تاثیرات پنهان دما در عصاره‌گیری

درجه حرارت آب در هنگام دم‌آوری به خاطر گازهای حل‌شده، بر سرعت جریان اسپرسو به شکل‌های غیرمنتظره تأثیر می‌گذارد.

در جدیدترین دوره‌ی پیشرفته‌ی آموزشی اسپرسو، ما یک یافته شگفت‌آور در ادبیات علمی را موردبحث قراردادیم: افزایش درجه حرارت عصاره‌گیری باعث می‌شود شات اسپرسو کندتر جریان پیدا کند. ما این مسئله را برای خودمان آزمایش کردیم و با دقت به این حقیقت پی بردیم که: تغییر دما بسته به این‌که کدام قسمت از شات اسپرسو را بررسی کنید، تأثیر متفاوتی بر سرعت جریان دارد.

در حقیقت، اگر دمای دم‌آوری را افزایش می‌دهید، قسمت اول شات کندتر عصاره‌گیری می‌شود، اما قسمت آخر شات با سرعت بیشتری جریان می‌یابد. این بدان معناست که در آزمایش ما، کل زمان عصاره‌گیری یک شات تقریباً یکسان بود، اما دلالت بر این دارد که بسته به اینکه چه نسبت عصاره‌گیری “brew ratio” را انتخاب می‌کنید، می‌توانید نتایج متفاوتی به دست آورید.

این تأثیر در قهوه‌های تازه رست و در رست‌های تیره بیشتر است که باعث می‌شود ما به این فکر بیفتیم که این اثر ناشی از گازهای حل‌شده در قهوه است. یک احتمال این است که در دماهای بالا حباب‌های بیشتری در قسمت اولیه عصاره‌گیری به وجود می‌آیند. این به‌نوعی منجر به مقاومت کمتری در برابر جریان یا ایجاد کانال‌های بیشتر در مراحل بعدی عصاره‌گیری می‌شود.

پیش‌زمینه

ابتدا بیایید، به شواهد منتشرشده‌ی موجود نگاهی بیندازیم: مقالات علمی در این زمینه می‌گویند که درجه حرارت بالاتر منجر به کاهش سرعت جریان می‌شود. این نتیجه غیرقابل‌پیش‌بینی برای اولین بار توسط مارینو پتراسکو (۲۰۰۵) گزارش شد که هنگام عصاره‌گیری در ۴ درجه سانتی‌گراد نسبت به ۹۰ درجه سانتی‌گراد اختلاف زیادی در سرعت جریان مشاهده کرد.

میزان جریان اسپرسو در ۴ درجه سانتی گراد و ۹۰ درجه سانتی گراد

پتراسکو ادعا می‌کند که این تأثیر در هنگام کاهش دما از ۹۰ درجه سانتی‌گراد تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد به‌راحتی قابل‌تشخیص است، اما همچنین تحت تأثیر شرایط عصاره‌گیری قرار می‌گیرد. «این تأثیر در زمان عصاره‌گیری در دماهای نزدیک به دمای استاندارد، بسیار جزئی و درعین‌حال قابل‌توجه و معنی‌دار است.» بااین‌حال، مقاله‌ای که او به آن استناد می‌کند (S. Andueza و همکاران، ۲۰۰۱) به نظر نمی‌رسد این ادعا را تأیید کند.

در همین حال، نتایج آزمایش‌های “baristas” در شرایط عصاره‌گیری واقع‌گرایانه متناقض و متفاوت است. درحالی‌که یک آزمایش توسط “Monika Fekete” این ایده را تائید می‌کند که دما می‌تواند بر جریان در محدوده دمای مطلوب (۹۰-۹۵ درجه سانتی‌گراد) تأثیر بگذارد، اما مجموعه دیگری ازمایش‌های “Andre Eiermann”، قهرمان باریستای سوئیس ۲۰۱۷، به این نتیجه رسید که هیچ تأثیری بر زمان عصاره‌گیری یک شات بین ۹۰ تا ۹۸ درجه سانتی‌گراد وجود ندارد. به نظر می‌رسد تجربه تحقیقات “Baristas” متفاوت است و نشان می‌دهد که این اثر ممکن است برای قهوه‌های مختلف یا تجهیزات مختلف متناقض باشد.

