O ato de moer café é cheio de mistério e mito. Um grupo de pessoas com ideias semelhantes embarcou recentemente num projeto para lançar alguma luz sobre a moagem do café e encontrou alguns resultados interessantes. Tão interessante que decidimos transformar tudo isso em um artigo; submetendo nossos métodos à revisão por pares e ao rigoroso processo de publicação. Na semana passada, este artigo foi publicado em uma sub-revista da Nature -Scientific Reports- como acesso aberto. Isso significa que qualquer pessoa pode ler e se beneficiar dos resultados. Viva a ciência!

Artigos científicos como este devem ser escritos de uma maneira que pode ser difícil de digerir. Gostaria de passar algum tempo rasgando o papel; descrevendo o que fizemos e o que acho que isso significa. Sinta-se à vontade para acompanhar o artigo real aqui.

Vou incluir minhas opiniões/observações pessoais e às vezes discutíveis em negrito assim então você não adormece.

O efeito da origem e da temperatura do grão na moagem do café torrado

Introdução

Este é um resumo super básico do que está acontecendo com o café e esse experimento. Nem todos os revisores deste artigo sabem tanto sobre café quanto a maioria de vocês, por isso achamos relevante incluir alguns detalhes pertinentes:

• Existem duas considerações principais com o café verde; variedade e processamento.
• A torrefação desempenha um papel importante no sabor do café.
• A maioria dos compostos do café torrado são produtos das reações de Maillard, mas há muita coisa acontecendo.
• Usamos quatro cafés diferentes para o experimento:

E finalmente, que este experimento está principalmente interessado em como a origem do grão, o método de processamento, o nível de torra e a temperatura podem afetar os resultados da moagem.

Método

O café é extremamente complexo. É quase impossível criar um modelo computacional de como ele fratura durante a retificação, então temos que fazer isso experimentalmente.

Fizemos duas coisas principais para o experimento:

1. Moímos café de diferentes origens/torradas/processos na mesma configuração e medimos as amostras de moagem resultantes.
2. Alteramos a temperatura de um café para quatro níveis distintos, moemos uma amostra enquanto ela ainda estava em cada temperatura e medimos as amostras moídas resultantes.

Para medir as moagens que usamos…

Análise de tamanho de partícula por difração a laser

Assumimos que a métrica mais importante para medir o café moído é a distribuição das partículas. Ou seja, uma medida do tamanho (diâmetro) de cada café moído em uma amostra. Sim, o sabor é importante, mas é muito mais difícil medi-lo com exatidão e precisão.

A medição da distribuição de partículas de café é realizada com um analisador de partículas por difração a laser (LSA). Essencialmente, ele suga os grãos de café por um tubo, ilumina seu caminho e mede as “sombras” que cada grão individual projeta em um detector. Na verdade, é muito mais complexo do que isso, mas esta descrição será suficiente. Meu cérebro doeu tentando me aprofundar mais. São máquinas incrivelmente precisas e sensíveis e precisam ser calibradas com frequência. Aqui está um diagrama simples que mostra a configuração usual dentro de um LSA.

ApS Analítico de Partículas

Esmerilhamento

Usamos um EK43 para o estudo, porque ele contém uma quantidade insignificante de moagem na calha após o rebarbas. Este estudo baseou-se no fato de os grãos de café serem moídos em temperaturas específicas e não sofrerem qualquer contaminação cruzada. Não podíamos permitir que os grãos perdessem energia para uma tremonha, um moedor ou rebarbas por qualquer período de tempo apreciável antes de serem aterrados.

Havia 3 EK43 presentes durante o experimento. Descobriu-se que um deles produzia o café mais delicioso e foi usado para as amostras. Tinha turco rebarbas instalado. Os EK43 têm um grande potencial para desalinhamento de rebarbas, então esta retificadora era provavelmente a menos desalinhada.

Nós mantivemos o configuração de moagem precisamente o mesmo para cada amostra. 2.7 no mostrador, se você quer saber. Também deixamos o moedor esfriar até a temperatura ambiente entre cada amostra para descartar o calor friccional/elétrico como uma variável.

Amostras específicas para temperatura foram mantidas em copos de papel em diferentes ambientes. Temperatura ambiente (20ºC), freezer (-19ºC), gelo seco (-79ºC) e nitrogênio líquido (-196ºC). Eles foram triturados um segundo após a recuperação e não mostraram condensação de água.

Pegamos 3 amostras para cada conjunto de dados e executamos cada uma delas duas vezes. Portanto, 6 conjuntos de dados por temperatura/café. Os resultados desses conjuntos de dados também foram submetidos a uma análise de variância (ANOVA) para garantir que eram semelhantes o suficiente para serem considerados precisos.

As diferenças no feijão verde afetam a moagem final?

