Опубликовано: 8 февраля 2020 г.

Скрытый эффект температуры
Температура заваривания неожиданно влияет на расход эспрессо из-за растворенных газов.

В нашем последняя партия Advanced Espresso course, мы обсудили удивительное открытие в научной литературе: увеличение температуры заваривания приводит к более медленному приготовлению порций эспрессо. Мы решили проверить это на себе и обнаружили, что правда более тонкая: оказывается, изменение температуры по-разному влияет на скорость потока, в зависимости от того, на какую часть кадра вы смотрите.

Фактически, если вы увеличиваете температуру заваривания, первая часть шота выполняется медленнее, но последняя часть шота выполняется быстрее. Это означает, что в нашем эксперименте общее время заваривания было примерно одинаковым, но подразумевает, что вы можете получить разные результаты в зависимости от того, какое соотношение заваривания вы выберете.

Этот эффект сильнее в более свежем кофе и при более темной обжарке, что заставляет нас подозревать, что эффект вызван растворенными в кофе газами. Одна из возможностей состоит в том, что при высоких температурах в шайбу в начале выстрела. Это как-то приводит к снижению сопротивление течь, или более направленная, во время более поздней части выстрела.

 

Фон

Во-первых, давайте посмотрим на существующие опубликованные свидетельства: В научных статьях по этому вопросу часто упоминается, что более высокие температуры приводят к снижению расхода. Этот противоречащий интуиции результат был впервые представлен Марино Петракко (2005), которые показали большую разницу в скорости потока при заваривании при 4 ° C по сравнению с 90 ° C.

Расход эспрессо, приготовленного при 4 ° C и 90 ° C. По материалам: A. Illy And R. Viani (Eds), Espresso Coffee: The Science of Quality, p268.

Этот эффект на поток легко заметен при понижении температуры с 90 ° C до 70 ° C, но он также влияет на шоты в реальных условиях пивоварения, утверждает Petracco. «Эффект более слабый, но значительный при температурах около оптимального значения». Однако в статье, которую он цитирует (С. Андуэса и другие., 2001), похоже, не поддерживает это утверждение.

Между тем результаты экспериментов бариста в реальных условиях пивоварения противоречивы. В то время как один эксперимент Моника Фекете поддержала идею о том, что температура может влиять на поток в соответствующем температурном диапазоне (90–95 ° C), еще одна серия экспериментов Андре Эйерманн, швейцарский чемпион бариста 2017 года, обнаружил, что не было никакого эффекта на время приготовления при температуре от 90 до 98 ° C. Анекдотический опыт бариста, похоже, различается, предполагая, что эффект может быть противоречивым для разных сортов кофе или разного оборудования.

Чтобы убедиться в том, что происходит, и выяснить, почему разные люди получили разные результаты, мы поставили собственный эксперимент.

 

Результаты, достижения

Мы сделали рюмки из трех сортов кофе - одного трехмесячного периода обжарки, свежего светлого обжарки и свежего более темного обжарки, позаботившись о контроле таких факторов, как температура кофемолки (полные экспериментальные подробности приведены ниже). Мы обнаружили, что время приготовления в целом не менялось в зависимости от температуры ни для одного из трех видов кофе. 

Тем не менее, мы заметили значительное уменьшение времени, которое потребовалось для выхода последних 20 г, что означает, что порция в конце происходит быстрее - этот эффект был сильнее в свежем кофе и больше всего в более темной обжарке.

Влияние температуры на время, необходимое для выдачи последних 20 г каждой порции. Последняя часть кадра проходит быстрее при более высоких температурах. Разница больше для более свежего обжарки и больше всего для темного обжарки.

В случае с кофе более свежей обжарки мы также заметили небольшое увеличение времени, необходимого для того, чтобы первые 20 г добрались до чашки - в среднем на 1 секунду дольше при 95 ° C, чем при 80 ° C для свежеобжаренного кофе.

С другой стороны, в кофе, который не обжаривался через 3 месяца, первая часть порции не замедлялась заметно, а увеличение потока в конце было меньше, что предполагает, что растворенные газы могут играть роль в этом эффекте. .

 

Как это объяснить?