برای اینکه خودمان بررسی کنیم که چه اتفاقی افتاده است و برای اینکه دریابیم چرا افراد مختلف نتایج متفاوتی کسب کرده‌اند، این آزمایش‌ها را خودمان ترتیب دادیم.

نتایج

ما از سه قهوه‌ی مختلف عصاره‌گیری کردیم، یکی سه ماه از رستش گذشته بود، یک قهوه‌ی تازه رست روشن و یک قهوه‌ی تازه رست تیره‌تر، با مراقبت از عواملی مانند دمای تیغه‌های آسیاب (جزئیات کامل آزمایش در زیر است). فهمیدیم که زمان عصاره‌گیری با تغییر دما برای هر یک از سه قهوه به‌طورکلی تغییر نمی‌کند.

بااین‌حال، ما شاهد کاهش زمان قابل‌توجهی برای عصاره‌گیری ۲۰ گرم آخر بودیم، به این معنی که شات با سرعت بیشتری در انتها جریان یافت می‌شود که این اثر در قهوه تازه بیشتر و در قهوه با رست تیره بیشترین بود.

تأثیر دما در زمان لازم برای استخراج ۲۰ گرم آخر هر شات. آخرین قسمت عصاره‌گیری با سرعت بیشتری در دماهای بالاتر اجرا می شود. تفاوت برای رستهای تازه تر بیشتر و از همه بیشتر برای رستهای تیره بزرگتر است.

در قهوه تازه‌تر، ما شاهد افزایش کمی در زمان عصاره‌گیری ۲۰ گرم آخر بودیم که به‌طور متوسط حدود ۱ ثانیه بیشتر در دمای ۹۵ درجه سانتی‌گراد نسبت به ۸۰ درجه سانتی‌گراد در قهوه تازه برشته‌شده طول کشید.

از طرف دیگر، در قهوه که ۳ ماه از رست آن گذشته شده بود، زمان قسمت اول این عصاره‌گیری به شکل ملموسی کاهش نمی‌یابد و افزایش جریان در پایان بسیار جزئی بود که نشان می‌دهد گازهای حل‌شده می‌توانند در این تأثیر نقش داشته باشند.

چگونه می‌توانیم این را توضیح دهیم؟

یک احتمال این است که این رفتار در اثر گازهای موجود در بستر قهوه ایجاد می‌شود. گازهایی مانند CO2 در استخراج اسپرسو نقش مهمی دارند. گازهای به وجود آمده در محاصره قهوه با آب آزاد می‌شوند. برخی از گازها در آب حل می‌شوند، اما برخی ممکن است حباب‌هایی ایجاد کنند که مقاومت در برابر جریان آب را افزایش می‌دهد.

در دماهای بالاتر، گازهای محلول در آب کمتر هستند. احتمالاً این بدان معناست که در دماهای بالاتر، حباب‌های بیشتری تشکیل می‌شود که باعث افزایش مقاومت در برابر جریان آب در بستر قهوه می‌شود. این می‌تواند توضیح دهد که چرا قسمت اول عصاره‌گیری کند می‌شود، درحالی‌که حباب‌ها آزاد می‌شوند. هنگامی‌که حباب‌ها از درون مایع بیرون رانده شدند، یا آب کافی برای حل شدن گاز باقیمانده پمپ شده است، این اثر متوقف می‌شود و دوباره جریان افزایش می‌یابد.