É aqui que as coisas ficam difíceis de entender. Você deve estar familiarizado com este tipo de gráfico para comunicar distribuições de tamanho de partículas:

Ao longo do eixo x (horizontal) está o tamanho da moagem em mícrons. 1 mícron é igual a 1/1000 de milímetro. Este eixo está em um logarítmico escala, que coloca 1 e 10 tão distantes quanto 100 e 1000. Isso ocorre porque uma amostra de grãos de café cobre enormes 3 ordens de magnitude (0 a ~ 1000 mícrons) e precisamos encaixar tudo sem perder muita resolução nos tamanhos menores.

O eixo y (vertical) é o volume% dos moinhos. Esta é fácil: quanto maior o pico, mais partículas desse tamanho existem.
Por exemplo. trace verticalmente acima de 400um até a linha marrom. Esse tamanho de partícula representa 8,5% da amostra em volume (não em peso!).

Levamos esse estilo de apresentação de dados alguns passos adiante para este experimento específico.

Em primeiro lugar, vejamos uma contagem das partículas. Em vez de mostrar o volume, simplesmente representamos graficamente quantas partículas de cada tamanho existem (azul). A primeira coisa que é bastante óbvia; há um número INCRÍVEL de pequenos grãos em cada amostra. 99% das partículas têm menos de 70 mícrons (0,07 mm) de diâmetro. Isso significa que para cada moagem com diâmetro acima de 100 mícrons, há cem milhões com diâmetro abaixo de 100 mícrons. Essa é uma excelente curiosidade para parecer inteligente em jantares.

Ao analisar os grãos de café, um fator muito importante é a sua área superficial. Quanto maior a área de superfície que possuem, mais rápida e facilmente a água pode extrair seus sabores. Para transformar os dados acima em algo semelhante à área de superfície, primeiro assumimos que cada partícula é uma esfera (esta é uma prática bastante comum e, para café irregular e retorcido, é uma “estimativa conservadora”). Em seguida, pegamos o tamanho de cada partícula e calculamos qual seria a área da superfície se fosse uma esfera.

Isso nos dá alguns dados muito legais!

As linhas sólidas abaixo são as 'contagens'. O mesmo que a linha azul acima

As linhas pontilhadas abaixo representam a “contribuição relativa da área superficial”. Isto é, a proporção da área superficial total fornecida por cada tamanho de partícula. Mais uma vez, algo é bastante óbvio. As moagems menores contribuem com a esmagadora maioria da área total da superfície. ~70% para colocar um número nele.

Este gráfico também mostra as distribuições de partículas dos diversos cafés utilizados no experimento. Imediatamente, você notará que todos são incrivelmente semelhantes. Os perfis da Tanzânia, da Etiópia, de El Salvador e da Guatemala são apresentados em preto, roxo, vermelho e azul, respectivamente.

Acontece que a origem/processamento/torração tem muito menos efeito no PSD do que eu jamais havia pensado. Isto é sem dúvida uma coisa boa: temos menos variáveis com que nos preocupar!

A próxima coisa a envolver seus pensamentos é que multas contribuir com 70% da área de superfície total. Sim, a água se move dentro da moagem para extrair os solúveis, mas leva exponencialmente mais tempo para a água entrar, fazer o trabalho e voltar para a mistura. Multas são nossos amigos!

As diferenças na temperatura de moagem do feijão torrado afetam a moagem final?

É aqui que as coisas ficam realmente interessantes.

O café é amorfo – é composto por milhares de diferentes moléculas amontoados dentro de uma estrutura vegetal irregular.

O diamante em um anel de noivado é cristalino – é um padrão perfeitamente repetitivo de átomos de carbono.

Quando você altera a temperatura de coisas amorfas, elas às vezes passam por uma “transição vítrea”. Ou seja, eles mudam de um material macio e emborrachado para um material duro e vítreo muito rapidamente. Alguns materiais também passam por uma transição fragmentada, onde tendem a se quebrar em partículas maiores e menores. Tudo isso é muito importante quando se discute como o café se desfaz em um moedor.

Encontramos uma diferença muito pronunciada na distribuição do tamanho das partículas de um pó de café em diferentes temperaturas. Em primeiro lugar, conheça cada cor e a temperatura que ela representa. Você notará que o modo (pico) do PSD fica menor à medida que a temperatura cai (31% cai nas 4 amostras). À medida que o café esfria, ele também fica mais frágil, jogando muito mais partículas minúsculas no moedor. Também não consegue escapar rebarbas nos tamanhos maiores das amostras mais quentes (ou seja, quebram mais facilmente).

A maior diferença está entre 20C e -19C. O café provavelmente passa por algum tipo de transição estilhaçante/vidro entre os dois.

Confirmamos também que essa transição é reversível, então você não precisa se preocupar com um café esquentando muito e não poder voltar para a saborosa cidade.

A moda é a partícula que mais ocorre, facilmente identificada como o “pico” mais alto de cada linha. Isso fica maior à medida que a temperatura aumenta.

A assimetria é apenas uma representação numérica da assimetria em um conjunto de dados. As amostras mais frias eram menos distorcidas porque continham mais partículas pequenas e menos partículas grandes, reduzindo a área sob a linha à direita do pico.

