以单纯的感官享受来说，日常生活里鲜有哪些经验，可与一杯好咖啡媲美。从刚烘焙的豆子所煮出来一杯热腾腾的咖啡，那股迷人的香气，可以把睡著的人给拉下床来，把路人给引进咖啡馆里。
全球有好几百万人，要是没有咖啡里的咖啡因来让头脑清醒一下，要度过一天只怕都会有困难。只不过在这看似寻常的饮料里头，可是埋藏著十分复杂的化学。从咖啡豆的生产，烘焙到调制过程的各种方式，对於数以百计的化学物质都产生了细微的影响，也决定了咖啡的味道，香气以及质感。要是对於上述这些难以想像的过程没有深入了解的话，想要喝到一杯够水准的咖啡，恐怕要碰碰运气了。
全球行家一致同意，浓缩咖啡(espresso)是咖啡的精髓表现:在小而结实的磁杯中，装了半满深色，不透明的滴滤液，上头覆盖著一层醇厚，红褐色的泡沫——克丽玛(crema)。克丽玛系由薄膜包覆的微细气泡所组成，将咖啡独特的味道，香气和热度给保存其中;其为时之长，出人意表。Espresso这个字，是「应要求而特别现做」之意;至於做法，是将烘焙好的咖啡磨成细粒，压成饼状，以少量热水加压快速滤过而成。最後出现的浓缩液体，不但包含溶化的固体，同时在布满微小油滴的悬浮液中，还带有大量各式的香料物质。这些总加起来，造就了浓缩咖啡独特而浓厚的味道，气味以及「口感」。
沉迷此道者认为，调制完美的浓缩咖啡，就是咖啡中的极品，因为其特殊的调制方式，能够表现且强化咖啡豆天生的特质。事实上，在所有各式各样调制咖啡的方法中，从土耳其式，浸泡式，到滤滴式等，浓缩咖啡是其中的精华;只要了解浓缩咖啡的做法，等於是晓得了所有咖啡的调制方式，因此举它为例，再适合不过。高品质的咖啡来自於对各种因子维持严密的控制，包括栽种环境，植物品种及冲煮过程等。咖啡的栽培有无数个变数必须监控及管理;
一旦咖啡豆结了实，品质就已经决定，无法再增添或去除什麼了。对一杯浓缩咖啡来说，需要50~55颗的咖啡豆;其中只要有一颗不完美，就足以让人察觉，而坏了整杯咖啡。那是由於人类嗅觉与味觉的起源是防御的机制，目的在保护我们的祖先避开腐烂(不卫生)的食物。唯有仰赖现代的科技，才能够既有效率又可靠地辨识出50颗完美的咖啡豆。
咖啡生豆是茜草科(Rubiaceae)植物的种子，而其下的咖啡属(Coffea)至少有66个种。其中两种具有商业利益的是阿拉比卡(Coffea arabica)及加纳弗拉咖啡(Coffea canephora);前者占了全球2/3的产量，後者又称为罗巴斯塔咖啡(Robusta)，占了剩下的1/3。罗巴斯塔及所有野生种的咖啡具有22条染色体，而阿拉比卡咖啡则有44条。因此，阿拉比卡不能与其他种的咖啡进行育种，产生杂交的作物。
罗巴斯塔是种高产量又耐病虫害的植物，高度可达12公尺，在温暖潮湿的气候生长得最好。由罗巴斯塔咖啡豆所制成的咖啡具有相当的质感，有股略为冲鼻的土味，同时咖啡因的含量较高，占重量的2。4~2。8%。虽然有许多的供应商贩卖罗巴斯塔，但这种咖啡豆却不能做出最高品质的咖啡。
阿拉比卡发源於衣索比亚的高地，是一种中，低产量，又相当娇弱的植物;它们需要气候温和的生长环境，并加以细心照料。它可以长到5~6公尺左右的高度，但为商业目的栽培的咖啡树，都修剪在1。5~2公尺高。由阿拉比卡咖啡豆所制成的咖啡具有强烈，复杂的气味，会让人不禁想起鲜花，水果，蜂蜜，巧克力，焦糖或者是烤面包的香味;其咖啡因含量绝不超过重量的1。5%。由於阿拉比卡的品质优异，气味香醇，因此价格要比其强烈，粗犷的表亲来得高。
