هل سبق وأن لاحظت تراكم الغبار على مراوح السقف، مع أن شفراتها تدور بسرعة، في حين قد يبدو من المنطقي أن يطير بعيدًا؟ وهل فكرت من قبل في الحركة التي يحدثها القارب على البحيرة وهو يبحر خلالها بسرعة؟ تجسد هذه الحالات قانونًا فيزيائيًا يُعرف باسم حالة حدود عدم الانزلاق (NSBC). وينص هذا القانون على أن سرعة تدفق السائل عبر سطح ما تساوي بالضبط صفرًا عند السطح نفسه. أي أن جزيئات السائل ستلتصق بجدران (أو حدود) المادة الصلبة، وهو السبب وراء تشكل الحركة خلف القارب. تتحرك جزيئات الماء الملامسة للقارب بنفس سرعته، وتنجذب إلى بعضها بقوة، مما يسبب سحب بعض الماء مع القارب.
فإذا كانت سرعة السائل على سطح الجسيم تساوي صفراً، فإن الطريقة الوحيدة التي ستمكن جزيئات النكهة من الخروج من الجسيم هي الانتشار عبر هذه الطبقة الحدودية. ونظرًا لكون الانتشار عملية بطيئة، فإن معدل الاستخلاص من السطح سيكون بطيئًا جدًا. وبعيدًا عن سطح الجزيئات، إذا كان السائل متحركًا، فقد يحمل جزيئات النكهة بعيدًا، في عملية تسمى بالتأفق.
ومن المثير للدهشة أن حالة حدود عدم الانزلاق ما تزال تشكل عاملاً مؤثرًا حتى مع وجود حركة كبيرة في خليط القهوة. فعلى سبيل المثال، عندما يتدفق التيار من غلاية الصب بسرعة كبيرة ويشق طريقه بقوة نحو قاع القهوة، قد يكون هذا النوع من التدفق عالي السرعة "صفائحيًا"، حيث تتحرك الجزيئات في خطوط مستقيمة (انظر الرسم على اليسار أدناه). وقد تكون الطبقة الحدودية كبيرة نسبيًا في التدفق الصفائحي، مما يعني وجوب انتشار الجزيئات لمسافة أبعد كي تتمكن من الهروب من سطح القهوة المطحونة. تشكل التدفقات المضطربة الدوامات، أو التيارات العكسية (انظر الرسم على اليمين أدناه)، والتي قد تخترق الطبقة الحدودية وتحمل جزيئات النكهة بعيدًا، الأمر الذي سيرفع من معدل الاستخلاص. ولا تعتبر الدوامات، التي ناقشناها في الدرس 1.05، فعالة في تقليب خليط القهوة للسبب ذاته، حيث أنها غير قادرة على تكوين الدوامات المطلوبة للتغلب على حالة حدود عدم الانزلاق.
التدفق الصفائحي (على اليسار). التدفق المضطرب (على اليمين).
يشير البروفيسور ستيفن أبوت إلى أن "الطريقة الوحيدة لتتمكن هذه الجزيئات (كبيرة الحجم وصعبةالإذابة) من الهروب، هي جعل التدفق المضطرب يقترب قدر الإمكان من حدود عدم الانزلاق."
في هذا الفيديو القصير، نضع قطرة من الحبر على جدار وعاء زجاجي، بينما يتحرك الماء بداخله في دوامة (أي، في بيئة تخلو من الاضطراب). نلاحظ أن الحبر قد بقي على الحائط إلى أن استخدم شخص ما مضربًا أحدث اضطرابًا كافيًا لإزالة الحبر.
ونظرًا لتأثير حالة حدود عدم الانزلاق، فإن جميع طرق التخمير بالغمر تتطلب نوعًا من التحريك. فبدون تحريك، يستغرق إعداد المشروبات المعدة بالغمر وقتًا طويلاً، وعادةً ما يكون استخلاصها ناقصًا. وبدون التدفق المضطرب الذي يسببه تحريك خليط القهوة، فإن جزيئات الماء المسؤولة عن استخلاص نكهات القهوة لا تكون قادرة على التغلب على حالة حدود عدم الانزلاق، ويصبح الانتشار الوسيلة الوحيدة التي تتمكن من خلالها جزيئات النكهة من الهروب إلى الماء. أما بالنسبة لبعض جزيئات النكهة الأكبر حجمًا والأقل قابلية للذوبان، مثل التانين الزائف،والذي يضفي على القهوة مذاقًا مرًا، فعادة ما تكون العملية بطيئة.
قابلية الذوبان and Flavour
يتم استخلاص المركبات عالية الذوبان في القهوة المطحونة، مثل الكافيين والسكريات والأحماض العضوية، بعد وقت قصير جدًا من صب الماء عليها، بنسبة تصل إلى أكثر من 90٪ في الثواني القليلة الأولى من استخلاص مشروب الإسبرسو، وفقًا لسيفيريني وآخرين، (2015). وتفسر الاختلافات في قابلية ذوبان المواد الموجودة في القهوة المحمصة سبب هيمنة النكهات الحامضة والحلوة للغاية على القهوة غير المستخلصة (مسداه وجلاباسينا وجيليانو، 2016).
حيث لا يتم استخلاص المركبات الأقل قابلية للذوبان إلا بعد مرور بعض الوقت (أو بعد تدفق كمية معينة من الماء عبر قاع القهوة في حالة القهوة المقطرة أو الإسبريسو). ومن بين هذه المركبات الأقل قابلية للذوبان، يرتبط العديد من المواد ذات المذاق المر أو اللاذع، مثل الفينيليندان، بالاستخلاص المفرط. ونظرًا لاستمرار استخلاصها طوال عملية التخمير تقريبًا، يُعتقد أنها تمتلك الدور الأكبر في تكوين النكهة في عمليات الاستخلاص الطويلة جدًا (مسداه وجلاباسينا وجيليانو، 2016). ويتم استخلاص المركبات الأكثر قابلية للذوبان، مثل الكافيين أو حامض الستريك، بشكل كامل تقريبًا في بداية عملية التخمير.
بشكل كامل تقريبًا في بداية عملية التخمير. وعادة ما تكون المركبات المرّة والقابضة والأقل قابلية للذوبان أكثر عرضة للاستخلاص المفرط. مما يؤدي إلى تغير النسبة بين الأحماض والسكريات المستخلصة في البداية واللاكتونات والإندانات المرة بمرور الوقت، مما يؤدي إلى اختلال التوازن الحسي. فيتحول المذاق من حامض وحلو، إلى شديد المرارة. (مسداه وجلاباسينا وجيليانو، 2016)