文章很长！但是大家一定要坚持住！ 因为看到就是赚到！
是的，强无敌的天体运动学家 Jonathan Gagné又双叒叕放出了 替身攻击大招！这一次，他深度分析了市面上常见的一些锥形滤纸，并给出了自己的科学建议，一直有关注大JO哥的我们兴奋不已，决定马上翻译搬运给大家！
本篇内容全部翻译/搬运自大JO哥的博客，过程中会篇幅需要略有删减，原文地址已放入“阅读原文”，感兴趣看full version的朋友可进一步阅读。
这次的翻译工作由来自 无锡的Neo小哥协助完成，能够如此迅速地搬运到平台上来全靠他的功劳！让我们一起谢谢他！ 谢谢Neo！
废话不多说，让我们正式开始内容吧！
An In-Depth Analysis of Coffee Filters
我很高兴这台显微镜的成像素质还不赖。这为观察滤材微观孔隙带来了令人兴奋的可能性，也可由此判断滤材与冲煮滤器的适配度。显而易见的是孔隙并不是圆形的，而且它们也并不贯穿纸膜，它们更像是纸浆纤维相互堆叠的空隙。
当我看到上面那个不错的图片后，我立即拿出V60盒装滤纸并拍摄了另外一张照片如下：
正如你们所见，相比之下这张照片几乎看不到什么孔隙。我意识到这是由于盒装滤纸更厚，然而幸运的是我可以通过调整图像分析来解决这个问题，以下是调整后的成像图片：
然后我意识到使用这个显微镜确实可以进行适当的分析，至此事情越发变得有趣。为此，我收集了一些不同制造商的滤纸如下：
（原文有商品购买链接）
- Hario tabbed V60 bleached paper filters （Hario V60 漂白袋装滤纸）
- Hario tabless V60 bleached paper filters （Hario V60 漂白盒装滤纸）
- Hario tabbed V60 unbleached paper filters （Hario V60 原色袋装滤纸）
- Cafec V60 unbleached paper filters （Cafec V60 原色滤纸）
- “Coffee Sock” V60 cloth filters （Coffee Sock V60 滤布）
- Aeropress bleached paper filters （Aeropress 爱乐压漂白滤纸）
- Aesir bleached paper filters for Aeropress brewer （Aesir 爱乐压漂白滤纸）
- Chemex unbleached paper filters （Chemex 原色滤纸）
- Chemex bleached paper filters （Chemex 漂白滤纸）
- Osaka metal filter for pour over （Osaka 手冲金属滤网）
- Hario unbleached paper filters for siphon （Hario 虹吸壶原色滤纸）
- Hario cloth filters for siphon （Hario 虹吸壶滤布）
- Whatman Grade 597 quantitative bleached paper filters （Whatman Grade 597 定量漂白滤纸）
孔隙分布分析
Analysis of Pore Distributions
现在是时候了解真正的技术细节了。正如我所提到的，其中一件更有益用的事情是通过这些微观图片来确定每一种滤材中孔隙的数量与均匀度，为此我对这些图片进行了一些技术处理。
以下是Hario原色滤纸的原始彩色图像：
如果我们只看蓝色通道，棕色部分的阴影对比度变化将非常明显：
而如果我们换做RGB通道，这些变化会相对减弱一些：
但使用红色通道再加上一般的绿色通道，我们将得到对比度变化更小的效果：
正如我之前提到的，重新标准化图像对比度是非常重要的一步，这样无论滤材的厚薄都可以清晰的看到孔隙。
以下是标准化之前的图像效果：
