کاهش میزان دانه‌های قهوه = قهوه عالی اگر ارتفاع ریختن درست باشد
تاریخ انتشار:
فیزیک قهوه‌سازی
در حالی که اسپرسو توجه زیادی را به خود جلب کرده است، فیزیک‌دانان دانشگاه پنسیلوانیا به بررسی فیزیک پشت قهوه‌سازی به اصطلاح "پاور اوور" پرداخته‌اند، جایی که آب داغ بر روی دانه‌های قهوه در یک فیلتر داخل یک مخروط شکل ریخته می‌شود و اجازه می‌دهد تا به آرامی درون فنجان زیرین بچکد. ترفند این است که آب را از ارتفاعی به اندازه ممکن بریزید بدون اینکه جت آب هنگام برخورد با دانه‌ها شکسته شود، طبق مقاله جدیدی که در نشریه Physics of Fluids منتشر شده است.
مدل ریاضی برای اسپرسو
در سال 2020، ما گزارشی درباره یک مدل ریاضی برای تهیه فنجان کامل اسپرسو با حداقل ضایعات ارائه کردیم. بسیاری از متغیرها می‌توانند بر کیفیت یک فنجان بخارآلود اسپرسو تأثیر بگذارند، از جمله آنچه به عنوان "کانال‌سازی" در فرآیند قهوه‌سازی شناخته می‌شود، جایی که آب به طور یکنواخت از طریق دانه‌ها نفوذ نمی‌کند بلکه در مسیرهای مختلفی انشعاب می‌یابد. این به طور قابل توجهی بازده استخراج (EY) را کاهش می‌دهد - نسبتی از قهوه که در نوشیدنی نهایی حل می‌شود - و بنابراین کیفیت قهوه نهایی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این مسئله به نوبه خود به کنترل جریان و فشار آب بستگی دارد زیرا مایع از طریق دانه‌های قهوه نفوذ می‌کند.
این مدل بر اساس چگونگی انتشار یون‌های لیتیوم از طریق الکترودهای یک باتری بود، مشابه چگونگی حل شدن مولکول‌های کافئین از دانه‌های قهوه. نتیجه‌گیری: قابل تکرارترین کاری که می‌توانید انجام دهید این است که از دانه‌های قهوه کمتری استفاده کنید و به جای آن از آسیاب درشت‌تری با کمی آب کمتر استفاده کنید؛ زمان قهوه‌سازی عمدتاً بی‌اهمیت بود. سه سال بعد، همان تیم نشان دادند که افزودن یک پاف آب به دانه‌های قهوه قبل از آسیاب می‌تواند به طور قابل توجهی بار الکتریکی استاتیک روی دانه‌های حاصل را کاهش دهد. این به نوبه خود باعث کاهش تجمع در حین قهوه‌سازی می‌شود و جریان قوی و یکنواختی را که برای تولید یک فنجان خوشمزه اسپرسو لازم است، فراهم می‌کند.
هنر آسیاب کردن
طبق گفته نویسندگان این مقاله اخیر، مطالعات بسیار کمتری بر روی افزایش بازده استخراج برای قهوه‌های ساده پاور اوور انجام شده است. عناصر اساسی شامل دانه‌های قهوه، جریان یکنواخت آب و یک مخروط شکل برای نگه‌داشتن فیلتر است. کیفیت فنجان قهوه حاصل به متغیرهایی مانند مقدار قهوه استفاده شده، شعاع جت، ارتفاع ریختن و سرعت جریان بستگی دارد که همگی بر چگونگی تعامل جت آب با بستر دانه‌های قهوه تأثیر می‌گذارند. به طور ایده‌آل، شما می‌خواهید که اختلاط مؤثری داشته باشید تا فنجان غنی‌تری به دست آورید.
از منظر فیزیکی، ما در حال صحبت درباره یک تعامل پیچیده بین یک جت مایع و یک بستر دانه‌ای از قهوه هستیم. و مواد دانه‌ای مستعد به وقوع بهمن هستند. در حالی که تحقیقات قبلی به طور جداگانه به جت‌های آب و بهمن‌های دانه‌ای پرداخته‌اند، نویسندگان می‌نویسند: "اطلاعات بسیار کمتری در مورد جت‌های آب که به یک سطح مایع با یک ماده دانه‌ای زیر آن برخورد می‌کند، وجود دارد." "علاوه بر این، مطالعات نسبتاً کمی وجود دارد که به طور مستقیم ذرات دانه‌ای را که با جریان‌های چندفازی تعامل دارند، تجسم می‌کنند."
