Le fait de moudre du café est plein de mystère et de mythe. Un groupe de personnes partageant les mêmes idées s'est récemment lancé dans un projet visant à faire la lumière sur la mouture du café et a trouvé des résultats intéressants. Tellement intéressant que nous avons décidé d'en faire un article ; soumettre nos méthodes à un examen par les pairs et au processus rigoureux de publication. La semaine dernière, cet article a été publié dans une sous-revue Nature -Scientific Reports- en accès libre. Cela signifie que tout le monde peut lire et bénéficier des résultats. Ouais pour la science !

Les articles scientifiques comme celui-ci doivent être rédigés d’une certaine manière qui peut être difficile à digérer. J'aimerais passer du temps à déchirer le papier ; décrivant ce que nous avons fait et ce que je pense que cela signifie. N'hésitez pas à suivre avec le vrai papier ici.

Je vais inclure mes opinions/remarques personnelles et parfois discutables en gras comme ça pour ne pas t'endormir.

L'effet de l'origine et de la température des grains sur la mouture du café torréfié

Introduction

Ceci est un aperçu très basique de ce qui se passe avec le café et cette expérience. Tous ceux qui examinent ce document n'en savent pas autant sur le café que la plupart d'entre vous, nous avons donc pensé qu'il était pertinent d'inclure quelques détails pertinents :

• Il y a deux considérations principales concernant le café vert ; variété et transformation.
• La torréfaction joue un rôle important dans le goût du café.
• La plupart des composés présents dans le café torréfié sont des produits de réactions de Maillard, mais il se passe beaucoup de choses.
• Nous avons utilisé quatre cafés différents pour l'expérience :

Et enfin, que cette expérience s'intéresse principalement à la manière dont l'origine des grains, la méthode de traitement, le niveau de torréfaction et la température peuvent affecter les résultats de la mouture.

Méthode

Le café est extrêmement complexe. Il est presque impossible de créer un modèle informatique de la façon dont il se fracture lors du broyage, nous devons donc le faire de manière expérimentale.

Nous avons fait deux choses principales pour l'expérience :

1. Nous avons moulu du café de différentes origines/torréfactions/processus avec le même réglage et mesuré les échantillons de mouture résultants.
2. Nous avons modifié la température d'un café sur quatre niveaux distincts, moulu un échantillon alors qu'il était encore à chaque température et mesuré les échantillons de mouture résultants.

Pour mesurer les moutures que nous avons utilisées…

Analyse granulométrique par diffraction laser

Nous avons supposé que la mesure la plus importante pour mesurer le café moulu est la distribution des particules. C’est-à-dire une mesure de la taille (diamètre) de chaque mouture de café dans un échantillon. Oui, la saveur est importante, mais il est beaucoup plus difficile de la mesurer avec exactitude et précision.

La mesure de la distribution des particules de café est effectuée à l'aide d'un analyseur de particules à diffraction laser (LSA). Essentiellement, il aspire le café moulu dans un tube, éclaire son chemin et mesure les « ombres » que chaque mouture projette sur un détecteur. C’est en réalité bien plus complexe que cela, mais cette description suffira. Mon cerveau me faisait mal en essayant d'approfondir. Ce sont des machines incroyablement précises et sensibles qui doivent être étalonnées souvent. Voici un diagramme simple montrant la configuration habituelle à l'intérieur d'un LSA.

ApS analytique des particules

Affûtage

Nous avons utilisé un EK43 pour l'étude, car il retient une quantité négligeable de mouture dans la goulotte après le bavures. Cette étude reposait sur des grains de café moulus à des températures spécifiques et ne souffrant d’aucune contamination croisée. Nous ne pouvions pas permettre aux grains de perdre de l'énergie au profit d'une trémie, d'un broyeur ou d'un broyeur. bavures pendant une période appréciable avant d'être broyés.

Il y avait 3 EK43 présents pendant l'expérience. L’un d’entre eux s’est avéré produire le café le plus délicieux et a été utilisé pour les échantillons. Il y avait du turc bavures installée. Les EK43 ont un potentiel assez important de désalignement des bavures, donc cette meuleuse était probablement la moins mal alignée.

