مروری بر خیساندن، آبکافت و عصاره‌گیری

 

«دم‌آوری می‌تواند یک ماجراجوییِ چشاییِ شخصی باشد»

میخائیل سیوتز، فناوری قهوه

 

دم‌آوری یکی از پیچیده‌ترین مباحثِ قهوه می‌باشد که همچنان در دست تحقیق و بررسی است. نوشته‌ها درباره آن پراکنده و اکثریت دانش آن کهنه و قدیمی است، همچنین احتمالات در این صنعت بسیار زیاد بوده است. در آموزش‌های انجمن قهوه‌ی تخصصی امریکا (SCAA)، ما همواره به سه مرحله در دم‌آوری تأکید کرده‌ایم: خیساندن، عصاره‌گیری و آبکافت (هیدرولیز) (Lingle 2011). این اصطلاحات همیشه ساده، مبهم و کمی علمی به نظر رسیده‌اند ولی هنوز به‌خوبی تعریف‌نشده‌اند و اغلب ما را بیشتر با سؤالات روبه‌رو می‌کنند تا جواب. البته، هرکدام از ما از طریق شنیده‌های غیرعلمی یا به‌طور نظری می‌دانیم که عصاره‌گیری قهوه به عنوان یک فرآیند، چقدر پیچیده است، چون ما از همان اول راه‌مان در دنیای قهوه در حال آموختن درباره‌ی آن بوده‌ایم. من این مقاله را با این توضیح آغاز می‌کنم که چون ما همه‌ی پاسخ‌ها را در دست نداریم، چیزهای زیادی هست که بیاموزیم!

خیساندن (Wetting)

برای اینکه قهوه دم شود اول از همه باید خیس شود که این یعنی پودر قهوه باید آب را جذب کند. این یک فرآیند فیزیکی است که با فعل‌وانفعال متغیرهایی بسیار ساده قابل توضیح است: اول از همه، ما قهوه‌ای را که به ‌اندازه‌های ریز آسیاب و توزیع‌شده را در نظر می‌گیریم. اندازه پودر قهوه، تراکم و قرارگیری و توزیع آن‌ها در بستر قهوه و روش اضافه کردن آب، تماماً بر سرعت خیس شدن قهوه تأثیر خواهند گذاشت. قطعاً هرگونه تلاطم بیرونی که طی مرحله خیساندن اتفاق بیفتد بر سرعت و یکنواختی این فرآیند اثر خواهد گذاشت. می‌توانیم بستر قهوه را مثل خاک در نظر بگیریم که نسبت نفوذ آب بستگی به‌اندازه‌ی ذرات و شکل آن‌ها (شن در قیاس با ماسه)، ظرفیت رطوبت اولیه‌ی ذرات، تخلخل، قابلیت انحلال گاز، فشار و تورم ذرات دارد (Hillel 2004).

پودر قهوه، طی خیساندن، متورم می‌شود و بعد از کامل شدن دم‌آوری، با توجه به‌اندازه ذرات، نسبتی از آب اضافه‌شده را در خود نگه می‌دارد (Sivetz and Desrosier 1979; Mateus and others 2007; Cammenga and others 1997).  وقتی هوا، ترکیبات فرار و دیگر گازها (عمدتاً دی‌اکسید کربن) طی خیساندن جابه‌جا می‌شوند، ما متوجه یک حباب‌زایی، یا شکوفه کردن (Blooming) قهوه می‌شویم که با آن مرتبط است. (Clarke and Macrae 1985). سهمی از این گازها نیز می‌تواند در آب یا محلول آبکی قهوه حل شوند. در  روش‌های معمول دم‌آوری، می‌توان فرآیند خیساندن را مسئول شکوفه کردن دانست.