بااین‌حال، این توضیح نمی‌دهد که چرا نیمه دوم جریان عصاره‌گیری سریع‌تر می‌شود، نه اینکه فقط به همان سطح از عصاره‌گیری برگردد. به نظر می‌رسد بیشتر این امر به دلیل افزایش کانال‌ها “channeling” در دماهای بالاتر باشد، یا به این دلیل که استخراج بیشتر در دماهای بالاتر به معنای آن است که کیک قهوه سریع‌تر شروع به خرد شدن می‌کنند، یا شاید به این دلیل که تشکیل حباب‌ها به‌نوعی باعث از هم گسیختن کیک قهوه در بعضی قسمت‌ها می‌شود.

این واقعیت که افزایش جریان در انتهای هر دو قهوه تازه‌تر و تیره‌تر، بیشتر است، نشان می‌دهد که این مسئله ناشی از گازهای حل‌شده است و اینکه حباب‌ها به‌نوعی باعث می‌شوند کانال‌ها بعداً در استخراج تشکیل شوند. این حباب‌ها ممکن است ازنظر فیزیکی کیک قهوه را در مقیاس بسیار کم متزلزل کنند، اما به نظر می‌رسد که آن‌ها به سمت تکه‌های خشک کوچکی که در کیک قهوه هستند حرکت کنند. ازآنجاکه قهوه خشک آب‌گریز است، به‌جای آنکه آب به درون قهوه‌های خشک نفوذ کند، اطراف این لکه‌های خشک آب جاری می‌شود و منجر به کانال می‌شود.

احتمال دیگر این است که جریان کند در شروع کار زمان بیشتری به کیک قهوه می‌دهد تا قبل از شروع جریان اصلی کامل خیس شود و این امر باعث کاهش حرکت تکه‌های بسیار ریز به سمت زیر بسکت می‌شود و به روشی مشابه با استفاده از پیش عصاره‌گیری “pre-infusion” فشار کم اجازه می‌دهد قسمت بعدی عصاره‌گیری یک شات، سریع‌تر جریان پیدا کند.

آیا راهکار عملی وجود دارد؟

این تأثیرات بر روی میزان جریان برای درجه حرارت‌هایی که احتمالاً با آن اسپرسو را عصاره‌گیری می‌کنید بسیار ناچیز است، بنابراین در بیشتر قسمت‌ها تأثیر مهمی در اسپرسو شما نخواهد داشت. بر اساس آزمایش‌های ما، بزرگ‌ترین تأثیر انتظار شما از افزایش درجه حرارت ۱ درجه سانتی‌گراد این است که نیمه دوم عصاره‌گیری شما سریع‌تر از یک‌دهم ثانیه جریان یابد.

حتی اگر تغییر نسبتاً زیادی در درجه حرارت عصاره‌گیری داشته باشید، اثرات دیگر دما بر روی عصاره‌گیری تأثیر بسیار بیشتری از تأثیر بر جریان خواهد داشت. بااین‌حال، این نتیجه در مورد نقشی که گازها در استخراج اسپرسو بازی می‌کنند، برای ما جالب بود. این می‌تواند بخشی از این دلیل باشد که شکوفه زدن “blooming” در اسپرسو چنین تأثیر زیادی در استخراج دارد و دادن زمان برای حل شدن گازها یا فرار گاز درون کیک قهوه هنگام عصاره‌گیری، حباب‌ها را حذف کرده و پیش عصاره‌گیری را مؤثر می‌کند.

آزمایش

برای آن دسته از شما که می‌خواهید جزئیات کامل تجربی و بحث دقیق‌تر درباره برخی از نتایج را، مطالعه کنید!

پروتکل

ما در این آزمایش‌ها عصاره‌گیری‌ها را با نسبت ثابت با دوز ۱۸ گرم و نوشیدنی نهایی ۴۰ گرم انجام دادیم و از دمای ۸۰-۹۵ درجه سانتی‌گراد استفاده می‌کنیم. زمان کلی عصاره‌گیری شات و مدت‌زمان لازم برای رسیدن به ۲۰ گرم در فنجان را اندازه‌گیری کردیم. برای جلوگیری از نتایج حاصل از گرم شدن چرخ‌دنده‌های آسیاب، دما را برای هر شات، تصادفی در نظر گرفتیم.

