以下文章经许可转载自The Conversation，这是一个报道最新研究进展的在线出版物。
咖啡在手工饮品中独树一帜，因为酿造者在咖啡的饮用质量方面起着重要作用。相比之下，饮用者购买桶装啤酒和葡萄酒时，它们已经是成品；他们唯一可以控制的变量是饮用温度。
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为什么咖啡馆的咖啡师制作的咖啡总是与在家用相同的咖啡豆冲泡的咖啡味道不同？
这可能是因为他们多年的培训，但更可能是因为他们能够运用化学和物理学原理。我白天是一名材料化学家，我应用于其他固体的许多物理学考量也适用于这里。温度、水化学、颗粒大小分布、水与咖啡的比例、时间和，也许最重要的是，生咖啡豆的质量都在制作一杯美味咖啡中起着至关重要的作用。正是我们对这些变量的控制，才使得咖啡的品质可以复现。
一杯咖啡要多浓？
除了心理和环境因素导致咖啡馆咖啡师冲泡的咖啡味道如此之好之外，我们还需要考虑冲泡方法本身。
我们人类似乎喜欢咖啡成分（有机酸、美拉德产物、酯类和杂环化合物，仅举几例）质量百分比为 1.2% 至 1.5% 的饮料（如滤泡咖啡），也偏爱质量百分比为 8% 至 10% 的饮料（如意式浓缩咖啡）。超出这些范围的浓度很难实现。能够达到 8% 至 10% 浓度的技术数量有限，其中最常见的是意式浓缩咖啡机。
但是，有很多方法可以获得咖啡浓度为 1.2% 至 1.5% 的饮品。手冲、土耳其式、阿拉伯式、爱乐压、法式滤压壶、虹吸壶或批量冲泡（即普通滴滤）器具——每种方法都能制作出浓度在此范围内的美味咖啡。这些冲泡方法也比意式浓缩咖啡机更具优势：它们很便宜。意式浓缩咖啡机可以制作出这种浓度的饮品：美式咖啡，它只是用浓缩咖啡加水稀释到滤泡咖啡的浓度。
所有这些方法最终都会在杯中产生大致相同量的咖啡。那么为什么它们尝起来会如此不同呢？
当咖啡与水相遇
低浓度冲泡设备分为两类——一类是将咖啡完全浸泡在冲泡水中，另一类是让水流过咖啡粉床。
从物理学的角度来看，主要区别在于，在完全浸没系统中，咖啡颗粒的温度更高。咖啡萃取最慢的部分不是化合物从颗粒表面溶解的速度。相反，它是咖啡风味穿过固体颗粒到达水-咖啡界面的速度，而这个速度会随着温度的升高而加快。
较高的颗粒温度意味着更多被困在咖啡颗粒内的美味化合物将被萃取出来。但是，较高的温度也会让更多不需要的化合物溶解在水中。《特种咖啡协会》提供了一个风味轮，帮助我们谈论这些风味——从绿色/植物味或纸味/霉味到红糖或干果味。
手冲和其他流ผ่าน式系统更加复杂。与时间可控的完全浸没式方法不同，流ผ่าน式冲泡时间取决于研磨度，因为咖啡粉控制着流速。
水与咖啡的比例也很重要，它会影响冲泡时间。简单地将咖啡粉磨得更细以增加萃取率，必然会改变冲泡时间，因为水会更慢地渗过更细的咖啡粉。可以通过减少咖啡粉的用量来增加水与咖啡的比例，但随着咖啡粉质量的减少，冲泡时间也会缩短。因此，滤泡咖啡冲泡的优化是多维的，比完全浸没式方法更棘手。
其他需要尝试控制的变量
即使您可以优化您的冲泡方法和器具，以精确地模仿您最喜欢的咖啡师，您的家庭冲泡咖啡仍然几乎肯定会与咖啡馆的味道不同。有三个细微之处对咖啡质量有巨大影响：水化学、研磨机产生的颗粒大小分布和咖啡的新鲜度。
首先，水化学：鉴于咖啡是一种酸性饮料，冲泡水的酸度会产生很大的影响。含有低浓度钙离子和碳酸氢根 (HCO3-) 的冲泡水——即软水——会产生酸度很高的咖啡，有时被描述为酸味。含有高浓度 HCO3- 的冲泡水——通常是硬水——会产生粉质感的咖啡，因为碳酸氢根中和了咖啡中的大部分美味酸。
理想情况下，我们希望使用水化学成分介于两者之间的水冲泡咖啡。但您很可能不知道自家自来水中碳酸氢根的浓度，而一个小的变化就会产生很大的影响。为了品尝这种影响，请尝试用依云水冲泡咖啡——依云水是碳酸氢根浓度最高的瓶装水之一，浓度为 360 毫克/升。
您的研磨机产生的颗粒大小分布也至关重要。
每位咖啡爱好者都会正确地告诉您，刀片式研磨机不受欢迎，因为它们会产生看似随机的颗粒大小分布；可能同时存在粉末和基本上完整的咖啡豆。另一种选择是磨盘式研磨机，它具有两个带齿的金属部件，可将咖啡切割成逐渐变小的碎片。它们只允许研磨后的颗粒通过孔径，前提是颗粒足够小。
关于使用磨盘式研磨机时如何优化研磨设置，存在争议。一种观点认为，应尽可能精细地研磨咖啡，以最大化表面积，从而让您以更高的浓度萃取出最美味的风味。另一种观点提倡尽可能粗糙地研磨，以最大限度地减少产生负面风味的细小颗粒。也许这里最有用的建议是根据您的口味偏好来确定您最喜欢哪种。
最后，咖啡本身的新鲜度至关重要。烘焙过的咖啡含有大量的二氧化碳和其他挥发性物质，它们被困在固体咖啡基质中：随着时间的推移，这些气态有机分子会从咖啡豆中逸出。挥发性物质越少意味着咖啡的风味越差。大多数咖啡馆不会出售烘焙后超过四周的咖啡，这强调了使用新鲜烘焙咖啡豆的重要性。
可以通过冷却咖啡来减缓陈化速度（如阿伦尼乌斯方程所述）。虽然您不应该将咖啡放在敞口容器中冷藏（除非您想要鱼腥味的咖啡），但将咖啡存放在冷冻室的密封容器中将大大延长新鲜度。
因此，不要因为您在家精心冲泡的咖啡永远比不上您在咖啡馆买的咖啡而感到难过。有很多变量——科学的和其他方面的——必须加以控制才能制作出一杯完美的咖啡。欣慰的是，大多数这些变量都不是通过某些数学算法优化的，而是通过某人的舌头优化的。最重要的是您的咖啡味道符合您的口味……一杯又一杯。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。