Flat vs. Cone: Basket Shape is as Important as Grind Size in Drip Brew Coffee

コーヒー

フラットボトム vs. 円錐、ドリッパーの形状が挽き目と同じくらい重要な件

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Flat vs. Cone: Basket Shape is as Important as Grind Size in Drip Brew Coffee

Flat vs. Cone: Basket Shape is as Important as Grind Size in Drip Brew Coffee

はじめに

みなさん、こんにちは。

今回は、スペシャルティコーヒーの総本山SCAが発行する25 Magazineからの記事”Flat vs. Cone: Basket Shape is as Important as Grind Size in Drip Brew Coffee – 25 Magazine, Issue 8“を読んでいきたいと思います。

もちろん、日夜ドリップの研究に余念がない皆さまなら、ドリッパーがコーヒーの出来上がりに影響することくらい、あたり前田のクラッカーでしょう。

そこをあえて今回は、天下のSCAさまがどのようにドリッパーを検証するのか、一緒に拝見してやりましょう!

一応、確認しておくと、「フラットボトム」の代表格は「カリタウェーブ」、「円錐」の代表格は「ハリオV60」といったところでしょうか。

本編

それでは早速本編です。はりきってまいりましょう!

なお、文中に表やグラフについての記述がありますが、気になるかたは適宜引用元をご参照ください。

One of the most reliable ways of starting a passionate argument, at least in a room filled with coffee aficionados, is to ask a simple question: What is the best shape for a drip brew filter basket?

コーヒー 狂たちが集まれば、熱のこもった議論を始めるのに最適なのはこんなシンプルな質問で十分。ドリッパーの形状でベストは何か?

Postdoctoral fellow Dr. SCOTT FROST, Professor JEAN-XAVIER GUINARD, and Professor WILLIAM D. RISTENPART share early results of an ongoing research project in partnership with the SCA and Breville Corporation.

ポスドク(博士号を取ったばかりの研究者)と教授、そしてSCAとBreville社がスポンサーとなって実施されている研究の成果の一部だと言っています。

「コーヒーのドリッパーの形状」が学術的な研究対象になってスポンサーがつくあたりはさすが科学の国USAです。。

Anybody who has shopped around lately for a drip coffee brewer will recognize that modern brewers typically come with a filter basket that is either “semi-conical” or “flat bottom” (cf. Fig. 1). Fans of semi-conical baskets tend to eloquently describe the enhanced flow through the coffee grounds, the increased uniformity of extraction, and the correspondingly improved taste. Confusingly, fans of flat-bottom baskets will cite exactly the same benefits for flat bottom baskets. The evidence in favor of one opinion or the other has tended to involve anecdotal reports of individual taste tests.

昨今よく使用されるドリッパーに半円錐またはフラットボトムのものがある。半円錐の支持者はその特徴を、コーヒー粉を通るお湯の流れをスムーズにすることで抽出液の均一性をもたらし、その結果味が良くなる、と説明することが多い。混乱するのは、フラットボトム支持者も全く同様の説明をすることだ。両方ともそれぞれ個別に行われた検証による裏付けの乏しい報告の場合が多い。

What has been missing, to date, is hard data to answer the question scientifically and rigorously.

ここにはこの問いに答えうる科学的で厳密に確かなデータが無いのだ。

In 2017, the SCA asked the University of California Davis Coffee Center to perform research aimed at expanding and updating the classic brewing control chart for drip brew coffee. That research is in progress (with exciting preliminary results!), but as an initial “warm-up” project (and to settle our own passionate arguments) we decided to tackle the question of flat-bottom versus semi-conical filter baskets. We were fortunate to partner with Breville Corporation, who provided underwriting for the whole project and who supplied us with their Precision Home Brewers, which feature easily swappable flat-bottom and semi-conical baskets. The main idea was to carefully hold all other variables constant (roast level, water temperature, flow rate, etc.) and to assess the impact specifically of the basket geometry on the brewed coffee.

