https://frosthead.com

Η χημεία και η φυσική πίσω από το τέλειο φλιτζάνι καφέ

Ο καφές είναι μοναδικός μεταξύ των παραδοσιακών ποτών, καθώς ο ζυθοποιός διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ποιότητα του στο σημείο κατανάλωσης. Αντίθετα, οι πότες αγοράζουν βαρελίσια μπύρα και κρασί ως τελικά προϊόντα. η μοναδική τους ελεγχόμενη από τον καταναλωτή μεταβλητή είναι η θερμοκρασία στην οποία τα πιείτε.

σχετικό περιεχόμενο

  • Ο ιδρυτής του ιδρύματος Smithsonian έβγαλε πώς να ζυμώνει ένα καλύτερο φλιτζάνι καφέ

Γιατί ο καφές που παράγεται από έναν barista σε ένα καφενείο γεύεται πάντα διαφορετικά από τα ίδια φασόλια που παρασκευάζονται στο σπίτι;

Μπορεί να είναι κάτω από τα έτη εκπαίδευσης τους, αλλά πιθανότατα είναι η ικανότητά τους να αξιοποιήσουν τις αρχές της χημείας και της φυσικής. Είμαι χημικός των υλικών την ημέρα, και πολλά από τα φυσικά ζητήματα που εφαρμόζω σε άλλα στερεά ισχύουν εδώ. Οι μεταβλητές της θερμοκρασίας, της χημείας του νερού, της κατανομής του μεγέθους των σωματιδίων, της αναλογίας νερού προς τον καφέ, του χρόνου και, ίσως, της ποιότητας του πράσινου καφέ, παίζουν καθοριστικό ρόλο στην παραγωγή ενός νόστιμου κύπελλου. Είναι ο τρόπος με τον οποίο ελέγχουμε αυτές τις μεταβλητές που επιτρέπουν το κύπελλο να είναι αναπαραγωγικό.

Πόσο δυνατός είναι ένα φλιτζάνι joe;

Εκτός από την ψυχολογική και περιβαλλοντική συνεισφορά στο γιατί ένα φλιτζάνι καφέ προετοιμασμένο για barista έχει τόσο καλή γεύση στο καφενείο, πρέπει να εξετάσουμε την ίδια τη μέθοδο παρασκευής.

Εμείς οι άνθρωποι φαίνεται να προτιμούν τα ποτά που περιέχουν συστατικά του καφέ (οργανικά οξέα, προϊόντα Maillard, εστέρες και ετερόκυκλα, για να αναφέρουμε μερικά) με 1, 2 έως 1, 5% κατά μάζα (όπως στον καφέ φίλτρου) και επίσης τα ποτά που περιέχουν 8-10% μάζα (όπως στον εσπρέσο). Οι συγκεντρώσεις εκτός αυτών των σειρών είναι δύσκολο να εκτελεστούν. Υπάρχει ένας περιορισμένος αριθμός τεχνολογιών που επιτυγχάνουν συγκεντρώσεις 8-10%, ενώ η μηχανή εσπρέσο είναι η πιο γνωστή.

coffee-in-beaker.jpg Η επιστήμη βοηθά στη βελτιστοποίηση του καφέ. (Chris Hendon, CC BY-ND)

Υπάρχουν όμως πολλοί τρόποι για να επιτύχετε ένα ποτό που περιέχει καφέ 1, 2 έως 1, 5%. Ένας χυτευμένος, τουρκικός, αραβικός, αεροπορικός, γαλλικός Τύπος, σιφόνι ή συσκευή παρασκευής παρτίδας (δηλαδή, τακτική στάλαξη) - κάθε μία παράγει καφέ που έχει καλή γεύση γύρω από αυτές τις συγκεντρώσεις. Αυτές οι μέθοδοι παρασκευής έχουν επίσης ένα πλεονέκτημα έναντι του αντίστοιχου εσπρέσο: Είναι φτηνές. Μια μηχανή εσπρέσο μπορεί να παράγει ένα ποτό αυτής της συγκέντρωσης: το Americano, το οποίο είναι απλώς ένας πυροσβέστης εσπρέσο αραιωμένο με νερό στη συγκέντρωση του καφέ φίλτρου.

Όλες αυτές οι μέθοδοι έχουν ως αποτέλεσμα περίπου την ίδια ποσότητα καφέ στο κύπελλο. Γιατί λοιπόν μπορούν να δοκιμάσουν τόσο διαφορετικά;

Όταν ο καφές συναντά νερό

Υπάρχουν δύο οικογένειες συσκευών ζυθοποιίας μέσα στις μεθόδους χαμηλής συγκέντρωσης - εκείνες που βυθίζουν πλήρως τον καφέ στο νερό της παρασκευής και εκείνες που ρέουν το νερό μέσω της κλίνης καφέ.

