Прошло исследование: ученые-физики выявили формулу идеального эспрессо

Международная команда ученых создала математическую модель для предсказания улучшенной проницаемости кофейной таблетки при приготовлении эспрессо. Это открытие представляет большой интерес для специалистов в области кофе и разработчиков кофейного оборудования.

Обычно приготовление идеального эспрессо считается искусством, требующим высокого мастерства и интуиции бариста. Чтобы достичь наилучшего вкуса, нужно правильно настроить степень помола, количество кофе в холдере и скорость подачи воды. Однако до сих пор не существовало универсальной модели, описывающей, как размер помола, плотность укладки и проницаемость кофейной таблетки связаны между собой.

Группа исследователей из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана совместно с коллегами из Великобритании и Канады изучила структуру спрессованной кофейной таблетки под микроскопом. Были использованы два сорта обжаренного кофе — руандийский Tumba и колумбийский Guayacán, которые размололи на 11 различных фракциях, от очень тонкой до грубой. Этот порошок упаковали в маленькие пластиковые трубки, а затем с помощью рентгеновской микрокомпьютерной томографии (XCT) создали трехмерные цифровые карты его внутренней структуры, что позволило увидеть микроскопические поры и каналы между частицами.

С помощью цифровой симуляции потока воды через эти 3D-модели определили области свободного течения и зоны сопротивления. Ключевую роль в этом анализе сыграла перколяционная теория — раздел физики, изучающий движение жидкостей через связанные пространства. Эта теория позволила определить долю порового пространства, образующего непрерывные пути через всю таблетку, и долю тупиковых каналов.

На основе полученных данных разработали математическую модель, описывающую, как проницаемость кофейной таблетки зависит от четырех факторов: объема связанного порового пространства, общей площади поверхности частиц, среднего размера частиц и плотности их укладки. Эта модель объясняет, как вода проходит через кофейную таблетку, и помогает понять, почему кофе из разных партий может иметь разные характеристики, даже если используется одинаковый помол. Также выяснилось, что уменьшение размера частиц может полностью блокировать поток воды.

Исследователи намерены продолжить работу в этом направлении, чтобы более детально изучить все аспекты приготовления эспрессо.