ここはざっと意訳しますと、ドリップコーヒーのコントロールチャートを更新するプロジェクトが2017年から始まった、その一端として今回のドリッパー比較検証をすることになった、検証のパートナーとしてBreville社が参入し、同社のコーヒーメーカー”Precision Home Brewers”を使った、この機器は円錐型とフラットボトム型のドリッパーを簡単に付け替えることができるもので、ドリッパーの形状以外の条件を揃えるのに最適だった、といったところでしょうか。

特に後半部分が科学実験的アプローチで、検証環境に対する人為的な、あるいは周辺環境の影響を排除しようという姿勢が表れれています。

Designing the Experiment

実験条件

Before you can answer the question “Which shape is better?” you first have to answer the question “Is there even a difference?” Despite the firm convictions of coffee aficionados, it’s entirely possible that there actually isn’t any perceptible or statistically significant difference. To determine whether there’s a difference, we first used “discrimination testing,” also known as “triangle tests.” In these tests, a panelist would be presented with three cups of coffee, two of which were identical and one of which was different. The panelist’s job was to identify which one was different. Since each panelist has a one out of three chance of getting it right just by luck, what you’re looking for is that much more than 33% of your panelists correctly identify the different cup. If they don’t, then there isn’t any significant difference.

「どちらの形状が良いか」という質問に答える前に、「そもそも違いはあるか」という問いに答えなければならない。コーヒー狂の確固たる信念にも関わらず、知覚できる、または統計的に有意な違いがないことだって十分ありうる。違いがあるかを確かめるために、初めに「識別テスト」またの名を「トライアングルテスト」を用いた。これらのテストでは、被験者の前にはひとつだけ異なる3つのカップに入ったコーヒーが出される。被験者はその異なる一つがどれかを答える。被験者がたまたま違うカップを選ぶ可能性もあるので、33パーセント以上の確率で異なるカップを選ぶことができるかをテストすることになる。もし、33パーセント以上にならなければ、そこには有意な違いがない、ということになる。

We recruited 45 non-expert panelists to come taste the brewed coffees in the sensory descriptive isolation booths at the UC Davis Coffee Center. These booths, which are very different from a traditional cupping table, are designed to isolate the panelist to minimize context bias and to allow the coffees to be served in a truly blind fashion. The booths also feature red lights to minimize expectation bias based on how dark the coffee looks.

45人のプロでない被験者をUC Cavis Coffee Centerにある感覚記述的隔離されたブースにてテストした。これらのブースは、伝統的なカッピングテーブルとは全く異なり、文脈的なバイアスを最小限にし、完全にブラインドでコーヒーが供されるようにデザインされている。また、ブースでは赤い照明が使われており、コーヒーの濃さによるバイアスが最小限にされている。

For our triangle tests, we used what’s known as a “2 by 2” factorial design, using both basket geometries and two different grind sizes (medium and medium-fine). This “factorial design” is a fancy way of saying that we performed six different triangle tests with all the possible combinations of basket geometry and grind size (Table 1). We also performed a seventh triangle with a light roast vs. a dark roast, an obvious taste difference that served as an internal calibration and control. The focus here was to determine the effect of brew basket shape and grind size.

今回のトライアングルテストでは、「ツーバイツー」として知られる方法を採用した。それは、それぞれのドリッパーに対して2種類のコーヒー粉の粒度(中挽きと中細挽き)でテストした、ということだ。この「要因計画」はしゃれた言い方で、ドリッパーと粒度のすべての組み合わせで6つの異なるトライアングルテストを実施したことになる。また、7つ目のトライアングルテストとして、浅煎りと深煎りでテストしたが、これは明らかに異なるテイストで、内部補正と対照区として実施したものだ。ここでの焦点は、ドリッパーの形状と粒度の影響を確かめることである。

One of the most challenging aspects of performing the experiments was nailing down the details of the coffee service, because the logistics of serving triangles of hot brewed coffee are non-trivial. For example, if two of the cups are hotter than the third, then the panelist is simply detecting a temperature difference, not a taste difference, so we had to work out procedures for serving differently brewed coffees all at precisely the same temperature. Likewise, we discovered that we had to normalize the “pour height,” since some of our assistants tended to pour the coffee higher than others; the resulting difference in the number of foam bubbles on top of the coffee could give away which was different just by visual inspection. We spent quite a bit of time working out details like these to ensure rigor.

