咖啡，往往和明亮的写字楼或舒适的下午茶联系在一起，它的背后却离不开一代代人在实验室和田野里的科研与劳作，而想要冲泡出一杯美味的咖啡你也可以请教科学家。

　　提到咖啡产地，你可能会想到非洲或中南美洲。但许多人不知道的是，云南也产咖啡，而且经过科研人员的努力，云南咖啡豆已经占国内消耗量的40%以上了。云南的气候本就适合咖啡生长，根据农业部相关基因库追溯，发现早在1893年咖啡就作为陪嫁被引入瑞丽。当时这种好看的红色小果子只是作为观赏植物，人们并不知道这就是风靡世界的咖啡。

　　后来制约国产咖啡大规模种植的原因是咖啡锈病。锈病是由真菌引起的病害，被沾染的咖啡树叶片的背面会出现类似铁锈的黄斑（菌丝和孢子），一棵树上的锈病真菌会随着孢子快速传染，导致整个咖啡园绝收。

　　1988年热带农业科学院植保所因机缘巧合从葡萄牙获得了抗锈品种卡蒂姆7963的种子，引种到云南后长势良好，目前卡蒂姆系列在云南种植面积超过100万亩，是云南种植的主要品种。但是现在卡蒂姆系列在面对不断变异的锈菌时已经逐渐丧失抗性。

　　改良咖啡品种不是一件容易的事情，用传统育种技术改良一代咖啡需要30年，在中国攻克咖啡组织克隆培养技术后，现在育种一代的时间缩短到了15年。因此培育出一个优良品系需要两代农业科学工作者持续不断地努力。如今云南德宏热带农业科学研究所的科研人员正在推广最新抗锈品种萨琪姆（Sarchimor），这个品系能抵抗目前所有云南已知的锈菌，并且颗粒更大，风味更加卓越。它将是云南咖啡未来发展的保证。

　　美德拉反应（Maillard Reaction）又叫非酶褐变反应，说的是糖和蛋白质受热能生成芳香物质。其实这个过程中发生了三个阶段的化学反应，第一阶段是糖和氨基酸反应生成糖胺化合物，第二阶段糖胺发生重排生成酮糖氨，最后酮糖氨在不同条件下（酸碱度等）生成许多不同类型的产物，这些产物本身也能发生其他的反应，产生各种芳香物质。烤肉、啤酒、烤面包和烤土豆的香味都来自这类反应，因此它也被称为世界上最美味的反应。

　　在咖啡烘焙中美德拉反应主要产生一种棕色或棕黑色的大分子物质——类黑精，它不单味道特别香，还能抗氧化、抗炎症，这也被用来佐证咖啡有益健康。

　　由于这个化学反应的第三阶段过于复杂，人类还无法精确控制，因此咖啡烘焙后的味道仍然是个无法完全控制的玄学问题。

　　影响咖啡风味最核心的因素是咖啡豆本身，但是同样一批咖啡豆，同样的咖啡师冲泡出的咖啡口感仍然会有差异，那么到底是哪些因素决定了一杯咖啡的味道？

　　在科学家眼中，一杯咖啡的味道取决于水中溶解的咖啡类物质的浓度，因此，味道与萃取率（水粉比）、萃取温度、压力、萃取时间、研磨粗细等都有密切的关系。这是研究咖啡固液萃取扩散原理（物理萃取）的公式：

　　G表示扩散溶质的物质的量；D是扩散系数，由水温、压力等因素决定；F是扩散面积，对应因素是研磨粗细；ΔC是界面浓度差；ΔX是扩散距离；t是萃取时间。影响咖啡味道的因素

　　一粒咖啡豆中，可溶性物质约占30%，而这些物质并不是溶得越多越好喝。被人戏称为“咖啡博士（Dr. Coffee）”的Hendon博士在麻省理工（MIT）时对泡咖啡做了一系列深入的研究。他发现，一杯咖啡中含有1.2%~1.5%的咖啡成分和8%~10%的咖啡成分时，都是好喝的。前者恰好是大部分滤泡式咖啡的萃取度，而后者对应的是意式浓缩咖啡的萃取度。