در دیگر روش‌های دم‌آوری مثل آن‌هایی که در دسته‌ی غوطه‌وری قرار دارند مرحله خیساندن می‌تواند خیلی سریع اتفاق بیفتد. در مورد اسپرسو، تولیدکنندگان ماشین‌هایی تولید کرده‌اند که دارای قابلیت پیش‌عصاره‌گیری (Pre-infusion) هستند که به ما اجازه می‌دهد بستر قهوه را پیش از عصاره‌گیری اصلی بخیسانیم.

ما به‌عنوان متخصصان و تکنسین‌های قهوه، معمولاً دوست داریم بستر قهوه‌ به‌صورت یکنواخت خیس شود تا بعدازآن قهوه با یک ریزش روان و زمان منظم عصاره‌گیری شود؛ اما بهترین باریستاها می‌دانند که این یک امر محال است. به‌طور ایده‌آل، اگر باور داشته باشیم که بهترین طعم قهوه از ذراتی که به‌طور یکنواخت خیسانده و عصاره‌گیری شده‌اند  به دست می‌آید، سعی خواهیم کرد انحراف در اندازه آسیاب و زمان خیساندن را به حداقل برسانیم. بااین‌حال هنوز توافق نظری بر مزایا و معایب توزیع نرمال ذرات پودر قهوه وجود ندارد! مثل تمام روش‌های دم‌آوری قهوه این‌یک موضوع سلیقه‌ای است.

عصاره‌گیری

هنگامی‌که پودر قهوه خیس می‌شود، گازها و ترکیبات فرار، حل‌شده و از بین می‌روند و هم‌زمان ترکیبات قابل‌حل، از قهوه خارج می‌شوند. عمدتاً این اتفاق به‌صورت واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی بین آب و قهوه رخ می‌دهد که ما آن را عصاره‌گیری می‌نامیم. درواقع، در این مبحث می‌توان این اصطلاح و اصطلاح دم‌آوری را به‌جای هم استفاده کرد زیرا فرآیند عصاره‌گیری بخش‌های اساسی و پایه دم‌آوری را شکل می‌دهند. مهندسان شیمی ممکن است آن را فروشست یا فرورفت بنامند (Clarke 1987; Petracco 2001).  زمانی که شیمیدان‌ها درباره‌ی عصاره‌گیری صحبت می‌کنند منظور آن‌ها  جداسازی اختصاصی یک ماده مخصوص از یک مخلوط (کل یک ماده) است. در مورد قهوه، ما تعداد زیادی از مواد جامد قابل‌حل و مهم را از پودر قهوه جدا می‌کنیم. وقتی‌که ماده‌ای در تماس با حلال قرار می‌گیرد بعضی از مواد آن رفتاری قابل‌حل نشان می‌دهند و بعضی دیگر غیرقابل‌حل. در دم‌آوری،  پودر قهوه آن ماده است و آب حلال عمومی. در حقیقت، بدون عصاره‌گیری، ما الی‌الابد فقط پودر قهوه را در آب خواهیم داشت. مشخص‌شده است که اصطلاحی که ما امروزه به‌عنوان عصاره‌گیری استفاده می‌کنیم به انواع مختلفی از واکنش‌ها اشاره دارد که باهم عمل می‌کنند تا مواد قابل‌حل در قهوه را طی زمانی، از قهوه به آب انتقال دهند تا نوشیدنی قهوه ما آماده شود. در حال حاضر، روشی که صنعت قهوه باید کمیت عصاره‌گیری را با آن تعیین کند درصد بازده مواد محلول یا بازده دم‌آوری (Solubles Yield) از میزان پودر قهوه مورداستفاده برای دم‌آوری است (Lingle 2011; Petracco 2001; Clarke 1987). این مقدار به‌طور ایده‌آل بین ۱۸ تا ۲۲ درصد توافق شده است (Sivetz and Desrosier 1979; Lockhart 1957). هر عددی کمتر یا بیشتر از این مقدار از دیدگاه چشایی و حسی این‌گونه توصیف می‌شود که به ترتیب عصاره‌گیری کم، طعم‌های ترشی و شیرینی و عصاره‌گیری زیاد طعم‌های تلخی و گسی را نشان می‌دهد (Patracco 2001; Rao 2010).