この実験で最も困難だったことの一つは、コーヒー提供の詳細を見極めることだったが、それはホットコーヒーをトライアングルとして提供するのは簡単ではないからだ。例えば、2つのカップが3つ目より熱かったら、被験者は簡単に温度の違いを検知するので、3つそれぞれ別々に抽出し、全く同じ温度で提供しなければならなかった。同様に、コーヒーを「注ぐ高さ」も標準化しなければならなかったのだが、それはアシスタントがコーヒーを注ぐ高さが他よりも高いとカップに注がれたコーヒー液の表面に浮かぶ泡の数が異なり、見た目で違うと判断されてしまう可能性があるからである。これらのような詳細を突き詰めるために多少の時間を使った。

Calculating the Results

結果の計算

The effort was worth it, though, because we obtained exciting – and counterintuitive – results, summarized in Table 1. Focusing on the first row, we see that when comparing the flat vs. cone basket shape, both using medium grind, we had 25 of our 45 panelists correctly identify the different cup. Importantly, we would expect one-third of our panel, 15 panelists, to get it right simply by luck, so the question became whether 25 getting it right is statistically significant or just a fluke. To answer this, we used what’s known as a “binomial probability distribution,” which is the type of probability that describes a series of coin tosses (but here for a “coin” that lands on heads just 33% of the time). Using this distribution, we were able to calculate the probability, or “p-value,” that 25 panelists got the right cup just by random luck. Here the p-value is 0.004, which means that if we repeated the experiment 1,000 times, we should expect to see 25 panelists get it right in only 4 of those 1,000 experiments. This is not very likely! In other words, it’s not a fluke, and there is a statistically significant perceptible difference between the two brews. We observe a similar result for flat vs. cone using the finer grind, with 23 out of 25 identifying the right cup (and a p-value of 0.024).

これらの努力が実を結び、興味深い、そして直感に反する結果が得られた。一行目は同じ中挽きでドリッパーの形状の違いを比較しているが、45人中25人が違いを判別した。重要なのは、判別したのが15人であればそれは3分の1なので単なる偶然と言えるが、25人なので統計的に有意である可能性があるということだ。これを確かめるために、「二項確率分布」として知られる方法、これはコインを投げた時の表裏がでる確率を表現する際に用いられる方法を用いた(今回の場合は「コイン」の表が出る確率が33パーセント)。この確率分布を用いると、25人が偶然の確率で正しいカップを選ぶ可能性、これをp-valueという、を計算できる。今回の場合はp-valueは0.004であり、これは実験を1000回繰り返した時、25人の被験者が偶然正解するのは4回しかない、ということを示している。つまり、その可能性は非常に低いということで、言い換えると今回の結果は偶然ではないということであり、2種類のドリッパーで抽出したコーヒーは統計学的有意に違うということになる。これは中細挽きの粒度を用いた場合も同様の結果が得られ、45人中23人が正しいカップを選んだ(p-valueは0.024)。

So for all the coffee aficionados who argue that the basket geometry affects the taste – our data indicates that they are absolutely correct.