Nous avons gardé le réglage de la mouture exactement le même pour chaque échantillon. 2.7 sur le cadran si vous devez savoir. Nous laissons également le broyeur refroidir à température ambiante entre chaque échantillon pour exclure la chaleur de friction/électrique en tant que variable.

Des échantillons spécifiques à la température ont été conservés dans des gobelets en papier dans différents environnements. Température ambiante (20 C), congélateur (-19 C), neige carbonique (-79 C) et azote liquide (-196 C). Ils ont été broyés dans la seconde qui a suivi leur récupération et n'ont montré aucune condensation d'eau.

Nous avons prélevé 3 échantillons pour chaque ensemble de données et effectué chacun d'eux deux fois. Donc, 6 jeux de données par température/café. Les résultats de ces ensembles de données ont également été soumis à une analyse de variance (ANOVA) pour s'assurer qu'ils étaient suffisamment similaires pour être considérés comme exacts.

Les différences dans le haricot vert affectent-elles la mouture finale ?

C'est ici que les choses deviennent difficiles à comprendre. Vous connaissez peut-être ce type de graphique pour communiquer les distributions granulométriques :

Le long de l’axe des x (horizontal) se trouve la taille de la mouture en microns. 1 micron équivaut à 1/1000ème de millimètre. Cet axe est sur un logarithmique échelle, qui place 1 et 10 aussi loin que 100 et 1000. En effet, un échantillon de café moulu couvre 3 énormes ordres de grandeur (0 à ~ 1000 microns) et nous devons tout intégrer sans perdre trop de résolution. aux plus petites tailles.

L'axe y (vertical) est le volume% de la mouture. C'est simple : plus le pic est élevé, plus il y a de particules de cette taille.
Par exemple. tracez verticalement au-dessus de 400 um jusqu'à la ligne brune. Cette taille de particule représente 8,51 TP5T de l’échantillon en volume (et non en poids !).

Nous avons poussé ce style de présentation des données quelques étapes plus loin pour cette expérience particulière.

Tout d’abord, regardons le nombre de particules. Au lieu d’afficher le volume, nous représentons simplement le nombre de particules de chaque taille (en bleu). La première chose qui est plutôt évidente ; il y a un nombre INCROYABLE de petites moutures dans chaque échantillon. 99% des particules ont un diamètre inférieur à 70 microns (0,07 mm). Cela signifie que pour chaque mouture d'un diamètre supérieur à 100 microns, il y en a cent millions d'un diamètre inférieur à 100 microns. C'est une excellente anecdote avec laquelle avoir l'air intelligent lors des dîners.

Lors de l’analyse du café moulu, un facteur très important est sa surface. Plus leur surface est grande, plus l’eau peut extraire rapidement et facilement ses arômes. Pour transformer les données ci-dessus en quelque chose qui ressemble à une surface, nous supposons d'abord que chaque particule est une sphère (c'est une pratique assez courante, et pour un café noueux et inégal, c'est une « estimation prudente »). Ensuite, nous prenons la taille de chaque particule et calculons quelle serait sa surface si elle était une sphère.

Cela nous donne des données vraiment intéressantes !

Les lignes pleines ci-dessous sont les « comptes ». Identique à la ligne bleue ci-dessus

Les lignes pointillées ci-dessous représentent la « contribution relative à la surface ». C’est-à-dire la proportion de la surface totale fournie par chaque taille de particule. Encore une fois, quelque chose est assez évident. Les petites moutures représentent l’écrasante majorité de la superficie totale. ~70% pour y mettre un numéro.

Ce graphique montre également les distributions de particules des différents cafés utilisés dans l'expérience. Vous remarquerez immédiatement qu’ils sont tous incroyablement similaires. Les profils tanzanien, éthiopien, salvadorien et guatémaltèque sont représentés respectivement en noir, violet, rouge et bleu.

