本文来自微信公众号：FoodWine吃好喝好（ID：FoodWineChina），作者：大猫，编辑：刘树蕙，原文标题：《咖啡机发明一百多年后，什么变了，什么又不变？》，题图来自：视觉中国
咖啡树是一种最早在东非高原现今于埃塞俄比亚、索马里和南苏丹一带发现的常绿茜草科植物，当地的原住民发现咖啡树上结的果子有提神醒脑的功效，因此早期会将咖啡果和肉类混合制作成干粮，在狩猎或打仗时食用。
当阿拉伯人征服了这片地区后，也喜欢上了咖啡。他们发现将咖啡果中的两粒种子取出干燥，而后用烈火焙烤后再磨粉可以做成饮料，便逐渐喜欢上了这种浓黑的饮品。由于伊斯兰教义禁酒，而咖啡可以帮助教徒在一天中的祈祷时间保持清醒，因此迅速流行。
15 世纪的大马士革就出现了世界上最早的咖啡店，人们在这里下棋、听书、听音乐、社交闲聊，同时享用店主当场制作的一杯咖啡，这种形式的商业设施出现后迅速推广。到了 16 世纪，咖啡店不仅在阿拉伯地区遍地开花，在欧洲一些城市也开始流行起来。
传统阿拉伯人喝咖啡的方法是把烘焙的咖啡豆捣碎，放入一个长柄铜制的小壶（cezve）里加入水，在炭火上加热到沸腾后倒入杯中饮用。这样一小杯表面保留新鲜冲煮出来的泡沫的浓郁咖啡，成为咖啡店饮品的代表。
当咖啡店在欧洲流行，也让欧洲人思考什么是符合他们饮用习惯的咖啡。
当时为了避免饮水不够清洁，许多欧洲人日常习惯饮用葡萄酒或啤酒来代替水。由于欧洲人不喜欢咖啡中的咖啡粉渣，因此就想办法过滤掉这些冲煮过程中的咖啡渣。
在诸如德国这种喜欢啤酒的国家，滴滤式咖啡成为主流。而在意大利这样传统饮用葡萄酒的国家，人们喜欢浓郁的咖啡，因此如何快速制作一杯浓郁饱满又没有咖啡渣口感的咖啡摆在了发明家和工程师面前。
一、20世纪初：锅炉式蒸汽压力机
1884 年安吉洛 · 莫里昂多（Angelo Moriondo）申请了第一个与现代意式浓缩咖啡机有关的专利，但是这台咖啡机只停留在了图纸上，并没有生产出来。1901 年米兰人路易吉 · 贝泽拉（Luigi Bezzera）改进了这个专利，并推出了最早的意式咖啡机产品。
这台咖啡机实际上是一台放在吧台上的铜制立式锅炉，底部用燃器点火加热锅炉中的水，由于锅炉密闭，就像高压锅，水温可以超过 120℃。
客人点单后，咖啡师把咖啡豆研磨成粉放在一个带把手的粉碗里，然后将这个把手扣上冲泡头，打开水路阀门，锅炉内的热水被蒸汽压力推出后，迅速通过咖啡粉，在短时间内制作一小杯浓郁的咖啡。今天专业咖啡机上通用的 58mm 粉碗就是从贝泽拉这台咖啡机的设计延续至今的。
Pavoni 原意为孔雀，La Pavoni 的商标上也有一只孔雀，他们的咖啡机因此被当时的客人亲切地称为“吧台上的孔雀”© google.com
贝泽拉的这个产品符合了时代的需求，取得了巨大的成功，但这台咖啡机也有一些使用上的问题。另一个工程师兼商人德西迪奥 · 帕沃尼（Desiderio Pavoni）购买了贝泽拉的专利使用权并针对贝泽拉的机器进行了改进。
帕沃尼在锅炉上增加了泄压阀，避免了制作咖啡时可能热水四溅的情况，而且他还在锅炉上增加了蒸汽杆，可以利用蒸汽加热牛奶，这让咖啡师可以迅速制作卡布奇诺这类奶咖。
