Terwijl veel koffieliefhebbers zich concentreren op het gebrande profiel of de herkomst van de boon, ligt het geheim van een perfecte espresso misschien wel in de wetten van de natuurkunde. Nieuw onderzoek suggereert dat het proces van het zetten van espresso wordt bepaald door dezelfde wiskundige principes die beschrijven hoe gassen door vulkanen borrelen of hoe water door de aardkorst beweegt.
De wetenschap van percolatie
In essentie is het maken van espresso een oefening in percolatie: de beweging van een vloeistof door een poreus medium. In dit geval is het “medium” een gecomprimeerde schijf gemalen koffie, ook wel een puck genoemd.
Volgens Fabian Wadsworth, een aardwetenschapper aan de Ludwig-Maximilians-Universität München, was de studie van koffie aanvankelijk een manier om complexe geologische concepten te onderwijzen. Door espresso als model te gebruiken, kunnen leerlingen gemakkelijker begrijpen hoe vloeistoffen interageren met vaste structuren.
Om een hoogwaardige extractie te bereiken, moeten twee kritische variabelen worden beheerd:
- Uniformiteit: Het koffiedik moet gelijkmatig worden verdeeld en de puck moet gelijkmatig worden aangedrukt (samengedrukt). Als de puck ongelijkmatig is, zal het water de weg van de minste weerstand vinden, waardoor er “kanalen” ontstaan waar het te snel door bepaalde gebieden stroomt, waardoor andere delen van de koffie te weinig worden geëxtraheerd.
- Debiet: De duur van het contact tussen het warme water en het koffiedik is van cruciaal belang. Als het water te langzaam beweegt, wordt het brouwsel overmatig geëxtraheerd en bitter; als het te snel beweegt, mist de koffie body, cafeïne en smaak.
Validatie van het model
Om te bewijzen dat een wiskundige vergelijking de espressokwaliteit nauwkeurig kon voorspellen, voerden Wadsworth en zijn team rigoureuze tests uit. Ze analyseerden twee verschillende braadsoorten – Tumba uit Rwanda en Guayacán uit Colombia – in 22 verschillende maalinstellingen.
Met behulp van geavanceerde software hebben de onderzoekers röntgendoorsneden omgezet in 3D-weergaven om precies bij te houden hoe de vloeistof door de koffiemonsters beweegt. De bevindingen bevestigden dat dezelfde vergelijkingen die worden gebruikt om magmabeweging of water dat door zandsteen stroomt, perfect van toepassing zijn op koffie.
Een van de belangrijkste inzichten is de impact van permeabiliteit :
– De grootte van de koffiekorrel verandert drastisch de manier waarop water stroomt.
– Een verdubbeling van de korrelgrootte verhoogt bijvoorbeeld de doorlaatbaarheid met een factor vier, waardoor het extractieproces aanzienlijk wordt versneld.
Waarom dit belangrijk is voor koffieliefhebbers
Dit onderzoek overbrugt de kloof tussen geofysica op hoog niveau en het dagelijkse ritueel van een ochtendbrouwsel. Hoewel de wiskunde misschien abstract lijkt, biedt het een wetenschappelijke basis voor de intuïtie die professionele barista’s gebruiken.
Voor experts die gebruik maken van geavanceerde machines die nauwkeurige druk- en stroomsnelheden kunnen meten, biedt dit model een manier om “de perfecte opname” te kwantificeren. Het verplaatst het maken van espresso van een kwestie van giswerk en ‘voelen’ naar een voorspelbare, meetbare wetenschap.
“Dit laat zien hoe methoden die op het ene gebied zijn ontwikkeld nieuwe perspectieven kunnen openen op een ander gebied”, merkt koffiewetenschapper Samo Smrke op.
Conclusie
Door de fysica van de vulkanologie op de koffiepuck toe te passen, hebben onderzoekers een wiskundig raamwerk geboden om smaakextractie te begrijpen. Deze connectie bewijst dat het verschil tussen een bitter shot en een perfecte espresso een kwestie is van gecontroleerde vloeistofdynamica.