Il s'avère que l'origine/la transformation/la torréfaction ont beaucoup moins d'effet sur le PSD que je ne l'avais jamais pensé auparavant. C’est sans doute une bonne chose : nous avons moins de variables à craindre !

La prochaine chose sur laquelle réfléchir est que amendes contribuent à hauteur de 70% de la superficie totale. Oui, l’eau se déplace à l’intérieur de la mouture pour extraire les solubles, mais il faut exponentiellement plus de temps pour que l’eau pénètre à l’intérieur, fasse le travail et revienne dans l’infusion. Amendes sommes nos amis !

Les différences dans la température de mouture des grains torréfiés affectent-elles la mouture finale ?

C’est là que les choses deviennent vraiment intéressantes.

Le café est amorphe – il est composé de milliers de substances différentes molécules coincés ensemble dans une structure végétale irrégulière.

Le diamant d'une bague de fiançailles est cristallin : c'est un motif parfaitement répétitif d'atomes de carbone.

Lorsque vous modifiez la température des objets amorphes, ils subissent parfois une « transition vitreuse ». Autrement dit, ils passent très rapidement d’un matériau mou et caoutchouteux à un matériau dur et vitreux. Certains matériaux subissent également une transition fracassante, au cours de laquelle ils ont tendance à se briser en particules plus nombreuses et plus petites. Tout cela est très important lorsqu’on discute de la façon dont le café se brise dans un moulin.

Nous avons constaté une différence très prononcée dans la distribution granulométrique d’un café moulu à différentes températures. Tout d’abord, familiarisez-vous avec chaque couleur et la température qu’elle représente. Vous remarquerez que le mode (pic) du PSD diminue à mesure que la température baisse (chute de 31% sur les 4 échantillons). À mesure que le café refroidit, il devient également plus fragile, rejetant beaucoup plus de petites particules dans le broyeur. Il ne parvient pas non plus à échapper au bavures aux plus grandes tailles des échantillons les plus chauds (c'est-à-dire qu'ils se brisent plus facilement).

La plus grande différence se situe entre 20°C et -19°C. Le café subit probablement une sorte de transition éclatement/verre entre ces deux.

Nous avons également confirmé que cette transition est réversible, vous n'avez donc pas à craindre qu'un café devienne trop chaud et ne puisse pas retourner dans une ville savoureuse.

Le mode est la particule la plus courante, facilement identifiée comme le « pic » le plus élevé de chaque ligne. Celui-ci augmente à mesure que la température augmente.

L'asymétrie est simplement une représentation numérique de l'asymétrie dans un ensemble de données. Les échantillons les plus froids étaient moins asymétriques car ils contenaient plus de petites particules et moins de grosses, réduisant ainsi la surface sous la ligne à droite du pic.

La moyenne est la moyenne. Vous verrez que le congélateur a une moyenne plus élevée que l'échantillon à température ambiante. En effet, l'échantillon à température ambiante contenait beaucoup plus de particules dans la plage 3-5 um, mais beaucoup moins dans la plage 8-30 um.

Cette température de transition constituera probablement une découverte très importante pour toutes les futures technologies de broyage.

Remarques et réflexions finales

Origine et transformation

Quiconque mélange du café sera heureux de constater que la surface des différents cafés est à peu près la même pour une mouture fixe. Cela signifie que la principale considération lors du mélange est de garantir que chaque composant du mélange est également soluble. En d’autres termes, qu’ils atteignent tous le même niveau d’extraction dans le même temps d’infusion. Torréfacteurs, dépoussiérez vos réfractomètres.

Température

Vous vous souvenez de tous ces matins où vous avez parfaitement préparé un café, pour ensuite le jeter par la fenêtre après avoir préparé environ 20 cafés ? Le coupable n'est pas le broyeur qui se dilate à cause de la chaleur ; ce sont les grains qui absorbent la chaleur de l'intérieur du moulin avant d'être moulus. Cette énergie thermique les rend moins fragile, créant une mouture plus grossière même si vous n'avez pas modifié le réglage de la mouture.

