Nel nostro ultimo sondaggio sul Gruppo Facebook BH, ci hai chiesto di controllare questo: “Se il flusso entra molto più velocemente di quanto esce, allora hai il potenziale per creare un letto fluidizzato. Dove finisce l'espresso?' Ecco cosa abbiamo scoperto... Questa domanda fa seguito ai nostri post su agitazione nella produzione di birra in batch e turbolenza nell'espresso. In quei post, abbiamo spiegato perché l'agitazione controllata è vantaggiosa nella produzione di birra in batch, ma abbiamo scoperto che il flusso turbolento nell'espresso potrebbe portare sapori sovraestratti a un espresso. In alcune condizioni, l'agitazione del flusso d'acqua nel caffè preparato può creare un letto fluido. In questo post, spiegheremo cos'è e come sfruttarlo a nostro vantaggio nella produzione della birra.

Che cos'è un letto fluido?

Per i fanatici del caffè, il concetto di letto fluido è più familiare dalla torrefazione del caffè che dalla sua preparazione. In queste tostatrici, un flusso di aria calda viene utilizzato per sollevare e separare i chicchi di caffè, permettendo loro di circolare nell'aria e quindi di tostarli in modo uniforme. Gli stessi principi possono essere applicati in alcune fasi della preparazione del caffè: secondo il Coffee Brewing Handbook, nel metodo di preparazione ideale, il flusso d'acqua "solleva e separa" le particelle di caffè macinato (TR Lingle, 1996).

Un letto fluido è costituito da una miscela di particelle solide e un fluido (un liquido o un gas). Il moto del fluido mantiene le particelle sospese in modo tale che l'intera miscela si comporti in modo simile a un fluido. Ciò significa che l'intero letto può scorrere, si conformerà alla forma del contenitore in cui è posizionato e avrà una superficie piana, proprio come farebbe un liquido. Le correnti all'interno del letto consentono alle particelle di circolare all'interno della miscela, in modo simile a quello consentito dalla convezione molecole circolare in un liquido.

Il mantenimento delle particelle in sospensione richiede un flusso verso l'alto del fluido nella miscela. Il flusso verso l'alto crea lagna (attrito) contro le particelle, che aumenta con la velocità del fluido. Quando la velocità del flusso è sufficientemente elevata da far sì che la forza di resistenza diventi uguale al peso del letto, allora l'intero letto diventa fluidizzato (RG Holdich, 2002).

Un letto fluido. L'attrito del fluido contro le particelle crea un movimento verso l'alto lagna forza. Quando questa forza è uguale alla forza verso il basso dal peso, il letto diventa fluidizzato.

Come fluidizziamo il letto nella produzione della birra?

Un letto fluido richiede un flusso di liquido verso l'alto per sollevare le particelle. Anche se versiamo l'acqua dall'alto, se il flusso è abbastanza veloce colpirà il fondo della macchina e girerà verso l'alto, fluidificando parzialmente il letto di caffè. Puoi vederlo in azione in questo piccolo teaser dal nostro Corso di percolazione:

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Durante la prima parte dell'infusione, un versamento vigoroso può creare energia sufficiente nel flusso per fluidificare parzialmente il letto di caffè, consentendo il sollevamento e la separazione delle particelle e garantendo che vengano tutte a contatto con l'acqua di infusione.

Mentre la birra continua, la maggiore profondità dell'acqua nel liquami smorza il flusso, rendendo più difficile per il flusso raggiungere il fondo del birraio, e quindi creare le correnti ascendenti necessarie per fluidificare il letto.

Nei birrifici batch, il flusso dell'acqua di infusione viene distribuito su numerosi getti più piccoli, quindi è improbabile che ne abbiano abbastanza energia cinetica fluidificare il letto in questo modo. Tuttavia, alcuni modelli di birrai, come il Bunn Trifecta, iniettano l'acqua di fermentazione dalla base e quindi possono fluidificare il letto per parte del tempo di preparazione. 

Qual è l'effetto della fluidificazione del letto?

I letti fluidi sono utilizzati in molti processi industriali perché il solido e il liquido diventano molto ben miscelati, consentendo un efficiente trasferimento di calore o di massa tra di loro (RG Holdich, 2002). Nella preparazione, ciò significa che i solubili del caffè possono essere trasferiti in modo efficiente all'acqua di preparazione.

Come puoi vedere nell'immagine sopra, le particelle di caffè macinato sono altamente porose. I pori formano canali profondi nella particella, da cui i solubili dovranno diffondersi per essere estratti nella miscela. Diffusione è un processo lento, ma una buona miscelazione, come si trova in un letto fluido, aiuterà ad accelerarlo allontanando i solubili dalla parte superiore dei pori (Nik Kapur, 2019, comunicazione personale).

Nell'espresso, tuttavia, il flusso relativamente lento dell'acqua e lo spazio ristretto nel letto strettamente imballato significano che il letto non si fluidifica. Tuttavia, la natura dell'estrazione dell'espresso, che avviene principalmente sulla superficie delle particelle fini, significa che questo non è importante in questo caso.

I pori nel caffè tostato sono generalmente di 20-50 nm di diametro (S Schenker e altri, 2008), così il 'multe' (a volte definiti come 50 nm di diametro o meno) che sono così importanti nell'estrazione dell'espresso generalmente non includono i pori intatti. Ciò significa che l'estrazione nell'espresso non si basa su questa miscelazione per consentire all'acqua di infusione di penetrare in questi pori.

Detto questo, forse combinare aspetti della preparazione del caffè turco con le tecniche dell'espresso potrebbe fornire un modo coerente per ottenere estrazioni complete (25%+) in futuro, estraendo completamente le particelle più grandi che mancano all'espresso così come il multe. Immaginiamo un metodo di birrificazione in due fasi che utilizzi la fluidificazione o l'agitazione nella prima fase per consentire diffusione dai pori profondi nelle particelle più grandi, seguito da un'alta pressione verso il basso per ottenere la forza e sensazione in bocca di espresso. Se scopriremo come farlo, te lo faremo sapere!

La fluidificazione del letto ha un effetto in più che potrebbe svolgere un ruolo nell'erogazione del caffè. Le particelle di diverse dimensioni all'interno di un letto fluidizzato tendono a separarsi per dimensione: le particelle più grandi affondano e le particelle più piccole si raccolgono nella parte superiore (Z Zhang e JM Beeckmans, 1990). Questo è l'opposto dell'"effetto noce brasiliana" descritto in il nostro post sulla migrazione delle multe, e potrebbe spiegare perché un letto di caffè consumato a volte ha uno strato visibile di particelle fini dall'aspetto fangoso sulla parte superiore. Potremmo ipotizzare che dove si verifica, se le particelle di dimensioni diverse non vengono poi rimescolate insieme, questa separazione delle particelle potrebbe rendere meno uniforme la fermentazione.

RG Holdich, 2002. Capitolo 7: Fluidificazione. In: Fondamenti della tecnologia delle particelle, pp 68-76. ISBN 0-9543881-0-0. Disponibile online su http://www.particles.org.uk/particle_technology_book/

TR Lingle, 1996. The Coffee Brewing Handbook, seconda edizione, pp 29-33

S Schenker, S Handschin, B Frey, R Perren e F Escher, 2008. Struttura dei pori dei chicchi di caffè interessati dalle condizioni di tostatura. Journal of Food Science. 65. 452 – 457. doi:10.1111/j.1365-2621.2000.tb16026.x

Z Zhang e JM Beeckmans, 1990. Segregazione in un letto fluido agitato. Il Canadian Journal of Chemical Engineering, 68(6), 932–937. doi:10.1002/cjce.5450680606