مواد قابل‌حل می‌توانند از طریق واکنش‌های شیمیایی مختلفی از پودر قهوه خارج شوند که کاملاً به دما، زمان و تلاطم (Turbulence) بستگی دارد. درواقع، ممکن است آن‌ها بیش از یکی از فرآیندهای زیر را بگذرانند. واکنش‌های شیمیایی که طی عصاره‌گیری قهوه رخ می‌دهند عبارت‌اند از:

فرآیندهای تجزیه:

انحلال‌پذیری ترکیبات در آب به آن‌ها این اجازه را می‌دهد که در آب حل شوند و درنتیجه در نوشیدنی قهوه عصاره‌گیری شوند. موادی مثل کلورژنیک اسید، استیک اسید، مالیک اسید و دیگر اسیدها، کافئین، تری گونلین (Arya and Rio 2007). دو نوع تجزیه وجود دارد که ازنظر مکانیسم‌هایشان، مولکولی و یونی نامیده می‌شوند. ترکیباتی همچون نمک‌ها و اسیدها معمولاً به‌طور یونی تجزیه‌شده، برعکس کافئین که به صورت مولکولی تجزیه می‌شود. این تجزیه‌ی ترکیبات قابل‌حل آب به‌طور طبیعی در هنگام دم‌آوری، آن زمان که آب بر روی پودر قهوه حرکت می‌کند انجام می‌شود.

آبکافت (هیدرولیز):

آبکافت نامی است که به یک واکنش کلی شیمیایی گفته می‌شود که در آن آب با دیگر ترکیبات واکنش می‌دهد تا آن‌ها را تغییر دهد یا در هم بشکند. طی عصاره‌گیری، ترکیبات غیرقابل‌حل  یا ترکیبات قابل‌حل بزرگ  می‌توانند توسط واکنش‌های آبکافتی از ذرات قهوه جدا شوند (Cammenga and others 1997). این نوعی واکنش است که در استخراج مواد قابل‌حل قهوه به‌خصوص اسیدهای ارگانیک بزرگ‌تر سهم دارد. یک سری اختلاف‌نظرها بر سر این‌که چقدر این واکنش‌های خاص در دم‌آوری قهوه بااهمیت است وجود دارد (Clarke 1989; Thaler 1979).

فرآیندهای نفوذ:

هرکجا که مواد حل‌شده به‌طور یکنواخت در محلول توزیع نشده باشند، این پروسه یک شیب غلظت ایجاد می‌کند. درنتیجه، مواد حل‌شده از ناحیه‌ای با غلظت زیاد به سمت ناحیه‌ای که غلظت آن کمتر است نفوذ می‌کنند. در قهوه، منظور از ناحیه‌ای با غلظت زیاد پودر قهوه و ناحیه‌ی با غلظت کم آب است. یک مورد مهم و ویژه که این شیب‌های غلظت منجر به نفوذ ترکیبات می‌شوند گذرندگی (Osmosis) نام دارد. اِسمِز یک حرکت خالص مولکول‌های محلول از میان غشاء (در اینجا، دیواره سلولی) به سمت منطقه‌ای  با غلظت کمتر مواد محلول است. این اتفاق برای برابر کردن غلظت محلول در دو طرف غشاء (دیواره سلولی) رخ می‌دهد. این حرکت مولکول‌ها از طریق نفوذ، نیازی به تکان دادن ندارد و حتی بدون نیروی جاذبه که باعث حرکت آب بر قهوه می‌شود و یا هر تلاطم دیگری انجام می‌شود. نفوذ را می‌توان بر اساس قانون فیک (Fick’s low) محاسبه کرد که بیان می‌کند نفوذ تابعی از زمان، دما، قوام گرانروی مایع (ویسکوزیته)، عمق لایه و غلظت محلول در مایع و جامد و سایر فاکتورهاست. قانون فیک به‌طور کامل در فصل «تراوش» نوشته ایلی و ویانی توضیح داده‌شده است (Petracco 2005b).

