Процесс помола кофе полон тайн и мифов. Группа единомышленников недавно приступила к проекту, чтобы пролить свет на помол кофе, и нашла некоторые интересные результаты. Настолько интересно, что мы решили превратить все это в бумагу; подвергая наши методы экспертной оценке и строгому процессу публикации. На прошлой неделе эта статья была опубликована в поджурнале Nature - Science Reports - в открытом доступе. Это означает, что каждый может прочитать и извлечь пользу из результатов. Ура науке!

Научные статьи, подобные этой, должны быть написаны определенным образом, чтобы их было трудно переварить. Я хотел бы потратить некоторое время на разрыв бумаги; описание того, что мы сделали, и что я думаю, что это означает. Не стесняйтесь следовать вместе с реальная бумага здесь.

Я собираюсь включить свои личные, а иногда и спорные мнения / замечания жирным шрифтом чтобы ты не заснул.

Влияние происхождения и температуры зерен на помол жареного кофе

Вступление

Это очень простое изложение того, что случилось с кофе и этим экспериментом. Не каждый эксперт, рецензирующий это, знает о кофе столько же, сколько большинство из вас, поэтому мы сочли целесообразным включить некоторые важные детали:

• В отношении зеленого кофе есть два основных момента: разнообразие и обработка.
• Обжарка играет большую роль в вкусовых качествах кофе.
• Большинство соединений в жареном кофе являются продуктами реакции Майяра, но в них много всего происходит.
• Для эксперимента мы использовали четыре разных кофе:

И наконец, что этот эксперимент в первую очередь интересен тем, как происхождение зерен, метод обработки, уровень обжарки и температура могут повлиять на результаты помола.

Методика

Кофе чрезвычайно сложен. Практически невозможно создать компьютерную модель того, как он разрушается во время измельчения, поэтому мы должны сделать это экспериментально.

Для эксперимента мы сделали две основные вещи:

1. Мы молотили кофе разного происхождения / обжарки / процесса при одинаковых настройках и измеряли полученные образцы помола.
2. Мы изменили температуру одного кофе на четыре различных уровня, измельчили образец, пока он был еще при каждой температуре, и измерили полученные образцы помола.

Для измерения помола мы использовали…

Лазерный дифракционный анализ размера частиц

Мы предположили, что наиболее важным показателем для измерения молотого кофе является распределение частиц. То есть измерение размера (диаметра) каждого молотого кофе в образце. Да, вкус важен, но гораздо сложнее измерить вкус с какой-либо точностью и точностью.

Измерение распределения частиц кофе выполняется с помощью лазерного дифракционного анализатора частиц (LSA). По сути, он засасывает измельченный кофе в трубку, освещает их путь светом и измеряет «тени», которые каждая отдельная помолка отбрасывает на детектор. На самом деле это намного сложнее, но этого описания будет достаточно. Мой мозг болел, пытаясь вникнуть дальше. Это невероятно точные и чувствительные машины, которые необходимо часто калибровать. Вот простая диаграмма, показывающая обычную настройку внутри LSA.

Анализатор частиц ApS

Шлифование

Мы использовали EK43 для исследования, потому что он удерживает незначительное количество измельченного материала в желобе после кофемолки. Это исследование основывалось на том, что кофейные зерна перемалывались при определенных температурах и не подвергались перекрестному загрязнению. Мы не могли допустить, чтобы бобы теряли энергию в бункере, горловине кофемолки или кофемолки в течение любого значительного промежутка времени, прежде чем они были заземлены.

Во время эксперимента присутствовало 3 ЭК43. Было обнаружено, что один из них дает самый вкусный кофе, и его использовали для образцов. В нем был турецкий кофемолки установлены. У EK43 есть довольно большой потенциал смещения заусенцев, поэтому этот шлифовальный станок, вероятно, был наименее смещен.

Мы сохранили настройки помола точно так же для каждого образца. 2.7 на циферблате, если вам нужно знать. Мы также даем кофемолке остыть до комнатной температуры между каждым образцом, чтобы исключить трение / электрический нагрев как переменную.

Образцы, зависящие от температуры, хранились в бумажных стаканчиках в различных средах. Комнатная температура (20 ° C), морозильная камера (-19 ° C), сухой лед (-79 ° C) и жидкий азот (-196 ° C). Они были измельчены в течение одной секунды после извлечения, и на них не было конденсации воды.

Мы взяли по 3 образца для каждого набора данных и выполнили каждый из них дважды. Итак, 6 наборов данных на температуру / кофе. Результаты этих наборов данных также прошли через дисперсионный анализ (ANOVA), чтобы убедиться, что они достаточно похожи, чтобы считаться точными.

Влияют ли различия в зеленой фасоли на окончательный помол?

Вот где бывает сложно понять. Возможно, вы знакомы с графиком такого типа для представления распределения частиц по размеру:

По оси абсцисс (по горизонтали) - размер помола в микронах. 1 микрон равен 1/1000 миллиметра. Эта ось находится на логарифмический шкала, которая помещает 1 и 10 так далеко друг от друга, как 100 и 1000. Это связано с тем, что образец помола кофе охватывает огромные 3 порядка величины (от 0 до ~ 1000 микрон), и нам нужно уместить все это, не теряя слишком большого разрешения при меньших размерах.