一场好雨就能让阿拉比卡咖啡树开花。过了210天之後，便有红或黄色的浆果出现，称为「咖啡樱桃」。每个浆果里有两颗椭圆形的种子，也就是咖啡豆。由於在同一根树枝上同时会有花及果实的存在，因此，采集者的食指与拇指就是收集成熟浆果的最佳工具。用手将整条树枝上的果实刮下，或是使用自动化的采收机，都无法将成熟与青涩的浆果区分开来。
决定咖啡豆最终品质的因素取决於植物的基因，生长的土壤以及局部地区的气候，包括海拔高度，降雨量，阳光，以及每日的气温变化。这些农业及地理上的考量，加上咖啡豆烘焙的过程，造成了许多不同咖啡豆之间味道的差异;供应商把它们加以混合，就制造出市面上各种不同口味的综合产品。
咖啡的浆果在收成之後必须马上处理，以免变质。产制者会用两种处理的方法:日晒法及水洗法。有效的日晒法是将浆果平摊在广场上，并不时地搅动脱水中的浆果，使其均匀受热及透气。然後将乾燥的浆果放进机器，压碎外壳，并同时除去外壳，乾果肉及里头包覆的一层羊皮纸状外膜，从而分离出咖啡豆，再进行分类及装袋。另外一种做法是，先用机器为浆果除去果肉，再清洗，最後进行乾燥并将咖啡豆从羊皮纸状外膜中分离出来。无论是哪种方法，目的都一样:将咖啡浆果里含有65%的水分，降到只含10~12%的咖啡生(青)豆。
要制作上等的咖啡，最大的挑战之一，是从挑选优良的生豆开始。顶级的制造商，好比说位於义大利的港的意利咖啡公司，会用上许多复杂的程序控制技术，来降低有缺陷咖啡豆的比例。这个过程包括以紫外线萤光分析，来挑出发霉的豆子，以及利用三色(黄绿，红及红外线)的映像图，建立每一批豆子的色彩指纹。意利咖啡与英国梭泰克斯公司合作，发展出一种双色光的分类系统，在咖啡生豆即将进入烘焙之前，做最後的品管。方式是在豆子落入容器的过程中，利用光电管挑出其中的坏豆子，然後送讯号给空气喷嘴对准一吹，将坏豆子个别剔除。这种分类的运作方式，速度可高达每秒400颗，不是任何人工所能相比的;同时，它的精准度连最训练有素的人眼也比不上。
完美成熟的咖啡生豆，其组成的细胞具有不寻常的厚壁，厚度可达5~7微米，为植物界所少见。在烘焙的过程中，这些直径在30~40微米的细胞就像是微型反应炉，所有由加热所产生的重要化学反应，都发生其中;而咖啡迷人的味道及香气也由此产生。不成熟的咖啡豆不但细胞壁较薄，而且成熟过程中最後阶段所产生的重要香味(蛋白质前驱物)，亦付阙如。经过细菌或黴菌发酵过的豆子，细胞里的这些重要物质也都被吃空了。
烘焙的热解(由热能所推动)过程，大幅增进了咖啡的复杂性。咖啡生豆的香味里含有约250种不同的挥发性分子，但经过烘焙後，咖啡豆里却出现了超过800种之多。在烘豆机里进行分段式加热的过程中(一般使用大型，炽热的转动圆筒)，咖啡豆细胞里残留的水分转变成蒸气，促使其中丰富的醣类，蛋白质，脂质及矿物质进行多样复杂的化学反应(见左侧〈咖啡的化学〉)。在185~240℃的高温下，醣类与胺基酸，维生素C及蛋白质产生结合，进行焦糖化，也就是著名的「梅纳反应」(Maillard’s reac-tion)。最终产物是黄褐色，苦中带甜的醣胺及类黑色素(咖啡主要味道的来源)，以及二氧化碳(每烘焙出一公斤的咖啡豆，可产生高达12公升的二氧化碳)。
在此同时，有各式各样分子量较低的香味分子出现;这些挥发性化合物赋予了咖啡熟悉的香味。当水蒸气及二氧化碳试图从厚实少孔的细胞壁与一层油脂中脱身时，每个细胞里的压力可增至20~25个大气压那麼高。有些细胞最终裂了开来，产生烘焙咖啡豆时典型的爆裂声。在烘焙过程中，咖啡豆的体积会增加至少一半以上，而豆子的重量则减少了1/5。
