中的气体获得了自由,争先恐后杂乱无章地逃跑,就产生了气泡。碳酸饮料就是这种方式,还有啤酒、一些葡萄酒也依靠其中的二氧化碳而“起泡”。最简单、最容易操作的还得算是第三招——“搅和”。拿一个鸡蛋,只要蛋白,用搅拌器或者筷子“打”一会儿,就能产生雪白细腻可以保持形状的泡沫。搅上一盘,摆七根薯条或者桔梗,在某些饭店里就可以叫做“七剑下天山”了。

令狐冲所有的剑招都需要一把剑,否则他就跟常人无异。而得到稳定的泡沫都需要水里有乳化剂。正式版和山寨版的卡布奇诺都用奶粉来实现乳化。啤酒和葡萄酒在发酵过程中会产生一些蛋白质碎片等具有表面活性的成分,也具有乳化性能。至于鸡蛋白,乳化性能就更好了,不加水的蛋白浓度也高,搅出的泡沫接近固体了。

收到公司寄来的饮料机,就找了个改锥给拆开了。我老板喜欢招学过工程的学生,大概也是因为敢于下手——不管什么仪器,都敢拆开,只要再装回去的时候不多出零件来就行了。里面其实没有我想象的那么复杂,就是一个电路板,连接到几个马达。水经过热水器连到搅拌器里,搅拌器上方有几个盒子,用来装各种不同的粉末,比如奶粉、可可粉、咖啡粉等等。盒子底部都有一根螺旋状的棍子,一转起来就可以把粉末带出来,掉到搅拌器里。

那个电路板显然是整个饮料机的“大脑”,根据面板上的选择决定马达们哪个先转那个后转。不过我完全看不懂那个电路板和那堆红红绿绿的线。虽然做研究好奇心很重要,但是不被累死的关键是看不懂的东西就不去折腾。于是我直接无视了饮料机的“大脑”而着眼于细节——我只需要关心那个搅拌器就行了。

那个搅拌器也比较简单,就是一个小马达带动一个搅拌桨。搅拌桨外面是一个不大的塑料壳。热水和粉末一起进到搅拌器里,被搅和之后再从搅拌器下面的口出来,就成了气体和液体的混合物。接到杯子里,很快就变成了下面是液体上面是泡沫的“卡布奇诺”。

我剪掉电线,取了一个搅拌器下来,开始了搭建装置的努力。过程实在是繁琐,一言难尽,就不说了。大致就是把整个实验室都翻了个遍,寻找各种东西为我所用。这个过程中还发现原来这个实验室的犄角旮旯里藏着许多我都没见过的东西,有很多估计老板都忘了它们的存在。最后,终于在实验台上搭出了一堆东西,可以搅出泡沫来,也可以检测其中的几个物理量。

前面说过为了显示这个项目的技术含量,要用核磁成像来检测不同位置的泡沫含水量的变化曲线。虽然老板气定神闲地说过我们已经成功地应用这个技术很久了,其实他并不清楚这个泡沫做核磁成像不是一定能成的。简单说来,泡沫的核磁成像,就是把一管子泡沫放到仪器里,连续地检测它产生的核磁信号。在各个位置检测到的信号由那个地方的氢原子数、溶液的核磁特性参数以及操作参数来决定。对于泡沫来说,泡沫中的水在不停地从上往下流,而这个过程中伴随着溶液的核磁特性参数的变化。应用这个技术来检测水含量的变化,关键就是把操作参数调节到除了含水量之外的其他参数总的影响接近常数。此外,仪器接收到的信号除了泡沫产生的,还有一些背景信号——就像我们听别人说话的同时也能听到“噪音”。如果噪音太大,就可能淹没真正的信号,检测到的东西就没有意义了。在分析技术上,就把想要检测的信号和背景噪音的比值称为“信噪比”。信噪比越高,检测结果就越容易分析。对于一个具体的检测来说,如果我们做两次检测,然后把检测结果相加,那么信号就会成倍加强,但是由于“噪音信号”是杂乱无章的,相加之后强度不会加倍。这样,信噪比增加了,检测结果就更加清晰。(这里感谢astrobear指出原文的错误。

我以前做的检测是为了研究泡沫的稳定机理,泡沫故意做得很稳定。那台仪器扫描一次要两秒钟左右,因为泡沫很稳定,我可以把六十多次扫描的信号相加当作一个时间点,这样信噪比很高,曲线很平滑。但是这个卡布奇诺的泡泡太不稳定了,含水量的分布变化很快,没法把那么多次的信号相加。减少扫描次数,得到的曲线信噪比不是那么高,就不那么赏心悦目了。我再一次跟老板探讨做这个的必要性,老板说能做成啥样就做成啥样了,反正对公司来说都是新鲜玩意儿。

 (太长了,先打住。)

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58 Responses to “实验室手记之卡布奇诺的泡泡(续)”

  1. bunny说道:

    莫非是传说中的沙发?

  2. 白掌长臂猿饲养员拇姬说道:

    沙花

  3. 发条狐狸说道:

    越看越不知道云无心是做什么的了.

  4. 疯和尚说道:

    好玩。

  5. M说道:

    期待继续~
    我很喜欢云无心的这些“研究做饭”

  6. 陈少举说道:

    错别字:“根据面板上的选择决定马达们哪个先转那个厚转”,应该是“后转”而不是“厚转”。

  7. 达文西说道:

    我每天2杯“已死不勒索”!

  8. 夭夭说道:

    哈哈
    人家自己都说了,是“在实验室研究做饭”的

  9. 门牙说道:

    一、所谓卡普奇诺,指1/3浓缩咖啡+1/3牛奶+1/3奶泡的意式咖啡,1/3浓缩咖啡+牛奶的叫咖啡拿铁;
    二、所谓浓缩咖啡espresso,仅为冲泡方式不同,风味更香浓,并非口感更稠乎;
    三、所谓浓缩咖啡,因为独特的冲泡方式,跟水接触的时间最短,仅20-30秒高压冲出1盎司,所以它的咖啡因含量仅为普通单量咖啡的1/4-1/3,是速溶咖啡的1/10-1/8,堪称低因,何来“高咖啡因”之说。
    作为在实验室进出的云无心,案头工作似乎做得不太准确的说!

    • lalunasun说道:

      或许是我看文章不细,但是。。。我真的没有看到云老大什么时候把卡布奇诺和拿铁的比例弄错了,什么时候说卡布奇诺很稠。我怎么觉得他压根就没提?并且,拿铁也是要奶泡点缀的。
      然后,“浓度”和“含量”是不一样的。含量=浓度X体积或是浓度X质量,这是很基本的常识啊。
      刚才查到的资料说espresso的体积是一盎司,这样即使是按它的咖啡因浓度是普通咖啡(过滤?虹吸?浓缩加水?)三倍来计算,总的咖啡因含量也只相当于三盎司的普通咖啡,这个量的确是远远低于一杯单量咖啡的。星巴克的大杯可是有16盎司……虽然咖啡因是水溶性的,相同条件下的确谁和水接触得时间短谁就得到更少的咖啡因,但espresso用的是高温高压的水蒸气,这个是大大提高溶剂效率的东西。不说别的,取相同两块冰糖,一块浸在冷水中三分钟,另一块用90℃热水冲刷30秒,你敢确定哪个溶液中糖更多吗?

      网上的确也有人说espresso稠,但这个“稠”是因为咖啡中的脂质被抽提了出来,并不是说加了奶泡以后变稠的。口感是个很细微的东西,是不能看出来的。

      “水的压力:一般的热水冲泡法,只能萃取咖啡内部可溶于水的物质,而Espresso却可进一步由高压,萃取非溶于水的物质。这些高压将使咖啡内部的脂质(Lipophilic Substances)完全乳化,溶入水中,这是“醇味”(body)的主要来源。乳化会使得Espresso的口感较为黏稠,让人喝起来有“如天鹅绒般轻滑细柔”的感觉;且黏稠会形成较低的表面张力,更能侵入味蕾,使香醇回荡于口腔之内,久久不散。”

      至于水温的问题,云老大可能是疏忽了。。。做espresso要8.2-9.0个大气压,这个压力即使是100℃的水也不会沸腾,所以应该直接就是90°左右的水,反正压力已经足够大了。

      • 云无心说道:

        谢谢lalunasun,已在原文改过了。
        关于咖啡因含量的问题,在第一部分的留言就有人提过。本来我以为“含量”和“浓度”这种概念在初中化学里就讲过了,用不着我罗嗦的。

  10. dimlau说道:

    不知你从哪里查的资料,总之出入很大,修改一下吧,不要误导大家。

    1.“做真正的卡布奇诺的咖啡机”──其实就是意识咖啡机,有全自动和半自动(还有拉杆也就是手动的但是比较少见有其国内)之分。
    2、“水温超过100度”──这么做出来的espresso根本不合格,甚至根本不能喝,espresso要求水温90度左右,高了会变苦低了会变酸(相对来说)。
    3、“因而得到的咖啡很浓”──好的espresso上面会漂浮一层混合了二氧化碳和咖啡油脂的东西,所以看上去会很粘稠,其实下层的液体部分也不是很浓。

    4、这一条最重要,你从哪里查的资料?其实讨论咖啡因含量一定要拿相同的咖啡品种的不同做法之间比较,不然就没有意义了。
    而因为大家知道咖啡因是水溶性的,所以同样品种的咖啡豆,萃取越快咖啡因含量越少;
    意式(比如espresso)咖啡因为是进行20~30秒的快速萃取所得的咖啡,所以会比相同咖啡豆用其他方式做出的咖啡咖啡因含量低很多。至于具体低多少,我没有实验过,有资料说“Espresso的咖啡因含量大概是普通单品咖啡咖啡因含量的1/4,是速溶咖啡咖啡因含量的1/8-1/10”

    另外关于意式咖啡种类这里有一些咖啡牛奶比例示意图:http://diggcafe.com/club/space-550-do-blog-id-842.html

    • lalunasun说道:

      上面漂的那个,是空气和油脂的混合物,没二氧化碳什么事

      • dimlau说道:

        作为一个咖啡师,我说那是二氧化碳和油脂得混合物是因为经过实验我们知道用不新鲜的、二氧化碳已经排放完毕的咖啡豆去冲煮espresso你是看不到上面那一层粘稠的东西的。

    • 云无心说道:

      1.“做真正的卡布奇诺的咖啡机”是相对于自动饮料机而言,不知道“出入”在哪里。
      2.这里是我疏忽了。只顾了强调高温对于萃取的意义,忘了卡布奇诺中的实际温度了。谢谢。
      3.“咖啡很浓”是指萃取出来的东西浓度高,跟有没有那层油脂无关。而且接着就举了咖啡因的例子来做说明。
      4.这个“最重要”的问题都用不着专业资料,你在网上随手一搜就到处都是这么说的。只要你明白“浓度”和“含量”的区别,就不会觉得有什么出入了。

      • dimlau说道:

        “出入很大”不是针对第一条,不要避重就轻,主要是说温度和咖啡因含量,尤其是咖啡因含量。

        你提到了浓度和含量,我们还是先来说含量,因为这个是我比较关心的,听我说完之后相信也会使大家所关心的。

        首先你的回复指出不需专业资料只要随便一搜就有结果,相信这不会是松鼠会的专业态度吧?
        网上搜索到很多人认为意式特浓(espresso)含咖啡因高于普通咖啡,这本身就是一个误区,怎么能拿着这种误区来说事?

        我前面也提到,讨论咖啡因含量必须要拿同种咖啡豆的不同处理方式来说,比如同样的阿拉比卡种咖啡豆,用意式机做出的espresso和用其他任何一种方式做出的咖啡(比如写字楼里常见的美式滴虑咖啡吧),在都做到充分萃取的情况下比较的结果都会是espresso里的咖啡因要少。这和萃取时间和萃取温度有关,时间越短水温越低,咖啡因也就越少。espresso是水温90度左右大概25秒完成萃取。而其他比如虹吸壶、美式滴虑壶,一般是要水达到沸腾,而且至少3~5分钟才能完成萃取。谁的含量高一目了然。

        另外你所说的普通咖啡,我觉得在我们所处的环境中速溶咖啡才更“普通”,而速溶咖啡一般用罗布斯塔种咖啡豆来制作,罗布斯塔种咖啡豆本身的咖啡因含量就比阿拉比卡种的含量要高大概一倍。(我们做过实验,咖啡豆同程度的烘焙结束后阿拉比卡中咖啡豆咖啡因含量大约3.5%罗布斯塔种7%,具体数据见图:http://diggcafe.com/club/attachment/200910/2/550_1254454488WzZi.png)

