对于世界各地的咖啡爱好者来说，这里有一个令人沮丧的消息：您早晨的一杯咖啡可能不像您想象的那么提神。传统的咖啡冲泡技术——尽可能精细地研磨大量咖啡豆——实际上可能会导致制作出劣质饮品，并且会浪费咖啡渣。根据发表在《Matter》上的一项新研究，为了提供持续高品质的饮品，咖啡生产商应该改用更粗的研磨方式，并减少使用量。
咖啡之所以能神奇地提振疲惫不堪的人们，是因为它含有从咖啡豆中提取的令人愉悦的咖啡因分子。提取过程取决于您想制作的饮品类型（例如浓缩咖啡、滴滤咖啡、法压壶咖啡），但它们具有相同的基本步骤。生咖啡豆经过烘焙、研磨，然后与热水混合。如果操作得当，由此产生的过滤液体可以改善许多人的生活。但一群研究人员想知道，传统上使用大量极细研磨咖啡粉的方法是否真的能制作出优质饮品。
为了找出答案，研究人员首先聚焦于浓缩咖啡，这种浓缩饮品经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，以最优化的方式从咖啡渣中提取浓缩咖啡，他们很快发现，由于爪哇天然形状的复杂性，这是一项艰巨的任务。咖啡豆有两种粒度，大颗粒和细颗粒，类似于爆炸性火山岩的家族。
朴茨茅斯大学的数学家、联合资深作者杰米·M·福斯特（Jamie M. Foster）说：“要精确地求解具有咖啡[滤网]那样复杂几何形状的冲泡过程的物理和传输方程，需要的计算能力比谷歌还要多。”
为了计算从固体到液体的传质——这是当热水与咖啡渣混合以制作标志性饮品时发生的过程——科学家们借鉴了电池建模方法。他们将锂离子在电池电极中的移动比作咖啡因分子从咖啡渣中溶解出来。最终，该团队选择专门分析浓缩咖啡风格的咖啡，因为这种饮品的体积小，往往会放大任何冲泡错误。
研究人员考察了冲泡过程的各种组成部分，包括干咖啡粉的质量、水压和咖啡渣的粗细程度。他们发现，细研磨的咖啡粉容易堵塞浓缩咖啡机；最终，堵塞的咖啡滤网会阻碍在冲泡过程中提取的液体量，并产生不均匀的口感。
俄勒冈大学的计算化学家、联合资深作者克里斯托弗·H·亨登（Christopher H. Hendon）说：“咖啡行业的大多数人都在使用细磨设置和大量的咖啡豆，以获得苦涩和酸涩的混合口感，这种口感是不可预测且无法重现的。”
尽管人们可能期望细磨的咖啡豆在机器中能均匀湿润，但有些区域比其他区域浸泡得更多；因此，过度萃取的区域会产生苦味，而萃取不足的区域会增加酸味。因此，采用这种方法很难获得一致的浓缩咖啡风味和高冲泡比。
与此同时，粗研磨的咖啡粉更有效率，并且能产生更可重现的风味。它们需要的浓缩咖啡萃取时间更短——在 7 到 15 秒之间——这与行业标准的大约 25 到 35 秒不同。更长的萃取时间会进一步溶解咖啡化合物，从而带有烧焦的味，这肯定不是每个人都喜欢的。尽管如此，口味无疑是主观的。该研究并没有声称已经掌握了浓缩咖啡的风味，而是为进一步研究提供了起点。
除了可靠的口感，该研究还强调了使用更少、更粗的咖啡豆在经济和环境上的益处。在俄勒冈州的一家咖啡馆实施该方法后，从 2018 年 9 月到 2019 年 9 月，使用过的咖啡渣量减少了 25%。在全国范围内，该团队估计每年可节省 11 亿美元。
随着气候变化威胁着世界各地的咖啡作物，资源消耗更少的咖啡也可能有用。咖啡作物需要低二氧化碳环境和相对稳定的温度，这通常由赤道附近的高海拔地区保证。然而，主要的咖啡出口国已经无法预测作物产量。例如，埃塞俄比亚面临气温升高和降雨减少；到本世纪末，该国可能会失去多达 59% 的咖啡种植用地。2014 年，巴西的干旱使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在商店里使用更少的咖啡渣，但亨登预测，随着更多商店能够获得这种技术，对花式咖啡的需求将会增加。他表示，最终，这种方法可以使更高品质的咖啡更加普及。
虽然这种冲泡模型可能不适用于所有人，但亨登希望它能带来更可持续和可重现的冲泡方法和条件。
亨登说：“咖啡制作人的偏好非常重要。我们正在阐明他们如果想更好地驾驭浓缩咖啡冲泡的参数空间，就需要考虑的变量。”