帕沃尼成立了以自己名字命名的公司 La Pavoni 销售他的咖啡机，这台咖啡机迅速占领了市场。由于 Pavoni 这个姓的原意是孔雀，而 La Pavoni 的商标上有一只孔雀，因此他们的咖啡机被当时的客人亲切地称为“吧台上的孔雀”。
illetta 原型机。© Facebook
第一次世界大战后，咖啡文化在意大利广泛传播。当时的另一个发明家皮尔 · 特雷西奥 · 阿杜诺（Pier Teresio Arduino）一直想有替代蒸汽压力萃取咖啡的方法，他设计了使用活塞空气泵萃取咖啡的专利，也许是当时技术的限制，这个专利并没有实际生产出来。
但是作为商人，他第一次把咖啡机出口销售到了意大利以外的地区。阿杜诺利用压缩空气来产生压力做萃取的想法并不是唯一的，1935 年，刚刚成立一年的意利（illy）咖啡公司设计生产出来了第一台使用压缩空气的咖啡机 illetta。
Marus 复原图。© La Marzocco 中国公司供图
随着电气化的发展，电加热逐步替代了早期咖啡机燃气加热的方式。1939 年，佛罗伦萨的 La Marzocco 公司在多年的尝试后，将传统咖啡机立式锅炉变成了横向锅炉并取得了专利，推出了 Marus 型号的咖啡机。
这种设计更好地符合吧台内咖啡师的工作流程，容易增加更多的冲煮头，让出品制作咖啡更加流畅，成为今天的业界标准。可惜随之而来的二战导致目前没有留下一台 Marus 机器。
二、20世纪中：活塞拉杆式咖啡机
二战之前，和阿杜诺一样，发明家马可 · 克雷默内塞（Marco Cremonese）也一直对使用蒸汽压力萃取咖啡中难以避免的焦苦味不满（咖啡的理想萃取温度 90℃ 以上，过高的水温会造成咖啡过萃，将其中的焦苦风味萃取出来），他设计了一套使用弹簧加活塞产生压力来萃取咖啡的技术，但是克雷默内塞还没来得及将产品制作出来就于 1936 年去世了。
二战之后，他的遗孀罗塞塔 · 斯科萨（Rosetta Scosa）将克雷默内塞的专利展示给工程师阿奇尔 · 加西亚（Achille Gaggia），加西亚受到启发，最终在 1947 年推出了产品。
这台机器使用一个有弹簧驱动的活塞，在咖啡师拉下拉杆后，压缩弹簧，提升活塞，将锅炉中的水吸入冲煮腔体内，松开拉杆后，弹簧的压力会压缩活塞推动热水穿过咖啡粉，制作出一杯咖啡。
加西亚拉杆式咖啡机。© Vintage coffee machines
加西亚的设计可以让水的萃取压力达到 8～10bar，突破了蒸汽压力萃取在 1.5bar 左右的限制。在萃取咖啡的过程中高压将咖啡粉中的油脂、香气物质和二氧化碳混合在一起形成了咖啡表面一层红棕色的油脂（Crema），而冲煮腔的设计也限制了一杯咖啡用水的量。
可以说，加西亚咖啡机的萃取特性让我们今天的意式浓缩咖啡正式成型。由于制作咖啡需要拉下压杆，在英语中做一杯浓缩咖啡依然用的是 Pull a shot（拉一杯）这样表达方式。
拉杆式咖啡机需要咖啡师使用臂力拉下压杆，这对每天需要制作上百杯咖啡的咖啡师来说是一项非常繁重的体力劳动，容易对身体造成职业伤害。
而且弹簧的泄压过程比较缓慢，在咖啡师做好咖啡后需要等待一段时间才能将把手取下，接着制作下一杯咖啡，否则残存在冲煮头和把手中的压力会造成咖啡粉喷溅，将吧台区域弄脏，于是，工程师们还在想办法改进咖啡机的设计。