上图的孔隙很难被观察到，以下是标准化对比度之后的效果：
另外，为了得到更平滑的图像和保留更精确的孔隙形状，我使用了巴恩沃斯滤波器。
这是上图在巴恩沃斯滤波器下的成像效果：
如你所见，这移除了很多因皱褶和阴影引起的变化。
我采用的另一个步骤是使用插值算法来放大分辨率并检测孔隙，你可以直观的看到这导致的结果，所有监测到的孔隙都被标记为红色：
此时，我只计算了图像中标记为红色孔隙的像素部分。
这些计算得到我获得的每一个微观图片的孔径分布。然后，我把每种滤材照片下的孔径分布与其平均值合并。以下是我得到的Hario袋装滤纸的示例：
正如你所见，孔隙数量分布的峰值似乎位于显微镜的空间分辨率之下，但我们稍后会看到，这不是问题，因为我们对孔隙分布如何影响流速更感兴趣，并且我们将会看到针对我测试的所有滤材，小于10微米的孔隙对流动的贡献微不足道。
以下是每种滤材的孔隙分布对比： 
显然，Osaka金属滤网的孔隙比其他滤材更多。我发现对比下面标准化的孔隙分布更有趣，并可以通过冲煮方式来对它们进行分组：
Pour Over手冲
Aeropress爱乐压
Siphon虹吸壶
从上面的分布可以看出，滤纸的孔径孔隙分布更均匀（曲线的斜率更陡）。我觉得非常有趣的是所有原色的滤纸看起来更均匀。这可能预示着漂白过程会影响滤纸的孔隙分布，进而可能会影响冲煮，这个我们稍后再来研究。
上面这些看起来或许会有些困惑，因为它们是建立在每微米每平方毫米单位表面积下的孔径孔隙（微米单位）数量分布。让我们换一种方式，计算每种类型滤材每毫米下的孔隙数量，通过适当的计算调整来最终展现每种滤材的孔隙组成占比（移除了金属滤网）：
滤材厚度
Fliter Thickness
在接触上述这些滤材时可以明显感受到它们不同的厚度，这是他们的一大特性，因为会影响流速。为此我订购了一个精度20微米的卡尺来测量它们实际的厚度。而这个过程并不像你们想象的那么简单，如果卡尺用力过猛，滤材会被挤压或者破损，并且在打湿或注水过程中并不能测量到其真实的厚度。
为此我不断的进行测量，直到最终得到的平均值误差小于卡尺的最小精度。
为此针对上述提到的滤材，我总共测量了700多个厚度数值，以下是我获得的厚度数值表：
- Chemex原色滤纸: 167 ± 23 μm
- Chemex漂白滤纸: 210 ± 22 μm
- Hario原色滤纸: 203 ± 21 μm
- Hario袋装滤纸: 206 ± 21 μm
- Cafec: 207 ± 21 μm
- Hario盒装滤纸: 242 ± 22 μm
- V60滤布: 690 ± 22 μm
- 爱乐压: 120 ± 22 μm
- Whatman: 170 ± 22 μm
- Aesir: 220 ± 22 μm
- 虹吸壶滤纸: 220 ± 22 μm
- 虹吸壶滤布: 645 ± 22 μm
这是相同数据下的图示：
Filter Flow 滤材流速
关于滤材属性的另一个重点是下水速度（流速）有多快。这受到孔径分布、滤材厚度、硬度，以及它们和V60内面的贴合程度有关，因为更好的贴合度会减慢气流向上的逸出，从而减缓流速。由于流速是许多复杂和相互交织的因素的函数，这边就省略了公式和计算方式，直接贴出结果，按冲煮方式分组如下：
Pour Over手冲
如上所示，在所有情况下，大于20微米的孔隙是水流的主要通道。你可能会感到惊讶的是，与之前的孔隙数量分布图相比，Hario盒装滤纸与袋装滤纸的位置发生了互换（即Hario盒装滤纸似乎在孔径分布上更均匀，但在流速上更不均匀）这是因为盒装滤纸的孔隙更大，所以当我们讨论流速时，它们就比小孔隙显得更重要。因此在实际操作中，这使得Hario袋装滤纸看起来更好。
以下是对上述流速分布进行合并排布之后的理论结果：
在计算出这些理论化的流速之后，我继续测量了这些滤材的实际流速。我使用了Hario的聪明杯，放上滤纸，并在里面贴上一根带有刻度的筷子。我先用150克25℃的蒸馏水预冲洗滤纸和滤杯，以便滤纸与滤杯更好的贴合，再关闭聪明杯水阀，之后再加入150克室温的蒸馏水。