Ось Y (вертикальная) - это объем помола %. Это просто: чем выше пик, тем больше частиц этого размера.
Например. проведите вертикально выше 400 мкм до коричневой линии. Этот размер частиц составляет 8,5% образца по объему (не по весу!).

Мы продвинули этот стиль представления данных на несколько шагов вперед для этого конкретного эксперимента.

Во-первых, давайте посмотрим на количество частиц. Вместо того, чтобы показывать объем, мы просто графически отображаем количество частиц каждого размера (синий). Первое, что довольно очевидно; в каждом образце НЕВЕРОЯТНО количество крошечных помолов. 99% частиц имеет диаметр менее 70 микрон (0,07 мм). Это означает, что на каждый помол диаметром более 100 микрон приходится сто миллионов с диаметром менее 100 микрон. Это отличная мелочь, чтобы показаться умным на званых обедах.

При анализе помола кофе очень важным фактором является площадь его поверхности. Чем больше у них площадь поверхности, тем быстрее и легче вода извлекает свой аромат. Чтобы превратить приведенные выше данные во что-то напоминающее площадь поверхности, мы сначала предполагаем, что каждая частица представляет собой сферу (это довольно распространенная практика, а для грубого, неровного кофе это «консервативная оценка»). Затем мы берем размер каждой частицы и вычисляем, какой была бы площадь поверхности, если бы она была сферой.

Это дает нам действительно интересные данные!

Сплошные линии ниже - это «счетчики». То же, что и синяя линия выше

Пунктирные линии ниже - «вклад относительной площади поверхности». Иными словами, доля общей площади поверхности, которая обеспечивается каждым размером частиц. И снова кое-что совершенно очевидно. Меньший помол составляет подавляющее большинство общей площади поверхности. ~ 70%, чтобы поставить на него номер.

На этом графике также показано распределение частиц различных сортов кофе, использованных в эксперименте. Вы сразу заметите, что все они невероятно похожи. Профили в Танзании, Эфиопии, Сальвадоре и Гватемале показаны черным, фиолетовым, красным и синим цветом соответственно.

Оказалось, что происхождение / обработка / обжарка оказывает гораздо меньшее влияние на PSD, чем я когда-либо думал. Это, пожалуй, и хорошо: у нас меньше переменных, о которых нужно беспокоиться!

Следующее, что нужно обдумать, это то, что мелочь вносят 70% от общей площади поверхности. Да, вода движется внутри молотого кофе для извлечения растворимых веществ, но воде требуется экспоненциально больше времени, чтобы попасть внутрь, выполнить работу и вернуться обратно в варку. Штрафы наши друзья!

Влияют ли различия в температуре помола обжаренных бобов на окончательный помол?

Здесь все становится по-настоящему интересным.

Кофе аморфен - он состоит из тысяч разных молекулы зажаты вместе в неправильной структуре растения.

Алмаз в обручальном кольце кристаллический - это идеально повторяющийся узор из атомов углерода.

Когда вы меняете температуру аморфных предметов, они иногда переходят в стеклообразное состояние. То есть они очень быстро превращаются из мягкого и эластичного материала в твердый и стеклянный. Некоторые материалы также претерпевают разрушительный переход, когда они имеют тенденцию распадаться на все более мелкие частицы. Все это очень важно при обсуждении того, как кофе измельчается в кофемолке.

Мы обнаружили очень выраженную разницу в гранулометрическом составе одной кофейной гущи при разных температурах. Во-первых, ознакомьтесь с каждым цветом и температурой, которую он представляет. Вы заметите, что мода (пик) PSD становится меньше по мере падения температуры (падение 31% на 4 образцах). По мере того, как кофе становится холоднее, становится еще больше. хрупкий, отбрасывая еще много мелких частиц в кофемолку. Он также не может избежать кофемолки при больших размерах более теплых образцов (т. е. легче разбивается).

Самая большая разница между 20C и -19C. Кофе, вероятно, претерпевает какое-то разрушение / стеклование между этими двумя.

Мы также подтвердили, что этот переход обратимый, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, что кофе станет слишком горячим и вы не сможете вернуться в вкусный город.

Мода - это наиболее часто встречающаяся частица, которую легко идентифицировать как наивысший «пик» каждой линии. Он увеличивается с повышением температуры.

Асимметрия - это просто числовое представление асимметрии в наборе данных. Более холодные образцы были менее искажены, потому что они содержали больше мелких частиц и меньше крупных, что уменьшало площадь под линией справа от пика.

Среднее - это среднее значение. Вы увидите, что в морозильной камере среднее значение выше, чем у образца при комнатной температуре. Это связано с тем, что образец при комнатной температуре содержал намного больше частиц в диапазоне 3-5 мкм, но гораздо меньше в диапазоне 8-30 мкм.

Эта температура перехода, вероятно, станет очень важным открытием для всей будущей технологии измельчения.

