Математики, физики и материаловеды готовят лучший кофе

Эспрессо, один из наиболее широко используемых форматов кофейных напитков и также он наиболее подвержен изменениям вкусовых качеств.

Математики, физики и специалисты по материалам, возможно, не приходят на ум первыми, когда думаешь про экспертах по кофе. Но команда таких исследователей со всего мира, США, Великобритания, Ирландия, Австралия и Швейцария, бросают вызов общему мнению. Меньшее количество кофейных зерен, помолотых более грубо, являются ключом к напитку, который дешевле и быстрее сделать, и он остается столь же крепким. Их работа опубликована 22 января 2020 года в журнале Matter.

Как варить оптимальный эспрессо
«Большинство людей в кофейной промышленности используют параметры тонкого помола и множество кофейных зерен, чтобы получить смесь идеальной горечи и кислоты», — говорит Кристофер Хендон из Университета Орегона. «Это звучит нелогично, но эксперименты и моделирование показывает, что лучший кофе можно получить, просто используя меньше кофейных зерен и помолив их более грубо».

Несмотря на то, что здесь задействовано множество факторов, нормой приготовления кофе эспрессо является размол относительно большого количества кофейных зерен (~ 20 грамм) почти настолько мелко, насколько это возможно. Тонкий помол, как гласит здравый смысл, означает большую площадь поверхности, на которую воздействует жидкость, что должно повысить выход кофейного экстракта — части молотого кофе, которая фактически растворяется и попадает в финальный напиток.Но когда исследователи составили математическую модель, чтобы определить все факторы, находящиеся под контролем баристы, количество воды и сухого кофе, тонкость или грубость помола, давление воды, и сравнили свои показания с экспериментами, стало ясно, что реальные отношения были более сложными. Измельчение так же тонко, как в отраслевом стандарте, забивало кофейную гильзу, снижая выход при экстракции, тратя впустую сырье и внося изменения во вкус.



После многочисленных вариантов помола и тысячи заваренных чашек напитка, команда достигла рецепта, который одновременно максимизировал экстракцию и производил эспрессо, которое на вкус воспроизводило одну чашку к другой. «Один из способов оптимизировать экстракцию и добиться воспроизводимости — это грубый помол и использование небольшого количества воды, а другой — просто уменьшить массу кофе», — говорит Хендон.

Разработка модели для приготовления эспрессо не была простой задачей. На базовом уровне выход при экстракции зависит от того, как вода протекает под давлением через массу кофейной гущи. Но эта масса состоит из миллионов отдельных зерен разных форм и размеров, которые нерегулярно сжимаются в один слой фильтра. «Вам понадобится больше вычислительной мощности, чем есть у Google, чтобы точно решать физические и транспортные уравнения для такой сложной геометрии, как кофеварение», — говорит соавтор Джейми М. Фостер, математик из Университета Портсмута (Великобритания).

Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи обратили внимание на маловероятный источник — электрохимия — сравнивая то, как кофеин и другие молекулы растворяются в кофейной гуще с тем, как ионы лития движутся через электроды батареи. Заимствование методологий моделирования из работы про батареи привело к строгой модели экстракции кофе, способной делать мощные и проверяемые прогнозы.

Повышение производительности при добыче через один или несколько маршрутов, проиллюстрированных моделью, может также привести к экономическим выгодам для кафеварения и преимуществам устойчивости для кофейной промышленности в целом. Например, при текущей цене жареных кофейных зерен снижение массы сухого кофе с 20 грамм до 15 грамм на порцию напитка приведет к экономии нескольких тысяч долларов в год и 1,1 миллиарда долларов в случае масштабирования до всей кофейной индустрии США. Повышение эффективности использования кофейных зерен также уменьшит количество отходов в то время, когда поставка кофе находится под угрозой из-за изменения климата.

Исследователи подчеркивают, что их результаты не направлены на то, чтобы свести все приготовления эспрессо к одному набору условий приготовления или к единственному вкусу. «Хотя существуют четкие стратегии по сокращению отходов и повышению воспроизводимости, не существует очевидной оптимальной точки эспрессо», — говорит Хендон. «Существует огромная зависимость от предпочтений человека, делающего кофе; мы выясняем переменные, которые нужно учитывать, если хочется лучше ориентироваться в пространстве параметров варения эспрессо».