如何用化学和物理来酿造完美的咖啡

咖啡在手工饮料中是独一无二的，因为咖啡在消费时的质量中起着重要作用。相比之下，饮酒者购买生啤酒和葡萄酒作为成品;他们唯一的消费者控制变量是你喝它们的温度。

为什么咖啡馆的咖啡师生产的咖啡总是与家里酿造的咖啡豆品尝不同？

这可能取决于他们多年的训练，但更有可能的是，他们能够利用化学和物理学的原理。我白天是材料化学家，我在这里适用于其他固体的许多物理因素都适用。温度，水化学，粒度分布，水与咖啡的比例，时间以及可能最重要的是生咖啡的质量的变量都在生产美味杯子中起关键作用。这就是我们如何控制这些变量，使得杯子可以重现。

一杯乔有多强？

除了咖啡师准备的咖啡在咖啡馆中如此美味的心理和环境贡献之外，我们还需要考虑酿造方法本身。

我们人类似乎喜欢含有咖啡成分（有机酸，美拉德产品，酯和杂环，仅举几例）的饮料，其含量为1.2至1.5％（如过滤咖啡），也有利于含有8％至10％的饮料质量（如浓缩咖啡）。超出这些范围的浓度难以执行。有限数量的技术可以达到8％到10％的浓度，浓缩咖啡机是最熟悉的。

但是，有许多方法可以获得含有1.2％至1.5％咖啡的饮料。倾倒，土耳其，阿拉伯，Aeropress，法式压榨，虹吸或分批酿造（即常规滴灌）设备 - 每个都生产在这些浓度附近味道好的咖啡。这些酿造方法也比其浓缩咖啡具有优势：它们便宜。浓缩咖啡机可以生产这种浓度的饮料：Americano，它只是用水稀释到浓缩过滤咖啡的浓缩咖啡。

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所有这些方法导致杯中的咖啡量大致相同。那为什么他们的味道如此不同？

当咖啡遇见水时

在低浓度方法中有两个酿造设备系列 - 那些将咖啡完全浸没在酿造水中的那些以及使水流过咖啡床的那些。

从物理角度来看，主要区别在于完全浸没系统中咖啡颗粒的温度较高。咖啡提取的最慢部分不是化合物从颗粒表面溶解的速率。相反，它是咖啡风味通过固体颗粒移动到水 - 咖啡界面的速度，并且该速度随温度而增加。

较高的颗粒温度意味着将提取更多捕获在咖啡颗粒中的美味化合物。但更高的温度也会让更多不需要的化合物溶解在水中。特色咖啡协会提供了一个风味轮，帮助我们谈论这些口味 - 从绿色/植物性或纸质/霉味到红糖或干果。

倾倒和其他流通系统更复杂。与控制时间的完全浸没方法不同，流通时间取决于研磨尺寸，因为地面控制流速。

在酿造时间，水与咖啡的比例也很重要。简单地研磨更细以增加提取总是改变酿造时间，因为水通过更细的地面更慢地渗出。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，酿造时间也减少。因此，过滤咖啡酿造的优化是多维的，并且比完全浸没方法更棘手。

要尝试控制的其他变量

即使您可以优化您的酿造方法和设备以精确模仿您最喜爱的咖啡师，您的家庭酿造品仍然几乎肯定会与咖啡馆的味道不同。有三个微妙之处对咖啡质量产生巨大影响：水化学，研磨机产生的粒度分布和咖啡新鲜度。

首先，水化学：鉴于咖啡是酸性饮料，酿造水的酸度会产生很大影响。含有少量钙离子和碳酸氢盐（HCO 3 - ）的酿造水 - 即软水 - 将产生高度酸性的杯子，有时被描述为酸性的。含有大量HCO 3 - - 通常是硬水 - 的酿造水将产生白垩杯，因为碳酸氢盐已经中和了咖啡中的大部分味道酸。

理想情况下，我们希望在中间某处用含有化学成分的水冲泡咖啡。但是很有可能你不知道自己的自来水中的碳酸氢盐浓度，一个小的变化会产生很大的不同。为了品尝这种影响，尝试用最高碳酸氢盐浓度瓶装水之一Evian冲泡咖啡，浓度为360 mg / 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，刀片研磨机不受欢迎，因为它们会产生看似随机的粒度分布;粉末和基本上整个咖啡豆可以共存。另一种是毛刺研磨机，它有两块带齿的金属，可将咖啡切成小块。只有当它们足够小时，它们才允许磨碎的颗粒通过孔。

但是，在使用毛刺研磨机时，如何优化研磨设置存在争议。一种思想支持尽可能精细地研磨咖啡以最大化表面积，这使您可以提取更高浓度的最美味。竞争对手的学校主张尽可能粗磨，以尽量减少产生负面味道的细颗粒的产生。也许这里最有用的建议是根据您的口味偏好确定您最喜欢的。

最后，咖啡本身的新鲜度至关重要。烤咖啡含有大量的二氧化碳和其他挥发物，这些二氧化碳和其他挥发物被困在固体咖啡基质中：随着时间的推移，这些气态有机分子将逃离豆类。较少的挥发物意味着一杯不太美味的咖啡。大多数咖啡馆将不会在烤肉日期后的四周内供应咖啡，强调使用新鲜烤豆的重要性。

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人们可以通过冷却咖啡来缓解老化的速度（如Arrhenius方程所述）。虽然你不应该在开放的容器中冷却你的咖啡（除非你想要用手指冲泡），将咖啡放在冰箱里的密封容器中会显着延长新鲜度。

因此，在家里精心酿造的一杯咖啡永远不会与您在咖啡馆购买的东西叠加在一起，这并不奇怪。有许多变量 - 科学的和其他的 - 必须被争论才能产生一个最高级的杯子。请放心，大多数这些变量都不是通过某种数学算法优化的，而是通过某人的舌头优化的。最重要的是你的咖啡对你有好处…冲泡后冲泡。

本文最初发表于Christopher H. Hendon的The Conversation。阅读原文。