ما از یک EK43 با یک درجه آسیاب ثابت استفاده کردیم و در La Marzocco Linea Classic نیز از یک هدگروپ ثابت عصاره‌گیری کردیم. هنگام تغییر درجه حرارت، پس از تثبیت دمای بویلر، ما هدگروپ را کاملاً تمیز کردیم، سپس ۱۰ دقیقه اجازه دادیم تا دمای عصاره‌گیری به تعادل برسد. همچنین بلافاصله قبل از عصاره‌گیری هر شات با رهاسازی یک مقدار ثابت آب تمام قسمت‌ها عملیاتی آزمایشمان را هم‌دما کردیم.

نتایج

ما با آزمایش دو قهوه شروع کردیم: یکی ۳ ماه از رست آن گذشته بود و دیگری ۳ روز. شات‌هایی با دستورالعمل ثابت با ۳ قهوه مختلف درست کردیم و مدت‌زمان لازم را برای رسیدن به ۲۰ گرم و ۴۰ گرم در فنجان اندازه‌گیری کردیم؛ مانند آزمایش Eiermann، ما در کل زمان عصاره‌گیری یا در مدت‌زمان لازم برای رسیدن به ۲۰ گرم تفاوت معنی‌داری نداشتیم.

تأثیر دما در زمان لازم برای رسیدن به عصاره‌ی ۲۰ و ۴۰ گرم . درجه حرارت دم‌آوری هیچ تاثیری کلی بر زمان عصاره‌گیری نداشت.

بااین‌حال، ما متوجه چیزی غیرعادی شدیم. درحالی‌که زمان عصاره‌گیری به‌طورکلی تغییر نکرده، به نظر می‌رسد زمان عصاره‌گیری با افزایش دما از ۲۰ گرم تا ۴۰ گرم کوتاه‌تر می‌شود. اختلاف بین ۸۰ درجه سانتی‌گراد و ۹۵ درجه سانتی‌گراد ازنظر آماری معنی‌دار بود (T-test، P <0.05) برای هر دو رست، اگرچه به نظر می‌رسید برای قهوه تازه رست‌شده این تفاوت بیشتر است.

تأثیر دما در زمان لازم برای استخراج ۲۰ گرم آخر هر شات. درجه حرارت بالاتر باعث می شود نیمه آخر با سرعت بیشتری اجرا شود.

همچنین شاهد افزایش اندک در زمان لازم برای رسیدن به عصاره‌گیری ۲۰ گرم در قهوه تازه بودیم که تقریباً ۱ ثانیه به‌طور متوسط بین ۸۰ درجه سانتی‌گراد و ۹۵ درجه سانتی‌گراد تفاوت داشت. ازآنجاکه این اثر نسبتاً اندک است، بااین‌حال تغییر تصادفی در زمان عصاره‌گیری کار را برای نموداری کردن نتایج سخت می‌کند. قسمت اول عصاره‌گیری تغییرات زیادی در زمان آن دارد، بنابراین تغییر در زمان کلی عصاره‌گیری یک شات می‌تواند تفاوت مدت‌زمان رسیدن به ۲۰ گرم را مبهم کند. این تغییر همچنین بدان معنی است که نتایج به‌خودی‌خود ازنظر آماری معنی‌دار نیستند.

ساده‌ترین راه برای ارزیابی آنچه در این قسمت از عصاره‌گیری اتفاق می‌افتد این است که بفهمیم قسمت اول عصاره‌گیری، نسبت به زمان کل عصاره‌گیری با چقدرتفاوت در زمان اجرا می‌شود، به‌عبارت‌دیگر، نسبت بین مدت‌زمان لازم برای رسیدن به ۲۰ گرم و زمان لازم برای رسیدن به ۴۰ گرم.

دیدیم که این نسبت با دما افزایش می‌یابد. به‌عبارت‌دیگر، مهم نیست که زمان واقعی عصاره‌گیری یک شات چقدر باشد، به نظر می‌رسد درجه حرارت بالاتر قسمت اول عصاره‌گیری را نسبت به قسمت دوم کند می‌کند.

