L'atto di macinare il caffè è pieno di mistero e mito. Un gruppo di persone che la pensano allo stesso modo ha recentemente intrapreso un progetto per far luce sulla macinatura del caffè, e ha trovato alcuni risultati interessanti. Così interessante, che abbiamo deciso di trasformare tutto in un documento; sottoporre i nostri metodi a revisione paritaria e al rigoroso processo di pubblicazione. La scorsa settimana, questo articolo è stato pubblicato in un sub-journal Nature -Scientific Reports- come accesso aperto. Ciò significa che chiunque può leggere e beneficiare dei risultati. Yay per la scienza!

Articoli scientifici come questo devono essere scritti in un certo modo che può essere difficile da digerire. Vorrei passare un po' di tempo a strappare la carta; descrivendo cosa abbiamo fatto e cosa penso significhi. Sentiti libero di seguirlo la carta vera e propria qui.

Includerò le mie opinioni/osservazioni personali e talvolta discutibili in grassetto come questo così non ti addormenti.

L'effetto dell'origine e della temperatura del chicco sulla macinazione del caffè tostato

introduzione

Questo è un riassunto di base di cosa succede con il caffè e questo esperimento. Non tutti coloro che effettuano la revisione paritaria sanno tanto sul caffè quanto la maggior parte di voi, quindi abbiamo ritenuto opportuno includere alcuni dettagli pertinenti:

• Ci sono due considerazioni principali con il caffè verde; varietà e lavorazione.
• La tostatura gioca un ruolo importante nel gusto del caffè.
• La maggior parte dei composti nel caffè tostato sono prodotti delle reazioni di Maillard, ma succedono molte cose.
• Abbiamo usato quattro caffè diversi per l'esperimento:

E infine, che questo esperimento è principalmente interessato a come l'origine del chicco, il metodo di lavorazione, il livello di tostatura e la temperatura possono influenzare i risultati della macinazione.

Metodo

Il caffè è estremamente complesso. È quasi impossibile creare un modello al computer di come si frattura durante la molatura, quindi dobbiamo farlo sperimentalmente.

Abbiamo fatto due cose principali per l'esperimento:

1. Abbiamo macinato caffè di diverse origini/tostature/processi con la stessa impostazione e abbiamo misurato i campioni di macinatura risultanti.
2. Abbiamo modificato la temperatura di un caffè in quattro livelli distinti, macinato un campione mentre era ancora a ciascuna temperatura e misurato i campioni di macinatura risultanti.

Per misurare le macinature che abbiamo usato...

Analisi della dimensione delle particelle di diffrazione laser

Abbiamo ipotizzato che la metrica più importante per misurare il caffè macinato sia la distribuzione delle particelle. Cioè, una misura della dimensione (diametro) di ogni singolo caffè macinato in un campione. Sì, il sapore è importante, ma è molto più difficile misurare il sapore con accuratezza e precisione.

La misurazione della distribuzione delle particelle del caffè viene eseguita con un analizzatore di particelle a diffrazione laser (LSA). In sostanza, aspira il caffè macinato in un tubo, fa brillare una luce lungo il loro percorso e misura le "ombre" che ogni singola macinatura proietta su un rilevatore. In realtà è molto molto più complesso di così, ma questa descrizione sarà sufficiente. Mi fa male il cervello cercando di approfondire. Sono macchine incredibilmente precise e sensibili e devono essere calibrate spesso. Ecco un semplice diagramma che mostra la consueta configurazione all'interno di un LSA.

Particle Analytical ApS

Rettifica

Abbiamo utilizzato un EK43 per lo studio, perché trattiene una quantità trascurabile di macinato nello scivolo dopo il sbavature. Questo studio si basava sul fatto che i chicchi di caffè venivano macinati a temperature specifiche e non soffrivano di alcuna contaminazione incrociata. Non potevamo permettere che i fagioli perdessero energia per una tramoggia, una gola del macinino o sbavature per un lasso di tempo apprezzabile prima che fossero macinati.

C'erano 3 EK43 presenti durante l'esperimento. Si è scoperto che uno produceva il caffè più delizioso ed è stato utilizzato per i campioni. Aveva turco sbavature installato. Gli EK43 hanno un potenziale abbastanza grande per il disallineamento delle bave, quindi questa smerigliatrice era probabilmente la meno disallineata.

Abbiamo mantenuto il impostazione di macinatura esattamente lo stesso per ogni campione. 2.7 sul quadrante se devi saperlo. Lasciamo anche che il macinino si raffreddi a temperatura ambiente tra ogni campione per escludere il calore da attrito/elettrico come variabile.

Campioni specifici per la temperatura sono stati conservati in bicchieri di carta in ambienti diversi. Temperatura ambiente (20C), congelatore (-19C), ghiaccio secco (-79C) e azoto liquido (-196C). Sono stati macinati entro un secondo dal recupero e non hanno mostrato condensa d'acqua.

Abbiamo preso 3 campioni per ogni set di dati e li abbiamo eseguiti due volte. Quindi, 6 set di dati per temperatura/caffè. I risultati di questi set di dati sono stati anche passati attraverso un'analisi della varianza (ANOVA) per assicurarsi che fossero abbastanza simili da essere considerati accurati.

Le differenze nel fagiolo verde influenzano la macinatura finale?

Qui è dove le cose si fanno difficili da capire. Potresti avere familiarità con questo tipo di grafico per comunicare le distribuzioni delle dimensioni delle particelle:

Lungo l'asse x (orizzontale) è la dimensione delle macinature in micron. 1 micron equivale a 1/1000 di millimetro. Questo asse è su a logaritmico scala, che pone 1 e 10 distanti tra loro 100 e 1000. Questo perché un campione di caffè macinato copre un enorme 3 ordini di grandezza (da 0 a ~ 1000 micron) e dobbiamo inserirlo tutto senza perdere troppa risoluzione alle taglie più piccole.

L'asse y (verticale) è il volume% delle molature. Questo è facile: più alto è il picco, più particelle di quella dimensione ci sono.
Per esempio. traccia verticalmente sopra 400um alla linea marrone. Quella dimensione delle particelle costituisce 8.5% del campione in volume (non in peso!).

Abbiamo portato questo stile di presentazione dei dati un po' più avanti per questo particolare esperimento.

In primo luogo, diamo un'occhiata a un conteggio delle particelle. Invece di mostrare il volume, tracciamo semplicemente un grafico di quante particelle di ogni dimensione ci sono (blu). La prima cosa che è piuttosto ovvia; c'è un numero INCREDIBILE di minuscole macinature in ogni campione. 99% delle particelle ha un diametro inferiore a 70 micron (0,07 mm). Ciò significa che per ogni singola macinatura con diametro superiore a 100 micron, ce ne sono cento milioni con diametro inferiore a 100 micron. È un'eccellente curiosità con cui sembrare intelligente alle cene.

Quando si analizzano i macinati di caffè, un fattore molto importante è la loro superficie. Più superficie hanno, più velocemente e facilmente l'acqua può estrarne i sapori. Per trasformare i dati di cui sopra in qualcosa che assomigli all'area superficiale, assumiamo innanzitutto che ogni particella sia una sfera (questa è una pratica abbastanza comune, e per un caffè nodoso e irregolare è una "stima prudente"). Quindi, prendiamo la dimensione di ogni particella e calcoliamo quale sarebbe la superficie se fosse una sfera.

Questo ci fornisce alcuni dati davvero interessanti!

Le linee continue sottostanti sono i "conteggi". Lo stesso della linea blu sopra

Le linee tratteggiate sottostanti rappresentano il "contributo relativo alla superficie". Vale a dire, la proporzione della superficie totale fornita da ciascuna dimensione delle particelle. Ancora una volta, qualcosa è abbastanza ovvio. Le macinature più piccole contribuiscono alla stragrande maggioranza della superficie totale. ~70% per metterci un numero.

Questo grafico mostra anche le distribuzioni delle particelle dei vari caffè utilizzati nell'esperimento. Noterai subito che sono tutti incredibilmente simili. I profili tanzaniano, etiope, salvadoregno e guatemalteco sono mostrati rispettivamente in nero, viola, rosso e blu.

Si scopre che l'origine/l'elaborazione/l'arrosto ha un effetto molto minore su PSD di quanto avessi mai pensato in precedenza. Questa è probabilmente una buona cosa: abbiamo meno variabili di cui preoccuparci!

La prossima cosa su cui avvolgere i tuoi pensieri è che multe contribuiscono 70% della superficie totale. Sì, l'acqua si muove all'interno delle macinature per estrarre i solubili, ma ci vuole esponenzialmente più tempo perché l'acqua entri, faccia il lavoro e ritorni all'interno dell'infuso. multe sono i nostri amici!

Le differenze nella temperatura di macinatura dei fagioli arrostiti influenzano la macinatura finale?

È qui che le cose si fanno davvero interessanti.

Il caffè è amorfo: è composto da migliaia di diversi molecole incastrati all'interno di una struttura vegetale irregolare.

Il diamante in un anello di fidanzamento è cristallino: è uno schema perfettamente ripetitivo di atomi di carbonio.

Quando cambi la temperatura delle cose amorfe, a volte subiscono una "transizione vetrosa". Cioè, cambiano molto rapidamente da un materiale morbido e gommoso a uno duro e vetroso. Alcuni materiali subiscono anche una transizione dirompente, dove tendono a rompersi in particelle sempre più piccole. Tutto questo è piuttosto importante quando si discute di come il caffè si rompe in un macinino.

Abbiamo trovato una differenza molto pronunciata nella distribuzione delle dimensioni delle particelle di un caffè macinato a temperature diverse. Innanzitutto, familiarizza con ogni colore e la temperatura che rappresenta. Noterai che la modalità (picco) del PSD si riduce man mano che la temperatura scende (31% scende sui 4 campioni). Man mano che il caffè si raffredda diventa anche di più fragile, emettendo molte più minuscole particelle nel macinino. Inoltre non riesce a sfuggire al sbavature alle dimensioni maggiori dei campioni più caldi (cioè si frantuma più facilmente).

La differenza più grande è tra 20C e -19C. Il caffè probabilmente subisce una sorta di frantumazione/transizione vetrosa tra questi due.

Abbiamo anche confermato che questa transizione è reversibile, quindi non devi preoccuparti che un caffè diventi troppo caldo e non possa tornare nella gustosa città.

La moda è la particella più presente, facilmente identificabile come il "picco" più alto di ogni riga. Questo diventa più grande all'aumentare della temperatura.

L'asimmetria è semplicemente una rappresentazione numerica dell'asimmetria in un set di dati. I campioni più freddi erano meno distorti perché contenevano più particelle piccole e meno grandi, riducendo l'area sotto la linea a destra del picco.

La media è la media. Vedrai che il congelatore ha una media più alta del campione a temperatura ambiente. Questo perché il campione a temperatura ambiente aveva molte più particelle nell'intervallo 3-5um, ma molto meno nell'intervallo 8-30um.

Questa temperatura di transizione sarà probabilmente una scoperta molto importante per tutta la futura tecnologia di rettifica.

Osservazioni e riflessioni conclusive

Origine e lavorazione

Chiunque mescoli il caffè sarà felice di notare che la superficie di caffè diversi è praticamente la stessa a una dimensione di macinatura fissa. Ciò significa che la considerazione principale per la miscelazione è garantire che ciascun componente della miscela sia ugualmente solubile. In altre parole, che raggiungano tutti lo stesso livello di estrazione nello stesso tempo di infusione. Roasters, rispolvera i tuoi rifrattometri.

Temperatura

Ricordi tutte quelle mattine in cui hai composto perfettamente un caffè, solo per averlo buttato fuori dalla finestra dopo aver fatto ~ 20 caffè? Il colpevole non è il macinino che si espande dal calore; sono i fagioli che assorbono il calore dall'interno del macinino prima di essere macinati. Quell'energia termica li rende meno fragile, creando una macinatura più grossolana anche se non hai cambiato il impostazione di macinatura.

Ecco alcune altre domande con praticamente lo stesso colpevole. Ti sei mai chiesto perché...

• il caffè non ha un sapore così buono in una giornata calda?
• il tuo macinino può sembrare così incoerente nei periodi di quiete?
• gli scatti corrono più veloci durante una corsa?
• tutto questo non succede con un EK43?
• Dopo aver macinato più finemente per ottenere lo stesso tempo di sparo, i colpi non hanno lo stesso sapore di quello che avevano al mattino presto?

Il colpevole di tutto questo è: i chicchi si riscaldano all'interno del macinino e macinano in modo diverso.

Meno tempo i chicchi trascorrono nel macinino, meno risentiranno del suo calore. È estremamente difficile e costoso creare una gola del grinder che riscaldi o raffreddi uniformemente i chicchi prima di macinarli. Con quello, Credo fermamente che l'unico modo per andare avanti sia usare macinini che non contengano caffè tra le dosi.

Non sono mai stato un vero fan dei risultati con la funzione di riscaldamento del macinino Mythos, e questo esperimento è un'ottima spiegazione del perché. Il riscaldamento dei chicchi per ottenere la consistenza spinge i chicchi al di sopra della temperatura di transizione di frantumazione e riduce significativamente la superficie totale (leggi: estrazione sempre meno uniforme).

Più freddo = particelle più fini = più superficie = maggiore estrazione. Temperature più basse potrebbero anche significare una minore evaporazione/sublimazione dei composti aromatici (perdita di aroma).

Conserva le tue dosi pre-pesate nel congelatore per estrazioni più elevate e più gustose (anche se assicurati che siano sigillati senza troppa umidità o ossigeno).

multe

Oh. Nel 2012 ho vinto la World Brewers Cup con una routine incentrata sulla rimozione multe. A quanto pare, setacciare non elimina davvero tutte le piccole particelle. Ci sono ancora milioni di loro attaccati alle mole più grandi. Quando il caffè viene fatto a pezzi nel macinacaffè lascia sacche di cariche positive e negative su tutta la macinatura che attirano il multe. Conclusione: la setacciatura è piuttosto inutile per la segregazione e il test delle particelle.

Ora che sappiamo da che parte è composta la birra multe estrazioni, diventa sempre più evidente che multe non sono il cattivo; altrimenti ogni caffè mai fatto sarebbe orribilmente sovraestratto. Ecco come pensarci: Il limite superiore dell'estrazione gustosa è deciso dalla particella più estratta. Questa è sempre la particella più piccola. Quindi spetta a te assicurarti che nessuna parte della macinatura venga mai estratta in modo eccessivo.

Sta anche a te ridurre la quantità di caffè sottoestratto (cioè gli strati interni dei fondi più grandi). Il modo più semplice per farlo è, come ho sempre detto, usare un macinino che produce una distribuzione uniforme delle particelle. Niente di nuovo qui.

Una volta che ho capito come preparare la birra multe correttamente tornerò al WBrC con una routine di scuse!

Un buon giorno di lavoro. In attesa di commenti, suggerimenti e correzioni!

Se lo hai trovato utile e vuoi goderti un delizioso caffè con il resto della community, registrati al nostro abbonamento educativo illimitato. O se vuoi semplicemente stare al passo con ogni cosa Barista Hustle - Iscriviti alla newsletter.

Grazie alla squadra:

Christopher Hendon (autore di Water for Coffee e post-dottorato al MIT) ha ideato tutto e ne ha gestito ogni aspetto. È un'incarnazione umana della scienza stessa.
Maxwell e Lesley Colonna-Dashwood (Colonna Coffee, Bath) hanno svolto un ruolo fondamentale nel progettare, facilitare ed eseguire gli esperimenti.
Erol Uman e Brian Miller (Meritics Ltd.) hanno gentilmente fornito l'analizzatore di particelle laser.
Stephen Leighton (HasBean Coffee) ha fornito un delizioso caffè tostato.
Christian Klatt (Mahlkonig) ha contribuito con grinder e design sperimentale.
Keith T. Butler (Department of Chemistry, University of Bath), Brent C. Melot (Department of Chemistry, University of Southern California) e Rory W. Speirs (School of Physics, The University of Melbourne) hanno fornito preziosi consigli per la progettazione sperimentale ed esecuzione.
Matt Perger ha contribuito al disegno sperimentale e ha scritto questo esplicativo.