煮一杯咖啡需要学好这些物理与化学

咖啡在手工饮料中是独一无二的，因为在消费的时候，制作者对其质量起着重要作用。相比之下，对于直接购买成品的啤酒和葡萄酒；消费者唯一能控制变量是喝酒的温度。

那么，为什么使用相同的咖啡豆，咖啡馆制作的咖啡总是与在家制作的不同呢？

这可能是他们经过多年的训练，可以更好地利用化学和物理学的原理。温度，水中含有的微量化学成分，咖啡豆研磨后的粒度分布，水与咖啡豆的比例，时间，也许最重要的是生咖啡的质量，这些变量在制作一杯美味的咖啡中都起着至关重要的作用。

咖啡的含量能有多高？

要讨论咖啡馆和家庭制作咖啡的不同，除了咖啡厅带来的心理学和环境暗示的作用，我们最需要考虑的制作方法本身。

对于一杯咖啡里有机酸，美拉德产物（糖与氨基酸、二肽或三肽反应生成的呈色物质），酯类，以及杂环化合物的比例，我们人类似乎喜欢质量分数约为1.2-1.5％或者8-10%的产品。前者的代表是过滤式咖啡，后者的代表是蒸馏式咖啡。超过这一含量范围的咖啡，以目前的技术是很难达到的。即使是对于8-10%含量的咖啡，能到到这个范围的技术也是屈指可数的，大家最为熟悉的产品是蒸馏式咖啡。

然而，有许多方法可以实现含有1.2-1.5％咖啡的饮料。例如手冲，土耳其咖啡，阿拉伯咖啡，爱乐压（Aeropress），法压壶，虹吸式咖啡或滴滤咖啡。这些技术都可以制作出很好的咖啡。相比于蒸馏技术，他们有一个相当的优势，那就是便宜。蒸馏咖啡机可以生产较高浓度的蒸馏式咖啡，例如美式蒸馏机，通过对过滤式咖啡进行短暂的蒸馏获得蒸馏式咖啡。

所有这些方法都会在杯中产生大致相同的咖啡量。那么为什么他们的口味会如此不同？

当咖啡遇到水

在低浓度方法中有两种冲泡方式：将咖啡完全浸泡水中，或者将水流过装有咖啡的容器。

从物理角度来看，主要区别在于全浸泡系统中咖啡颗粒的温度较高。咖啡提取中最慢的部分不是风味化合物从颗粒表面溶解的速率；而是这些化学物质在固体内部移动到固-液界面的速率。而这一速率随着温度的增加而提高。

更高的颗粒温度意味着咖啡颗粒内的更多风味化合物将被提取。但更高的温度也使更多不需要的化合物也溶解在水中。特色咖啡协会提供一个风味轮，帮助我们谈论这些口味。

流水式的冲泡系统更复杂。在浸泡式方法中浸泡时间是控制量，而流水式冲泡的时间取决于研磨尺寸，并且要控制流速流量。在制作过程中，水与咖啡比例也是很重要的。在不改变制作总时间的情况下，研磨得越精细，因为水渗透的速度越慢，风味化合物被提取的量越多。可以通过使用较少的咖啡来增加水与咖啡的比例，但随着咖啡的质量减少，酿造时间也需要降低。流水式冲泡咖啡的工艺优化是多维的，比浸泡式更棘手。

其它需要控制的变量

即使可以优化制作方法和仪器，来精确模拟你最喜爱的咖啡师，你仍然可能制作不出味道一模一样的咖啡。咖啡质量还受到有三个微妙的因素影响：水中的微量化学成分，研磨产生的粒度分布以及咖啡的新鲜度。

首先，水中的微量化学。由于咖啡是酸性饮料，制作用水的酸碱度可能产生很大的影响。含有低水平的钙离子和碳酸氢盐（HCO3-）（即软水）的水将导致较高的酸感；而含有高水平HCO3-（通常是硬水）的水将降低酸感，甚至会产生颗粒感，因为碳酸氢盐会中和咖啡中的大部分酸。

理想情况下，我们通常用化学物质含量中等的水冲泡咖啡。但是，你很可能不知道自来水中的碳酸氢盐浓度，而且很小的变化也会产生很大的不同。要品尝其影响，可以尝试使用依云牌矿泉水来制作咖啡。这是碳酸氢盐浓缩最高瓶装水之一，含量达到360mg / L。

研磨机产生的粒度分布也很重要。每个咖啡爱好者都会正确地告诉你，刀片磨床是不受欢迎的，因为它们产生的粒度分布非常随机，可以同时存在很细粉末和完整的一颗咖啡豆。磨盘式磨粉机是较好的选择。其特征在于具有两片带有牙齿的金属，将咖啡切成较小的碎片。只有足够小的颗粒才会通过内部的孔出来。

然而，在使用磨盘式磨粉机时，如何优化研磨设置依然存在争议。一个学派支持磨咖啡尽可能的最大化表面积，这样可以提取更高浓度的风味物质。另一个学派则主张尽可能粗磨，以最大限度地减少生成负面风味道的细小颗粒。也许这里最有用的建议是根据你的喜好来做出选择。

最后，咖啡本身的新鲜同样至关重要。焙炒的咖啡中含有大量的CO2和其他挥发性物质。这些物质被捕获在固体咖啡基质中；随着时间的流逝，这些气态有机分子将会从豆子中逸出。更少的挥发物意味着不那么美味的咖啡。大多数咖啡馆不会使用烤制后超过四周的咖啡，以强调使用新鲜的烤豆的重要性。可以通过冷却咖啡的方式来减轻陈化的速度，将咖啡储存在冷藏箱的密封容器中能显著延长新鲜度。

所以不要因为在家里制作不出咖啡馆一样的咖啡而感到难过觉得。有很多变数（科学的和其他的因素）需要仔细控制才能制作出一杯出色的咖啡。大多数这些变量不是能通过一些数学算法来优化，而是靠人的舌头。最重要的是，你的咖啡对你来说味道很好就够了。