我在打开Hario聪明杯水阀的同时按下Iphone计时器，并使用Iphone的照明灯照射水面来观察水位的下降，当水位最终通过筷子上黑色标记时停止计时。针对每种滤材我进行了6次测量，这能让我得到更好的结果和更准确的误差估算，以下是生成的实际流速结果：
- Cafec: 5.79 ± 0.03 mL/sec
- Hario盒装滤纸: 6.89 ± 0.05 mL/sec
- Hario袋装滤纸: 11.03 ± 0.02 mL/sec
- Hario原色滤纸: 15.3 ± 0.1 mL/sec
- V60滤布: 18.1 ± 0.3 mL/sec
- Osaka金属滤网: 67.8 ± 0.6 mL/sec
- Chemex漂白滤纸: 7.23 ± 0.02 mL/sec
- Chemex原色滤纸: 9.82 ± 0.02 mL/sec
现在让我们来比较以上流量分布的理论值与实际值是否对应良好：
如果理论化的流速是完美的，那么图中所有滤材的图示都会沿着直线下降。而如你所见情况并非如此，不同材料或不同皱褶度制成的滤材所表现的结果似乎并不同。我认为这部分可能是因为它们贴附于滤杯的效果不同，但我认为滤材内部的皱褶不同也可能影响流速，因为水更倾向于沿着褶皱流而不是表面的任何有地方。如果这是真的，那么内部平滑的滤材将是更可取的，因为它们会使得液体在表面的流动更均匀。在这里，我无法确定这是否真的如此。
我另一个假设是，滤纸的孔隙更倾向于斜的而不是径直的，在这种情况下，滤纸的有效厚度总是大于实际厚度。虽然这种假设可能成立，但我观察到滤材的厚度与理想流速和实际流速之间并无明显的关联，这表明这种影响不是造成这些差异的最大原因。
滤纸的污染效应
The Tainting Effect of Filters
关于咖啡滤纸另一个经常讨论的因素是，它们如何影响咖啡的风味。例如产生纸浆、纸板风味，并且这也是通常为什么要在冲煮前先冲洗滤纸的原因。当然可以肯定的是，这样做还有其他原因，比如预热滤杯并确保滤纸更好的处于滤杯中，这些也是我们预冲洗滤纸的原因。
我曾经做过一个实验，我预先冲洗了Hario盒装滤纸和袋装滤纸（漂白型），然后将它们浸入热水中几分钟，之后我品尝了这些水。我没办法说除了水还有什么别的味道，所以在预冲洗过它们之后我可以毫不担心的使用它们。
但是有一个更客观的方法来测量每一种滤纸可能对咖啡风味的污染程度，用蒸馏水浸泡并测量最终水体的TDS值。我决定通过模拟典型的冲煮水温与时间来测量它们，我把干燥的滤纸放入Hario聪明杯内，注入200克蒸馏水并加盖静置三分钟。
然后我将水放入小陶瓷杯中并用塑料盖盖住亦避免蒸发。在等了几个小时，水温接近室温（27℃）后，我测量了所有样品的TDS值，在减去蒸馏水中基础的1ppm值之后，以下是我得到的结果：
- Hario tabbed bleached（Hario漂白袋装滤纸）: 0 ppm
- Hario tabless bleached（Hario漂白盒装滤纸）: 0 ppm
- Cafec bleached（Cafec漂白滤纸）: 1 ppm
- Hario unbleached（Hario原色滤纸）: 5 ppm
对于原色滤纸来讲，这一切似乎是个警示，但我在这里测试的是这些滤纸在没有预冲洗情况下，将最终影响咖啡饮品的能力。正如前面提到的，去除这些污染并不是预冲洗滤纸的唯一原因，所以我当然还是建议你们要预冲洗下滤纸。但有些情况下，比如放在意式咖啡机的粉碗上，是否预冲洗就可能无关紧要。现在对我来讲更有趣的是，如果我们预冲洗滤纸会对这些数值有什么影响，以及我们需要冲洗多大的程度。
对于第一个实验，我使用Hario聪明杯和蒸馏水，并打开水阀，随后分三次注入50克水并收集在三个杯中，最后注入热的蒸馏水流入另外的陶瓷容器中，再用塑料盖盖住让其慢慢降到室温。之后分别测量这些杯中的TDS值，再去掉蒸馏水中基础的1ppm值之后，以下是我得到的结果：
