2018年9月，美国俄勒冈州尤金市的一家咖啡馆开始了一项“偷工减料”的计划。
在过去，这里的一份意式浓缩咖啡要用20克研磨咖啡来制作。而这一次实施的新配方则只会用15克——这样一杯就能省出0.13美元。
用料立减25%，顾客还不得纷纷投诉？但事实上，他们的咖啡并没有变得更寡淡——不仅如此，甚至品质还变得更稳定了。
而这一切，都得益于一个来自数学家的建议。
意式浓缩咖啡 | giphy
省咖啡秘诀：别磨太细
在咖啡店里，意式浓缩咖啡是众多咖啡饮品的基础。制作一杯浓缩咖啡，需要把高温的水加压，让它流过压平的研磨咖啡粉。在这个过程中，咖啡的颗粒粗细、水温、水压等参数都影响着成品的风味。
咖啡店里的众多饮品都从制作浓缩咖啡开始 | Americano Coffee
怎样做出完美的浓缩咖啡？从风味的角度这个问题或许很难回答，不过现在先让我们代入鸡贼老板视角：对于计较成本的咖啡店老板而言，完美的咖啡首先应该使用最少的原料，尽可能充分地提取咖啡中的各种物质。
那么，如何保证充分提取咖啡的风味物质呢？常规思路大概是尽量把咖啡豆磨得细细的。毕竟，颗粒越细，咖啡与水接触的表面积也应该越大，这样理应得到更浓的咖啡。
但事实并非如此。在材料学期刊“Matter”发表的一项研究中，数学家们为浓缩咖啡的提取过程建立了数学模型，他们还与化学家合作，用实验对模型进行了验证。研究结果显示：与直觉不同，太细的咖啡粉反而会降低浓缩咖啡的提取率，使原料无法得到充分利用 [1]。
假如水一直能够均匀地流过咖啡，那么咖啡提取率随颗粒粗细的变化应该像蓝线一样，粉越细提取越多。但实际情况却如橙色的线所示，太细的咖啡粉反而提取率会减少 | M.I. Cameron et al
这是为什么？科学家解释道，研磨咖啡时产生的颗粒并非均一的，在产生粗颗粒的同时，会有部分非常细的粉末出现，而且研磨度越细产生得也越多。
当这些纤细的粉末太多时，就会堵塞一些孔隙，导致水流无法均匀地流过整个咖啡粉饼。也就是说，在一些被细粉堵塞的部位，咖啡粉无法接触到足够多的水，其中的物质自然也就不能顺利溶出了。
除了浪费原料，这样做出的浓缩咖啡批次间品质差异也会增加。一些部分的咖啡可能被过度提取导致苦味，另一些部分则可能因为萃取不足而带来酸味。这项研究认为，当研磨度设置低于1.7时，咖啡粉就无法被均匀地提取了。而很多咖啡店都采取了这样的设置，这或许就是人们时常感觉浓缩咖啡品质飘忽的原因。
不均匀的提取让浓缩咖啡无法维持稳定的风味 | pixabay
稳定、快捷还省钱
根据这个研究，科学家们给出了对现有配方的优化方案。这其中最关键的改变自然是把咖啡豆研磨得稍粗一点，在此基础上，可以选择减少咖啡用量，或者进行适当稀释，更高效地得到与原来浓度相同的浓缩咖啡。如此一来，不光可以提高每杯咖啡的品质均一性，而且能够提高咖啡粉利用率，节省成本。
接着，研究团队将这个优化方法应用于美国俄勒冈州的一个咖啡馆。从2018年9月到2019年9月，该店共使用了27850杯浓缩咖啡制作饮品，通过使用优化的制作方法（咖啡粉用量降低20%，并适当降低研磨度的方法），年收益增加了3620美元（每杯节约0.13美元）。此外，优化方法将每杯浓缩咖啡的萃取时间缩短至14秒，有效减少了制作的时长。研究团队估计，如果按照目前美国的咖啡销量，这个新方法可以为咖啡工业每天节约310万美元。
更少的咖啡，更短的时间 | M.I. Cameron et al
当然，研究者也强调，数学公式并不能直接给出制作咖啡的最佳答案。咖啡中的化学成分错综复杂，他们无法对这些物质进行一一分析，而只是选择了总的提取率作为量化指标。因此在实践中，依然需要结合咖啡师的品尝才能确定适合的制作条件。
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