Studiu: De ce un strop de apă înainte de a măcina cafeaua produce mai puține deșeuri, un espresso mai gustos

Inspirația științifică poate lovi oricând. Pentru Christopher Hendon, un chimist de materiale computaționale la Universitatea din Oregon, inspirația a venit într-un bar local de cafea unde laboratorul său ține ore regulate de cafea pentru comunitatea din campusul Eugene – un loc potrivit, deoarece specialitățile de cercetare ale lui Hendon includ investigarea principiilor științifice din spatele cafelei foarte bune. . Printre cei obișnuiți se numărau doi vulcanologi, Josef Dufek și Joshua Méndez Harper, care au observat asemănări izbitoare între știința cafelei și penajele de cenușă vulcanică, magmă și apă. Astfel, s-a născut o colaborare neobișnuită.

„Este un fel ca începutul unei glume – un vulcanolog și un expert în cafea intră într-un bar și apoi ies cu o hârtie.” spuse Méndez Harper, vulcanolog la Universitatea de Stat din Portland. „Dar cred că există mult mai multe oportunități pentru acest tip de colaborare și sunt multe de știut despre cum se face pauza de cafea, cum curge sub formă de particule și cum interacționează cu apa. Aceste investigații pot ajuta la rezolvarea problemelor paralele din geofizică – fie că este vorba de alunecări de teren, erupții vulcanice sau de modul în care apa se infiltra prin sol.”

Rezultatul este a hârtie nouă publicat în revista Matter, care demonstrează modul în care adăugarea unui singur strop de apă la boabele de cafea înainte de măcinare poate reduce în mod semnificativ sarcina electrică statică pe baza rezultată. Acest lucru, la rândul său, reduce aglomerarea în timpul preparării, producând mai puține deșeuri și fluxul puternic și consistent necesar pentru a produce o ceașcă de espresso gustoasă. Baristi buni folosesc deja trucul cu apa; este cunoscut sub numele de Tehnica picăturilor Ross, după Hendon. Dar aceasta este prima dată când oamenii de știință au testat riguros acel binecunoscut hack și au măsurat încărcarea reală a diferitelor tipuri de cafea.

La fel de raportate anterior, există de fapt un standard oficial al industriei pentru prepararea espressoului, prin amabilitatea Asociației de cafea de specialitate, care stabilește linii directoare stricte pentru volumul final (25-35 ml, sau aproximativ o uncie) și preparare. Apa trebuie încălzită la 92° până la 95°C (197° până la 203°F) și forțată (la o anumită presiune) printr-un pat de 7 până la 9 grame (aproximativ un sfert de uncie) de cafea măcinată fin timp de 20 la 30 de secunde. Dar cele mai multe cafenele nu urmăresc acest lucru îndeaproape, de obicei folosesc mai multă cafea, în timp ce aparatele de bere le permit baristilor să configureze presiunea apei, temperatura și alte variabile cheie după placul lor. Rezultatul tuturor acestor variații de tehnică este o mare variabilitate în calitate și gust.

În 2020, laboratorul lui Hendon ajutat la concepere un model matematic pentru a prepara ceașca perfectă de espresso, iar și iar, minimizând în același timp risipa. Aromele din espresso derivă din aproximativ 2.000 de compuși diferiți care sunt extrași din zațul de cafea în timpul preparării.

Așa că Hendon și colegii săi s-au concentrat pe construirea unui model matematic pentru o proprietate mai ușor de măsurat cunoscută sub numele de randament de extracție (EY): fracția de cafea care se dizolvă în băutura finală. Aceasta, la rândul său, depinde de controlul debitului și presiunii apei pe măsură ce lichidul se infiltrează prin zațul de cafea. Hendon şi colab. și-au bazat modelul pe modul în care ionii de litiu se propagă prin electrozii unei baterii, pe care îi aseamănă cu modul în care moleculele de cofeină se dizolvă din zațul de cafea.

O grămadă de simulări și câteva mii de shot-uri experimentale de espresso mai târziu, autorii au ajuns la concluzia că cel mai reproductibil lucru pe care îl poți face este să folosești mai puține boabe de cafea și să optezi pentru o măcinare mai grosieră cu puțin mai puțină apă; timpul de preparare a fost în mare parte irelevant. Înțelepciunea convențională susține că o măcinare fină este cea mai bună, deoarece o suprafață mai mare a patului de cafea compactat rezultat este expusă apei fierbinți, sporind astfel randamentul de extracție. Dar experimentele grupului au arătat că, dacă cafeaua este măcinată prea fin, poate înfunda patul de cafea, reducând astfel randamentul de extracție. Este, de asemenea, un factor important în variabilitatea gustului.

Această ultimă cercetare s-a concentrat pe motivul pentru care se formează bulgări microscopice, în special la niveluri de măcinare foarte fină. Vinovatul este electricitatea statică rezultată din fracturarea și frecarea dintre boabe în timpul măcinarii. Hendon s-a gândit că reducerea staticului ar fi o modalitate bună de a elimina aceste aglomerări. Termenul tehnic este triboelectricitate, care rezultă din acumularea de sarcini electrice opuse pe suprafețele a două materiale diferite datorită contactului unul cu celălalt. (Nu trebuie confundat cu triboluminiscenţăemisia de lumină rece atunci când un material este supus unei deformări fizice – motivul pentru care Wint-O-Green Life Savers emit scântei albastre când este zdrobit, vizibil în întuneric.)

O acumulare similară de sarcină are loc și în timpul erupțiilor vulcanice. „În timpul erupției, magma se descompune în o mulțime de particule mici care apoi ies din vulcan în acest penaj mare și, în timpul întregului proces, acele particule se freacă unele de altele și se încarcă până la punctul de a produce fulgere.” spuse Méndez Harper. „Într-un mod simplist, este similar cu măcinarea cafelei, în care luați aceste boabe și le reduceți la pudră fină.” Deoarece fizica la scară de particule care apare în penele vulcanice este destul de dificil de studiat în natură, colaborarea cu Hendon pentru a studia efectele triboelectrice în cafea a oferit o platformă utilă la scară mai mică.