第一段（滤材干燥滤纸）：入50.3克，出47克（5ppm），滤材吸收3.3克水并溶出0.235毫克物质。 第二段：入49.7克，出48.5克（3ppm），滤材吸收1.2克水并溶出0.146毫克物质。 第三段：入49.9克，出49.6克（1ppm），滤材吸收0.3克水并溶出0.050毫克物质。 第四段（热水）：入49.8克，出49.8克（1ppm），滤材吸收0克水并溶出0.050毫克物质。
这表明自来水可以去除滤材中的大部分可溶出物质，但热水可以更多的溶出，虽然我怀疑1ppm的可溶物是否可以被人品尝到。似乎滤纸可以吸收4.8克水并溶出0.481毫克物质。 对于第二个实验，我全部使用了热水，并且将第四段注水合并到第一段，也就是第一段注水100克，因为我知道50克不足以去除所有可溶物质。
第一段（滤材干燥滤纸）：入100克，出95.8克（10ppm），滤材吸收4.2克水并溶出0.958毫克物质。 第二段：入49.6克，出48.8克（6ppm），滤材吸收0.6克水并溶出0.293毫克物质。 第三段：入49.3克，出48.5克（0ppm），滤材吸收0.8克水并溶出0.0毫克物质。
这样，似乎很清楚150克热水足以洗去滤纸中的可溶物质，滤纸吸收了5.6克的水，溶出1.251毫克物质，是第一次实验的两倍多。因此，最好使用热水来预先冲洗未漂白的滤纸，相反，漂白滤纸即使第一段冲洗也没有物质溶出。
均匀度指数
Uniformity Index
我期待滤材的一种特性是液体在其表面流动的一致性，这将有助于均匀的萃取。如果孔隙在滤材的某些区域过于集中，这将导致通道的产生，进而导致萃取的不均匀。为了估算其对滤材的影响，我比对了每个滤材微观图片下的理论流速值和差值，如果我将显微镜放在不同的区域总是显示类似相近的流量值，那么这说明不同区域间的均匀度更高，所以通道应该是极少的。
以下是我为所有提及滤材计算的均匀度指数：
上面的误差是基于少量统计数据的偏差。请记住，更高的均匀度是好的，这意味着液体在其表面流动的更均匀。请注意，未漂白的滤纸再次展现出优势。
正如我提到的，我怀疑更高均匀度的滤材可以产生更均匀的萃取，如果你使用小水流注水可能更是如此。这又开启了有趣的实践实验，比如似乎Hario原色滤纸可以让我们达到更均匀的萃取，并且当其他因素保持不变时，这将导致更高的平均萃取率。
滤材堵塞指数
Filter Clogging Index
由于极细粉堵塞滤材孔隙而致使流速变慢，是在冲煮咖啡时遇到的典型问题。如果滤材流速非常快，因为它有非常大的孔径，而咖啡粉可能会堵塞它们，因此在冲煮过程中流速可能会大幅下降，并且很大程度上取决于你的冲煮方式（比如闷蒸阶段的量，以及是否有搅拌等等）。如果因为滤材很薄而流速很快，那么流速的降低可能就不那么重要，并且对你的冲煮技术也不太敏感。
通过计算滤材的孔径分布和磨豆机的粒径分布之间的重叠，是可以以客观有效的方式来计算堵塞指数的。
无论怎样，你应该总是避免滤材堵塞。滤材通常不会以均匀和直接的方式堵塞，这意味着当水流开始沿着优先路径优先流动时，你将得到通道，而这将会导致通道路径周围的过度萃取，并且在饮品中产色涩味。因此，如果使用细粉更多的磨豆机，则应该考虑使用较小堵塞指数的滤材；反之，如果使用细粉极少的磨豆机或者筛掉细粉，这可能就不那么重要了。
以下是我测试所得的所有滤材的堵塞指数：
记住，指数越小意味着滤材对于堵塞越不敏感，未漂白滤纸似乎仍然保持着优势。
最终建议
Final Recommendations
我知道这篇文章包含了大量的信息，所以我想将我学到的一些内容提炼成实用的建议。请记住，这些都是基于有限的实验，例如，润湿滤材会影响孔径分布，并且滤材表面更均匀的孔隙可能对于非常小的粉床而言却是通道。因此，下面的这些建议只是建议，可以当做你们下一次V60实验探索的指南。
普通金属滤网
Metal Filters in General
