Кофе, приготовленный методом «лить поверх»

смешивание струей воды, падающей на гранулированный слой с лавинной динамикой

Эрнест Парк (Ernest Park), Марго Янг (Margot Young), Арнольд Дж. Т. М. Матейссен (Arnold J. T. M. Mathijssen), Университет Пенсильвании, США, "Кофе, приготовленный методом «лить поверх»: смешивание струей воды, падающей на гранулированный слой с лавинной динамикой", "Физика жидкостей" (Physics of Fluids), 37(4), апрель 2025.

Крайне важно сделать напитки более эффективными, используя меньше кофе, при этом удовлетворяя высокий спрос на напиток. Авторы исследуют фильтрованный кофе, в котором струя воды ударяется о слой воды над гранулированным слоем. Чтобы выявить его внутреннюю динамику, сначала заменили непрозрачную кофейную гущу частицами силикагеля в стеклянном конусе и снимали с помощью лазерного листа и высокоскоростной камеры. Обнаружили эффект лавины, который приводит к сильному смешиванию на разных высотах наливания, даже при слабой струе. На смешивание не оказывает существенного влияния слой плавающих зерен.

Затем провели эксперименты с настоящей кофейной гущей, чтобы измерить выход экстракции общего количества растворенных твердых веществ. В совокупности результаты указывают на то, что экстракцию кофе можно настроить, продлив время смешивания с более медленными, но более эффективными заливками, используя динамику лавины. Это говорит о том, что вместо увеличения количества зерен сенсорный профиль и крепость напитка можно регулировать, изменяя скорость потока и высоту заливки. Таким образом, эффективность экстракции можно лучше контролировать, чтобы помочь снизить спрос на кофейные зерна во всем мире.

Чтобы понять, что происходит во время заливки, исследователи создали лабораторную установку, которая позволила им заглянуть внутрь процесса заваривания. Они использовали прозрачную стеклянную воронку, похожую на популярные кофеварки V60, и заменили непрозрачную кофейную гущу прозрачными частицами силикагеля с распределением размеров, аналогичным фактической кофейной гуще (0,2–1 мм). Высокоскоростная камера снимала действие со скоростью 200 кадров в секунду, а лазерный лист освещал частицы, что позволяло исследователям визуализировать внутреннюю динамику процесса заваривания.

Ученые контролировали поток воды с помощью бутыли с трубчатыми выходами разного диаметра (1/4 дюйма и 1/8 дюйма) для имитации различных скоростей заливки, типичных для чайников с гусиной шеей. Они изменяли высоту заливки, регулируя положение воронки относительно выходного отверстия для воды, поддерживая при этом постоянный уровень воды. Для экспериментов с плавающим слоем гущи они добавляли небольшие полистирольные шарики, чтобы имитировать плавающую кофейную гущу, часто наблюдаемую во время заваривания.

На заключительном этапе провели эксперименты с настоящим кофе (зернами Simply Nature Organic Honduras) для измерения общего количества растворенных твердых веществ в полученном напитке при различных условиях заливки.

Исследователи обнаружили несколько ключевых результатов, которые могут показаться удивительными любителям кофе.

Во-первых, они установили, что «индекс смешивания» (мера перемешивания в слое воды над слоем кофе) обычно увеличивается с высотой заливки, что противоречит распространенному мнению о том, что более высокие заливки могут быть менее эффективными из-за повышенного вовлечения воздуха в поток воды. Для типичного чайника с гусиной шеей и выпускным отверстием 1/4 дюйма более высокие заливки постоянно производили больше перемешивания.

Во-вторых, команда обнаружила, что плавающий слой молотого кофе, который часто образуется во время заваривания, оказывает минимальное влияние на характер перемешивания, несмотря на общепринятое мнение, что он может мешать потоку воды. Их эксперименты с плавающим гранулами показали схожие характеры перемешивания при различной высоте заливки.

В-третьих, стало ясно, что более низкие высоты заливки на самом деле лучше «вгрызались» в кофейный слой и достигали дна конуса, что измеряли как «индекс плотности». Это создает противоречащий здравому смыслу компромисс между смешиванием наверху (лучше при более высоких заливках) и эрозией внизу (лучше при более низких заливках).

Самое главное, авторы наблюдали ритмичную «лавинную динамику», когда струя воды размывала зернистый слой, выдалбливала его, вызывала скапливание молотого кофе по краям, а затем вызывала периодические обрушения, которые перезапускали цикл - ранее не описанный механизм, который способствует непрерывному смешиванию в течение всего процесса заваривания.

Рекомендуется сделать высоту заливки как можно выше, сохраняя при этом поток, когда струя не распадается при соприкосновении с кофейной гущей. Мы действительно можем чему-то научиться как с точки зрения химии, так и физики, глядя на кухню, - сказал автор статьи Арнольд Матейссен. Это приводит к новой науке там, где ее не ожидали.

11.04.2025

Комментарий:

Шнобелевская премия - 1996 - искусство

Окончив школу искусств, Дон Физерстоун пристроился на местной фабрике пластмассовых изделий. Эта фабрика производила украшения для лужаек: плоские фигурки собак, лягушек, уток, фламинго и прочие разные вещицы, за которые люди были готовы платить деньгами
подробнее

Шнобелевская премия 2013 медицина

Масатеру Ушияма и другие специалисты из Японии и Китая, изучили воздействие оперы на мышей, перенесших трансплантацию сердца. В норме мыши жили после операции в среднем 7 дней, но те, кто слушал Травиату Верди, прожили 27 дней, а композиции Энии - 11 дней
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист