コーヒーの味は淹れ方で変わるのか？　科学的に考えてみた

コーヒーの入れ方は大きく分けると二種類

コーヒーの抽出法はさまざまですが、その基本原理から二つのタイプに大別されます。一つは、コーヒー粉と抽出に使う水を一度に混ぜるタイプ、もう一つはコーヒー粉で層を作り、そこに水を通過させるタイプです（図1）。

図1 コーヒーの抽出法（出典：『コーヒーの科学』）

前者は「浸漬（しんせき・しんし）抽出」と呼ばれ、直接火にかけて加熱しながら煮出すものと、水やお湯に漬けるだけのものに細別する場合もありますが、抽出原理そのものは同じです。コーヒーサイフォンやプレス式、ターキッシュ（トルコ）コーヒーなどが該当します。

一方後者は「透過抽出」と呼ばれ、ドリップやエスプレッソ、ダッチコーヒーなどがこのタイプです。なお、紅茶は典型的な浸漬抽出です。

浸漬抽出の基本原理

さて、ここからちょっと高校物理の演習問題みたいな話になりますが、コーヒーの抽出を理解するため、単純化した理論モデルに置き換えて、その基本原理を考えてみたいと思います。

まずは原理が比較的単純な浸漬抽出からはじめましょう。

モデルとして、コップの中に一定量のコーヒー粉と水（お湯）を一度に全量入れたあと、攪拌しながら一定時間おきに液を取り出し、その中の一成分（成分Ａとします）の濃度を測定する実験を考えます。なお、話をできるだけ単純化するため、粉の吸水や成分濃度の偏り、成分同士の相互作用などは無視できることにします。

抽出スタートの時点では、成分Ａの全量が粉に存在し、それが徐々に水へと移動していきます。ここで気をつけなければならないのは、どれだけ長い時間が経過しても、成分Ａが100％すべて水に移動するわけではない点です。

じつは抽出中、成分Ａは粉から水に移動するだけではなく、水から粉へも移動しています。ここが食塩や砂糖などを水に溶かす「溶解」と異なる部分で、物理化学ではこのような現象を「分配」と呼びます。この例は、成分が粉と水の二つの相に分配されるため「二相分配」、あるいは固体と液体間の分配なので「固液分配」と呼ばれます。

図2　浸漬モデルとその抽出曲線　コンピュータによるシミュレート結果（出典：『コーヒーの科学』）

成分Ａがある相からもう片方の相へ移行する、時間あたりの成分量（移行速度）は、移動元になる相での濃度が高いほど大きくなります。

抽出の開始時点では、粉の中における成分Ａの濃度が最大で、水にはまったく含まれていないので、粉から水への移行速度が最大、かつ水から粉への移行速度は0です。

しかしやがて粉中の濃度が減少し、代わりに水中の濃度が増加することによって、粉から水への移行速度が減少、水から粉への移行速度が増加していき、この両方の速度が釣り合った時点で、見かけ上もうそれ以上、成分が移動しなくなります（平衡状態）。

実際のコーヒーに含まれている成分はもちろん1種類だけではありません。そこで次に、親水性が高くて溶け出しやすい成分Ａと、親油性（疎水性）で溶け出しにくい成分Ｂが含まれる場合を考えてみましょう。

成分Ａは速やかに抽出されて平衡に達するのに対し、成分Ｂはゆっくりと抽出され、平衡に達したときの濃度も低くなります。抽出液全体を考えると、時間が経つにしたがって成分量の総和が上昇すると同時に、最初は成分Ａの割合が大きかったものが、次第に成分Ｂの割合が増えていきます。

「時間が経つにしたがって濃くなるとともに、溶け出しにくい成分の割合が増える」

……これが浸漬抽出での抽出曲線の「基本形」です（図2）。