为了喝出更好的咖啡，先从更少的咖啡豆开始

对于世界各地的咖啡爱好者来说，这里有一个令人厌烦的消息：早上喝的咖啡可能没有你想象的那么提神。传统的咖啡冲泡技术——将大量的咖啡豆研磨得尽可能细——实际上可能会制作出劣质的饮料，并在过程中浪费咖啡渣。根据《Matter》杂志发表的一项新研究，为了提供始终如一的高品质饮料，咖啡生产商应该将咖啡豆研磨得更粗，使用更少的咖啡豆。

咖啡对睡眠不足的人有神奇的作用，因为它含有从咖啡豆中提取的极好的咖啡因分子。提取过程因您要制作的饮料类型而异（浓缩咖啡、滴滤咖啡、法式压滤咖啡），但它们的一般步骤相同。生咖啡豆经过烘焙、研磨，然后与热水混合。如果处理得当，过滤后的液体可以使许多人的一天过得更好。但一组研究人员想知道，使用大量非常细磨的咖啡的传统方法是否真的能制作出优质的饮料。

为了弄清这个问题，研究人员首先将研究范围缩小到浓缩咖啡，这种浓缩饮料通常用于制作卡布奇诺和拿铁。然后，他们开发了一个数学模型，以便从咖啡渣中以最佳方式提取浓缩咖啡，但他们很快发现，这是一项艰巨的任务，因为咖啡的天然形状非常复杂。咖啡豆有两种颗粒大小，一种是巨砾，一种是细粒，类似于爆发的火山岩家族。

朴茨茅斯大学数学家、本文共同资深作者杰米·福斯特 (Jamie M. Foster) 表示：“你需要比谷歌更强大的计算能力，才能准确解决咖啡（滤床）这种几何形状复杂的冲泡物理和传输方程。”

为了计算从固体到液体的质量转移（当热液体与咖啡渣结合形成这种特色饮料时会发生这种情况），科学家们采用了电池建模方法。他们将锂离子通过电池电极的运动比作咖啡因等分子从咖啡渣中溶解出来。最终，该团队选择专门分析意式浓缩咖啡，因为这种饮料体积小，往往会放大任何冲泡错误。

研究人员研究了冲煮过程中的各个环节，包括咖啡干质量、水压和咖啡粉的粗糙度。他们发现，细腻的咖啡粉容易堵塞意式浓缩咖啡机；最终，堵塞的咖啡粉床会阻碍冲煮过程中提取的液体量，并产生不均匀的口感。

俄勒冈大学计算化学家、本文共同资深作者 Christopher H. Hendon 表示：“咖啡行业中的大多数人都使用细研磨设置和大量咖啡豆来获得难以预测且无法重现的苦味和酸味混合的口感。”

尽管你希望研磨好的咖啡豆在机器内均匀浸湿，但有些区域比其他区域浸湿得更多；因此，过度萃取的区域会产生苦味，而萃取不足的区域会产生酸味。因此，使用这种方法很难获得一致的浓缩咖啡风味和较高的冲泡率。

与此同时，粗磨咖啡粉效率更高，口味更可重现。它们需要更短的浓缩咖啡冲泡时间——7 到 15 秒之间——而行业标准约为 25 到 35 秒。较长的冲泡时间会进一步溶解咖啡化合物，因此会带有焦香，这当然并不适合所有人。不过，味道无疑是主观的。这项研究并不声称已经掌握了浓缩咖啡的口味，而是为进一步的研究提供了一个起点。

除了可靠的口味外，该研究还强调了使用更少、更粗的咖啡豆的经济和环境效益。在俄勒冈州的一家咖啡馆实施这种方法后，2018 年 9 月至 2019 年期间咖啡渣用量减少了 25%。在更广泛的全国范围内，该团队计算出每年可节省 11 亿美元。

由于气候变化威胁着世界各地的咖啡作物，资源密集程度较低的咖啡也可能大有裨益。咖啡作物需要低二氧化碳环境和相对稳定的温度，而赤道附近的高海拔地区通常可以保证这一点。然而，主要的咖啡出口国已经无法预测作物的产量。例如，埃塞俄比亚面临着气温上升和降雨减少的问题；到本世纪末，该国可能会失去高达 59% 的咖啡种植地。2014 年，巴西的干旱导致全球咖啡价格翻了一番。

尽管咖啡烘焙商和生产商可能担心店内咖啡渣用量减少，但亨顿预测，随着越来越多的商店获得这种咖啡，高档咖啡的需求将会增加。他说，最终这种方法可以让更高品质的咖啡变得更加普遍。

虽然这种酿造模式可能并不适合所有人，但亨顿希望它能够带来更可持续、更可重复的酿造方法和条件。

“这在很大程度上取决于咖啡制作者的偏好，”亨顿说。“我们正在阐明他们需要考虑的变量，如果他们想更好地驾驭浓缩咖啡冲泡的参数空间。”