数学家教你如何稳定冲煮出好喝的意式浓缩咖啡

很少会有人向数学家、物理学家和材料专家请教：如何冲煮出完美的咖啡。但是，由来自全球(美国，英国，爱尔兰，澳大利亚和瑞士)的数学家、物理学家和材料专家组成的团队正在挑战意式浓咖啡。他们发现，少用咖啡，把咖啡豆磨得稍微粗一点，就是提高成品质量的关键。此时，成本更低，口味和口感也更稳定。他们的发现1月22日发表在期刊Matter上。
俄勒冈大学计算化学家Christopher Hendon说：“咖啡行业的大多数人都在使用精细研磨的工艺和大量咖啡豆，制造出难以预测和不可再现的苦味和酸度。这听起来违反直觉，但实验和建模表明，减少咖啡豆用量并使用粗研磨，就可以获得可重复的高质量咖啡。”
尽管涉及诸多因素，但冲煮意式浓缩咖啡的标准是尽可能精细地研磨大量咖啡豆(约20克)。根据常识，精细研磨意味着冲泡液体与质料的接触面积更大，这应该可以提高萃取率——咖啡中实际上溶解并最终形成混合饮料的比例。
但是，当研究人员根据咖啡师的可控因素(如水和干咖啡的质量，细度或粗度以及水压等)建立数学模型来解释萃取率时，却得到了违反常识的发现。现实中的萃取过程，无疑更加复杂。按照行业标准进行细磨会堵塞咖啡床，降低提取产量，浪费原材料，并通过不均匀地溶解残渣而导致味道不稳地。
经大量数据处理和数千次冲煮后，研究人员总结出了一个配方，可以既最大程度地提高萃取率，又令每次制作出的意式浓缩咖啡口味具有稳定性。
“优化萃取并获得可重复性的方法是研磨更粗，用水更少；而另一种方法是简单地减少咖啡豆的量。”
开发刻画冲泡浓缩咖啡的模型，并不是件易事。在基本水平上，萃取率取决于水在压力下如何流过大量咖啡末。但是，那是由数百万个形状和大小不同的单个颗粒组成的结构。它们不规则地堵塞在单个滤床中。英国朴茨茅斯大学的数学家Jamie M. Foster表示，“需要比Google服务器更高的算力，才能准确地解开像流经咖啡滤床这样复杂几何结构的物理过程和运输的方程式。”
为了攻克这一难题，研究人员从不太可能的领域吸取到灵感——电化学——咖啡因和其他分子从咖啡渣中溶解出来，与锂离子如何向电池的电极移动，具有相似性。从电池原理中借用的建模方法催生出严格的咖啡萃取模型——它能够做出有力且可检验的预言。
用模型指导生产，可以提高咖啡馆的利润，为整个咖啡行业带来可持续性收益。例如，以目前的烘焙咖啡豆价格计算，将干咖啡的质量从每杯20克降到15克，每年将为一家小咖啡馆节省数千美元，如果放大规模至美国咖啡行业，则每年可节省11亿美元。提高咖啡豆的使用效率也可以减少浪费，降低种植和生产过程中的碳足迹。
研究人员强调：“尽管存在减少浪费和提高可重复性的明确策略，但没有明显的最佳浓缩点。所谓好喝，在很大程度上取决于人的喜好；我们想要阐明的是，建立冲煮好喝的浓缩咖啡的参数空间所需要考虑的变量。”
本文译自 phys，由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。