数学模型让咖啡更好喝

数学算法俱乐部

日期：2020年03月02日

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来源：中国科学报

煮一杯咖啡并不难。但一项新研究表明，用数学和化学方法做个分析可以让咖啡更好喝。

研究人员把材料科学和建模方面的技能应用到煮意式浓缩咖啡中，于是便有了一个突破性的发现：与人们普遍认为的相反，用更少的豆子和更粗糙的研磨会得到更好的效果。相关研究近日发表在《物质》杂志上。

如果你是一个咖啡爱好者，一定会注意到，有时候会喝到一杯很棒的意式浓缩咖啡；而其他时候，则可能喝不到。即使你是用同样的咖啡、同样的机器，甚至同样的设置来煮的。

为了理解这种变化，研究人员开发了一个数学模型，探索当水通过咖啡床时，咖啡是如何被提取或溶解的。

“基本上，我们所做的是从写一些方程开始，这些方程只适用于单一领域。”英国朴茨茅斯大学数学和物理高级讲师Jamie Foster说，“所以这个任务没有那么惊人。在一个真正的咖啡床里，有成千上万的粒子以非常复杂的方式聚集在一起。”

为了建立整个咖啡床的模型，Foster和同事把该方程复制了数百万次，再加入一些数学运算，然后将水灌进去。

“这个模型告诉我们，在理想情况下，当咖啡被水均匀接触时，我们应该期待什么。”美国俄勒冈大学计算化学家、该研究参与者Christopher Hendon说。

“事实上，该模型非常好地描述了实际的特定研磨设置，那里有足够的大颗粒，水可以自由地流过咖啡床。但在磨得非常细的时候，就会像模型告诉我们的那样，发生了现实和期望之间的差异。”Hendon说。

精细研磨后，一些粒子的析出会比预期更有力。但有些则弱得多，这与传统观念背道而驰。

“通常的想法是，如果你想要一杯味道更浓的咖啡，那就把它磨得更细，因为这样一来，咖啡渣里就会有更小的颗粒，而小颗粒的表面积也会更大。高表面积可以提取得更迅速。”Hendon说。

但研究人员发现，“如果研磨过度，最终的结果是：这些颗粒非常小，实际上，它们会堵塞水试图流动的缝隙。这实际上阻碍了提取，而不是帮助提取”。

同样的道理也适用于最开始放咖啡时的量，与直觉相反，咖啡越少味道越好。

“自从这篇文章发表以来，推特网已经出现了大量争论和讨论。不管这是否有助于生产更多可再生的咖啡，它都是一个巨大的成功。我们已经让数百万人阅读了一篇科学文章，并参与到科学中来。这是科学素养的巨大成功。”Hendon说。

我们都可以为此喝一杯。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.12.019

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