Média é a média. Você verá que o freezer tem uma média mais alta do que a amostra de temperatura ambiente. Isso ocorre porque a amostra à temperatura ambiente tinha muito mais partículas na faixa de 3-5um, mas muito menos na faixa de 8-30um.

Esta temperatura de transição provavelmente será uma descoberta muito importante para todas as futuras tecnologias de moagem.

Observações finais e reflexões

Origem e Processamento

Qualquer pessoa que misture café ficará feliz em notar que a área de superfície dos diferentes cafés é praticamente a mesma com um tamanho de moagem fixo. Isto significa que a principal consideração para a mistura é garantir que cada componente da mistura seja igualmente solúvel. Em outras palavras, que todos atinjam o mesmo nível de extração no mesmo tempo de fermentação. Torradores, tirem a poeira dos refratômetros.

Temperatura

Lembra-se de todas aquelas manhãs em que você preparou um café perfeitamente, apenas para vê-lo jogado pela janela depois de fazer cerca de 20 cafés? O culpado não é o moedor se expandindo com o calor; são os grãos absorvendo o calor de dentro do moedor antes de serem moídos. Essa energia térmica os torna menos frágil, criando uma moagem mais grossa mesmo que você não tenha alterado o configuração de moagem.

Aqui estão mais algumas perguntas com praticamente o mesmo culpado. Você já se perguntou por que…

• o café não fica tão gostoso em um dia quente?
• seu moedor pode parecer tão inconsistente em períodos de silêncio?
• os tiros correm mais rápido durante uma corrida?
• tudo isso não acontece com um EK43?
• Depois de moer mais fino para atingir o mesmo tempo de shot, os shots não têm o mesmo sabor que tinham no início da manhã?

O culpado de tudo isso é: o feijão esquentando dentro do moedor e moendo de forma diferente.

Quanto menos tempo o feijão ficar no moedor, menos será afetado pelo calor. É extremamente difícil e caro criar um moedor que aqueça ou esfrie uniformemente os grãos antes de moer. Com isso, Acredito firmemente que o único caminho a seguir é usar moedores que não contenham café entre as doses.

Nunca fui fã dos resultados do recurso de aquecimento do moedor Mythos, e esse experimento é uma excelente explicação do porquê. Aquecer os grãos para obter consistência empurra-os acima da temperatura de transição de estilhaçamento e reduz significativamente a área de superfície total (leia-se: extração cada vez menos uniforme).

Mais frio = partículas mais finas = mais área superficial = maior extração. Temperaturas mais baixas também podem significar menos evaporação/sublimação de compostos aromáticos (perda de aroma).

Mantenha suas doses pré-pesadas no freezer para extrações maiores e mais saborosas (mas certifique-se de que estejam selados, sem muita umidade ou oxigênio).

Multas

Uau. Em 2012, ganhei a World Brewers Cup com uma rotina centrada na remoção multas. Acontece que a peneiração não elimina todas as pequenas partículas. Ainda há milhões deles presos às atividades maiores. Quando o café é triturado no moedor, ele deixa bolsões de cargas positivas e negativas por toda a moagem que atraem o multas. Conclusão: a peneiração é bastante inútil para segregação e testes de partículas.

Agora que sabemos quanto da bebida é composta multas extrações, torna-se cada vez mais óbvio que multas não é o vilão; caso contrário, todo café já feito seria terrivelmente extraído em excesso. Veja como pensar sobre isso: O limite superior da extração saborosa é decidido pela partícula mais extraída. Esta é sempre a menor partícula. Portanto, cabe a você garantir que nenhuma parte da moagem seja extraída em excesso.

Também cabe a você reduzir a quantidade de café subextraído (ou seja, as camadas internas dos grãos maiores). A maneira mais simples de fazer isso é - como sempre disse - usar um moedor que produza uma distribuição uniforme de partículas. Nada de novo aqui.

Depois que eu descobrir como preparar multas corretamente, estarei de volta ao WBrC com uma rotina de desculpas!

Um bom dia de trabalho. Aguardamos comentários, sugestões e correções!

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Obrigado à equipe:

Christopher Hendon (autor de Água para Café e pós-doutorado no MIT) criou tudo e administrou todos os aspectos. Ele é uma personificação humana da própria ciência.
Maxwell e Lesley Colonna-Dashwood (Colonna Coffee, Bath) desempenharam papéis essenciais no design, facilitação e execução dos experimentos.
Erol Uman e Brian Miller (Meritics Ltd.) gentilmente forneceram o analisador de partículas a laser.
Stephen Leighton (HasBean Coffee) forneceu um delicioso café torrado.
Christian Klatt (Mahlkonig) contribuiu com moedores e projeto experimental.
Keith T. Butler (Departamento de Química, Universidade de Bath), Brent C. Melot (Departamento de Química, Universidade do Sul da Califórnia) e Rory W. Speirs (Escola de Física, Universidade de Melbourne) forneceram conselhos inestimáveis para o projeto experimental e execução.
Matt Perger contribuiu para o projeto experimental e escreveu este explicador.