烘焙的时间视施加的温度及程序而定，最短可至90秒，最长则达40分钟，但一般传统的时间是12分钟。根据烘焙时间的不同，细胞内进行的热反应以及最终的结果也会不同。较高的温度可以缩短烘焙的时间，减少重量的损失，但这种方法制作出来的咖啡有股金属般的苦味，那是由於没有充分的反应时间，而有多酚类的残留所致。经济情况较差的地区通常采用长时间的烘焙，因为多数消费者只负担得起低价，有瑕疵的咖啡豆，因此得靠长时间的烘焙，将不好的味道及气味通通给赶出豆子。不幸的是，受人喜欢的味道及香气也一起不见了，只留下一杯苦味的咖啡。
烘焙时所达到的温度愈高，咖啡的香味就愈差，苦味也愈重。相对地，低温烘焙也无法产生令人满意的香气，同时还有酸味也冒出来。香气科学是门高度复杂的学问。研究人员一般都用气相层析仪加上嗅觉计，来分析咖啡豆在烘焙时所产生的香气。所谓的嗅觉计是让有经验的测试员，吸闻每一种可以分离辨识成分的气味，然後加以定义。接下来常用到的是质谱仪，进一步将每种气味的化学组成分辨出来。把烘好咖啡豆的香气经过气相层析仪分离之後，分别吸进鼻子里闻闻，是一项启迪人心的经验。你可以闻到玫瑰，大吉岭茶，巧克力，香草及紫罗兰的味道，还有松露，汤，乳酪，汗水，甚至所谓的猫味。後者在稀释下闻起来像是sauvignon白酒，但在高浓度下，味道可是会让人作呕。
在意利咖啡的实验室里，技术人员集中注意在一些最强烈的味道上。读者可以想像你在聆听某合唱团的演唱录音，其中有800位成员，还包括像洁西诺曼，帕华洛帝等几位技压全场的独唱好手。当你把播放的音量调低，就算合唱团的声音逐渐消逝，但突出的独唱声仍清晰可闻。将咖啡的香味加以稀释，就类似这种情况:一旦稀释过了某个程度，就只有最强烈的成分可以让人察觉得到。不幸的是，咖啡样本里味道最强烈的分子，正来自有缺陷的咖啡豆。
像丁酸乙酯及乙醇酸乙酯这样的分子，是不成熟的咖啡豆里那股难闻气味的罪魁祸首;只要它们存在，一杯咖啡也就毁了。同样地，造成罗巴斯塔咖啡那股招牌土味和化学药品味的分子，是甲基异龙脑及三氯茴香醇醚(TCA)。TCA又称为「里约之味」，因为它最早是从里约热内卢附近的咖啡所发现的，也可在以软木塞封瓶的酒里找著。人的嗅觉系统对於这个物质的嗅觉阈值可是其低无比，只要6×10-15g/ml的浓度，就可以闻出来。
要将烘焙好的咖啡豆转变成一杯浓缩咖啡，下一步，就是把烘好的咖啡豆磨碎，用热水将里头的活性物质给萃取出来。只不过对调制一杯普通的滤滴式咖啡及一杯浓缩咖啡来说，热水与咖啡粉末之间的互动，可是有微妙的不同。
以过滤滴漏的方式调制咖啡，就是让热水通过一堆松散，颗粒大小中等的咖啡粉末。在与滚水接触的4~6分钟里，咖啡里大多数的可溶物质都溶入了水溶液里。因此，咖啡里便含有大量易於溶解的酸及咖啡因。反之，制作浓缩咖啡时，滤滴的时间短得多，也就只有较少的酸及60~70%的咖啡因进入滤液。
煮杯浓缩咖啡，得用上特殊的设备，将水加热至92~94℃，并加压至九个大气压。做法是，先将咖啡研磨成细致到中等大小的粉末，然後置於底部布满网孔的滤器内，用力向下挤压，形成一块紧密的饼状物。由於咖啡颗粒外围有一层黏如蜂蜜的油脂，使得压紧的咖啡粉会彼此黏附，形成许多细小且空气通道密集的迷宫。由实验显示，这个咖啡粉块对水的阻力，必须略小於热水的压力，才能让水以每秒一毫升左右的流速，从中通过。用上一般建议的30秒萃取时间，有经验的咖啡吧师傅就能制作出约30毫升的浓缩咖啡，上头覆盖著一层重要无比的克丽玛。如果说这层泡沫的颜色太浅，代表这杯浓缩咖啡萃取得不足，原因可能是咖啡磨得不够细致，水的温度太低，或是时间太短。如果说克丽玛的色泽太深，而且中间还有个「洞」，那很有可能是咖啡粉末太细，或是粉量太多。过度萃取的浓缩咖啡不是出现由大型气泡所形成的白色泡沫，不然就是杯子中间出现一个白点;前者是由於水的温度太高，後者则是萃取的时间太长。