Από φυσική άποψη, η κύρια διαφορά είναι ότι η θερμοκρασία των σωματιδίων καφέ είναι υψηλότερη στο πλήρες σύστημα εμβάπτισης. Το βραδύτερο μέρος της εκχύλισης καφέ δεν είναι ο ρυθμός με τον οποίο οι ενώσεις διαλύονται από την σωματιδιακή επιφάνεια. Αντίθετα, είναι η ταχύτητα με την οποία η γεύση του καφέ κινείται μέσω του στερεού σωματιδίου στη διασύνδεση νερού-καφέ και η ταχύτητα αυτή αυξάνεται με τη θερμοκρασία.

file-20170926-13681-1ao0dih.jpg Ο τροχός γεύσης του Coffee Taster παρέχει έναν τρόπο να ονομάσετε διάφορες γεύσεις μέσα στο ποτό.

Μία υψηλότερη θερμοκρασία σωματιδίων σημαίνει ότι θα εξάγονται περισσότερες από τις νόστιμες ενώσεις που παγιδεύονται μέσα στα σωματίδια καφέ. Αλλά η υψηλότερη θερμοκρασία επιτρέπει επίσης να διαλύονται και άλλες ανεπιθύμητες ενώσεις στο νερό. Ο Σύνδεσμος Ειδικής Καφέ παρουσιάζει έναν τροχό γεύσης που μας βοηθά να μιλάμε για αυτές τις γεύσεις - από πράσινο / φυτικό ή χαρτί / μούχλα έως καφέ ζάχαρη ή αποξηραμένα φρούτα.

Οι ροές και τα άλλα συστήματα ροής είναι πιο σύνθετα. Σε αντίθεση με τις μεθόδους πλήρους εμβάπτισης όπου ο χρόνος ελέγχεται, οι χρόνοι ροής από την ροή εξαρτώνται από το μέγεθος της άλεσης αφού ο λόγος ελέγχει τον ρυθμό ροής.

Ο λόγος ύδατος προς καφέ έχει επίσης σημασία στο χρόνο παρασκευής. Απλά λείανση πιο λεπτή για να αυξήσει την εξόρυξη αλλάζει πάντοτε το χρόνο παρασκευής, καθώς το νερό βλέπει πιο αργά μέσα από λεπτότερους λόγους. Κάποιος μπορεί να αυξήσει την αναλογία νερού προς καφέ χρησιμοποιώντας λιγότερο καφέ, αλλά καθώς η μάζα του καφέ μειώνεται, ο χρόνος παρασκευής μειώνεται επίσης. Η βελτιστοποίηση της παρασκευής καφέ φίλτρου είναι συνεπώς πολυδιάστατη και πιο δύσκολη από τις πλήρεις μεθόδους εμβάπτισης.

barista.jpg Τι ξέρουν ότι δεν το κάνουμε; (Redd Angelo στο Unsplash, CC BY)

Άλλες μεταβλητές που προσπαθούν να ελέγξουν

Ακόμα κι αν μπορείτε να βελτιστοποιήσετε τη μέθοδο παρασκευής και τη συσκευή σας για να μιμηθείτε με ακρίβεια το αγαπημένο barista σας, εξακολουθεί να υπάρχει μια σχεδόν ορισμένη πιθανότητα ότι η οικιακή σας παρασκευή θα έχει διαφορετική γεύση από την καφετέρια. Υπάρχουν τρεις αποχρώσεις που έχουν τεράστιο αντίκτυπο στην ποιότητα του καφέ: χημεία νερού, κατανομή μεγέθους σωματιδίων που παράγεται από τον μύλο και φρεσκάδα καφέ.

Πρώτον, η χημεία του νερού: Δεδομένου ότι ο καφές είναι ένα όξινο ποτό, η οξύτητα του νερού που παράγεται μπορεί να έχει μεγάλο αποτέλεσμα. Το νερό ζύμης που περιέχει χαμηλά επίπεδα τόσο ιόντων ασβεστίου όσο και διττανθρακικού (HCO3-) - δηλαδή μαλακό νερό - θα έχει ως αποτέλεσμα ένα πολύ όξινο κύπελλο, που μερικές φορές περιγράφεται ως ξινό. Το νερό ζυθοποιίας που περιέχει υψηλά επίπεδα HCO3- - τυπικά, σκληρό νερό - θα παράγει ένα ποτήρι από ασήμι, καθώς το όξινο ανθρακικό έχει εξουδετερώσει τα περισσότερα από τα γευστικά οξέα στον καφέ.