Одна из возможностей заключается в том, что такое поведение вызвано газами в кофейном слое. Такие газы, как CO2, играют важную роль при экстракции эспрессо. Газы обжарки, попавшие в кофейную гущу, выделяются при контакте с водой. Некоторые газы растворять в воде, но некоторые могут создавать пузырьки, которые увеличиваются сопротивление к потоку воды.

При более высоких температурах газы менее растворимы в воде. Вероятно, это означает, что при более высоких температурах образуется больше пузырьков, что увеличивает сопротивление в кровати. Это могло бы объяснить, почему первая часть выстрела замедляется, когда появляются пузыри. Как только пузыри будут вытолкнуты из шайбу, или в растворять оставшийся газ, этот эффект прекращается, и поток снова увеличивается.

Однако это не объясняет, почему вторая половина потока ускоряется, а не просто возвращается к тому же уровню. Представляется наиболее вероятным, что это связано с усилением образования каналов при более высоких температурах - либо потому, что более высокая экстракция при более высоких температурах означает шайбу начинает разрушаться быстрее, или, возможно, потому, что образование пузырьков нарушает шайбу каким-то образом.

Тот факт, что увеличение расхода в конце больше Однако, как в более свежем, так и в более темном обжаренном кофе, можно предположить, что это также вызвано растворенными газами и что пузырьки каким-то образом вызывают образование каналов на более позднем этапе экстракции. Пузырьки могут физически нарушить шайбу в очень маленьком масштабе, но, скорее всего, они оставляют небольшие сухие участки. Поскольку сухой кофе гидрофобныйвода будет течь вокруг этих сухих пятен, а не через них, что приведет к образованию каналов.

Другая возможность состоит в том, что замедленный поток в начале дает больше времени для полного увлажнения слоя до того, как начнется полный поток, и это снижает миграция штрафов - аналогично тому, как при низком давлении предварительная инфузия позволяет более быстрому течению более поздней части кадра.

 

Есть ли практическое применение?

Это влияние на скорость потока довольно мало для тех температур, при которых вы, вероятно, будете варить пиво, поэтому в большинстве случаев это не будет иметь большого значения для вашего эспрессо. Основываясь на наших экспериментах, самый большой эффект, который вы ожидаете увидеть от повышения температуры на 1 ° C, - это ускорение второй половины выстрела всего на одну десятую секунды.

Даже если вы сильно измените температуру заваривания, другие эффекты температуры на заваривание будут иметь гораздо больший эффект, чем поток. Однако этот результат действительно говорит нам кое-что интересное о роли, которую газы играют в экстракции эспрессо. Это может быть одной из причин того, что 'цветение' в эспрессо оказывает такое сильное влияние на экстракцию - давая время газам растворять или побег удаляет пузыри и делает предварительная инфузия более эффективно.

 

Эксперимент

Для тех из вас, кто хочет получить полную информацию об эксперименте и более подробное обсуждение некоторых результатов, читайте дальше!

В следующем разделе графики станут довольно сложными, поэтому автор и исследователь BH Том Хопкинсон проведет нас по ним на этом снимке экрана.

Протокол

В этих экспериментах мы делали выстрелы в фиксированном соотношении с дозой 18 г, выходом 40 г, и мы использовали температуры в диапазоне от 80 до 95 ° C. Мы измерили общее время выстрела и время, необходимое для достижения 20 граммов в дозе. чашка. Чтобы избежать влияния на результаты нагрева кофемолки, мы произвольно выбирали температуру для каждого выстрела.

Мы использовали EK43 на фиксированном настройки помола, и сделал снимки на La Marzocco Linea Classic, используя каждый раз одну и ту же группу. При изменении температуры, после того, как температура в бойлере стабилизировалась, мы тщательно продули группу, затем дали 10 минут, чтобы дать температуре группы уравновеситься. Группу также промывали фиксированным объемом воды непосредственно перед приготовлением каждой порции, чтобы довести все части до рабочей температуры.

 

Полученные результаты

Мы начали с тестирования двух сортов кофе: одного без обжарки через 3 месяца и одного без обжарки за 3 дня. Мы сделали шоты по фиксированному рецепту из 3 разных сортов кофе и измерили время, которое потребовалось, чтобы достичь 20 г и 40 г в чашке. Как и в случае с экспериментом Эйермана, мы не обнаружили существенной разницы в общем времени выстрела или времени, необходимом для достижения 20 g.

