Die Chemie und Physik hinter der perfekten Tasse Kaffee

Kaffee ist einzigartig unter den handwerklichen Getränken, da der Brauer eine bedeutende Rolle in seiner Qualität am Ort des Verbrauchs spielt. Im Gegensatz dazu kaufen Trinker Fassbier und Wein als Fertigprodukte; Ihre einzige verbrauchergesteuerte Variable ist die Temperatur, bei der Sie sie trinken.

Warum schmeckt Kaffee, der von einem Barista in einem Cafe hergestellt wird, immer anders als die gleichen Bohnen, die zu Hause gebraut werden?

Es mag an ihrer jahrelangen Ausbildung liegen, aber wahrscheinlicher ist es ihre Fähigkeit, die Prinzipien der Chemie und Physik zu nutzen. Ich bin tagsüber Materialchemiker, und viele der physikalischen Überlegungen, die ich auf andere Feststoffe anwende, gelten hier. Die Variablen Temperatur, Wasserchemie, Partikelgrößenverteilung, Verhältnis von Wasser zu Kaffee, Zeit und vor allem die Qualität des Rohkaffees spielen eine entscheidende Rolle bei der Herstellung einer leckeren Tasse. Es ist die Art und Weise, wie wir diese Variablen steuern, die es ermöglicht, dass diese Tasse reproduzierbar ist.

Wie stark ist eine Tasse Joe?

Neben den psychologischen und ökologischen Beiträgen, warum eine vom Barista zubereitete Tasse Kaffee im Cafe so gut schmeckt, müssen wir die Brühmethode selbst berücksichtigen.

Wir Menschen scheinen Getränke zu mögen, die Kaffeebestandteile (organische Säuren, Maillard-Produkte, Ester und Heterocyclen, um nur einige zu nennen) mit 1,2 bis 1,5 Massenprozent (wie im Filterkaffee) enthalten, und bevorzugen auch Getränke mit 8 bis 10 Massenprozent (wie im Espresso). Konzentrationen außerhalb dieser Bereiche sind schwierig durchzuführen. Es gibt eine begrenzte Anzahl von Technologien, die 8 bis 10 Prozent Konzentrationen erreichen, wobei die Espressomaschine die bekannteste ist.

Es gibt jedoch viele Möglichkeiten, ein Getränk mit 1,2 bis 1,5 Prozent Kaffee zu erhalten. Ein Pour-Over–, Türkisch-, Arabisch-, Aeropress-, French Press-, Siphon- oder Batch-Brew-Gerät (dh ein regulärer Tropf) – jeder produziert Kaffee, der um diese Konzentrationen herum gut schmeckt. Diese Brühmethoden haben auch einen Vorteil gegenüber ihrem Espresso-Gegenstück: Sie sind billig. Eine Espressomaschine kann ein Getränk dieser Konzentration herstellen: den Americano, bei dem es sich nur um einen Espresso handelt, der mit Wasser auf die Konzentration von Filterkaffee verdünnt wird.

Alle diese Methoden ergeben ungefähr die gleiche Menge Kaffee in der Tasse. Warum können sie so unterschiedlich schmecken?

Wenn Kaffee auf Wasser trifft

Es gibt zwei Familien von Brühgeräten innerhalb der Methoden mit niedriger Konzentration – diejenigen, die den Kaffee vollständig in das Brühwasser eintauchen, und diejenigen, die das Wasser durch das Kaffeebett fließen lassen.

Aus physikalischer Sicht besteht der Hauptunterschied darin, dass die Temperatur der Kaffeepartikel im Volltauchsystem höher ist. Der langsamste Teil der Kaffeeextraktion ist nicht die Geschwindigkeit, mit der sich Verbindungen von der Partikeloberfläche lösen. Vielmehr ist es die Geschwindigkeit, mit der sich der Kaffeegeschmack durch das feste Partikel zur Wasser-Kaffee-Grenzfläche bewegt, und diese Geschwindigkeit wird mit der Temperatur erhöht.

Eine höhere Partikeltemperatur bedeutet, dass mehr der schmackhaften Verbindungen, die in den Kaffeepartikeln eingeschlossen sind, extrahiert werden. Bei höherer Temperatur lösen sich aber auch mehr unerwünschte Verbindungen im Wasser auf. Die Specialty Coffee Association präsentiert ein Geschmacksrad, das uns hilft, über diese Aromen zu sprechen – von grün / vegetativ oder papierartig / muffig bis hin zu braunem Zucker oder Trockenfrüchten.

Überläufe und andere Durchflusssysteme sind komplexer. Im Gegensatz zu Volltauchverfahren, bei denen die Zeit gesteuert wird, hängen die Durchflussbrühzeiten von der Mahlgröße ab, da die Gründe die Durchflussrate steuern.

