麻省理工学院的本科生课程融合了科学、动手实验和对咖啡的热爱，以激发好奇心。
在麻省理工学院（MIT）开设的一门开创性课程中，化学讲座与动手酿酒相结合，伊莱恩·朱塔木利亚（Elaine Jutamulia）和奥马尔·奥罗兹科（Omar Orozco）等学生尝试使用添加剂来增强咖啡的风味，并利用红外光谱仪等先进仪器来分析添加剂对咖啡化学成分的影响。
咖啡科学与风味实验
伊莱恩·朱塔木利亚24（Elaine Jutamulia ’24）抿了一口加了几滴茴香提取物的咖啡。这是她第二次尝试。
“你觉得怎么样？”奥马尔·奥罗斯科（Omar Orozco）问，他站在麻省理工学院（MIT）Breakerspace的一间实验室的桌子旁，周围摆放着一系列过滤器、煮咖啡壶和其他咖啡制作工具。
朱塔穆利亚若有所思地说：“我想我第一次尝试的时候，它还是很苦的。但我想现在泡了一小会儿——苦味已经去了一些。”
泡制一杯完美的咖啡
朱塔木利亚和奥罗兹科（目前为麻省理工学院大四学生）均选修了3.000课程——《咖啡品鉴：利用Breakerspace制作完美咖啡》，这是2024年春季开设的一门新课。该课程将化学讲座与动手咖啡实验和小组项目相结合。他们团队专注于研究芫荽籽、盐和辣椒油等添加剂如何影响咖啡萃取（即风味化合物从研磨咖啡中溶解到水中的过程），以改善咖啡口感，并纠正常见的冲泡错误。
在品尝的同时，他们还使用红外光谱仪来确定咖啡样品中对风味有影响的化学成分。茴香能让苦咖啡口感更顺滑吗？辣椒油能调和味道吗？
奥罗兹科说：“一般来说，如果我们能提出一个建议的话，那就是我们正在试图寻找的东西。”
咖啡研究的创新
为了帮助大一新生探索专业，我们开设了3个单元的“探索课堂”，该课程广受欢迎，有50多名学生报名。该课程的核心是饮品制作，并注重动手实践，这是其成功的关键所在，它激励学生提出并回答一些原本不会考虑的问题。
对于航空航天专业的学生加布丽埃勒·麦克唐纳和麦肯齐·迪内森来说，咖啡是吸引她们的因素，但这堂课鼓励她们进行实验并以新的方式思考。“像我们这样热爱咖啡的人很容易就被吸引进来了，心想‘哦，天哪，竟然有这样一堂课，让我们一半的时间用来煮咖啡，还尝试各种新鲜玩意儿？’”麦克唐纳说道。
先进的分析技术
每周，班级会安排关于咖啡化学、咖啡豆的结构与成分、烘焙的影响以及冲泡过程的讲座，并辅以品鉴会——学生会品尝由不同种类的咖啡豆、不同的烘焙方法和研磨程度制成的咖啡。麻省理工学院材料科学与工程系（DMSE）构思并管理着校内的一个新空间——MIT Breakerspace，学生们可以在这里使用数字光学显微镜等设备观察研磨后的咖啡颗粒，并使用扫描电子显微镜向样品发射电子束，以惊人地详细程度揭示咖啡豆的横截面。
一旦学生学会操作仪器完成指定任务后，他们便组成小组，设计自己的项目。
设计并教授这门课程的DMSE教授杰弗里·格罗斯曼说:“这些项目的驱动力来自于学生们在讲座或品鉴会上提出的关于咖啡的疑问，或是他们一直想知道的事情。然后，他们会利用一种或多种这些设备来解答这些问题。”
跨学科方法与学生项目
格罗斯曼将这门课程的起源追溯到他最初对“Breakerspace”的构想，Breakerspace是材料分析实验室，也是麻省理工学院本科生的休息室。该空间于2023年11月开放，让学生亲身体验材料科学与工程，这是一个结合化学、物理和工程来探究材料成分和结构的跨学科领域。
“世界由物质构成，而这些是理解这些物质并赋予其生命的工具，”格罗斯曼（Grossman）说。因此，他设想出一堂课，能够给学生“启发探索的助推力”。
“那么问题就不再是教学方法了，而是‘用什么来吸引听众呢？’在材料科学领域，你可以有很多个研究方向，但如果你有一个方向能够鼓舞人心，那是因为人们了解它，甚至可能已经喜欢上了它，那么就非常令人激动了。”
野心之杯
那个关键之处当然是咖啡，它是仅次于水的世界第二大饮品。它激发了学生们的想象力，激励他们突破界限。
奥罗兹科给课堂带来了相当多的咖啡知识。2023年，他通过麻省理工学院国际科学与技术倡议组织（MIT International Science and Technology Initiatives）全球教学实验室项目在墨西哥授课，期间他参观了几家咖啡农场，对咖啡有了更深入的了解。例如，他了解到，与普遍的美式观点相反，黑咖啡本身并不苦；苦味来源于烘焙过程中产生的某些化合物。
实验与发现