ملاحظات مهم

ترتیب واکنش‌ها

نکته مهم درباره‌ی روش‌های فوق که به‌وسیله‌ی آن‌ها مواد جامد محلول می‌توانند از قهوه به داخل آب عصاره‌گیری شوند این است که بیش از یکی از این نیروها می‌توانند هم‌زمان باهم عمل کنند و این‌گونه هم می‌شود. به‌محض اینکه یک‌ذره قهوه منحصراً خیس شده و آب بیشتری روی سطح آن حرکت می‌کند، پروسه عصاره‌گیری آغاز می‌شود. این بدان معنی است که هر ذره‌ی قهوه، زمان دم‌آوری خودش را خواهد داشت. غلظت محلول مایعی که در حال عبور از پودر قهوه است، هم‌زمان با جریان یافتن روی بستر قهوه تغییر خواهد کرد یعنی تغییر ضریب نفوذ از طریق قانون فیک. درنهایت این نکته را فراموش نکنید که قهوه‌ی دم شده، خود طی فرآیند دم‌آوری، واکنش‌های شیمیایی متعددی را پشت سر می‌گذارد، حتی پس‌ازاینکه از سد فیلتر گذشته و داخل مخزن دم‌آوری ریخته شده است.

دما

حرارت عاملی کلیدی است که بر عصاره‌گیری قهوه اثر می‌گذارد و به‌طور کامل در توضیحات بالا درباره‌ی آن صحبت نشده است. به‌طورکلی، به همان اندازه که دمای دم‌آوری افزایش می‌یابد، عصاره‌گیری قهوه (هم در نسبت‌ها و هم در مقدار کل آن) افزایش می‌یابد (Merritt and Proctor 1959; Rao 2010). وقتی ترکیبات به‌واسطه‌ی گرما شکسته می‌شوند این پدیده تخریب حرارتی نامیده می‌شود، این فرآیند عمدتاً در طی برشته شدن (رُست کردن) قهوه اتفاق می‌افتد. ما قهوه را با آب داغ دم می‌کنیم (عمدتاً دمای بین ۱۹۵ تا ۲۰۵ درجه فارنهایت دمای ایده‌آل توافق شده است) و می‌دانیم که طبق معادله‌ی آرینوس  (Arrhenius Equation) گرما تمام واکنش‌های شیمیایی را سرعت می‌بخشد (Pertacco 2005b).

معلوم شده است که گرما همچنین حل‌پذیری بسیاری از ترکیبات شیمیایی را نیز افزایش می‌دهد. درنتیجه گرما به‌طور هم‌زمان می‌تواند از دو طریق عمل کند تا عصاره‌گیری قهوه را تحت تأثیر قرار دهد، تسریع واکنش‌های شیمیایی و افزایش حل‌پذیری ترکیبات خاص.

از طرفی دیگر، زمانی که قهوه را در دمای اتاق یا دماهای پایین دم می‌آوریم، باید زمان دم‌آوری را بیشتر کنیم تا بتوانیم همان مقدار عصاره را ازنظر عددی استخراج‌کنیم. مثلاً در فرآیند دم‌آوری سرد قهوه که فاقد حرارت است، زمان، جبران این فقدان دما را می‌کند.  انحلال‌پذیری مواد محلول قهوه به شکل قابل‌توجهی در آب با دمای اتاق کاهش می‌یابد. افزایش مدت‌زمان دم‌آوری به چندین ساعت به‌جای چندین دقیقه، حداکثر میزان عصاره‌گیری مواد محلول از قهوه را ممکن می‌کند. باوجود موارد گفته‌شده، باید توجه داشته باشیم که انتظار نمی‌رود این دو نوع نوشیدنی نهایی (قهوه‌ی دمی سرد و گرم) ترکیب شیمیایی یکسانی را از خود نشان دهند.