Ιδανικά θέλουμε να παρασκευάζουμε καφέ με νερό που περιέχει χημεία κάπου στη μέση. Αλλά υπάρχει μια καλή πιθανότητα να μην γνωρίζετε τη συγκέντρωση όξινου ανθρακικού άλατος στο δικό σας νερό της βρύσης και μια μικρή αλλαγή κάνει μεγάλη διαφορά. Για να δοκιμάσετε την κρούση, δοκιμάστε να παρασκευάσετε καφέ με το Evian - ένα από τα υψηλότερα εμφιαλωμένα συμπυκνωμένα με όξινο ανθρακικό νάτριο, στα 360 mg / L.

Η κατανομή μεγέθους σωματιδίων που παράγει ο αλέρος σας είναι επίσης σημαντική.

Κάθε λάτρης του καφέ θα σας πει σωστά ότι οι λειαντήρες λεπίδων είναι δυσφημισμένοι επειδή παράγουν μια φαινομενικά τυχαία κατανομή μεγέθους σωματιδίων. μπορεί να υπάρχουν τόσο σκόνη όσο και ουσιαστικά όλοι οι κόκκοι καφέ συνυπάρχουν. Η εναλλακτική λύση, ένας μύλος φούσκας, διαθέτει δύο κομμάτια από μέταλλο με δόντια που κόβουν τον καφέ σε σταδιακά μικρότερα κομμάτια. Επιτρέπουν τα σωματίδια εδάφους μέσω ενός ανοίγματος μόνο όταν είναι αρκετά μικρά.

Υπάρχει αμφιβολία για τον τρόπο βελτιστοποίησης των ρυθμίσεων άλεσης κατά τη χρήση ενός μηχανήματος κοπής. Μια σχολή σκέψης υποστηρίζει την άλεση του καφέ όσο το δυνατόν λεπτότερη για να μεγιστοποιήσετε την επιφάνεια, η οποία σας επιτρέπει να εξαγάγετε τις πιο εύγευστες γεύσεις σε υψηλότερες συγκεντρώσεις. Το αντίπαλο σχολείο υποστηρίζει την άλεση όσο το δυνατόν πιο χοντρή για να ελαχιστοποιήσει την παραγωγή λεπτών σωματιδίων που προσδίδουν αρνητικές γεύσεις. Ίσως η πιο χρήσιμη συμβουλή εδώ είναι να προσδιορίσετε αυτό που σας αρέσει περισσότερο με βάση την προτίμησή σας.

Τέλος, η φρεσκάδα του ίδιου του καφέ είναι ζωτικής σημασίας. Ο φρυγμένος καφές περιέχει σημαντική ποσότητα CO₂ και άλλων πτητικών ουσιών που έχουν παγιδευτεί μέσα στη μήτρα στερεού καφέ: Με την πάροδο του χρόνου αυτά τα αέρια οργανικά μόρια θα διαφύγουν από το φασόλι. Λιγότερο πτητικά σημαίνει ένα μικρό φλιτζάνι καφέ. Οι περισσότερες καφετέριες δεν θα σερβίρουν καφέ περισσότερο από τέσσερις εβδομάδες από την ημερομηνία ψησίματος, υπογραμμίζοντας τη σημασία της χρήσης φρεσκοκομμένων φασολιών.

Κάποιος μπορεί να μετριάσει το ρυθμό της παγίδευσης με ψύξη του καφέ (όπως περιγράφεται από την εξίσωση Arrhenius). Ενώ δεν πρέπει να ψύχετε τον καφέ σας σε ένα ανοιχτό σκάφος (εκτός εάν θέλετε ψωμάκια ψαριών), η αποθήκευση του καφέ σε ένα αεροστεγές δοχείο στην κατάψυξη θα παρατείνει σημαντικά τη φρεσκάδα.

Έτσι μην αισθάνεστε άσχημα ότι το προσεκτικά παρασκευασμένο φλιτζάνι καφέ στο σπίτι σας δεν στοιβάζει ποτέ αυτό που αγοράζετε στο καφέ. Υπάρχουν πολλές μεταβλητές - επιστημονικές και άλλες - που πρέπει να αμφισβητηθούν για να παραχθεί ένα μοναδικό υπέρτατο κύπελλο. Λάβετε υπόψη ότι οι περισσότερες από αυτές τις μεταβλητές δεν βελτιστοποιούνται από κάποιο μαθηματικό αλγόριθμο, αλλά από τη γλώσσα κάποιου. Αυτό που είναι πιο σημαντικό είναι ότι ο καφές σας έχει καλή γεύση για εσάς ... ετοιμάζετε μετά τη ζύμη.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση. Christopher H. Hendon, Επίκουρος Καθηγητής Υπολογιστικών Υλικών και Χημείας, Πανεπιστήμιο του Όρεγκον Η συζήτηση
Η χημεία και η φυσική πίσω από το τέλειο φλιτζάνι καφέ