在滤滴的过程中，位於咖啡粉末表面的成分也会被冲刷下来;其中包括香浓的油滴以及细胞构造的碎片。由浓缩咖啡机产生的高压，会将少量的油脂乳化，每一杯咖啡约含0。1克。咖啡粉末里的完整细胞则会产生细致的泡沫，那是由气体(特别是二氧化碳)通过细胞壁上的细孔所造成的。一些特别细致的咖啡粉末连同细胞壁的碎片，也会进入咖啡当中，赋予泡沫状的克丽玛出现所谓虎皮斑的外貌。
最终的成品是由多相胶体所组成的液体，里头散布著大小不超过五微米的气泡，油滴及固态碎片，与水分子结合在一起。这些散布的胶体，就造成了浓缩咖啡高质感，高黏滞性以及低表面张力等特性。因此，浓缩咖啡会黏覆在我们舌头表面，只要它存在一刻，就会持续释出溶解在乳化油滴里的挥发性香气分子。拥有这些携带气味及芳香的油性载体，也就意味著一杯好的浓缩咖啡所拥有的绝佳滋味及香气，让人饮用了20分钟之後，仍然回味无穷。幸运的是，饮用者无需了解任何有关咖啡的复杂化学，也能够享受。
撰文╱意利(Ernesco Illy)
翻译╱潘震泽 阳明大学生理学研究所教授
科学人74◆2002年8月号
1.The Great Coffee Book.Timothy J. Castle and Joan Nielsen.Ten Speed Press, Berkeley, Calif,
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2.Coffee, Vols. 1-6. R. J. Clarke and R. Macrae. Elsevier Applied Science, 1985.
3.Coffee: Botany, Biochemistry and Production of Beans and Beverage.M. N. Clifford and K.
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4.Caffeine, Coffee and Health. Edited by S. Garattini. Raven Press, 1993.
5.Espresso Coffee: The Chemistry of Quality.A. Illy and R. Viani. Academic Press, 1995.
6.Coffee: Recent Developments.R. J. Clarke and O. Vitzthum. Blackwell Science, 2001.
7. International Coffee Organization: www.ico.org
8. International Scientific Association of Coffee: www.asic-cafe.org
9. Coffee industry-supplied information on coffee, caffeine and health: www.coffeescience.org