让每一杯咖啡都好喝的秘诀，看了好几篇paper才找全

咖啡种类繁多，香浓醇滑，是很多人的最爱。据美国国家咖啡协会（National Coffee Association）的统计，美国人平均每人每天喝超过三杯咖啡，而2015年美国咖啡行业的总经济影响为2252亿美元。^[1] 咖啡虽然极受欢迎，不过常喝咖啡的人可能都遇到过这种情况：就算同一家咖啡店，同一个咖啡师，同一批咖啡豆，有时也会出现昨天咖啡味道极佳而今天口感焦苦的情况。那么，到底是什么决定了一杯咖啡的味道？

意式浓缩咖啡

借用固液萃取扩散原理（物理萃取）的公式（一看公式就头疼的同学可以跳过这一段），G表示扩散溶质的物质的量。一杯咖啡的味道取决于溶解的咖啡类物质的浓度，因此，味道与萃取率（我们称之为水粉比）、萃取温度、压力、萃取时间、研磨粗细等都有密切的关系。

G，扩散溶质的物质的量；D，扩散系数——对应决定因素“水温”、“压力”；F，扩散面积——对应决定因素“研磨粗细”；ΔC，界面浓度差；ΔX，扩散距离；t，萃取时间。

一颗咖啡豆中，可溶性物质约占30%左右，而这些物质并不是溶得越多越好喝。美国麻省理工学院（MIT）的Christopher H. Hendon博士（现为俄勒冈大学助理教授）对咖啡做了一系列深入的研究。他发现，对一般人来说，一杯咖啡中含有1.2%-1.5%的咖啡成分和8%-10%的咖啡成分时，都是好喝的。前者恰好是大部分滤泡式咖啡的萃取度，而后者对应的是意式浓缩咖啡（Espresso）的萃取度。^[2]

能够萃取到8%-10%咖啡成分的方法非常少，意式咖啡机是其中最常见的。但能达到1.2%-1.5%萃取比例的方法就很多了，常见的有手冲、法压壶、虹吸壶、爱乐压、美式滴滤咖啡等。这些方法的设备有一个共同特点：都比意式咖啡机便宜。

咖啡的萃取方法

当然了，意式咖啡机也可以做出1.2%-1.5%比例的咖啡——把一杯浓缩咖啡加热水稀释，就得到了我们常说的“美式咖啡”（Americano）。那么问题来了，咖啡饮品中的咖啡含量都差不多时，为什么喝起来的口感却大相径庭呢？

树上的咖啡果

这我们就要谈到咖啡的萃取顺序了。首先被萃取出来的是具有水果酸味的一些有机酸和烘焙过程中发生的美拉德反应产物等；伴随着萃取率的提高，咖啡的苦感物质会被继续萃取出来；而最后被萃取出来的会使一些焦味、涩味等不好的味道。美国精品咖啡协会（Specialty Coffee Association of America，SCAA）曾绘制过咖啡“风味轮”，帮助人们分析咖啡的不同味道。

SCAA的咖啡“风味轮”

因此，合适的水温有助于萃取出的酸苦平衡的咖啡液，生成“甜”的口感，而过高的水温会让很多味道不好的复合物流入水中，造成咖啡的焦苦，我们称之为“过萃”。

咖啡的研磨粗细也很重要。咖啡粉越细，比表面积越大，萃取越充分，但水流过的速度也会相应变慢，造成过萃现象。研究发现咖啡豆种类对研磨粗细没有太大的影响，而咖啡豆的处理温度不同，却会导致明显的粗细差别。当咖啡粉粗细不均一时，容易出现粗的咖啡粉萃取不足，而细的咖啡粉已经过萃，这杯咖啡一定是一杯难喝的咖啡了。^[3]

粒径分布与豆子种类无关。图片来源：Sci. Rep. ^[3]

在选择磨豆机时，不要选择螺旋桨式刀盘，因为它磨出来的咖啡粉粗细不均，被戏称为“砍豆机”。有条件的话最好选用平行刀盘或者追星刀盘，磨出来的咖啡粉粗细相对比较平均。

螺旋桨式刀盘（左）vs.平行刀盘（右）

咖啡豆的新鲜度也会影响一杯咖啡的味道。新鲜烘焙的咖啡豆含有二氧化碳和其他挥发性物质，会慢慢从咖啡豆里释放出来。随着时间的推移，这些挥发性物质会逐渐减少，有损咖啡的味道。因此大部分咖啡馆不会使用烘焙时间超过一个月的咖啡豆做手冲。较低的温度会降低挥发速率，这就解释了为什么将咖啡储存在冰箱中可以延长了它的保质期。

手冲时闷蒸步骤，咖啡粉中气体的溢出

另外，水质也会对咖啡的口感产生影响。相比“软”水，使用具有较高镁和钙离子含量的“硬”水会让咖啡具有更浓的味道，这是因为咖啡因等化合物在酿造过程中会“粘”在镁离子上。硬水也含有较高含量的碳酸氢盐，这会使咖啡的苦味更重。^[4]

“无论是什么原因，科学已经远离咖啡很长一段时间了，”被人戏称为“咖啡博士（Dr. Coffee）”的Christopher Hendon说，“因此，在其中可以发现大量的财富。我把咖啡视为做实验的对象，去除人的因素和感官的影响，你喝到的咖啡才是真正纯净的咖啡。”^{[5, 6]}

拿铁。图片来源：小希

总结一下，让每一杯咖啡都好喝的秘诀是：使用平行刀盘或者追星刀盘的磨豆机，将新鲜烘焙的咖啡豆研磨成粗细均匀的咖啡粉，再使用水质略硬的水，在合适的水粉比以及萃取温度、压力、时间条件下，达到1.2%-1.5%或8%-10%的萃取度。

——尾声——

某甲：听说了吗，“星巴克咖啡致癌”！

小希：滚……

某甲：美国法官都说了！

小希：可长点心吧，要是咖啡致癌，美国佬早就死光了，还开个啥星巴克。

某甲：咖啡里含有致癌化学物质——丙烯酰胺！

小希：哟~~还知道丙烯酰胺。懒得跟你说，这几篇拿去看（相关阅读：报道一、报道二、报道三），清醒清醒。

参考文献：

1. http://www.ncausa.org/Industry-Resources/Economic-Impact

2. The impact of solvent relative permittivity on the dimerisation of organic molecules well below their solubility limits: examples from brewed coffee and beyond. Food Funct., 2017, 8, 1037, DOI: 10.1039/c6fo01796g

3. The effect of bean origin and temperature on grinding roasted coffee. Sci. Rep., 2016, 6, 24483, DOI: 10.1038/srep24483

4. The Role of Dissolved Cations in Coffee Extraction. J. Agric. Food Chem., 2014, 62, 4947−4950, DOI:10.1021/jf501687c

5. https://around.uoregon.edu/drcoffee

6.https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/newsreleases/2018/march/perfect-shot-of-espresso-every-time-with-chemistry.html

（本文由小希供稿）