برخی شواهد علمی و بسیاری شواهد  غیرعلمی وجود دارند مبنی بر اینکه گرمای بیش‌ازحد (بالای ۲۰۵ درجه فارنهایت) منجر به عصاره‌گیری ترکیبات تلخ و گس شده و خوشایند بودن قهوه دم شده را کاهش می‌دهد (Merrit, Proctor 1959; Andueza and others 2003; Sivetz and Desrosier 1979: Petracco 2001). مشخصاً معلوم شده است که درک حس تلخی و گسی قهوه با  بالا رفتن دمای دم‌آوری افزایش میابد. البته در واقعیت، دما به‌عنوان یک متغیر به‌طور جداگانه در فرآیند دم‌آوری قابل‌آزمایش نبوده و بنابراین تحقیق روی آن مشکل می‌باشد (Andueza and others 2003).

متمم

روش دم‌آوری

روش‌های دم‌آوری خاصی باعث انتقال اجزاء اضافی پودر قهوه (نه‌فقط مواد قابل‌حل قهوه) به نوشیدنی نهایی هستند. یک مثال ساده، قهوه ترک است که در آن ذرات جامد معلق (پودر قهوه استفاده‌شده) در نوشیدنی نهایی شناور می‌مانند. مثال بعدی اسپرسو می‌باشد: موردی که (احتمالاً تنها مورد ممکن) در آن همراه با ماده قابل‌حل قسمتی بسیار مهم و حیاتی از روغن قهوه نیز حضور دارد که تشکیل یک امولسیون را می‌دهد (Petracco 2005a). بااین‌حال متن فوق پیچیدگی‌های این روش‌ها را شرح نمی‌دهد.

شیمی آب

ما از این موضوع آگاه هستیم که جنبه‌های خاص شیمی آب ممکن است روی عصاره‌گیری ترکیبات قهوه مؤثر باشد. دهه‌هاست که چند نمونه از تحقیقات پایه‌ای در مورد این مبحث آغازشده است (Lockhart and others 1955; Campbell and others 1958; Pangborn and others 1971; Beeman and others 2011; Lingle 2011).  این کار بیشتر روی ناخالصی‌ها، ضد طمع‌ها، اندازه‌گیری کلی کلسیم و سایر مواد جامد محلول تمرکز داشته است هرچند، تحقیقات اخیر در حال روشن کردن اثرات کاتیون‌های خاص موجود در آب (کلسیم، منیزیوم، پتاسیم) به روی عصاره‌گیری اجزای مختلف تشکیل‌دهنده قهوه می‌باشد (Hendon and others 2014).

زمان

زمان، در فعل‌وانفعال با دما، قطعاً به مقدار و نوع ترکیبات عصاره‌گیری شده از قهوه اثر می‌گذارد (Lee and others 1992). فقط شواهد خیلی ابتدایی موجود است دال بر این که انواع خاصی از ترکیبات حتماً در عصاره قهوه وابسته به زمان هستند (Merritt and Proctor 1959). نهایتاً، این هم متغیر دیگری در دم‌آوری قهوه است که هیچ‌گاه نمی‌تواند از سایر فاکترهای مربوطه تفکیک شود.

آسیا کردن قهوه

درواقع، عملاً غیرممکن است که بدون آسیا کردن قهوه مواد جامد محلول را از آن عصاره‌گیری کنیم. طبیعتاً، هرچقدر که آسیا ریزتر باشد و اندازه ذرات قهوه کوچک‌تر، سطح تماس بیشتر شده و درنتیجه تماس بیشتری بین آب و پودر قهوه برقرار می‌شود (Clarke 1987). پس شکل و اندازه آسیا با فضای متخلخل بستر قهوه مرتبط است. همچنین مشخص شده است که آسیاب قهوه بر سرعت عصاره‌گیری کافئین نیز مؤثر است (Spiro and Selwood 1984).