آزمایشات و نتایج
برای یادگیری بیشتر، نویسندگان چندین آزمایش انجام دادند. آن‌ها در آزمایشگاه قهوه پاور اوور درست کردند و دانه‌های قهوه را با یک دوربین با وضوح بالا تحلیل کردند تا توزیع اندازه ذرات را به دست آورند و سپس مواد جامد حل‌شده کل در قهوه دم‌کرده را اندازه‌گیری کردند. آن‌ها همچنین این فرآیند قهوه‌سازی را با استفاده از ذرات ژل سیلیکا به عنوان جایگزین برای دانه‌های قهوه و یک قیف شفاف شیشه‌ای با شیب 60 درجه به عنوان فیلتر مخروطی قهوه شبیه‌سازی کردند که با لیزرها روشن شده بود. دوباره، دوربین‌های با سرعت بالا دینامیک تعامل بین ذرات ژل و جت‌های آب را ثبت کردند.
بر اساس یافته‌های خود، نویسندگان توصیه می‌کنند که آب داغ را به آرامی بر روی دانه‌های قهوه بریزید تا به دانه‌ها زمان بیشتری برای غوطه‌ور شدن در آب بدهید. اما اگر آب را خیلی آرام بریزید، جت حاصل به دهانه کتری می‌چسبد (اثر "کتری چای") و اختلاط کافی از دانه‌ها انجام نخواهد شد؛ آن‌ها فقط به ته می‌نشینند و بازده استخراج کاهش می‌یابد. "اگر جت نازکی داشته باشید، تمایل دارد به قطرات تقسیم شود،" گفت همکار نویسنده مارگوت یانگ. "این چیزی است که شما می‌خواهید در این پاور اوورها اجتناب کنید، زیرا این به این معنی است که جت نمی‌تواند به طور مؤثر دانه‌های قهوه را مخلوط کند."
ارتفاع ریختن
در اینجا افزایش ارتفاعی که از آن آب می‌ریزید، به کار می‌آید. این به گفته نویسندگان، انرژی بیشتری از گرانش به دانه‌های قهوه می‌دهد و اختلاط دانه‌های دانه‌ای قهوه را افزایش می‌دهد. اما باز هم، چیزی به نام ریختن از ارتفاع بیش از حد وجود دارد که باعث می‌شود جت آب از هم بپاشد. ارتفاع ایده‌آل نباید بیشتر از 50 سانتیمتر (حدود 20 اینچ) بالای فیلتر باشد. کتری چای با گردن کلاسیک به نظر می‌رسد که برای دستیابی به آن ارتفاع بهینه ایده‌آل است. تحقیقات آینده ممکن است اثرات تغییر اندازه دانه‌های قهوه را بررسی کند.
اهمیت افزایش بازده استخراج
افزایش بازده استخراج و به تبع آن کاهش میزان دانه‌های قهوه‌ای که استفاده می‌شود، اهمیت دارد زیرا به دلیل تغییرات آب و هوایی مداوم، کشت گونه‌های رایج قهوه به طور فزاینده‌ای دشوار شده است. "کشت قهوه در حال دشوارتر شدن است و بنابراین به همین دلیل، قیمت قهوه در سال‌های آینده احتمالاً افزایش خواهد یافت،" همکار نویسنده آرنولد متیجن به New Scientist گفت. "ایده این تحقیق واقعاً این بود که ببینیم آیا می‌توانیم با کاهش مقدار دانه‌های قهوه‌ای که نیاز است، در حالی که همچنان همان مقدار استخراج را حفظ کنیم، کمکی کنیم تا همان قدرت قهوه را به دست آورید."
کاربردهای دیگر
اما کاربردهای بالقوه محدود به قهوه‌سازی نیست. نویسندگان اشاره می‌کنند که این تعامل بین جت مایع و بستر دانه‌ای زیر آب در فرسایش خاک از آبشارها، به عنوان مثال، و همچنین در تصفیه فاضلاب - استفاده از جت‌های مایع برای هوادهی فاضلاب به منظور افزایش تجزیه‌پذیری بیولوژیکی مواد آلی - و فرسایش سد، جایی که زمین جامد پشت یک سد به آرامی توسط جت‌های آب ساییده می‌شود، نیز دخیل است. "اگرچه سدها در مقیاس بسیار بزرگتری عمل می‌کنند، اما ممکن است تحت دینامیک مشابهی قرار گیرند و پیدا کردن راه‌هایی برای کاهش ارتفاع جت در سدها ممکن است فرسایش را کاهش دهد و سلامت سد را افزایش دهد،" آن‌ها نوشتند.