Влияние температуры на время, необходимое для достижения выхода 20 г и 40 г. Температура заваривания не оказала общего влияния на время приготовления.

Однако кое-что необычное мы заметили. В то время как времени приготовления эспрессо в целом не изменилось, время, необходимое для получения с 20 г до 40 г, казалось, становилось короче с повышением температуры. Разница между 80 ° C и 95 ° C была статистически значимой (Т-тест, p <0,05) для обоих видов обжарки, хотя разница, по-видимому, была больше для свежеобжаренного кофе.

Влияние температуры на время, необходимое для выдачи последних 20 г каждой порции. Более высокие температуры заставляют последнюю половину кадра проходить быстрее.

Мы также заметили небольшое увеличение времени, необходимого для достижения 20 г свежего кофе - в среднем около 1 секунды между 80 ° C и 95 ° C.Поскольку этот эффект довольно невелик, случайное изменение времени взбивания затрудняет приготовление. визуализировать эффект. Первая часть выстрела отвечает за большую часть вариаций времени выстрела, поэтому изменения в общем времени выстрела могут скрыть разницу в том, сколько времени требуется для достижения 20 g. Это изменение также означает, что результаты сами по себе не являются статистически значимыми.

Самый простой способ увидеть, что происходит в этой части кадра, - это посмотреть, насколько быстро проходит первая часть кадра по отношению к общему времени кадра - другими словами, соотношение между временем, затрачиваемым на достижение 20 г, и время, необходимое для достижения 40 г.

Мы видели, что это соотношение увеличивается с температурой. Другими словами, независимо от фактического времени съемки, более высокие температуры, казалось, замедляли первую часть кадра по сравнению со второй.

Опять же, разница между 80 ° C и 95 ° C была статистически значимой (T-тест, p <0,05) для обоих видов обжарки, а разница, по-видимому, была больше для свежеобжаренного кофе.

Влияние температуры на долю общего времени выстрела, затраченного на выдачу первых 20 г каждой порции. Более высокие температуры делают первую часть кадра медленнее по сравнению с общим временем кадра.

Чтобы подтвердить, что этот эффект сохраняется в более широком диапазоне температур, мы затем выполнили пару дополнительных снимков при 60 ° C и обнаружили, что тенденция сохраняется.

Эффект более значительного изменения температуры: красная линия показывает общее время, затраченное на дозирование последних 20 г (левая ось), а синяя линия показывает долю времени, затрачиваемую на дозирование первых 20 г каждой порции (на правая ось). Тенденция медленнее в начале и быстрее в конце продолжается вплоть до температуры заваривания 60 ° C.

На этом этапе мы подозревали, что эффект может быть связан с растворенными газами, поэтому мы повторили эксперимент с более темным обжаренным кофе, который будет содержать больше газа - смесь эспрессо, содержащая 25% Робуста, 4 дня обжарки без обжарки.

Этот кофе более четко показал, что происходит: общее время выдержки не изменилось в диапазоне от 80 до 95 ° C (29,8 с против 29,5 с), но время выдержки в среднем 20 г потребовалось примерно на 1 секунду дольше (23,4 с). против 22,3 с), хотя это также не было статистически значимым.

Доля времени, необходимого для достижения 20 г кофе, увеличилась так же, как и для кофе свежей обжарки, а последние 20 г растеклись намного быстрее (7,5 с против 6,1 с) - даже больший эффект, чем мы видели при свежей легкой обжарке. Эти результаты были статистически очень значимыми (p <0,005).

Влияние температуры на более темное жаркое: красные прямоугольники показывают время, затраченное на приготовление последних 20 г (левая ось), а синие прямоугольники показывают долю времени, затрачиваемую на приготовление первых 20 г каждой порции (справа ручная ось). При более высоких температурах первая часть кадра (синяя) выполняется медленнее по сравнению с общим временем кадра. Вторая часть кадра (красная) проходит быстрее.

Это подтвердило, что при более высоких температурах первая часть кадра замедляется, а вторая - ускоряется. Эти эффекты сильнее, чем в старом кофе, и скорость в конце больше, чем в свежем, но более легком обжаренном кофе. Это согласуется с теорией о том, что растворенные газы играют роль в этом эффекте.

Календарь коучинга

Август 2022

ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Узнай больше...

12 коммент.