Das Verhältnis von Wasser zu Kaffee spielt auch bei der Brühzeit eine Rolle. Wenn Sie einfach feiner mahlen, um die Extraktion zu erhöhen, ändert sich immer die Brühzeit, da das Wasser langsamer durch feinere Böden sickert. Man kann das Verhältnis von Wasser zu Kaffee erhöhen, indem man weniger Kaffee verwendet, aber wenn die Masse des Kaffees reduziert wird, nimmt auch die Brühzeit ab. Die Optimierung des Filterkaffeebrühens ist daher mehrdimensional und kniffliger als Volltauchverfahren.

Andere Variablen, die Sie kontrollieren sollten

Auch wenn Sie Ihre Brühmethode und Ihr Gerät optimieren können, um Ihren Lieblings-Barista genau nachzuahmen, besteht immer noch eine nahezu sichere Chance, dass Ihr Hausgebräu anders schmeckt als das Cafe. Es gibt drei Feinheiten, die einen enormen Einfluss auf die Kaffeequalität haben: Wasserchemie, Partikelgrößenverteilung durch die Mühle und Kaffeefrischequalität.

Zunächst Wasserchemie: Da Kaffee ein saures Getränk ist, kann der Säuregehalt Ihres Brühwassers einen großen Einfluss haben. Brühwasser, das geringe Mengen an Calciumionen und Bicarbonat (hco₃⁻) enthält – dh weiches Wasser – führt zu einer stark sauren Tasse, die manchmal als sauer bezeichnet wird. Brühwasser mit einem hohen Gehalt an HCO₃ – typischerweise hartes Wasser – erzeugt eine kreidige Tasse, da das Bicarbonat die meisten aromatischen Säuren im Kaffee neutralisiert hat.

Idealerweise möchten wir irgendwo in der Mitte Kaffee mit Wasser aufbrühen, das Chemie enthält. Aber es besteht eine gute Chance, dass Sie die Bikarbonatkonzentration in Ihrem eigenen Leitungswasser nicht kennen, und eine kleine Änderung macht einen großen Unterschied. Um die Wirkung zu schmecken, versuchen Sie, Kaffee mit Evian zu brauen – einem der Flaschenwasser mit der höchsten Bikarbonatkonzentration von 360 mg / L.

Die Partikelgrößenverteilung, die Ihre Mühle erzeugt, ist ebenfalls kritisch.

Jeder Kaffeeliebhaber wird Ihnen zu Recht sagen, dass Blattmühlen nicht beliebt sind, weil sie eine scheinbar zufällige Partikelgrößenverteilung erzeugen; Es können sowohl Pulver als auch im Wesentlichen ganze Kaffeebohnen nebeneinander existieren. Die Alternative, eine Gratmühle, verfügt über zwei Metallstücke mit Zähnen, die den Kaffee in immer kleinere Stücke schneiden. Sie lassen gemahlene Partikel nur dann durch eine Öffnung, wenn sie klein genug sind.

Es gibt jedoch Streit darüber, wie die Schleifeinstellungen bei Verwendung eines Gratschleifers optimiert werden können. Eine Denkschule unterstützt das Mahlen des Kaffees so fein wie möglich, um die Oberfläche zu maximieren, wodurch Sie die köstlichsten Aromen in höheren Konzentrationen extrahieren können. Die rivalisierende Schule befürwortet das Mahlen so grob wie möglich, um die Produktion feiner Partikel zu minimieren, die negative Aromen verleihen. Der vielleicht nützlichste Rat hier ist, anhand Ihrer Geschmackspräferenz zu bestimmen, was Ihnen am besten gefällt.

Schließlich ist die Frische des Kaffees selbst entscheidend. Gerösteter Kaffee enthält eine erhebliche Menge an CO₂ und anderen flüchtigen Bestandteilen, die in der festen Kaffeematrix eingeschlossen sind: Im Laufe der Zeit entweichen diese gasförmigen organischen Moleküle aus der Bohne. Weniger flüchtige Stoffe bedeuten eine weniger aromatische Tasse Kaffee. Die meisten Cafes servieren Kaffee nicht länger als vier Wochen nach dem Röstdatum und betonen, wie wichtig es ist, frisch geröstete Bohnen zu verwenden.

Man kann die Alterungsrate mindern, indem man den Kaffee abkühlt (wie durch die Arrhenius-Gleichung beschrieben). Während Sie Ihren Kaffee nicht in einem offenen Gefäß kühlen sollten (es sei denn, Sie möchten Fischfingerbrühe), verlängert die Lagerung von Kaffee in einem luftdichten Behälter im Gefrierschrank die Frische erheblich.

Fühlen Sie sich also nicht schlecht, dass sich Ihre sorgfältig gebrühte Tasse Kaffee zu Hause nie mit dem stapelt, was Sie im Café kaufen. Es gibt viele Variablen – wissenschaftliche und andere -, die gerungen werden müssen, um eine einzige Tasse der Superlative zu produzieren. Trösten Sie sich damit, dass die meisten dieser Variablen nicht durch einen mathematischen Algorithmus optimiert werden, sondern durch jemandes Zunge. Was am wichtigsten ist, ist, dass Ihr Kaffee Ihnen gut schmeckt … Gebräu für Gebräu.