        好吧,你可能会说你文中提到的是浓度而不是含量。但是请注意,espresso有固定的份量,single espresso是7克咖啡粉大概出30毫升咖啡(double是14克出30毫升但是在国内很少有人喝),而你所说的普通咖啡一般没有固定分量,举个例子同样的7克粉,用热水冲,在保证口感的前提下大概可以出120毫升左右,浓度的确一下降低了,但是没有人会只喝30毫升这种清淡的咖啡吧?就像基本没有人把espresso兑水兑到120毫升一样。所以如此讨论浓度真是毫无意义。

        关键是到底喝一杯espresso和一杯上述的直冲咖啡哪个更健康?这个才更重要,一句“就咖啡因而言,通常浓度是普通咖啡的两三倍”很可能让追求低因咖啡的人转而去喝咖啡因含量更高的咖啡去了。这也不是你或者科学松鼠会的目的吧?

        如果你坚持要说浓度,请注明对比条件,毕竟影响力是用来指引别人而不是误导别人的。谢谢。

        • stecue说道:

          你是哪的咖啡师?反正美国这边espresso和普通brew出来的咖啡都很常。每次喝咖啡,或者说每个"serve",Espresso基本总是一小杯,而普通咖啡当然基本都是那种大杯的。你看到的资料说含量啥啥的应该都是针对"每serve“,也就是你每次喝的总量来说的,而不是同体积的两种咖啡。其实学过一点化学的看到浓度都没有任何岐义,你自己搞了一个模糊的”含量“,又没明白资料上说到底是什么情况,结果把自己绕晕了。

          • dimlau说道:

            我们也不说浓度也不说含量,你喝一杯espresso和一杯虹吸壶煮出来的咖啡,摄入的咖啡因哪个更多?这个才是关键不是么?

          • dimlau说道:

            含量不是我搞出来的概念,毕竟我们关心的是最终的摄入量而不是浓度,不是么?

        • dimlau说道:

          修正一点,我说的single espresso是相对double来说的,其实一般叫shot

        • lalunasun说道:

          谁那么没脑子把不同品种的咖啡来比较?
          要不,咱滴定?

          • dimlau说道:

            这和有没有脑子无关,非专业人士没有几个知道速溶咖啡和意式咖啡用得咖啡豆是不同品种的。
            你说要滴定那当然是一种更严谨的态度,我之前学习咖啡烘焙的时候其实作过相关实验比如不同烘焙程度的咖啡豆中各成分含量的对比等。但是现在没有这种条件,如果你真的做了,请不吝告知结果。

            PS。讨论告以段落吧,不然别人还以为我是来捣乱的。

            其实我的初衷只是很单纯地希望文章可以说明,喝一杯30毫升的espresso和喝一杯大概150毫升的虹吸或滴虑出来的咖啡(者都是基本份量,平时喝咖啡大多都是这个量),就咖啡因摄入量来说是espresso比较少(这个应该没有异议吧)。直是我没料到各位会对“浓度”这么执着,espresso浓度再高你也只会喝30毫升,滴虑咖啡浓度再低也扛不住你一次几百毫升的喝。我不知到在这个问题上讨论浓度除了会误导还有什么其他意义。

          • lalunasun说道:

            做实验最常用的方法就是控制变量法吧,那肯定是要控制品种/数量/烘焙程度/加工方式的啊

        • lynn说道:

          真是专业啊,长了一次见识。所谓隔行如隔山。

  11. dimlau说道:

    再另外……所谓浓缩咖啡或者意式特浓,只不过是国人的翻译而已,并不代表espresso的本意,不要拿浓缩来说事。espresso是意大利语,“压力之下”的意思。

  12. egyptcotton说道:

    猜测lz接的是不是鸟窝的单子啊…这学期我们院楼下的面包房的速溶咖啡多了新口味,托福托福啦~

    • lalunasun说道:

      刚看了云老大新书。。。的确是鸟窝的单子!你真牛,这都能猜出来。。。不过关于水温和压力的问题,还是有点瑕疵~

  13. pc说道:

