在家里煮的咖啡和在咖啡馆买的味道如此不同？数学家告诉你答案

爱喝咖啡的朋友们，是否都有过这样一个疑问：为何在家里煮的咖啡和在咖啡馆买的味道如此不同?有时，同一家店的咖啡可能在一周之内味道也会变好几次?你或许会猜，是不是因为咖啡师改变了咖啡的配方?但在一篇最近发表于《物质》杂志上的新研究表明，这种变化源自于冲泡方法中所存在的一种内在不一致性。

发表了这篇论文的作者们认为，他们已经找到的是一种能为咖啡党们带来福音的研究结果，可以让喜爱咖啡的人每次都能制作出美味的意式浓缩咖啡。

在介绍这种方法之前，或许我们先要探讨的是，怎样的咖啡才能称得上好的咖啡。一杯咖啡的质量取决于咖啡的品种、产地、烘焙和水化学。此外，冲泡方法也在决定整体风味方面起着关键作用。意式浓缩咖啡有着最复杂的冲泡方法，因为它需要精确的测量。与此同时，意式浓缩咖啡还是所有咖啡的基础，无论是拿铁还是卡布奇诺，都是以它作为基底的。

根据历史上咖啡协会给出的定义，意式浓缩咖啡应该是一种体积为25-35毫升，重约20-30克的咖啡饮品，通常由7-9克被研磨过的咖啡制成，制作意式浓缩咖啡的水温一般在92°C - 95°C，水流在压力下经过20-30秒的流动时间通过咖啡粉。这些是已经被引入了咖啡行业的参数指标，但它与现如今大多数咖啡馆所使用的配方有很大的区别。现在的咖啡店通常更偏好于在冲泡时使用更多的咖啡粉(15-22克)，制造出重约30-60克的咖啡饮品。

影响咖啡质量的主要因素的相对重要性，其中咖啡植物本身是最重要的因素。| 图片来源：Christopher H。 Hendon / University of Oregon

当制作一杯意式浓缩咖啡时，咖啡粉和水的用量，以及咖啡粉被研磨的粗细程度，都由咖啡师来操控;咖啡机中的水压、温度和冲泡量，也都能对口感造成影响。这些参数共同支配着约2000多种不同化学物质的相对比例，产生一个微妙的平衡过程。

然而，哪怕咖啡师把每个步骤都做到自己心目中的完美，可是用相同配方制作出的意式浓缩咖啡仍然可能存在很大的差异。可能这杯尝起来是覆盆子和黑巧克力的味道，另一杯尝起来就成了机油味。虽然对于咖啡来说，每个人都有自己的口味偏好，但“执拗”的科学家们却相信，他们可以捣鼓出一套程序，使得咖啡师能在每一次的咖啡制作过程中，都达到他们预期的口味。

这项以“拯救咖啡师”为使命的研究团队是一个由数学家、化学家、材料学家和咖啡师组成的团队，他们创建了一个数学模型，用这个模型来模拟在真实的咖啡环境中冲泡浓缩咖啡的细节。利用这个模型，他们预测出有多少固体咖啡最终会在杯中溶解，由此得到的百分比数据，即萃取率，是咖啡业内用来评估不同咖啡配方的一个关键性指标。

通过求解一系列方程之后，他们发现，这个模型能够准确地预测出在现实生活中会出现的萃取率——但有一个例外，那就是当咖啡被研磨得非常细的时候。这是个例外是由水流在通过被研磨的很细的咖啡粉饼的过程变得非常不可预测而导致的，它能让部分粉饼结块。这也就是说，在这样的情况下，有的部分的咖啡没有被充分萃取(萃取率低)，而有的部分则被过度萃取(高萃取率)。

但对于专业的咖啡师来说，他们的目标可能不仅仅是做出一杯美味的咖啡，而是希望他们制作出的每一杯咖啡都有着可复制的美味。通过检测每一杯浓缩咖啡的萃取率，可以对每一杯咖啡质量的一致性进行监测。

然而，研究人员通过模型却得到了意料之外的结果，他们发现，若想做出美味的咖啡，咖啡师要做的是减少咖啡粉的用量，并且把咖啡研磨得稍微粗一点。这样就能实现可重复性高、萃取率高的咖啡冲泡。

研究人员根据数学理论发现，减少咖啡的重量意味着水在流过更浅的咖啡粉饼时会流动得更快。被研磨得更粗的咖啡粉会造成一个相对更易渗透的咖啡粉饼，从而使得水流和萃取都变得均匀且可预测。这样一来，就可以在每一次都制造出味道相同的浓缩咖啡。

当然，研究人员深知，并非每个人的口味都相同，因此他们通过一系列程序来将这一点纳入了考量。咖啡师们可以使用这些程序来寻找不同的咖啡味道。即使有人喜欢的正是那种混合了未被充分萃取和过度萃取所形成的复杂的咖啡味道，在模型中也仍然可以通过将两杯具有不同萃取率的咖啡混合在一起来模拟。

而除了味道之外，从这次的模拟结果中还能得到了一个重要的启示，那便是咖啡师能够在不牺牲咖啡质量的情况下，将每杯浓缩咖啡的剩余浪费缩减25%，这能显著提高他们的利润。据模型预测，如果实践模拟结果所建议的方法，仅美国的咖啡市场每年的节省额就将高达11亿美元。

这对咖啡爱好者来说无疑也是一个好消息。近年来有研究表明，由于气候变化，60%的野生咖啡物种正面临灭绝的威胁，因此这一发现具有尤为重要的意义。所以最终，减少咖啡的用量不仅能制造出更好更美味的浓缩咖啡，而且也有益于我们的环境。

关键词： 数学家 咖啡