https://frosthead.com

Химията и физиката зад перфектната чаша кафе

Кафето е уникално сред занаятчийските напитки по това, че пивоварната играе значителна роля за неговото качество в точката на консумация. За разлика от тях, пиещите купуват наливна бира и вино като готови продукти; единствената им контролирана от потребителите променлива е температурата, при която ги пиете.

Свързано съдържание

  • Основателят на институцията Smithsonian измисли как да си приготвите по-добра чаша кафе

Защо кафето, произведено от бариста в кафе, винаги има вкус по-различен от същия боб, приготвен у дома?

Това може да се свежда до техните години на обучение, но по-вероятно е способността им да използват принципите на химията и физиката. Всеки ден съм химик по химикали и много от физическите съображения, които прилагам към други твърди вещества, се прилагат тук. Променливите на температурата, водната химия, разпределението на размера на частиците, съотношението вода към кафе, времето и, може би най-важното, качеството на зеленото кафе играят решаваща роля за производството на вкусна чаша. По този начин ние контролираме тези променливи, което позволява възпроизвеждането на тази чаша.

Колко силна чаша Джо?

Освен психологическия и екологичния принос за това защо приготвената от бариста чаша кафе има толкова добър вкус в кафенето, трябва да разгледаме и самия метод за варене.

Ние, хората, харесваме напитки, които съдържат кафеени съставки (органични киселини, продукти на Maillard, естери и хетероцикли, за да ги назовем) с 1, 2 до 1, 5 процента на маса (както при филтрирано кафе), а също така предпочитаме напитки, съдържащи 8 до 10 процента от маса (както в еспресо). Концентрациите извън тези граници са предизвикателни за изпълнение. Има ограничен брой технологии, които постигат концентрации от 8 до 10 процента, като машината за еспресо е най-познатата.

кафе-в-beaker.jpg Науката помага да се оптимизира кафето. (Крис Хендън, CC BY-ND)

Има много начини обаче да постигнете напитка, съдържаща 1, 2 до 1, 5 процента кафе. Апарат за заливане, турски, арабски, аеропрес, френска преса, сифон или партидна вара (тоест обикновена капка) - всеки произвежда кафе, което има вкус около тези концентрации. Тези методи за варене също се гордеят с предимство пред техния колега за еспресо: Те са евтини. Еспресо машина може да произведе напитка с тази концентрация: Americano, което е само еспресо изстрел, разреден с вода до концентрацията на филтърно кафе.

Всички тези методи водят до приблизително същото количество кафе в чашата. Така че защо могат да имат вкус толкова различни?

Когато кафето се среща с вода

Съществуват две фамилии от устройства за приготвяне на напитки в рамките на методите с ниска концентрация - тези, които изцяло потапят кафето във варената вода и тези, които текат водата през кафеното легло.

От физическа гледна точка основната разлика е, че температурата на кафените частици е по-висока в системата за пълно потапяне. Най-бавната част на извличането на кафе не е скоростта, с която съединенията се разтварят от повърхността на частиците. По-скоро това е скоростта, с която ароматът на кафе се придвижва през твърдата частица към интерфейса вода-кафе и тази скорост се увеличава с температурата.

файл-20170926-13681-1ao0dih.jpg Ароматното колело на Taster Taster осигурява начин да назовете различни вкусове в напитката.

По-високата температура на праховите частици означава, че повече от вкусните съединения, попаднали в кафените частици, ще бъдат извлечени. Но по-високата температура също така позволява повече от нежеланите съединения да се разтварят и във водата. Специализираната асоциация за кафе представя ароматно колело, за да ни помогне да говорим за тези аромати - от зелени / вегетативни или макаронени / мухлясани до кафява захар или сушени плодове.

По-сложните системи и други поточни системи са по-сложни. За разлика от методите за пълно потапяне, при които времето се контролира, времето за приготвяне на потока зависи от размера на смилането, тъй като основите контролират скоростта на потока.