在我看来，金属滤网存在一个主要的问题是：孔隙通常很大，以至于流速受研磨度的限制，这将迫使我们采用非常细的研磨度来平衡冲煮时间。但也意味着很多极细粉会通过滤网，另外它没有类似纸浆纤维间相互堆叠的复杂间隙，而是只有非常均匀且偏平的大孔隙。因此金属滤网不会堵塞，任何小到足以通过孔隙的细粉都将直接进入饮品中，它们会产生具有悬浮固体和细粉、干净度较低、醇厚度较高的饮品，就我个人而言，我不喜欢这样。
普通滤布
Cloth Filters in General
滤布在流速和大孔隙方面与金属滤网类似，但是它还有正确清洗和重复使用的麻烦。更多的相关内容可以查看我之前写的一篇关于高萃取率虹吸壶配方的文章，但我是直接放弃使用它们的。
手冲滤纸
Paper Filters for Pour Over
滤纸对我来说更有趣，因为它们较小的孔隙可以防止咖啡粉进入饮品中。粉床在固定极细粉方面作用明显，但如果滤纸有较大的孔隙，其中一些（粉床底部或者向下迁移的那些）仍会通过。
我从这篇分析中得到的重要观点是，漂白似乎会恶化孔隙分布的质量。就孔径的一般扩散而言这确实如此，但即便如此会多少影响水流在滤纸表面的通过。
这令我相当惊讶，因为我最初偏颇的忽略了未漂白的滤纸，因为他们有影响咖啡风味的隐患。但正如上面分析所示，似乎使用150克热水充分预冲洗，就可以去除这个问题。
我还没有为此积累任何实际的证据，但我怀疑使用未漂白滤纸可能会减少任何情况下的通道（因为水流会更均匀的通过滤纸表面），并使你的冲煮更好的应对堵塞效应（因为大孔隙数量更少），且一直具备稍快的流速（因为单位面积下有更多的孔隙）。
同样的结论适用于Chemex，尽管它们更大的滤纸肯定会需要更多的水来预冲洗。我没有做针对它的实验，但根据它们的重量来看（Chemex滤纸5.4克，Hario滤纸1.4克），我建议使用约4倍的水来预冲洗。
另一个令我惊讶的结果是Hario盒装滤纸在所有指标上看起来都不如Hario袋装滤纸；它们流速更慢，更不均匀的孔隙，以及更容易堵塞。
Cafec滤纸就显得很特别，它们被漂白的更温和；它们的孔隙分布和污染能力介于漂白滤纸与原色滤纸之间。如果你真的害怕纸张味道，或者讨厌使用大量的水来预冲洗，那么它们可能是你最佳的解决方案。但是请记住，它们的流速比其他滤纸慢得多。
所有这些结论都可以在下图中看到，我将所有手冲滤纸对应的堵塞指数与流速放在一张表上，向右是更容易堵塞的，而向上是流速更快的。我还用越大符号来表示水流在其表面流动的均匀性越好，这意味着不管你的冲煮技术如何，越大的符号表示越不易受到通道的影响。
爱乐压滤纸
Aeropress Filters
对于爱乐压滤纸，这边只有两个比对者，因为我怀疑人们会开始订购Whatman滤纸并切割它们用于爱乐压。但即使你乐于这样做，似乎Aesir滤纸在对抗通道和堵塞方面的稳定表现都名列前茅。然而它似乎流速更慢，因为它是标准爱乐压滤纸的两倍厚；它每个表面积上的孔隙比爱乐压滤纸多，但这可能不足以弥补它的厚度。但是请记住，爱乐压冲煮还有另一个无法界定的变量，就是你可以更用力的压，来弥补这些差异。
在我看来Aesir会更适用于爱乐压冲煮，这确实非常符合我有限的主观体验。
滤材堵塞是什么样的？
What does a Clogged Filter Look Like
我们可以很明显的看到孔隙成棕色，这可能是由咖啡油脂引起的，但我们看不到明显的细粉堵塞在孔隙口上。这并不让人意外，因为我们能预料到堵塞可能产生在表面之下。
我希望你们喜欢这篇文章！它绝对是迄今为止工作量最大的一篇，但我认为这是值得的。
致谢
Acknowledgements
我要特别感谢Alex Levitt给了我Cafec滤纸，Scott Rao给了我Chemex漂白滤纸，并进行了有用的讨论，没有这些讨论我就不会考虑均匀度指数的重要性。我还要感谢Doug Weber的有用评论。
版权信息：
以上文章内容转载自【微胖的烘焙师】，转载请联系原作者。
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