تلاطم/آشفتگی

درنهایت، هرگونه تلاطم و آشفتگی که رخ دهد مثل حرکت آب در داخل پودر قهوه، بر عصاره‌گیری تأثیر خواهد گذاشت. قطعاً اگر سرعت جریان اطراف پودر قهوه زیاد شود منجر به بیشتر شدن سرعت عصاره‌گیری خواهد شد.

کیفیت قهوه

مطمئناً، روش دم‌آوری و عصاره‌گیری قهوه در ارزیابی لذیذ بودن یک نوشیدنی قهوه مؤثرند. بااین‌وجود باید بپذیریم که نمی‌توانیم یک قهوه‌ی بی‌کیفیت و معیوب را از طریق فرآیند دم‌آوری طوری درست کنیم که مزه‌ی یک قهوه‌ی باکیفیت را بدهد. کل فرایند و مدیریت مراحل، طراوت، کیفیت طعم و ویژگی‌های طعمی مطبوع منحصربه‌فرد، فقط طی فرآیند دم‌آوری است که می‌توانند خود را نشان دهد یا به کلی نابود شوند. بار سنگین این مرحله پایانی بر دوش باریستا است، بنابراین نقش عصاره‌گیری پرده‌ی  نهایی در اپرایی شکوهمندی به نام زنجیره قهوه است.

باقیمانده چیست؟

مولکول‌های بزرگ معینی وجود دارند که از قهوه عصاره‌گیری نمی‌شوند. این می‌تواند به چند علت باشد. اولاً، این ترکیبات ممکن است در آب نباشند که ما آن‌ها را «غیرقابل‌حل در آب» می‌نامیم. عموماً ما یک ترکیب را به دلیل اندازه، گرایش و ساختار شیمیایی‌اش نه قابل‌حل و نه قابل آبکافت در نظر می‌گیریم. می‌دانیم که این ترکیبات غیرقابل‌حل، اجزای درشت دیواره سلولی قهوه هستند که از فرآیند برشته شدن نجات‌یافته‌اند (Petracco 2005b). این‌ها پلی ساکارید‌هایی مثل سلولز، همی سلولز و پلیمرهایی مثل لیگنین هستند (Arya and Rao 2007; Redgwell and others 2002; Fischer and others 2001).

همی سلولز از سه نوع قند تشکیل می‌شود که مانوز فراوان‌ترین آن است و بعدازآن گالاکتوز و آرابینوز قرار دارند که همه آن‌ها در دیواره‌ی سلولی قهوه یافت می‌شوند (Mussatto and others 2011; Passos and others 2014). بااین‌حال اگر این مولکول‌های بزرگ طی فرآیند طولانی عصاره‌گیری قهوه با دمای بالا، آبکافت نشوند اغلب رسوب می‌کنند و باقی می‌مانند. مولکول‌های بزرگ‌تر مثل پروتئین‌ها یا آن‌ها که از تخریب پروتئین‌ها مشتق می‌شوند، می‌توانند در پودر قهوه باقی بمانند.

به‌طور مثال، ملانوئیدین‌های با وزن مولکولی بالا عمدتاً در بستر قهوه‌ی مصرف‌شده باقی می‌مانند درحالی‌که ملانوئیدین‌های کوچک‌تر که تحت عنوان «فیبرهای محلول» می‌باشند برای دم‌آوری مهم هستند به حدی که رنگ و احتمالاً بافت و مزه قهوه را تأمین می‌کنند (Bekedam and others 2006; Bekedam and others 2008). یکسری بقایا و مواد معدنی مربوطه نیز به داخل قهوه دم شده عصاره‌گیری نمی‌شوند مثل پتاسیم (به‌غیراز نمک آن)، فسفر و منیزیم (Mussatto and others 2011).

تألیف: EMMA BLADYKA، مدیرِ علم قهوه در انجمن قهوه تخصصی آمریکا (SCAA)

ترجمه: مژگان سپهری منش و بینا نیکبخت