よって、ドリッパーの形状が味に影響すると主張するコーヒー狂たちにとって、今回のデータは彼らが完全に正しいということを示した。

Surprisingly, however, our triangle tests also revealed that our non-expert panellists were not able to tell the difference in grind size. Rows 3 and 4 of Table 1 show the results for triangles brewed with the same geometry but different grind size. In the flat-bottom brewer, only 18 panelists chose the correct cup; in the conical brewer, only 15 did. This is no better than random. And we’re not talking about a minor difference: our “medium grind” had a median particle size of 1,065 microns, whereas our “medium-fine grind” had a median particle size of 799 microns, a 25% difference in size. For coffee aficionados who regularly extol the extreme importance of precisely controlling the grind size, it turns out that – for drip brew at least – regular people can’t tell the difference (at least over this range of grind size).

しかしながら、驚いたことに、今回のトライアングルテストが明らかにしたのは、被験者がコーヒー粉の粒度による味の違いを判別できなかったということである。3、4行目の結果は、同じ形状のドリッパーで異なる粒度について実験したものである。フラットボトムではたったの18人、円錐型では15人が正しいカップを選んだ。これらの結果は、偶然正解を選ぶ可能性よりも高くない。しかもこれは、些細な違いについて述べているわけではないのだ。「中挽き」は1065ミクロンの粒度で、「中細挽き」は799ミクロンなのでその違いは25パーセントである。コーヒー粉の粒度を正確にコントロールすることが極めて重要であると主張するコーヒー狂にとって、少なくともドリップコーヒーにおいては、一般の人は違いを判別できない(少なくともこの範囲の粒度では)。

The triangle tests described above show that there is a perceptible difference, but they don’t say what the difference is. To address this question, we next performed a series of detailed “sensory descriptive” experiments. In this type of testing, we ask trained (expert) panelists to assess the intensity of various flavor attributes, such as “smoky,” “citrus,” “bitter,” etc. We invited our best-performing panelists (i.e., the ones who correctly identified triangle cups most often) to join our expert panel and we trained them on the WCR tasting lexicon with appropriate sensory references. We then had them assess 26 different flavor attributes, for 8 different sample types in a “2 x 2 x 2” factorial design: 2 basket shapes, 2 grind sizes, and 2 roast levels. Our expert panel blind-tasted each brew in our sensory descriptive isolation booths and provided numerical rankings of the 26 attributes.

今回のトライアングルテストではドリッパー間で確かな違いがあることは示されたが、それがどんな違いかはわからない。この問題に取り組むために、次に取り組んだのは「感覚的な説明」に関する検証である。この種のテストでは、訓練された(プロの)被験者に「スモーキー」や「シトラス様の」、「苦み」のような様々なフレーバー特性の強度を評価してもらう。参加した被験者は、トライアングルテストで最も優秀だった被験者で、彼らをWCR味覚語彙集を元に訓練した。26の異なるフレーバー特性を、「2×2×2」の8種類の異なるサンプルタイプについて評価させた。2種類のドリッパー、2種類の粒度、2種類の焙煎度である。よく訓練された被験者が例のブースで各試料を評価し、26種のフレーバーをランク付けした。

With 12 expert panelists, each measuring 26 attributes, and 8 distinct samples repeated in triplicate, we obtained 12 × 26 × 8 × 3 = 7,488 individual data points. Needless to say, it’s challenging to represent such a large data set. A pictorial summary is provided in Fig. 2, which shows what’s known as a “principal components analysis” or PCA. This is an advanced statistical technique for taking large data sets and reducing them to the most meaningful “principal components” to help identify which populations are least or most similar.

12人の訓練された被験者が26のフレーバー特性について8種類の試料を3回づつ評価したので、12×26×8×3=7488のデータを得た。言うまでもなく、このような膨大なデータを表すのは難しい。主要なサマリーは図2に示す。これは「主成分分析(PCA)」として知られている。これは大きなデータセットを扱う応用的統計手法で、データを最も有意義な「主要要素」に絞り、どの要素が全く異なるか、あるいは最も似ているかをはっきりさせるのに役立つ。

There are several take-home messages from the PCA plots. First, and unsurprisingly, there is a large difference between the light and dark roast, as evidenced by the large horizontal separation in the roasts. More interestingly, we see that for a given roast (e.g., the light roast at left), the basket shape also yielded a meaningful difference. The flat-bottom basket yielded flavor attributes with more dried fruit, sweet, and floral flavor intensities, while the conical basket yielded more citrus, berry, and sour. Similarly, the basket shape affected the dark roast, with the flat bottom yielding more pronounced chocolate, cocoa, and woody flavors, and the conical yielding much more intense bitterness.