بازهم، اختلاف بین ۸۰ درجه سانتی‌گراد و ۹۵ درجه سانتی‌گراد برای هر دو رست ازنظر آماری معنی‌دار بود (T-test، p <0.05) و به نظر می‌رسید که این تفاوت برای قهوه تازه بوداده شده بیشتر است.

تأثیر دما بر نسبت کل زمان عصاره‌گیری برای استخراج ۲۰ گرم اول هر شات. درجه حرارت بالاتر باعث می شود که قسمت اول عصاره‌گیری کندتر اجرا شود ، در حالی که با زمان کلی شات مقایسه می شود.

برای تأیید اینکه این تأثیر در محدوده‌ی دمای وسیع‌تری قرار دارد، ما چند شات اضافی را در ۶۰ درجه سانتی‌گراد آزمایش کردیم و دریافتیم که این روند ادامه دارد.

تأثیر تغییر دمای بیشتر: خط قرمز کل زمان صرف شده برای استخراج ۲۰ گرم آخر (محور سمت چپ) را نشان می‌دهد و خط آبی نسبت زمان صرف شده برای عصاره‌گیری ۲۰ گرم اول هر شات را نشان می‌دهد (روی محور دست راست). روند کندتر در شروع، سریع‌تر در پایان تا دمای عصاره‌گیری ۶۰ درجه سانتی‌گراد ادامه می‌یابد.

در این مرحله، ما گمان فکر می‌کردیم که این اثر ممکن است مربوط به گازهای محلول باشد، بنابراین آزمایش را با یک قهوه تازه رست تیره‌تر که حاوی گاز بیشتری است، تکرار کردیم، ترکیبی از قهوه که حاوی ۲۵٪ ربوستا که ۴ روز از رست آن گذشته بود.

این قهوه آنچه را که اتفاق می‌افتد واضح‌تر نشان داد: زمان کل عصاره‌گیری به‌طورکلی بین دمای ۸۰ تا ۹۵ درجه سانتی‌گراد تغییر نکرد (۲۹٫۸ ثانیه در مقابل ۲۹٫۵ ثانیه)، اما شات‌ها حدود ۱ ثانیه بیشتر طول کشید تا به‌طور میانگین به ۲۰ گرم برسد (۲۳٫۴ ثانیه در مقابل ۲۲٫۳ ثانیه)، اگرچه این نیز ازنظر آماری قابل‌توجه نبود.

زمان صرف شده برای رسیدن به ۲۰ گرم در یک روش مشابه با قهوه‌ی تازه رست افزایش‌یافته و ۲۰ گرم آخر خیلی سریع‌تر جریان پیدا می‌کند (۷٫۵ ثانیه در مقابل ۶٫۱ ثانیه)، یک تأثیر حتی بیشتر از آن‌که با قهوه‌ی تازه رست روشن دیدیم. این نتایج ازنظر آماری بسیار قابل‌توجه است (P <0.005).

تأثیر دما بر روی رست تیره تر: باکسهای قرمز زمان لازم برای استخراج ۲۰ گرم آخر (محور سمت چپ) را نشان می دهند ، و باکسهای آبی نسبت زمان صرف شده برای عصاره‌گیری ۲۰ گرم اول هر شات را نشان می دهند (در سمت راست) . در دماهای بالاتر ، قسمت اول شات (آبی) نسبت به زمان کلی شات کندتر انجام می شود. قسمت دوم شات (قرمز) با سرعت بیشتری اجرا می شود.

این آزمایش‌های تأیید کرد که در دماهای بالاتر، قسمت اول عصاره‌گیری را کند می‌کند، درحالی‌که قسمت دوم، سرعت می‌یابد. این تأثیرات در قهوه‌ی تازه بیشتر است و سرعت در انتها بیشتر از قهوه تازه رست اما روشن‌تر است. این با این تئوری سازگار است که گازهای حل‌شده در این اثر نقش دارند.