三、20世纪后：热交换式咖啡机
1956 年，金巴利公司推出了利用水力（Hydromatic）技术、使用自来水水压推动活塞萃取咖啡的咖啡机。
Hydromatic 冲泡头原理图。© 金巴利中国公司供图
咖啡师在操作咖啡机时，利用通断自来水管路的压力来推动活塞，活塞将锅炉中的热水推出以此来萃取咖啡。按理论数值，咖啡师可以毫不费力地使用每个冲煮头在 1 小时内制作 130 杯浓缩咖啡。解决了高峰期的出品问题。
1961 年 Faema 公司的工程师埃内斯托 · 瓦伦特（Ernesto Valente）设计的 E61 型咖啡机上市。E61 的名字来源于 1961 年在意大利观测到的一次著名的日全食（Eclissi），E61 是咖啡机发展历史上最具有重要意义的咖啡机之一。
这台咖啡机使用了外置的离子交换式软水器，避免了咖啡机水路中的水垢问题，咖啡机的锅炉采用了热交换式设计 —— 一个外置的大蒸汽锅炉提供热水和蒸汽，而蒸汽锅炉内使用弯曲的铜管（热交换器）连接冷水上水和最终的冲煮头，当水泵工作时，新鲜的冷水通过蒸汽锅炉的热交换器时被迅速加热超过 90℃ 来制作咖啡。
Faema 公司设计的 E61 型咖啡机。© kaffeewiki.de
E61 的冲煮头在半抬（45°角）小把手时可以实现预浸泡让咖啡萃取更稳定，当小把手完全推上时（90°角），会顶住面板上的微动开关启动水泵工作，进行咖啡萃取。
而萃取结束放下小把手，冲煮头内的凸轮可以打开下部的泄压阀，让冲煮头内的压力被迅速排出，咖啡师可以立刻卸下把手制作下一杯咖啡。E61 之后，意式咖啡机的基本设计已经定型，到今天也没有革命性的突破了，更多的是技术的改良。
由于E61冲煮头的专利已经过期，但是其技术依旧优秀，60 年后的今天，咖啡机市场上依旧有非常多的厂家在生产使用 E61 冲煮头设计的咖啡机。
四、21世纪：咖啡机技术改良
在意大利，当地客人的咖啡饮用习惯都是喝浓缩咖啡，合理设计的热交换式咖啡机适合在高峰期连续制作浓缩咖啡而水温稳定。非高峰期间，前面客人和后面客人点单制作咖啡的空闲时间长了以后，残留在热交换器内的水会被加热到过高温度，有经验的咖啡师需要通过放掉多余的热水来保证合适的水温。
在意大利之外的咖啡店，尤其是北美地区，很多人习惯喝牛奶咖啡，需要大量使用蒸汽锅炉中的蒸汽来打发牛奶，热交换器的水温控制一开始并不能满足咖啡店运营的需求。
1970 年 La Marzoco 公司推出了第一台双锅炉咖啡机 GS，这台咖啡机将咖啡冲煮锅炉和热水蒸汽锅炉分开，小一些的冲煮锅炉只需将水加热到 90℃ 左右，而蒸汽锅炉会将水加热到 120℃ 以上。这样既保证了冲煮咖啡的水质新鲜，又确保了大量使用蒸汽和热水时也不会影响冲煮水温。
GS 来自于意大利语 Gruppo Saturo（饱和式冲煮头），这个设计让咖啡机的冲煮头和冲煮锅炉连接，锅炉内的热水可以在冲煮头和锅炉内循环保证水温稳定。
早期双锅炉咖啡机相对热交换咖啡机的温度更稳定。但是由于当年的技术限制，采用的电子温控器来控制咖啡机加热的通断，由于电子温控器有时滞，会造成锅炉内水温依然有一定的（通常 4～5℃ 左右）波动。