　　能够萃取到8%~10%咖啡成分的方法非常少，意式咖啡机是其中最常见的。但能达到1.2%~1.5%萃取比例的方法就很多了，常见的有手冲、法压壶、虹吸壶、爱乐压、美式滴滤等。当然了，意式咖啡机也可以做出1.2%~1.5%比例的咖啡——把一杯浓缩咖啡加热水稀释，就得到了我们常说的“美式咖啡”。

　　冲泡时被首先被萃取出来的是有果酸味的有机酸和美拉德反应的产物；伴随着萃取率的提高，接下来是苦感物质，最后是焦味、涩味等不好的味道。

　　因此，合适的水温有助于萃取出的酸苦平衡的咖啡液，生成“甜”的口感，而过高的水温会让很多味道不好的复合物流入水中，造成咖啡的焦苦，我们称之为“过萃”。这幅美国精品咖啡协会（SCAA）绘制的“咖啡风味轮”图，能帮咖啡师分析咖啡的味道。

　　研磨粗细也很重要。咖啡粉越细，比表面积越大，萃取越充分，但水流速度也会相应变慢，造成过萃现象。研究发现咖啡豆种类对研磨粗细没有太大的影响，而咖啡豆的处理温度不同，却会导致明显的粗细差别。当咖啡粉粗细不均一时，容易出现粗的咖啡粉萃取不足，而细的咖啡粉已经过萃，这杯咖啡一定是一杯难喝的咖啡了。为了保证咖啡粉的均匀度，参加咖啡冲调比赛的选手甚至会用镊子把过大的碎屑挑出来。

　　在选择磨豆机时，不要选择被戏称为“砍豆机”的螺旋桨式刀盘，因为它磨出来的咖啡粉粗细不均。最好用平行刀盘或锥形刀盘，这种刀盘磨出来的咖啡粉粗细相对比较平均。

　　新鲜烘焙的咖啡豆含有二氧化碳和其他挥发性物质，随着时间的推移这些挥发性物质会逐渐减少，减损咖啡的味道。因此大部分咖啡店不会使用烘焙时间超过一个月的咖啡豆做手冲。在冰箱中低温保存咖啡豆可以延长咖啡的保质期。

　　水质也会对咖啡的口感产生影响。相比于纯净水，使用具有较高镁和钙离子含量的“硬”水会让咖啡具有更浓的味道，这是因为钙镁离子能吸附咖啡因。但如果水中碳酸氢盐含有较高就会使咖啡的苦味更重。

　　在Hendon教授（现为俄勒冈大学教授）最新的论文里，他关注到消除咖啡研磨过程中的静电影响也能让咖啡更好喝。

　　磨咖啡时经常有一件事情令人懊恼，就是咖啡粉会粘在磨豆机上或是到处乱飞。聚集的咖啡粉还可能影响到热水与它们的接触，导致萃取不均匀，影响其口感。这是由于咖啡豆因破碎和摩擦产生了大量的静电荷，积累到一定程度就会引起颗粒聚集，并粘在研磨机上。

　　进一步研究发现，静电的产生与咖啡种类、研磨器具关系不大，只与咖啡豆含水量相关。因此在研磨前添加少量水，就能减少静电，消除细粉的静电聚集现象。并且湿磨的咖啡粉平均颗粒尺寸减小，多孔通道变得更致密，从而增加了水在萃取过程中与咖啡粉的接触路径。这使得第一滴萃取液的出现时间延迟，萃取液中的总溶解固体含量更多，即最终得到的意式咖啡醇厚度更高。

　　科学家发现的秘笈：新鲜烘焙的咖啡豆，使用平行刀盘或锥形刀盘的磨豆机，研磨前掺点水，然后研磨成粗细均匀的咖啡粉，使用水质略硬的矿泉水，在合适的水粉比以及萃取温度、压力、时间条件下，达到1.2%~1.5%或8%~10%的萃取度。

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