Заключительные замечания и мысли

Происхождение и обработка

Любой, кто занимается смешиванием кофе, будет рад отметить, что площадь поверхности разных сортов кофе практически одинакова при фиксированном размере помола. Это означает, что основное внимание при смешивании необходимо для обеспечения равной растворимости каждого компонента смеси. Другими словами, все они достигают одинакового уровня экстракции за одно и то же время варки. Жаровни, пыль со своих рефрактометров.

Температура

Помните все те утренние часы, когда вы идеально набирали кофе, только чтобы выбросить его в окно после того, как вы приготовили ~ 20 чашек кофе? Дело не в том, что кофемолка расширяется от жары; это бобы, которые поглощают тепло внутри кофемолки, прежде чем их перемолоть. Эта тепловая энергия делает их меньше хрупкий, создавая более грубый помол, даже если вы не меняли настройки помола.

Вот еще несколько вопросов с тем же виновником. Вы когда-нибудь задумывались, почему…

• кофе не такой вкусный в жаркий день?
• ваша кофемолка может казаться такой непоследовательной в периоды затишья?
• во время спешки выстрелы бегут быстрее?
• этого всего не происходит с EK43?
• После более мелкого помола, чтобы добиться того же времени выстрела, вкус выстрелов не такой, как ранним утром?

Причина всего этого в том, что зерна нагреваются внутри кофемолки и измельчаются по-разному.

Чем меньше времени бобы проводят в кофемолке, тем меньше на них воздействует тепло. Чрезвычайно сложно и дорого создать горловину кофемолки, которая равномерно нагревает или охлаждает бобы перед измельчением. С этим, Я твердо верю, что единственный выход - использовать кофемолки, не содержащие кофе между дозами.

Я никогда не был поклонником результатов с функцией нагрева кофемолки Mythos, и этот эксперимент является отличным объяснением того, почему. Нагревание бобов для достижения консистенции повышает температуру бобов выше температуры перехода к дроблению и значительно уменьшает общую площадь поверхности (читай: меньшая и менее равномерная экстракция).

Больше холода = более мелкие частицы = большая площадь поверхности = более высокая экстракция. Более низкие температуры также могут означать меньшее испарение / сублимацию ароматических соединений (потерю аромата).

Храните предварительно взвешенные дозы в морозильной камере, чтобы получить более вкусную экстракцию. (хотя убедитесь, что они герметичны и не содержат слишком много влаги или кислорода).

Штрафы

Вот это да. Еще в 2012 году я выиграл чемпионат мира по пивоварению, стараясь убрать мелочь. Как оказалось, просеивание не избавляет от всех мелких частиц. Миллионы из них по-прежнему привязаны к более крупным проектам. Когда кофе рвется в кофемолке, по всему помолу остаются очаги положительных и отрицательных зарядов, которые притягивают мелочь. Вывод: просеивание бесполезно для разделения и тестирования частиц.

Теперь, когда мы знаем, сколько пива состоит из мелочь экстракции, становится все более очевидным, что мелочь не злодей; в противном случае каждый когда-либо приготовленный кофе получался бы чрезмерно экстрагированным. Вот как об этом думать: Верхний предел вкусной экстракции определяется наиболее извлекаемой частицей. Это всегда самая маленькая частица. Так что вам решать, чтобы ни одна часть помола никогда не экстрагировалась чрезмерно.

Вы также должны уменьшить количество недостаточно экстрагированного кофе (т. Е. Внутренние слои самого большого помола). Самый простой способ сделать это - как я всегда говорил - использовать измельчитель, который обеспечивает равномерное распределение частиц. Здесь ничего нового.

Как только я пойму, как варить мелочь как следует, я вернусь в WBrC и принесу извинения!

Хорошего дня работы. Ждем комментариев, предложений и исправлений!

Если вы нашли это полезным и хотите насладиться вкусным кофе с остальной частью сообщества — зарегистрируйтесь на нашем неограниченная образовательная подписка. Или, если вы просто хотите быть в курсе всех событий, Barista Hustle - подпишитесь на рассылку новостей.

Спасибо команде:

Кристофер Хендон (автор книги «Вода для кофе» и докторская степень в Массачусетском технологическом институте) придумал все и руководил всеми аспектами. Он человеческое воплощение самой науки.
Максвелл и Лесли Колонна-Дэшвуд (Colonna Coffee, Bath) играли неотъемлемые роли в разработке, содействии и проведении экспериментов.
Эрол Уман и Брайан Миллер (Meritics Ltd.) любезно предоставили лазерный анализатор частиц.
Стивен Лейтон (HasBean Coffee) поставлял восхитительный жареный кофе.
Кристиан Клатт (Mahlkonig) внес шлифовальные машины и экспериментальный дизайн.
Кейт Т. Батлер (факультет химии Университета Бата), Брент К. Мелот (факультет химии Университета Южной Калифорнии) и Рори В. Спирс (Школа физики Университета Мельбурна) дали неоценимые советы по разработке экспериментов. и исполнение.
Мэтт Перджер участвовал в разработке эксперимента и написал это объяснение.