El acto de moler café está lleno de misterio y mitos. Un grupo de personas con ideas afines se embarcó recientemente en un proyecto para arrojar algo de luz sobre la molienda del café y encontró algunos resultados interesantes. Tan interesante, que decidimos convertirlo todo en un papel; someter nuestros métodos a la revisión por pares y al riguroso proceso de publicación. La semana pasada, este artículo fue publicado en una sub-revista de Nature -Scientific Reports- como acceso abierto. Esto significa que cualquiera puede leer y beneficiarse de los resultados. ¡Hurra por la ciencia!

Los artículos científicos como este deben estar escritos de cierta manera que pueden ser difíciles de digerir. Me gustaría pasar algún tiempo desgarrando el papel; describiendo lo que hicimos, y lo que creo que significa. Siéntase libre de seguir junto con el papel real aquí.

Voy a incluir mis opiniones / comentarios personales y, a veces, discutibles. en negrita como esta para que no te duermas.

El efecto del origen y la temperatura del grano en la molienda del café tostado

Introducción

Este es un resumen súper básico de lo que pasa con el café y este experimento. No todos los que revisan esto saben tanto sobre el café como la mayoría de ustedes, por lo que pensamos que es relevante incluir algunos detalles pertinentes:

• Hay dos consideraciones principales con el café verde; variedad y procesamiento.
• El tostado juega un papel importante en el sabor del café.
• La mayoría de los compuestos en el café tostado son productos de reacciones de Maillard, pero están sucediendo muchas cosas.
• Usamos cuatro cafés diferentes para el experimento:

Y finalmente, que este experimento está principalmente interesado en cómo el origen del grano, el método de procesamiento, el nivel de tueste y la temperatura pueden afectar los resultados de la molienda.

Método

El café es extremadamente complejo. Es casi imposible crear un modelo informático de cómo se fractura durante la molienda, por lo que tenemos que hacerlo de forma experimental.

Hicimos dos cosas principales para el experimento:

1. Molimos café de diferentes orígenes / tostados / procesos en la misma configuración y medimos las muestras de molienda resultantes.
2. Cambiamos la temperatura de un café a cuatro niveles distintos, molimos una muestra mientras aún estaba a cada temperatura y medimos las muestras de molienda resultantes.

Para medir la rutina que usamos ...

Análisis de tamaño de partículas por difracción láser

Asumimos que la métrica más importante para medir el café molido es la distribución de partículas. Es decir, una medida del tamaño (diámetro) de cada molido de café en una muestra. Sí, el sabor es importante, pero es mucho más difícil medir el sabor con exactitud y precisión.

La medición de la distribución de partículas de café se realiza con un analizador de partículas por difracción láser (LSA). Esencialmente, succiona café molido por un tubo, ilumina su camino y mide las "sombras" que cada molido individual arroja sobre un detector. En realidad, es mucho más complejo que eso, pero esta descripción será suficiente. Me duele el cerebro tratando de profundizar más. Son máquinas increíblemente precisas y sensibles y deben calibrarse con frecuencia. Aquí hay un diagrama simple que muestra la configuración habitual dentro de un LSA.

ApS analítico de partículas

Molienda

Usamos un EK43 para el estudio, porque contiene una cantidad insignificante de molienda en la rampa después de la molino. Este estudio se basó en que los granos de café se molieran a temperaturas específicas y no sufrieran contaminación cruzada. No podíamos permitir que los frijoles perdieran energía en una tolva, garganta de molinillo o molino durante cualquier período de tiempo apreciable antes de que se muelen.

Hubo 3 EK43 presentes durante el experimento. Se descubrió que uno producía el café más delicioso y se utilizó para las muestras. Tenía turco molino instalado. Los EK43 tienen un gran potencial de desalineación de las rebabas, por lo que esta amoladora probablemente fue la menos desalineada.

Mantuvimos el ajustes de molienda exactamente lo mismo para cada muestra. 2.7 en el dial si debe saberlo. También dejamos que el molinillo se enfríe a temperatura ambiente entre cada muestra para descartar el calor por fricción / eléctrico como variable.

Las muestras de temperatura específica se mantuvieron en vasos de papel en diferentes entornos. Temperatura ambiente (20 ° C), congelador (-19 ° C), hielo seco (-79 ° C) y nitrógeno líquido (-196 ° C). Fueron molidos dentro de un segundo de su recuperación y no mostraron condensación de agua.