Voici quelques questions supplémentaires avec à peu près le même coupable. Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi…

• le café n'a pas aussi bon goût par une journée chaude ?
• votre moulin peut sembler si incohérent dans les périodes calmes ?
• les tirs courent plus vite lors d'un rush ?
• tout cela n'arrive pas avec un EK43 ?
• Après un broyage plus fin pour obtenir le même temps de prise, les shots n'ont plus le même goût qu'au petit matin ?

Le coupable de tout cela est : les grains chauffent à l’intérieur du moulin et sont moulus différemment.

Moins les grains passent de temps dans le moulin, moins ils seront affectés par sa chaleur. Il est extrêmement difficile et coûteux de créer un broyeur qui chauffe ou refroidit uniformément les grains avant de les moudre. Avec ça, Je crois fermement que la seule façon d'avancer est d'utiliser des moulins qui ne contiennent pas de café entre les doses.

Je n'ai jamais vraiment été fan des résultats obtenus avec la fonction de chauffage du broyeur Mythos, et cette expérience est une excellente explication de pourquoi. Chauffer les grains pour obtenir une consistance pousse les grains au-dessus de la température de transition de bris et réduit considérablement la surface totale (lire : extraction de moins en moins uniforme).

Plus de froid = particules plus fines = plus de surface = extraction plus élevée. Des températures plus basses pourraient également signifier moins d’évaporation/sublimation des composés aromatiques (perte d’arôme).

Conservez vos doses pré-pesées au congélateur pour des extractions plus élevées et plus savoureuses (mais assurez-vous qu'ils sont scellés sans trop d'humidité ni d'oxygène).

Amendes

Ouah. En 2012, j'ai remporté la Coupe du Monde des Brasseurs avec une routine centrée sur l'élimination amendes. Il s’avère que le tamisage n’élimine pas vraiment toutes les petites particules. Il y en a encore des millions qui sont coincés dans les grandes corvées. Lorsque le café est déchiré dans le moulin, il laisse des poches de charges positives et négatives partout dans la mouture qui attirent le café. amendes. Conclusion : le tamisage est plutôt inutile pour la ségrégation et les tests de particules.

Maintenant que nous savons à quel point le breuvage est composé de amendes extractions, il devient de plus en plus évident que amendes ce n'est pas le méchant ; sinon, chaque café jamais préparé serait horriblement surextrait. Voici comment y penser : La limite supérieure d’extraction savoureuse est déterminée par la particule la plus extraite. C'est toujours la plus petite particule. C'est donc à vous de vous assurer qu'aucune partie de la mouture n'est jamais surextraite.

C'est également à vous de réduire la quantité de café sous-extraite (c'est-à-dire les couches intérieures du marc le plus gros). Le moyen le plus simple d'y parvenir est - comme je l'ai toujours dit - d'utiliser un broyeur qui produit une répartition uniforme des particules. Rien de nouveau ici.

Une fois que j'aurai compris comment brasser amendes Eh bien, je serai de retour au WBrC avec une routine d'excuses !

Une bonne journée de travail. J'attends avec impatience les commentaires, suggestions et corrections !

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Merci à l'équipe :

Christopher Hendon (auteur de Water for Coffee et post-doctorat au MIT) a tout inventé et géré chaque aspect. Il est une incarnation humaine de la science elle-même.
Maxwell et Lesley Colonna-Dashwood (Colonna Coffee, Bath) ont joué un rôle essentiel dans la conception, la facilitation et la réalisation des expériences.
Erol Uman et Brian Miller (Meritics Ltd.) ont gracieusement fourni l'analyseur de particules laser.
Stephen Leighton (HasBean Coffee) a fourni un délicieux café torréfié.
Christian Klatt (Mahlkonig) a contribué aux broyeurs et à la conception expérimentale.
Keith T. Butler (Département de chimie, Université de Bath), Brent C. Melot (Département de chimie, Université de Californie du Sud) et Rory W. Speirs (École de physique, Université de Melbourne) ont fourni de précieux conseils en matière de conception expérimentale et l'exécution.
Matt Perger a contribué à la conception expérimentale et a rédigé cette fiche explicative.