“如果用合适的咖啡豆正确冲泡，其实味道还不错，”主修人文与工程的奥罗兹科说。一年后，在3.000课上，他加深了对如何冲泡好咖啡的理解，特别是通过与朱塔木利亚和其他学生一起完成修复劣质咖啡的小组项目。
该小组准备了一份“完美冲泡”的对照咖啡样本——其味道、咖啡与水的比例以及其他标准均以课堂上的内容为依据——以及一份萃取不足和萃取过度的咖啡样本。萃取不足的咖啡是由于使用的水不够热或冲泡时间太短，尝起来会有刺激性气味或酸味。而萃取过度的咖啡则是由于咖啡放太多或冲泡时间太长，尝起来会有苦味。
这些咖啡样品含有添加剂，研究人员利用傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪对其进行了分析，通过测量咖啡吸收红外光的情况来确定与风味相关的化合物。朱塔穆利亚检查了加有柠檬汁的样品的FTIR读数，以了解柠檬酸是如何影响其化学成分的。
“我们能否在我们所看到的现象与已知的柠檬酸测量值之间找到任何相关性？”朱塔木利亚问道。他曾在麻省理工学院学习计算与认知专业，并于去年五月毕业。
冰镇咖啡及其影响
另一组人则研究了咖啡的储存方式，质疑为何传统观念反对冷冻储存。
“我们只是想知道为什么会这样，”电气工程与计算机科学专业的学生诺亚·威利（Noah Wiley）说，他是一个咖啡爱好者，拥有一台自己的浓缩咖啡机。
研究团队对比了冷冻冲泡咖啡、冷冻咖啡渣以及冷冻后再研磨的咖啡豆等方法，评估了它们对咖啡风味和化学成分的影响。
“然后我们要看看哪种咖啡味道好，”威利（Wiley）说。研究小组用一张咖啡品鉴表来记录酸度、苦味、甜味和整体风味等特性，并将结果与傅里叶变换红外光谱分析相结合，以确定储存如何影响咖啡的味道。
威利承认，“好”是主观的。“有时这是小组共识。我认为人们喜欢口感浓郁的咖啡，而不是寡淡无味的，”他说。
其他学生项目则对比了不同种类咖啡中的咖啡因含量，分析了微波加热对咖啡化学成分和风味的影响，并研究了正品咖啡豆和假冒咖啡豆之间的区别。
“我们给学生们发了一些论文供他们阅读，以防他们感兴趣，”Breakerspace 经理兼本课程联合教师贾斯汀·拉瓦利 (Justin Lavallee) 介绍道，“但我们主要是让他们把注意力集中到自己想深入了解的内容上。”
广泛的学习和好奇心
除了回答有关咖啡的具体问题外，学生和老师都对这种饮品有了更深入的了解。
格罗斯曼（Grossman）说：“咖啡是一种复杂的物质。咖啡豆中含有数千种分子，在烘烤和萃取过程中，这些分子会发生变化。你可以通过多种方式处理这些分子——方式极其多样，从咖啡的种植地和种植方式，到咖啡豆采摘后如何处理樱桃，再到如何烘烤和研磨咖啡豆，以及你所使用的冲泡方法。”
戴尼森通过亲身经历了解到许多知识，例如，她发现深烘焙咖啡的咖啡因含量比浅烘焙咖啡少，从而打破了人们的普遍误解。她说：“仅仅通过咖啡豆的烘焙程度和研磨程度，咖啡的口感就会发生很大变化。如果说它可以轻易被‘操控’，那它就真的很容易‘被操控’。”
探索个人偏好
戴尼斯和麦克唐纳不仅学习了咖啡的科学原理与化学成分，还掌握了新的冲泡技巧，比如使用滤纸滴漏式咖啡壶。他们甚至把喝咖啡变成了学习日常的一部分，在解决其他课程的难题时，会冲泡并测试不同的方法。
“我会把我的手冲咖啡壶放进背包里，再带上一个装满咖啡粉的密封袋，然后我们就会去学生中心，拿出咖啡壶、过滤纸和咖啡粉，”麦克唐纳说。“然后我们会一边做问题集，一边手冲咖啡。我们还试验了不同的水量。很有意思。”
材料科学与工程专业的陈托尼（Tony Chen）对3.000课程的标题“利用创客空间制作完美咖啡杯”进行了思考，并探讨了制作完美咖啡杯是否可行。“我认为不存在一个完美的咖啡杯，因为每个人都有自己的喜好。我觉得自己还没有找到属于自己的那个完美咖啡杯，”他说。
对咖啡复杂性的热情和探索过程正是格罗斯曼（Grossman）希望激发学生们的东西。他说:“对我来说，最美好的部分就是看到他们逐渐培养出自己的好奇心。”
他回想起在课上，学生们刚看完光学显微镜的演示，便看到一颗被放大的咖啡豆的表面纹理、斑驳的色彩以及类似蜂窝状的微小不规则细胞图案。
“他们心想，‘等一下。如果我们把热水加到显微镜下的咖啡粉上会怎样？我们能看到萃取过程吗？’于是，他们拿来热水和一些研磨好的咖啡豆，结果你猜怎么着，看起来果然不一样。他们当场就看到了萃取过程，”格罗斯曼说。“就好像他们从学习中获得灵感，有了想法，然后就去尝试。整个学期，我看到这种情况发生了很多次。”
