عظمت مهندسی در لحظه‌ی عصاره‌گیری قهوه

کافه‌نوشت: پژوهشگران سوئیسی از نقش پررنگ علم فیزیک در گرفتن عصاره‌ قهوه می‌گویند و اینکه چگونه چند لحظه‌ی ابتداییِ این فرایند می‌تواند تفاوت بزرگی را رقم بزند.

درک ساختار فیزیکی قهوه تا به امروز مانند این بود که بخواهیم یک سمفونی را با تحلیل تک‌تک نت‌های آن توصیف کنیم اما حالا دیگر چنین نیست. پژوهشی پیشگامانه از دانشگاه فریبورگ و دانشگاه علوم کاربردی زوریخ (ZHAW) نشان می‌دهد که اسپرسو بسیار پیچیده‌تر از آن است که تاکنون تصور می‌شد. این نوشیدنی در حقیقت یک سامانه‌ی کلوئیدی پیچیده است که در آن قطرات روغن، پلیمرها و پروتئین‌ها با یکدیگر در تعادلی ظریف می‌رقصند تا تجربه‌ی حسی‌ای را خلق کنند که ما آن را دوست ‌داریم. یکی از نکات کلیدی که این مطالعه تأیید می‌کند این است که چند میلی‌لیتر نخست از یک شات اسپرسو، بخش عمده‌ای از طعم و بافت آن را تشکیل می‌دهد؛ موضوعی که شاید بسیاری از شما از پیش می‌دانستید اما امروز، یافته‌های این پژوهش را بررسی می‌کنیم که نشان می‌دهد چرا این نکته حقیقت دارد.

دنیای پنهان درون فنجان شما

بر اساس این پژوهش، اسپرسو یک سامانه‌ی چندفازی پیچیده است که شامل ذرات جامد پراکنده، پلیمرها، قطرات روغن و مقدار قابل توجهی گاز در کرما می‌باشد. یک شات اسپرسو صرفاً قهوه نیست؛ بلکه یک شگفتی مهندسی است که در لحظه‌ی عصاره‌گیری به‌طور زنده رخ می‌دهد.

یک اسپرسوی معمولی دارای غلظت کل مواد جامد در حدود ۵۰ میلی‌گرم در هر میلی‌لیتر است. در مقایسه با دیگر روش‌های عصاره‌گیری، اسپرسو به‌ویژه اگر از دانه‌ی عربیکا تهیه شده باشد دارای مقدار بسیار بالایی از چربی است، در حدود ۱٫۲ تا ۲٫۵ میلی‌گرم در هر میلی‌لیتر.

پژوهشگران با استفاده از فناوری‌های پیشرفته‌ی تصویربرداری، از جمله میکروسکوپ لیزری کانفوکال و پراکندگی پرتو ایکس با زاویه‌ی کوچک، دریافتند که اسپرسو حاوی قطرات روغن در مقیاس زیرمیکرونی است که به‌وسیله‌ی کمپلکس‌های پروتئین-پلی‌ساکارید پایدار شده‌اند. این ساختارهای میکروسکوپی، که اندازه‌ی بیشترشان کمتر از ۳۵۰ نانومتر است، حامل ترکیبات طعمیِ ارزشمندِ لیپوفیلیک (چربی‌دوست و در نتیجه محلول در روغن) هستند که طعم آن را به کام شما منتقل می‌کنند.

نتیجه‌ی این پژوهش نشان می‌دهد که این قطرات روغن به‌وسیله‌ی ساختارهایی بر پایه‌ی پروتئین پایدار می‌شوند که لایه‌های محافظی در اطراف هر قطره تشکیل می‌دهند و از ادغام آن‌ها جلوگیری می‌کنند، و در نتیجه بافت ویژه‌ی اسپرسو را حفظ می‌نمایند. آن را همچون هزاران بسته‌ی کوچک طعم در نظر بگیرید که هر یک در پوشش محافظ خود پیچیده شده است.

Espresso timing study featured

اولین شات بیشترین اهمیت را دارد

اینجاست که ماجرا برای باریستاهای حرفه‌ای جذاب می‌شود: زمان‌بندی، همه‌چیز است. پژوهش، اسپرسو را در سه بخش ابتدایی، میانی و پایانی بررسی کرده و تفاوت‌های چشمگیری را در ساختار هر بخش آشکار کرده است.

