Die Zubereitung eines Espressos basiert oft auf einer Reihe von Versuchen. Baristas passen Mahlgrad und Kaffeemenge an, um einen präzisen Durchfluss zu erreichen. Dieser Durchfluss bestimmt die Kontaktzeit zwischen Wasser und Kaffeepartikeln und beeinflusst direkt die Intensität und Balance der Aromen.
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Um diesen empirischen Ansatz zu überwinden, haben die Forscher die innere Struktur des Kaffeepucks untersucht. Zwei Kaffees aus Ruanda und Kolumbien wurden in elf verschiedenen Körnungen gemahlen. Jede Probe wurde anschließend mit Hilfe der Röntgentomographie analysiert, wodurch detaillierte dreidimensionale Karten erstellt wurden.
Diese Bilder offenbaren ein Netzwerk aus Poren, winzigen Zwischenräumen zwischen den Partikeln. Einige bilden durchgängige Pfade, die es dem Wasser ermöglichen zu zirkulieren, während andere isoliert bleiben. Die Verteilung dieser Wege bestimmt, wie die Flüssigkeit den Kaffee durchströmt.
Die Wissenschaftler quantifizierten den Anteil dieser verbundenen Poren. Dieser Ansatz aus der Physik beschreibt den Flüssigkeitsfluss in fragmentierten Medien. Er ermöglicht hier die Identifizierung von Bereichen, in denen das Wasser frei fließt oder eingeschlossen wird.
Der hier als Untersuchungsmaterial verwendete Kaffee ist entweder (a und b) ein Tumba-Kaffee aus Ruanda oder (c und d) ein Guayacán-Kaffee aus Kolumbien. Die Abbildungen (a) und (c) zeigen das gemahlene Kaffeepulver bei der angegebenen Mahlgradeinstellung. Die Abbildungen (b) und (d) zeigen Lichtmikroskop-Aufnahmen desselben gemahlenen Kaffees; die Breite der Bildbasis beträgt 14 mm. Das erhaltene Modell setzt die Durchlässigkeit mit mehreren Faktoren in Beziehung: Durchschnittliche Partikelgröße, gesamte exponierte Oberfläche und Grad der Verdichtung. Je mehr verbundene Poren vorhanden sind, desto leichter kann das Wasser zirkulieren, was die Extraktionszeit verkürzt und das Aromaprofil verändert.
Die Autoren geben an, dass ihre Ergebnisse eng mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmen. Ihre Gleichung würde somit eine praktische Methode bieten, um die Auswirkung einer Mühlen-Einstellung oder des Andrückens vorherzusagen, ohne sich allein auf empirische Erfahrung zu verlassen.
Einige Phänomene müssen jedoch noch erforscht werden. Die Kaffeepartikel quellen beim Kontakt mit Wasser auf und verändern so die innere Struktur des Pucks während der Extraktion. Dieser Aspekt könnte die Vorhersagen des Modells noch verfeinern.
Langfristig könnten diese Arbeiten Maschinen inspirieren, die ihre Parameter automatisch anpassen können. Ohne menschliches Know-how zu ersetzen, ebnen sie den Weg für eine konstantere und besser kontrollierte Zubereitung von Espresso.
Quelle: Royal Society Open Science