    对你的折腾
    我除了佩服还是佩服
    但我实在是
    觉得你的实验室也很强大啊

  14. hbchendl说道:

    用核磁共振来扫描食物,真下本钱。
    应该是专门用来干这事的仪器吧?开始我还以为你要把咖啡拿到医院去玩呢。

    • 云无心说道:

      就是一台低频核磁而已,除了干这个还要干好多别的事情。成像只是功能之一。我们有个教授就是靠核磁吃饭的,不过他不做我做的这个成像。

      • Rico说道:

        那这台机器能不能看人的身体啊?比如像电视里演的,一个人躺着被推进一个隧道里,然后在显示器上就出现了屏幕的那种?

        • 云无心说道:

          你看到的那种是安婆婆玩的,考古群博上的《扫脑记》有好玩的内容。
          我们用的这种外观和操作跟光度分析的仪器差不多。样品装在一个小管子里放进去,然后扫描。

        • lalunasun说道:

          那是不就 MRI

      • hbchendl说道:

        其实叫“核磁共振”的仪器早就有了,但它与现在医院里的用的“核磁共振成像仪”不一样。在实验室里使用个小点的核磁共振成像仪真是个好主意。比如给实验室里的小耗子作个核磁共振成象,然后让它继续活着,可以继续进行研究。
        不过我还没见过实验室里配备了这个好东东。所以很好奇。

        • yunwuxin说道:

          核磁共振成像仪就是核磁共振仪器加了一些附件和软件,核心是产生磁场梯度,用软件控制运行和收集数据。实验室用的低频核磁只要做样品分析的,我们系里的那两台都不用来做活体的。这种低频成像很常见的一个应用就是样品中水分的分布变化,很多时候都用不上成像。比如说,粮食在干燥过程中水分分布如何变化,食物样品在保存过程中水的散失等等。

  15. hbchendl说道:

    去噪声除了迭加的方法外,还有个招:滤波。

  16. yair说道:

    我的收获:大概了解了“信噪比”这个常常看到的概念

    • astrobear说道:

      关于叠加的信噪比的理论,云大侠叙述错了。
      实际上,叠加后,噪音的强度也是叠加的,但它不是线性的。
      如果是随机的噪音,N个相同强度的噪音叠加得到的是sqrt(N)倍强度的噪音。当然,同时,N个信号叠加得到的还是N倍的信号。所以信噪比提高到sqrt(N)倍。

      “对于一个具体的检测来说,如果我们做两次检测,然后把检测结果相加,那么信号就会加强,但是由于“噪音信号”是杂乱无章的,相加的结果是只是另一个强度相同的噪音。这样,信号加强了,但是噪音的强度没有变化,检测结果就更加清晰。”

  17. harvey说道:

    水与咖啡粉接触的地方水温可达95度,我跑过来就是为了提醒这个的,google订阅的显示还是超过100度

  18. 兰心宝宝说道:

    咖啡因果然是个好东西………………

  19. 白左说道:

    各种吃的~~云无心是不是很心宽体胖啊~

  20. 甲玛说道:

    注意到LZ的签名,在实验室里做饭?好好玩。

    今天居然看到用MRI来扫描泡沫的,太好玩……

  21. 偷果果说道:

    云大侠,鼓掌……撒花……

  22. magic说道:

    昨天买咖啡的时候看见MM现磨豆豆,然后把装粉粉的小容器向上扣到咖啡机上,几秒钟就流出了浓浓的咖啡,原来这就是espresso,实验室做饭的学问还真有趣。

  23. 桑园说道:

    不看不知道,世界真奇妙。如此复杂的东西,被你七说八说后,觉得也挺有意思!
    原来所谓科学的东东也不是那么难懂!
    就象我以前不知道钢琴也可以玩得那么酷!看过马克西姆之后才知道。
    网络真是个好东东!

  24. 还没好说道:

    老大,什么时候上续篇啊……

  25. 李雪说道:

    汽水+咖啡,能产生超多泡沫,而且很持久。
    我没真的把汽水兑咖啡里,每次都是喝完咖啡懒得涮缸子,剩点底(我喝浓黑咖啡),然后直接倒可乐或雪碧,产生的泡沫都令我惊讶。即使喝完汽水,泡沫还粘在杯壁上。

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