Когда кофе непредсказуем
Когда студент-физик поинтересовался у бариста на Варшавской кофейной конференции, какой вопрос он задал бы ученым в первую очередь, тот ответил, что хотел бы понять, как предотвратить образование каналов во время заваривания.
Каналообразование — это проблема, возникающая при прохождении горячей воды через спрессованную таблетку молотого кофе. Вода устремляется по пути наименьшего сопротивления между частицами, что приводит к неравномерной экстракции и горькому вкусу.
Изучением физики приготовления эспрессо занялись в Варшавском университете, для чего установили в лаборатории профессиональную кофе-машину и оснастили ее датчиками давления. Исследователи сварили сотни чашек бодрящего напитка и вывели описывающее этот процесс уравнение, о чем рассказали в журнале Physics of Fluids.
«Мы, физики, часто превращаем кофе в объект исследования. Вот и на этот раз он стал предметом изучения, а не просто топливом для работы», — говорит профессор Мацей Лисицкий, руководивший исследованием.
Выяснилось, что при низком давлении кофе ведет себя как обычная пористая среда: расход жидкости прямо пропорционален приложенному давлению. Однако эспрессо обычно готовят при давлении, в шесть-девять раз превышающем атмосферное, и, по словам Лисицкого, именно в этом диапазоне начинают происходить необычные вещи.
Примерно через 30–40 секунд растворимые вещества полностью переходят в воду, а оставшийся материал ведет себя как упругопористая среда. Для таких материалов характерна нелинейная зависимость потока от давления — это означает, что при росте давления в кофемашине до 6–7 бар скорость прохождения воды через таблетку перестает расти, а превышении 9 бар даже слегка снижается. Этот перелом кривой делает эспрессо гидродинамически саморегулирующейся системой.
«В кофейном сообществе знают об этом уплотнении, но без систематических доказательств. Думаю, мы впервые охарактеризовали этот эффект, и это побудило нас сформулировать теоретическое описание», — объясняет физик.
Он полон энтузиазма продолжить исследования эспрессо и надеется, что сможет выделить больше ресурсов на изучение сложной физики этого процесса.
«Будучи физиками-теоретиками, мы с огромным удовольствием погрузились в математику и разработали упрощенную модель, которая объясняет эту изменчивость в зависимости от давления. Она дает представление о динамике растворения на ранних стадиях», — отмечает Лисицкий.
Помимо изучения движения воды сквозь кофейную таблетку, ученые планируют использовать стеклянные шарики для визуализации, чтобы заглянуть в процесс заваривания, который обычно скрыт внутри корпусом машины.
«Физика призвана отвечать на неразгаданные тайны, и оказалось, что в кофе этих тайн ничуть не меньше, чем в галактиках», — заключил профессор.