پژوهشگران دریافتند که عمدتاً بخش ابتدایی اسپرسو بیشترین سهم را در ایجاد بدنه‌ی نوشیدنی دارد، زیرا در این مرحله بیشترین غلظت کلوئیدهای پراکنده و پلیمرهای بازشده استخراج می‌شوند. این مطالعه بیان می‌کند که اندازه‌ی قطرات روغن استخراج‌شده از بخش ابتدایی به بخش‌های پایانی به‌طور پیوسته کاهش می‌یابد، احتمالاً به این دلیل که قطرات روغن کوچک‌تر در معرض برهم‌کنش‌های سطحی بیشتری قرار دارند و از بستر متخلخل قهوه با سرعت کمتری عبور می‌کنند.

آن بخش ابتدایی نه‌تنها قوی‌تر است، بلکه از نظر ساختاری نیز متفاوت است؛ زیرا زنجیره‌های پلیمری بلندتر و بازشده‌ای در خود دارد که موجب ایجاد گرانروی و بافت دهانی می‌شوند.

پیشنهادی برای مطالعه: قهوه با بدن شما چه می‌کند؟

پلیمرها: قهرمانان نادیده

پژوهشگران ساختارهای پلیمری صُلب و الیاف‌مانندی را شناسایی کردند عربی‌نوگالاکتان‌ها و گالاکتومانان‌هایی که از دیواره‌ی سلولی دانه‌ی قهوه استخراج می‌شوند که تقریباً ۴۰ نانومتر طول و تنها ۰٫۶ نانومتر شعاع دارند. این چارچوب‌های مولکولی با قطرات روغن و زنجیره‌های بازشده در هم تنیده می‌شوند و ساختار سه‌بعدی‌ای را شکل می‌دهند که بدنه‌ی اسپرسو را به وجود می‌آورد.

در این پژوهش همچنین اشاره شده است که ملانوئیدین‌ها—ترکیبات پیچیده‌ای که در نتیجه‌ی واکنش میلارد طی فرآیند برشته‌سازی شکل می‌گیرند نقش دوگانه‌ای دارند: آن‌ها هم امولسیون مایع و هم فوم کرما را پایدار می‌کنند. در واقع، آن‌ها چندوظیفه‌ای‌های مولکولی‌اند که ضمن کاهش کشش سطحی، پایداری الکترواستاتیکی را نیز فراهم می‌کنند. این ساختارهای پلیمری و امولسیونی برای ایجاد بافت دهانی و ویژگی‌های آزادسازی طعم در اسپرسو حیاتی‌اند.

پیامدهای عملی برای متخصصان قهوه

این پژوهش ظرفیت آن را دارد که درک ما از فرآیند عصاره‌گیری اسپرسو را دگرگون کند. مطالعه تأیید می‌کند که قطرات روغن کوچک‌تر به دلیل افزایش برهم‌کنش‌های سطحی با بستر قهوه، دیرتر از آن عبور می‌کنند. این بدان معناست که اندازه‌ی آسیاب، فشار و نرخ جریان نه‌تنها بر بازدهی عصاره‌گیری تأثیر می‌گذارند، بلکه ساختار فیزیکی نوشیدنی شما را نیز تعیین می‌کنند.

بار الکتریکی منفی کلوئیدهای موجود در اسپرسو) حدود ۳۰- میلی‌ولت در pH معمولِ دم‌آوری( موجب دافعه‌ی الکترواستاتیکی می‌شود و از تجمع آن‌ها جلوگیری می‌کند. زمانی که در این پژوهش pH به مقدار ۲ تنظیم شد، قهوه کدر و شبیه به قهوه‌ای شد که در آن شیر وجود دارد اثباتی بر اینکه پایداریِ بار الکتریکی نقشی حیاتی دارد.

برای باریستاهایی که بر ثبات و کیفیت تمرکز دارند، این پژوهش چیزی را تأیید می‌کند که بسیاری از آن‌ها از روی تجربه دریافته بودند: آن چند میلی‌لیتر ابتداییِ گران‌بها، عصاره‌ی فشرده‌ی بافت و پیچیدگی اسپرسو را در خود دارد دستاوردی مایع که حاصل مهندسی در مقیاس نانو است.