kemin och fysiken bakom Perfect Cup of Coffee

kaffe är unikt bland hantverksdrycker genom att bryggeriet spelar en viktig roll i sin kvalitet vid konsumtionspunkten. Däremot köper drinkare fatöl och vin som färdiga produkter; deras enda konsumentstyrda variabel är temperaturen vid vilken du dricker dem.

varför är det så att kaffe som produceras av en barista på ett cafe alltid smakar annorlunda än samma bönor som bryggs hemma?

det kan vara ner till sina år av träning, men mer sannolikt är det deras förmåga att utnyttja principerna för Kemi och fysik. Jag är materialkemist om dagen, och många av de fysiska överväganden jag tillämpar på andra fasta ämnen gäller här. Variablerna för temperatur, vattenkemi, partikelstorleksfördelning, förhållandet mellan vatten och kaffe, tid och, kanske viktigast av allt, kvaliteten på det gröna kaffet spelar alla viktiga roller för att producera en god kopp. Det är hur vi kontrollerar dessa variabler som gör det möjligt för den koppen att vara reproducerbar.

hur stark en kopp joe?

förutom de psykologiska och miljömässiga Bidragen till varför en baristaberedd kopp kaffe smakar så bra i cafe, måste vi överväga själva bryggmetoden.

vi människor verkar gilla drycker som innehåller kaffebeståndsdelar (organiska syror, Maillardprodukter, estrar och heterocykler, för att nämna några) vid 1,2 till 1,5 viktprocent (som i filterkaffe) och gynnar också drycker som innehåller 8 till 10 viktprocent (som i espresso). Koncentrationer utanför dessa områden är utmanande att utföra. Det finns ett begränsat antal tekniker som uppnår 8 till 10 procent koncentrationer, espressomaskinen är den mest kända.

det finns dock många sätt att uppnå en drink som innehåller 1,2 till 1,5 procent kaffe. En pour-over, Turkisk, arabisk, Aeropress, fransk press, sifon eller batch brew (det vill säga Vanlig dropp) apparat – varje producerar kaffe som smakar bra runt dessa koncentrationer. Dessa bryggmetoder har också en fördel jämfört med deras espresso-motsvarighet: de är billiga. En espressomaskin kan producera en dryck av denna koncentration: Americano, som bara är ett espressoskott utspätt med vatten till koncentrationen av filterkaffe.

alla dessa metoder resulterar i ungefär samma mängd kaffe i koppen. Så varför kan de smaka så annorlunda?

när kaffe möter vatten

det finns två familjer av bryggningsanordning inom lågkoncentrationsmetoderna-de som helt sänker kaffet i bryggvattnet och de som flyter vattnet genom kaffebädden.

ur ett fysiskt perspektiv är den stora skillnaden att temperaturen på kaffepartiklarna är högre i hela nedsänkningssystemet. Den långsammaste delen av kaffeutvinning är inte den hastighet med vilken föreningar upplöses från partikelytan. Snarare är det den hastighet med vilken kaffesmak rör sig genom den fasta partikeln till vatten-kaffe-gränssnittet, och denna hastighet ökas med temperaturen.

en högre partikeltemperatur innebär att fler av de välsmakande föreningarna som fångas i kaffepartiklarna kommer att extraheras. Men högre temperatur låter också mer av de oönskade föreningarna lösas upp i vattnet. Specialty Coffee Association presenterar ett smakhjul som hjälper oss att prata om dessa smaker – från grön/vegetativ eller papper/smaklös till brunt socker eller torkad frukt.

häll-overs och andra genomströmningssystem är mer komplexa. Till skillnad från full nedsänkning metoder där tiden styrs, flöde genom bryggtider beror på slipstorleken eftersom grunderna styra flödeshastigheten.

vatten-till-kaffe-förhållandet är också viktigt i bryggtiden. Att helt enkelt slipa mer fint för att öka extraktionen ändrar alltid bryggtiden, eftersom vattnet sipprar långsammare genom finare grunder. Man kan öka vatten-till-kaffe-förhållandet genom att använda mindre kaffe, men när massan av kaffe minskar minskar bryggtiden också. Optimering av filterkaffe bryggning är därmed flerdimensionell och mer knepigt än full nedsänkning metoder.