1990 年代互联网普及后，许多业余的咖啡极客们聚集在互联网上，利用自己的专业背景对咖啡机进行了魔改。2001 年，alt.coffee 新闻组的一位网友，在纽约州开豆腐厂的安迪 · 谢克特（Andy Schecter）受到厂里制作豆腐控温使用 P.I.D. 设备的启发，使用 P.I.D. 替换了他的一台家用咖啡机的电子控温器，P.I.D. 可以让冲煮咖啡的水温波动在 1℃ 以内，更加稳定。
Andy Schecter 用 P.I.D. 替换了他的一台家用咖啡机的电子控温器，不仅引发了咖啡机改装热潮，也启示了商用咖啡机厂家。© baristahustle.com
当他在网上分享改机照片和方法后，不仅掀起了咖啡爱好者的改机热潮，P.I.D. 的控温方式也迅速被商用咖啡机厂家采用。La Marzocco 公司在 2005 年推出了第一台使用 P.I.D. 控温的咖啡机 GB5，而今天 P.I.D. 控温几乎成了优秀商用咖啡机的标配。
2003 年，西雅图的佐卡咖啡店（Zoka Coffee），在网上分享了他们培训咖啡师时，会使用把底部锯掉后，让粉碗直接暴露在外的咖啡手柄。使用这样的手柄可以直接观察萃取咖啡的状态。除此之外无底把手还避免了把手本身温度差和清洁状态对咖啡品质的影响。
这样一个小小的改进，让那年夏天几乎每个精品咖啡店和咖啡爱好者都在找开孔锯将自己的咖啡机手柄底部去掉。后来咖啡机厂家和配件商也顺应潮流推出了无底把手。
在专业咖啡机控制系统越来越精确时，为了让制作咖啡能更容易，出品更稳定，很多厂家也在革新产品。
1974 意利公司推出了 E.S.E. 意理包系统，将咖啡磨粉后用滤纸包裹起来，通过咖啡机手柄上的配件可以直接在咖啡机上制作咖啡。1986 年雀巢公司推出了 Nespresso 胶囊系统也是咖啡豆厂商对咖啡机市场的革新。
专业的咖啡机厂家则推出了全自动的咖啡机，以往需要咖啡师研磨、布粉、填压、放水，而后制作的工作在后台设置好之后，咖啡师只需按一个电钮，机器就可以按照设定的配方制作咖啡。通过几十年的发展，现在全自动咖啡机的出品已经不亚于一个专业的咖啡师的水平，对于追求稳定高效的咖啡店来说使用全自动咖啡机也越来越成为趋势。
而一些新面市的半自动咖啡机也可以通过蓝牙或无线网与咖啡磨配合工作实现更加稳定精确的萃取。IoT 的引入，让连锁门店的品质管理部门可以通过互联网随时监测下辖多家咖啡店内设备的状态、出品和清洁情况，还可以远程更新菜单和萃取制作方案。
咖啡机的发展过程中还有很多其它重要的革新和改进。以上这些咖啡机的发展过程是比较重要的一些时间点。一个多世纪的电子与机械技术发展推动了咖啡机的发展，今天的咖啡机已经更精确、更稳定也更环保节能。
咖啡机技术的发展是市场需求的反馈，咖啡机也通过技术的提高改变了咖啡饮料的形态和制作方式。咖啡的制作是科学和艺术的结合，再好的咖啡机依旧需要一个优秀的咖啡师来操作，才能制作出那一杯浓郁、圆润、优雅，表面漂浮着那层红棕色油脂的浓缩咖啡。
感谢金巴利中国公司和 La Marzocco 中国公司在本文写作过程中提供了珍贵的历史资料和图片。本文来自微信公众号：FoodWine吃好喝好（ID：FoodWineChina），作者：大猫，编辑：刘树蕙