PCAプロットからはいくつかの持ち帰りメッセージが読み取れる。まず、予想通り、浅煎りと深煎りでは大きな違いが見られ、グラフ上でも焙煎度の間に水平方向に大きな隔たりがあった。さらに興味深いことに、それぞれの焙煎度についてドリッパーの形状もまた有意な違いをもたらしていた。浅煎りでは、フラットボトムでよりドライフルーツ、甘み、フローラルなフレーバーが強く、円錐型ではシトラス、ベリー、酸味がより強かった。同様に、ドリッパーの形状は深煎りでも影響があり、フラットボトムではより明白なチョコレート、ココア、ウッディなフレーバーがあったのに対し、円錐型では苦味が強かった。

Which is Best?

どっちがベストか?

That’s a key point, so let’s reiterate it: using exactly the same coffee, same water, same temperature, and same flowrate, we were able to change the flavor profile of the brewed coffee in a very perceptible and statistically significant manner simply by changing the geometry of the filter basket.

これが重要なポイントだったので、もう一度振り返ってみよう。全く同じコーヒー豆、同じ水、同じ温度、同じ注湯速度だった場合、単にドリッパーの形状を変えることで知覚的あるいは統計的に有意にフレーバープロファイルを変えることができる。

Having demonstrated that there is a difference, and what the difference is, the final question is “Why is there a difference?” The basket geometry affects the manner in which the liquid flows through the bed of coffee grounds, and thus alters the “mass transfer” process by which molecules move out of the solid coffee grounds and into the liquid. The underlying details of this process are complicated; the UC Davis Coffee Center is actively investigating this, and many other aspects of coffee brewing, in great depth.

違いがあり、どう違うかを示してきて、最後の問題は「なぜ違うのか?」である。ドリッパーの形状は、コーヒー粉を通るお湯の流れ方に影響し、したがって個体のコーヒー粉から液体に物質が移動する「物質移動」のプロセスを変えるのだ。根底にあるこのプロセスは複雑で、UC Davis Coffee Centerでは精力的にこのことについて、さらにコーヒードリップの多くの点についてすごい深さまで研究を続けているところである。

For now, though, you might want to know: Which basket shape is “best?” The answer, of course, is that whatever brew method tastes the best to you is “best,” and it’s up to each individual to decide. At the very least, though, the next time somebody starts debating the merits of flat-bottom vs. conical filter baskets, you can use the hard data in this article to shed some light on the debate.

だけど、とりあえず知りたいのは、どちらが「ベスト」かだろう。答えはもちろん、あなたにとってのベストが「ベスト」であり、それは各自が決めることだ。ただ少なくとも、次回誰かがフラットボトム vs. 円錐型のメリットについて議論を始めたら、今回の記事による確固たるデータを使って、議論にある程度の光を差し出すことができるだろう。

おわりに

やはり最も意外だったのは、コーヒー粉の粒度はある範囲内ではそれほど影響がない、という知見です。

それよりもドリッパーの形の方がフレーバーに与える影響が大きいというのがはっきりしたのは、なんだか視界が開けたように感じます。

また、流石にポスドクやプロフェッサークラスが関わっているだけあって、科学的な検証というのはこういうもんだ、というのを見せつけられたように思います。

結局、科学的な検証というのは二項対立的な要素を比較検証していくものなので、少なくともこういった環境下ではこのようなことが言える、というくらいの謙虚な考察結果しか得られないのが常です。

科学とはそのような地道な積み重ねの上にあるのですね。

それでは!

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