Hur man brygger den perfekta kaffekoppen med hjälp av kemi och fysik

Kaffe är unikt bland hantverksmässiga drycker, eftersom bryggeriet spelar en viktig roll i sin kvalitet vid konsumtionspunkten. Däremot köper drinkare utkastöl och vin som färdiga produkter. deras enda konsumentstyrda variabel är den temperatur där du dricker dem.

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

Det kan vara nere på deras år av träning, men mer troligt är det deras förmåga att utnyttja kemi och fysikens principer. Jag är materialkemist om dagen, och många av de fysiska övervägandena jag tillämpar på andra fastämnen gäller här. Temperaturvariationer, vattenkemi, partikelstorleksfördelning, förhållande mellan vatten och kaffe, tid och kanske viktigast av allt, kvaliteten på det gröna kaffet spelar viktiga roller för att producera en god kopp. Det är hur vi kontrollerar dessa variabler som gör att koppen kan reproduceras.

Hur stark en kopp Joe?

Förutom de psykologiska och miljömässiga bidragen till varför en baristaberedd kopp kaffe smakar så bra i kaféet, måste vi överväga själva bryggningsmetoden.

Vi människor verkar som drycker som innehåller kaffebeståndsdelar (organiska syror, Maillard-produkter, estrar och heterocykler, för att nämna några) vid 1,2 till 1,5 viktprocent (som i filterkaffe) och föredrar även drycker som innehåller 8 till 10 procent med massa (som i espresso). Koncentrationer utanför dessa områden är utmanande att genomföra. 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 dryck som innehåller 1,2 till 1,5 procent kaffe. En pour-over, turkisk, arabisk, Aeropress, fransk press, sifon eller parti brygga (det vill säga vanliga dropp) apparater - varje producerar kaffe som smakar bra kring dessa koncentrationer. Dessa bryggningsmetoder har också en fördel över deras espresso motsvarighet: De är billiga. En espressomaskin kan producera en dryck av denna koncentration: Americano, som bara är ett espresso-skott utspätt med vatten till koncentrationen av filterkaffe.

Se även: Kaffevetenskapsmän hitta ett optimalt antal koppar för ett hälsosamt hjärta

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

När kaffe mäter vatten

Det finns två familjer med bryggningsenhet inom lågkoncentrationsmetoderna - de som helt nedsänker kaffet i bryggvattnet och de som strömmar vattnet genom kaffebädden.

Ur ett fysiskt perspektiv är den stora skillnaden att temperaturen hos kaffepartiklarna är högre i hela nedsänkningssystemet. Den långsammaste delen av kaffeextraktion är inte den hastighet vid vilken föreningar löser sig från den partikelformiga ytan. Det är snarare den hastighet vid vilken kaffesmak rör sig genom den fasta partikeln till vatten-kaffegränssnittet, och denna hastighet ökar med temperaturen.

En högre partikeltemperatur betyder att flera av de goda föreningarna som fångas i kaffepartiklarna kommer att extraheras. Men högre temperatur låter också mer av de oönskade föreningarna lösas i vattnet. Specialty Coffee Association presenterar ett smakhjul för att hjälpa oss att prata om dessa smaker - från grön / vegetativ eller paprika / smaklös till brun socker eller torkad frukt.

Hastigheter och andra genomflödessystem är mer komplexa. Till skillnad från fullständiga nedsänkningsmetoder där tiden är kontrollerad beror brytningstiderna på grindstorleken eftersom grunderna styr flödeshastigheten.

Vatten-till-kaffekvoten är också i bryggtiden. Att bara slipa mer bra för att öka utvinningen förändrar alltid bryggtiden, eftersom vattnet sakta långsammare genom finare grunder. Man kan öka förhållandet mellan vatten och kaffe genom att använda mindre kaffe, men när kaffemassan minskar minskar bryggtiden också. Optimering av filterkonservering är följaktligen flerdimensionell och mer knepig än fullständig nedsänkningsmetoder.

Andra variabler som försöker kontrollera

Även om du kan optimera din bryggningsmetod och apparat för att exakt efterlikna din favoritbarista, finns det fortfarande en nästan säker chans att ditt hembröd smakar annorlunda än kaféet. Det finns tre subtiliteter som har en enorm inverkan på kaffekvaliteten: vattenkemi, partikelstorleksfördelning som produceras av kvarnen och kaffefärskheten.

För det första, vattenkemi: Med tanke på kaffe är en sur dryck, kan surheten hos ditt bryggvatten få stor effekt. Brew vatten innehållande låga halter av både kalciumjoner och bikarbonat (HCO3 ") - det vill säga mjukvatten - kommer att resultera i en mycket sur kopp, ibland beskrivet som surt. Brew vatten som innehåller höga halter av HCO3 - - vanligtvis hårdvatten - kommer att producera en kritig kopp, eftersom bikarbonatet har neutraliserat de flesta smaksamma syrorna i kaffet.

Helst vill vi brygga kaffe med vatten innehållande kemi någonstans i mitten. Men det finns en bra chans att du inte vet bikarbonatkoncentrationen i ditt eget kranvatten, och en liten förändring gör stor skillnad. För att smaka på smaken, försök att brygga kaffe med Evian - ett av de högsta bikarbonatkoncentrationens flaskvatten, vid 360 mg / l.

Den partikelstorleksfördelning som din kvarn producerar är också kritisk.

Varje kaffeentusiast kommer med rätta att berätta att knivslipmaskiner är disfavored eftersom de producerar en till synes slumpmässig partikelstorleksfördelning; det kan finnas både pulver och i huvudsak hela kaffebönor som existerar. Alternativet, en gräsklippare, har två stycken metall med tänder som skär kaffet till progressivt mindre bitar. De tillåter jordpartiklar genom en bländare endast när de är tillräckligt små.

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

Slutligen är kaffets fräschhet avgörande. Rostat kaffe innehåller en signifikant mängd CO2 och andra flyktiga ämnen som fångas i den fasta kaffematrisen: Över tiden kommer dessa gasformiga organiska molekyler att fly undan bönan. Färre flyktiga ämnen betyder en mindre smakfull kopp kaffe. De flesta kaféer serverar inte kaffe mer än fyra veckor ut från stekdatumet, och betonar vikten av att använda färskt rostade bönor.

Se även: IBM-patentplaner för att leverera kaffe via Drone, efter att ha läst ditt sinne

Man kan mildra graden av stjälning genom att kyla kaffe (som beskrivs av Arrhenius ekvationen). Medan du inte ska kyla ditt kaffe i ett öppet kärl (om du inte vill ha fiskfibrer), lagrar du kaffe i en lufttät behållare i frysen, vilket gör att fräschen blir betydligt längre.

Så känn dig inte dåligt att din omsorgsfullt bryggda kopp kaffe hemma aldrig upp till vad du köper på kaféet. Det finns många variabler - vetenskapliga och på annat sätt - som måste köras för att producera en enda superlativ kopp. Tänk på att de flesta av dessa variabler inte optimeras av någon matematisk algoritm utan av någonas tunga. Det viktigaste är att ditt kaffe smakar bra för dig … brygga efter brygga.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Christopher H. Hendon. Läs den ursprungliga artikeln här.