Brygger en bedre espresso, med et skud matematik

Matematikere, fysikere, og materialeeksperter kommer måske ikke til at tænke på som de første til at rådføre sig om, hvorvidt du brygger din kaffe rigtigt. Men et hold af sådanne forskere fra hele kloden – USA, Det Forenede Kongerige, Irland, Australien, og Schweiz – udfordrer almindelig espressovisdom, opdager, at færre kaffebønner, malet grovere, er nøglen til en drink, der er billigere at lave, mere konsekvent fra skud til skud, og lige så stærk. Deres arbejde vises 22. januar i tidsskriftet Stof .

"De fleste mennesker i kaffeindustrien bruger finmalede indstillinger og masser af kaffebønner for at få en blanding af bitterhed og sur syre, der er uforudsigelig og irreproducerbar, " siger co-senior forfatter Christopher Hendon, en beregningskemiker ved University of Oregon. "Det lyder kontraintuitivt, men eksperimenter og modellering tyder på, at effektiv, Du kan få adgang til reproducerbare billeder ved blot at bruge mindre kaffe og male den mere groft."

Selvom mange faktorer spiller ind, normen for at brygge et espressoshot er at male en relativt stor mængde kaffebønner (~20 gram) næsten så fint som muligt. Den fine slibning, sund fornuft går, betyder mere overfladeareal udsat for bryggevæsken, hvilket burde øge ekstraktionsudbyttet - den del af den malede kaffe, der faktisk opløses og ender i den endelige drik.

Men da forskerne sammensatte en matematisk model for at forklare ekstraktionsudbyttet baseret på faktorerne under en baristas kontrol - muligheder såsom masserne af vand og tør kaffe, grundens finhed eller grovhed, og vandtrykket - og sammenlignede dets forudsigelser med bryggeeksperimenter, blev det klart, at det virkelige forhold var mere kompliceret. Kværn så fint som industristandarden tilstoppede kaffesengen, reducere ekstraktionsudbyttet, spild af råvarer, og indføre variation i smag ved at prøve nogle grunde og helt gå glip af andre.

Meget knasende tal og tusindvis af skud senere, holdet nåede frem til en opskrift for samtidig at maksimere ekstraktion og producere espresso, der ville smage ens fra den ene kop til den næste. "En måde at optimere ekstraktion og opnå reproducerbarhed er at male grovere og bruge lidt mindre vand, mens en anden er blot at reducere mængden af ​​kaffe, " siger Hendon.

At udvikle en model, der repræsenterer espressobrygning, var ikke en ligetil opgave. På et grundlæggende niveau, ekstraktionsudbyttet afhænger af, hvordan vand strømmer under tryk gennem en masse kaffegrums. Men den masse består af millioner af individuelle korn af forskellige former og størrelser, sat uregelmæssigt fast i en enkelt filterleje. "Du ville have brug for mere computerkraft end Google har for nøjagtigt at løse fysikken og transportligningerne for brygning på en geometri så indviklet som en kaffeseng, " siger co-senior forfatter Jamie M. Foster, en matematiker ved University of Portsmouth (UK).

For at komme forbi denne forhindring, forskerne trak på en usandsynlig kilde - elektrokemi - der sammenlignede hvordan koffein og andre molekyler opløses ud af kaffegrums med hvordan lithiumioner bevæger sig gennem elektroderne på et batteri. Lån af modelleringsmetoder fra batteriarbejde førte til en streng kaffeekstraktionsmodel, der var i stand til at lave kraftfulde og testbare forudsigelser.

Forøgelse af udvindingsudbyttet gennem en eller flere af de ruter, som modellen illustrerer, kan også føre til økonomiske gevinster for cafeer og til bæredygtighedsfordele for kaffeindustrien som helhed. For eksempel, til den nuværende pris på ristede kaffebønner, at sænke mængden af ​​tør kaffe fra 20 gram til 15 gram pr. drink ville tilføje op til besparelser på et par tusinde dollars om året for en lille cafe, og 1,1 milliarder dollars om året, hvis det skaleres op til hele den amerikanske kaffeindustri. At være mere effektiv med brugen af ​​kaffebønne vil også reducere spild på et tidspunkt, hvor kaffeforsyningen er truet af klimaændringer i historiske produktionsområder.

Forskerne understreger bl. imidlertid, at deres resultater ikke foregiver at reducere al espressofremstilling ned til et enkelt sæt bryggeforhold eller til en enlig smagsprofil. "Selvom der er klare strategier til at reducere spild og forbedre reproducerbarheden, der er ikke noget åbenlyst optimalt espressopunkt, " siger Hendon. "Der er en enorm afhængighed af præferencerne hos den person, der producerer kaffen; vi belyser de variabler, som de skal overveje, hvis de ønsker at navigere bedre i parameterrummet for at brygge espresso."