Съотношението вода / кафе също има значение по време на варенето. Просто смилането на повече фин за увеличаване на извличането неизменно променя времето за варене, тъй като водата прониква по-бавно през по-фини основи. Човек може да увеличи съотношението вода към кафе, като използва по-малко кафе, но тъй като масата на кафето се намалява, времето за варене също намалява. Оптимизацията на варенето на филтърно кафе е следователно многоизмерна и по-трудна от методите за пълно потапяне.

barista.jpg Какво знаят те, че ние не? (Redd Angelo на Unsplash, CC BY)

Други променливи, които да опитате да контролирате

Дори ако можете да оптимизирате метода и апарата си за варене, за да имитирате точно любимата си бариста, все още има почти сигурен шанс, че домашната ви варена кухня ще вкуси различно от тази на кафето. Има три тънкости, които оказват огромно влияние върху качеството на кафето: химия на водата, разпределение на размера на частиците, получени от мелничката и свежест на кафето.

Първо, химия на водата: Като се има предвид, че кафето е кисела напитка, киселинността на вашата вода може да има голям ефект. Варената вода, съдържаща ниски нива както на калциеви йони, така и на бикарбонат (HCO₃⁻) - тоест мека вода - ще доведе до силно кисела чаша, понякога описана като кисела. Варената вода, съдържаща високи нива на HCO₃⁻ - обикновено твърда вода - ще доведе до кредава чаша, тъй като бикарбонатът неутрализира повечето ароматни киселини в кафето.

В идеалния случай искаме да варим кафе с вода, съдържаща химия някъде по средата. Но има голям шанс да не знаете концентрацията на бикарбонат в собствената си чешмяна вода и една малка промяна прави голяма разлика. За да опитате въздействието, опитайте да готвите кафе с Евиан - една от бутилираните води с най-висока концентрация на бикарбонат, при 360 mg / L.

Разпределението на размера на частиците, което произвежда вашата мелница, също е критично.

Всеки любител на кафе с право ще ви каже, че мелниците за остриета са обезсърчени, защото те произвеждат привидно случайно разпределение на размера на частиците; може да съществува едновременно прах и по същество цели кафени зърна. Алтернативата, мелница за бор, разполага с две парчета метал със зъби, които нарязват кафето на прогресивно по-малки парчета. Те позволяват смляните прахови частици чрез отвор само след като са достатъчно малки.

Съществуват спорове относно това как да се оптимизират настройките на смилане при използване на шлифовъчна машина. Една школа на мисълта поддържа смилането на кафето възможно най-фино за увеличаване на повърхността, което ви позволява да извличате най-вкусните аромати в по-високи концентрации. Съперничещата школа се застъпва за смилането възможно най-грубо, за да се сведе до минимум производството на фини частици, които придават отрицателни аромати. Може би най-полезният съвет тук е да определите какво ви харесва най-добре въз основа на вашите вкусови предпочитания.

И накрая, свежестта на самото кафе е от решаващо значение. Печеното кафе съдържа значително количество CO₂ и други летливи вещества, хванати в матрицата на твърдото кафе: С течение на времето тези газообразни органични молекули ще избягат от боба. По-малко летливи вещества означава по-малко ароматна чаша кафе. Повечето кафенета няма да сервират кафе повече от четири седмици от датата на печене, подчертавайки важността на използването на прясно изпечени зърна.

Човек може да смекчи степента на застояване чрез охлаждане на кафето (както е описано от уравнението на Арений). Докато не трябва да охлаждате кафето си в отворен съд (освен ако не искате рибни варели), съхраняването на кафе в херметически контейнер във фризера значително ще удължи свежестта.

Така че не се чувствайте зле, че внимателно приготвената ви чаша кафе у дома никога не се придържа към това, което купувате в кафенето. Има много променливи - научни и по друг начин - които трябва да бъдат смесени, за да се получи една единствена превъзходна чаша. Успокойте се, че повечето от тези променливи не са оптимизирани от някакъв математически алгоритъм, а по-скоро от нечий език. Най-важното е кафето ви да ви е приятно ... варете след варене.

Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation. Кристофър Х. Хендън, асистент по изчислителни материали и химия, Университет в Орегон Разговорът
Химията и физиката зад перфектната чаша кафе