Andra Variabler för att försöka kontrollera

även om du kan optimera din bryggmetod och apparat för att exakt efterlikna din favoritbarista, finns det fortfarande en nästan säker chans att ditt hembrygg kommer att smaka annorlunda än cafe ‘ s. det finns tre subtiliteter som har enorm inverkan på kaffekvaliteten: vattenkemi, partikelstorleksfördelning som produceras av kvarnen och kaffens färskhet.

första, vattenkemi: Med tanke på att kaffe är en sur dryck kan surheten i ditt bryggvatten ha stor effekt. Brygg vatten som innehåller låga nivåer av både kalciumjoner och bikarbonat (HCOERON⁻) – det vill säga mjukt vatten – kommer att resultera i en mycket sur kopp, ibland beskriven som sur. Brew vatten som innehåller höga halter av HCOCER – – typiskt, hårt vatten-kommer att producera en kalkhaltig kopp, eftersom bikarbonatet har neutraliserat de flesta av de smakrika syrorna i kaffet.

helst vill vi brygga kaffe med vatten som innehåller kemi någonstans i mitten. Men det finns en god chans att du inte känner till bikarbonatkoncentrationen i ditt eget kranvatten, och en liten förändring gör stor skillnad. För att smaka på effekten, försök att brygga kaffe med Evian – ett av de högsta bikarbonatkoncentrationen flaskvatten, vid 360 mg/L.

partikelstorleksfördelningen som din Kvarn producerar är också kritisk.

varje kaffeentusiast kommer med rätta att säga att bladskvarnar är missgynnade eftersom de producerar en till synes slumpmässig partikelstorleksfördelning; det kan finnas både pulver och väsentligen hela kaffebönor samexisterande. Alternativet, en burrkvarn, har två metallstycken med tänder som skär kaffet i gradvis mindre bitar. De tillåter jordpartiklar genom en öppning endast när de är tillräckligt små.

det finns strid om hur man optimerar grindinställningarna när man använder en burr grinder. En tankeskola stöder slipning av kaffet så bra som möjligt för att maximera ytan, vilket gör att du kan extrahera de mest utsökta smakerna i högre koncentrationer. Rivaliserande skolan förespråkar slipning så grov som möjligt för att minimera produktionen av fina partiklar som ger negativa smaker. Kanske är det mest användbara rådet här att bestämma vad du gillar bäst baserat på din smakpreferens.

slutligen är kaffets färskhet avgörande. Rostat kaffe innehåller en betydande mängd CO₂ och andra flyktiga ämnen som fångas i den fasta kaffematrisen: med tiden kommer dessa gasformiga organiska molekyler att undkomma bönan. Färre flyktiga ämnen betyder en mindre smakfull kopp kaffe. De flesta cafeer serverar inte kaffe mer än fyra veckor från rostdatumet, betonar vikten av att använda nyrostade bönor.

man kan mildra stalingshastigheten genom att kyla kaffet (som beskrivs av Arrhenius-ekvationen). Medan du inte ska kyla ditt kaffe i ett öppet kärl (om du inte vill ha fiskfinger), kommer förvaring av kaffe i en lufttät behållare i frysen att förlänga färskheten avsevärt.

så känn dig inte dålig att din noggrant bryggda kopp kaffe hemma aldrig staplar upp till vad du köper på caf-exporten. Det finns många variabler-vetenskapliga och annars – som måste vridas för att producera en enda superlativ kopp. Ta tröst att de flesta av dessa variabler inte optimeras av någon matematisk algoritm, utan snarare av någons tunga. Vad som är viktigast är att ditt kaffe smakar bra för dig … brygga efter brygga.