Das beste Aroma aus dem Kaffee herausholen
Das Verständnis der Ursachen für die ungleichmäßige Extraktion bei der Zubereitung von Espresso kann das Getränk verbessern und erhebliche finanzielle Einsparungen ermöglichen, indem Kaffee effizienter und nachhaltiger genutzt wird.
Espressokaffee wird gebrüht, indem geröstete Kaffeebohnen zunächst zu Körnern gemahlen werden. Heißes Wasser wird dann mit hohem Druck durch ein Bett aus Kaffeekörnern gepresst, wobei sich der lösliche Inhalt der Kaffeekörner im Wasser auflöst (Extraktion) und Espresso entsteht.
symbolisches Bild
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In dieser Abbildung steht Q für die Durchflussrate, epsilon für die Porosität (die mit der Extraktion des Kaffees zunimmt) und c für die Konzentration des gelösten Kaffees (ein Maß für die Stärke des Espressos).
W.T. Lee, A. Smith, and A. Arshad
Im Jahr 2020 stellten die Forscher fest, dass feiner gemahlene Kaffeebohnen einen schwächeren Espresso ergeben. Dieses kontraintuitive Versuchsergebnis macht Sinn, wenn es im Kaffeebett aus irgendeinem Grund Regionen gibt, in denen weniger oder gar kein Kaffee extrahiert wird. Diese ungleichmäßige Extraktion ist umso ausgeprägter, je feiner der Kaffee gemahlen ist.
In der Zeitschrift Physics of Fluids (AIP Publishing) untersuchten Forscher der Universität Huddersfield die Rolle der ungleichmäßigen Kaffeeextraktion anhand eines einfachen mathematischen Modells. Sie teilten den Kaffee in zwei Regionen auf, um zu untersuchen, ob eine ungleichmäßige Strömung tatsächlich zu einem schwächeren Espresso führt.
Eine der Regionen im Modellsystem enthielt dichter gepackten Kaffee als die andere, was zu einer anfänglichen Ungleichheit des Fließwiderstands führte, da Wasser schneller durch dichter gepackte Körner fließt. Durch die Extraktion des Kaffees verringerte sich der Strömungswiderstand weiter, da die Kaffeekörner während des Prozesses etwa 20 bis 25 % ihrer Masse verlieren.
"Unser Modell zeigt, dass Durchfluss und Extraktion den anfänglichen Unterschied im Durchfluss zwischen den beiden Regionen aufgrund einer positiven Rückkopplungsschleife vergrößert haben, in der mehr Durchfluss zu mehr Extraktion führt, was wiederum den Widerstand verringert und zu mehr Durchfluss führt", so Mitautor William Lee. "Dieser Effekt scheint immer aktiv zu sein, und erst wenn in einer der Regionen der gesamte lösliche Kaffee extrahiert ist, sehen wir die experimentell beobachtete Abnahme der Extraktion mit abnehmender Mahlgradgröße".
Die Forscher waren überrascht, dass das Modell stets einen ungleichmäßigen Durchfluss über verschiedene Teile des Kaffeebetts vorhersagt.
"Dies ist wichtig, weil der Geschmack des Kaffees vom Grad der Extraktion abhängt", so Lee. "Zu wenig Extraktion und der Geschmack des Kaffees ist das, was Fachleute 'unterentwickelt' nennen, oder wie ich es beschreibe: rauchiges Wasser. Zu viel Extraktion und der Kaffee schmeckt sehr bitter. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass, selbst wenn es so aussieht, als ob die Extraktion insgesamt in Ordnung ist, dies auf eine Mischung aus unterentwickeltem und bitterem Kaffee zurückzuführen sein könnte."
Wenn man die Ursache für die ungleichmäßige Extraktion versteht und sie vermeidet, könnte man bessere Kaffees zubereiten und durch eine effizientere Nutzung des Kaffees erhebliche finanzielle Einsparungen erzielen.
"Unser nächster Schritt besteht darin, das Modell realistischer zu gestalten, um zu sehen, ob wir detailliertere Erkenntnisse über dieses verwirrende Phänomen gewinnen können", so Lee. "Sobald dies erreicht ist, können wir darüber nachdenken, ob es möglich ist, die Art und Weise, wie Espressokaffee gebrüht wird, zu ändern, um die ungleichmäßige Extraktion zu verringern.
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