  1. manasipanov3

    Я не согласен с гипотезой дыры! Пузырьки газа не могли увеличить сопротивление потоку воды. Я написал целый пост в блоге как ответ на этот эксперимент и заключение: https://npcoffeescience.webnode.com/l/temperatures-not-so-hidden-effect/
    Я открыт для обсуждения темы course.

    • BHLearn

      Спасибо, что нашли время опубликовать Manasipanov3. Мы уделим вашей работе все внимание, которого она заслуживает, и добавим к этому сообщению дополнение, чтобы убедиться, что мы учтем ваши предложения. BH

    • Kevin N.

      Любые пузырьки газа внутри шайбы уменьшат массовый расход. По мере увеличения давления в начале выстрела должны образовываться невероятно крошечные пузырьки газа. Они будут намного меньше из-за переходных эффектов возрастающего давления. Это странно (если вы не супер-компьютерщик, который любит гидродинамику), но случается (это давление в пласте против давления при критическом сдвиге, если вам интересно). Кроме того, когда они движутся вниз через шайбу, сдвиг заставляет пузыри формироваться еще меньшего размера, а также экспоненциально увеличивать скорость образования пузырей (буквально! Это не линейная функция). После достижения 9 бар давление становится ближе к статическому, что приводит к образованию пузырьков большего размера перед срезанием и, следовательно, оказывает меньшее влияние на снижение массового расхода. Сам по себе газ не влияет на сопротивление, но сила сдвига, необходимая для перемещения слоя воды, окружающего газ, имеет большое влияние на поток из-за поверхностного натяжения. Критическая сила, необходимая для возникновения сдвига, увеличивается по мере уменьшения площади поверхности. Следовательно, чем меньше размер пузырьков, тем меньше поток (из машины); по мере увеличения размера пузыря поток увеличивается; поскольку пузырьки полностью перестают формироваться из-за недостатка СО2, оставшегося в зернах в конце протяжки, поток снова увеличивается. Обтекание шайбы затруднено. Достаточно сказать, что тангенциальное обтекание пузырьков деформирует их и увеличивает «сопротивление».

      Кстати, сегодня я купил свою первую эспрессо-машину! A Lelit Bianca и Atom 75. Так что я немного рано начинать публиковать что-либо, поскольку я не получу свою машину до следующего месяца. Они были распроданы без остатка 🙁

      • manasipanov3

        Есть ли у вас какие-либо публикации или научная литература, которые я могу прочитать о том, о чем вы говорите?
        Всего несколько соображений - вязкость воды с пузырьками газа ниже, чем без пузырьков. Есть несколько публикаций по этой теме.

        Как я уже упоминал в своем посте, я не согласен с тем, что пузырьки газа увеличивают сопротивление потоку. Я согласен, что если будет больше газа, то массовый расход уменьшится, но не из-за большего сопротивления! Еще одно доказательство этого - практика, когда этот эффект можно было наблюдать и точно измерять с помощью системы ВЭЖХ. Присутствие газа в жидкой фазе (воды или любого органического вещества) будет формировать пузырьки газа внутри ВЭЖХ из-за высокого давления. В этой ситуации при постоянном расходе датчик давления регистрирует падение давления!

      • alexlazaridisferguson

        Спасибо за эту статью и за ответ Кевина Н. Это может объяснить то, что я испытываю. Я пытался выяснить, почему влажность, похоже, не влияет на скорость потока - точнее, на нее влияет противоположное тому, что, как я понимаю, предполагалось. Более высокая влажность, меньшая скорость потока (если только я не ошибаюсь). Как ни странно, похоже, что происходит обратное. Я не знаю, как влажность влияет на температуру и скорость потока в бойлере, но, к моему удивлению, повышение температуры на 2-3 градуса на текущем светлом и свежем жарком, которое я использую, значительно замедлило время экстракции. Если Кевин или кто-то еще сможет пролить еще больше света на все это, я буду признателен. Спасибо!

Оставить комментарий

14-дневная бесплатная пробная версия - BH Unlimited!+
14-дневная бесплатная пробная версия - BH Unlimited!

Подпишитесь на безлимитную подписку BH сегодня и получите 14-дневную бесплатную пробную версию! Регистрация осуществляется без риска, и вы можете отменить подписку в любое время в течение пробного периода!