以下文章經許可轉載自The Conversation，這是一個報道最新研究進展的線上出版物。
咖啡在手工飲品中獨樹一幟，因為釀造者在咖啡的飲用質量方面起著重要作用。相比之下，飲用者購買桶裝啤酒和葡萄酒時，它們已經是成品；他們唯一可以控制的變數是飲用溫度。
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為什麼咖啡館的咖啡師製作的咖啡總是與在家用相同的咖啡豆沖泡的咖啡味道不同？
這可能是因為他們多年的培訓，但更可能是因為他們能夠運用化學和物理學原理。我白天是一名材料化學家，我應用於其他固體的許多物理學考量也適用於這裡。溫度、水化學、顆粒大小分佈、水與咖啡的比例、時間和，也許最重要的是，生咖啡豆的質量都在製作一杯美味咖啡中起著至關重要的作用。正是我們對這些變數的控制，才使得咖啡的品質可以復現。
一杯咖啡要多濃？
除了心理和環境因素導致咖啡館咖啡師沖泡的咖啡味道如此之好之外，我們還需要考慮沖泡方法本身。
我們人類似乎喜歡咖啡成分（有機酸、美拉德產物、酯類和雜環化合物，僅舉幾例）質量百分比為 1.2% 至 1.5% 的飲料（如濾泡咖啡），也偏愛質量百分比為 8% 至 10% 的飲料（如意式濃縮咖啡）。超出這些範圍的濃度很難實現。能夠達到 8% 至 10% 濃度的技術數量有限，其中最常見的是意式濃縮咖啡機。
但是，有很多方法可以獲得咖啡濃度為 1.2% 至 1.5% 的飲品。手衝、土耳其式、阿拉伯式、愛樂壓、法式濾壓壺、虹吸壺或批次沖泡（即普通滴濾）器具——每種方法都能製作出濃度在此範圍內的美味咖啡。這些沖泡方法也比意式濃縮咖啡機更具優勢：它們很便宜。意式濃縮咖啡機可以製作出這種濃度的飲品：美式咖啡，它只是用濃縮咖啡加水稀釋到濾泡咖啡的濃度。
所有這些方法最終都會在杯中產生大致相同量的咖啡。那麼為什麼它們嚐起來會如此不同呢？
當咖啡與水相遇
低濃度沖泡裝置分為兩類——一類是將咖啡完全浸泡在沖泡水中，另一類是讓水流過咖啡粉床。
從物理學的角度來看，主要區別在於，在完全浸沒系統中，咖啡顆粒的溫度更高。咖啡萃取最慢的部分不是化合物從顆粒表面溶解的速度。相反，它是咖啡風味穿過固體顆粒到達水-咖啡介面的速度，而這個速度會隨著溫度的升高而加快。
較高的顆粒溫度意味著更多被困在咖啡顆粒內的美味化合物將被萃取出來。但是，較高的溫度也會讓更多不需要的化合物溶解在水中。《特種咖啡協會》提供了一個風味輪，幫助我們談論這些風味——從綠色/植物味或紙味/黴味到紅糖或乾果味。
手沖和其他流ผ่าน式系統更加複雜。與時間可控的完全浸沒式方法不同，流ผ่าน式沖泡時間取決於研磨度，因為咖啡粉控制著流速。
水與咖啡的比例也很重要，它會影響沖泡時間。簡單地將咖啡粉磨得更細以增加萃取率，必然會改變沖泡時間，因為水會更慢地滲過更細的咖啡粉。可以透過減少咖啡粉的用量來增加水與咖啡的比例，但隨著咖啡粉質量的減少，沖泡時間也會縮短。因此，濾泡咖啡沖泡的最佳化是多維的，比完全浸沒式方法更棘手。
其他需要嘗試控制的變數
即使您可以最佳化您的沖泡方法和器具，以精確地模仿您最喜歡的咖啡師，您的家庭沖泡咖啡仍然幾乎肯定會與咖啡館的味道不同。有三個細微之處對咖啡質量有巨大影響：水化學、研磨機產生的顆粒大小分佈和咖啡的新鮮度。
首先，水化學：鑑於咖啡是一種酸性飲料，沖泡水的酸度會產生很大的影響。含有低濃度鈣離子和碳酸氫根 (HCO3-) 的沖泡水——即軟水——會產生酸度很高的咖啡，有時被描述為酸味。含有高濃度 HCO3- 的沖泡水——通常是硬水——會產生粉質感的咖啡，因為碳酸氫根中和了咖啡中的大部分美味酸。
理想情況下，我們希望使用水化學成分介於兩者之間的水沖泡咖啡。但您很可能不知道自家自來水中碳酸氫根的濃度，而一個小的變化就會產生很大的影響。為了品嚐這種影響，請嘗試用依雲水沖泡咖啡——依雲水是碳酸氫根濃度最高的瓶裝水之一，濃度為 360 毫克/升。
您的研磨機產生的顆粒大小分佈也至關重要。
每位咖啡愛好者都會正確地告訴您，刀片式研磨機不受歡迎，因為它們會產生看似隨機的顆粒大小分佈；可能同時存在粉末和基本上完整的咖啡豆。另一種選擇是磨盤式研磨機，它具有兩個帶齒的金屬部件，可將咖啡切割成逐漸變小的碎片。它們只允許研磨後的顆粒透過孔徑，前提是顆粒足夠小。
關於使用磨盤式研磨機時如何最佳化研磨設定，存在爭議。一種觀點認為，應儘可能精細地研磨咖啡，以最大化表面積，從而讓您以更高的濃度萃取出最美味的風味。另一種觀點提倡儘可能粗糙地研磨，以最大限度地減少產生負面風味的細小顆粒。也許這裡最有用的建議是根據您的口味偏好來確定您最喜歡哪種。
最後，咖啡本身的新鮮度至關重要。烘焙過的咖啡含有大量的二氧化碳和其他揮發性物質，它們被困在固體咖啡基質中：隨著時間的推移，這些氣態有機分子會從咖啡豆中逸出。揮發性物質越少意味著咖啡的風味越差。大多數咖啡館不會出售烘焙後超過四周的咖啡，這強調了使用新鮮烘焙咖啡豆的重要性。
可以透過冷卻咖啡來減緩陳化速度（如阿倫尼烏斯方程所述）。雖然您不應該將咖啡放在敞口容器中冷藏（除非您想要魚腥味的咖啡），但將咖啡存放在冷凍室的密封容器中將大大延長新鮮度。
因此，不要因為您在家精心沖泡的咖啡永遠比不上您在咖啡館買的咖啡而感到難過。有很多變數——科學的和其他方面的——必須加以控制才能製作出一杯完美的咖啡。欣慰的是，大多數這些變數都不是透過某些數學演算法最佳化的，而是透過某人的舌頭最佳化的。最重要的是您的咖啡味道符合您的口味……一杯又一杯。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。