Tomamos 3 muestras para cada conjunto de datos y realizamos cada una de ellas dos veces. Entonces, 6 conjuntos de datos por temperatura / café. Los resultados de estos conjuntos de datos también se pasaron a través de un análisis de varianza (ANOVA) para asegurarse de que fueran lo suficientemente similares como para ser considerados precisos.

¿Las diferencias en la judía verde afectan la molienda final?

Aquí es donde las cosas se vuelven difíciles de entender. Es posible que esté familiarizado con este tipo de gráfico para comunicar distribuciones de tamaño de partículas:

A lo largo del eje x (horizontal) está el tamaño de la molienda en micrones. 1 micrón equivale a 1/1000 de milímetro. Este eje está en un logarítmico escala, que coloca 1 y 10 tan lejos como 100 y 1000. Esto se debe a que una muestra de café molido cubre un enorme 3 órdenes de magnitud (0 a ~ 1000 micrones) y necesitamos encajarlo todo sin perder demasiada resolución en los tamaños más pequeños.

El eje y (vertical) es el volumen% de la molienda. Este es fácil: cuanto más alto es el pico, más partículas de ese tamaño hay.
P.ej. Trace verticalmente por encima de 400um hasta la línea marrón. Ese tamaño de partícula constituye 8.5% de la muestra en volumen (¡no en peso!).

Llevamos este estilo de presentación de datos algunos pasos más allá para este experimento en particular.

En primer lugar, veamos un recuento de partículas. En lugar de mostrar el volumen, simplemente graficamos cuántas partículas de cada tamaño hay (azul). Lo primero que es bastante obvio; hay una INCREÍBLE cantidad de pequeños molidos en cada muestra. 99% de las partículas tienen un diámetro inferior a 70 micrones (0,07 mm). Esto significa que por cada molido con un diámetro superior a 100 micrones, hay cien millones con un diámetro inferior a 100 micrones. Es una excelente pieza de trivia con la que sonar inteligente en las cenas.

Al analizar el café molido, un factor muy importante es su superficie. Cuanta más superficie tengan, más rápida y fácilmente el agua podrá extraer sus sabores. Para convertir los datos anteriores en algo parecido al área de la superficie, en primer lugar asumimos que cada partícula es una esfera (esta es una práctica bastante común, y para el café retorcido e irregular es una “estimación conservadora”). Luego, tomamos el tamaño de cada partícula y calculamos cuál sería el área de la superficie si fuera una esfera.

¡Esto nos da datos realmente interesantes!

Las líneas continuas a continuación son los 'recuentos'. Lo mismo que la línea azul de arriba

Las líneas punteadas a continuación son la "contribución relativa al área de superficie". Es decir, la proporción de la superficie total que aporta cada tamaño de partícula. Una vez más, algo es bastante obvio. Los molidos más pequeños contribuyen con la abrumadora mayoría de la superficie total. ~ 70% para ponerle un número.

Este gráfico también muestra las distribuciones de partículas de los distintos cafés utilizados en el experimento. De inmediato, notará que todos son increíblemente similares. Los perfiles de Tanzania, Etiopía, El Salvador y Guatemala se muestran en negro, morado, rojo y azul, respectivamente.

Resulta que el origen / procesamiento / tostado tiene un efecto mucho menor en el PSD de lo que había pensado anteriormente. Podría decirse que esto es algo bueno: ¡tenemos menos variables de las que preocuparnos!

Lo siguiente en lo que debes envolver tus pensamientos es que finos aportan 70% de la superficie total. Sí, el agua se mueve dentro de la molienda para extraer los solubles, pero el agua tarda exponencialmente más tiempo en entrar, hacer el trabajo y regresar a la infusión. Multas son nuestros amigos!

¿Afectan las diferencias en la temperatura de molido del frijol tostado al molido final?

Aquí es donde las cosas se ponen realmente interesantes.

El café es amorfo, se compone de miles de diferentes moléculas apretujados dentro de una estructura de planta irregular.

El diamante en un anillo de compromiso es cristalino: es un patrón perfectamente repetitivo de átomos de carbono.

Cuando cambia la temperatura de las cosas amorfas, a veces se someten a una "transición vítrea". Es decir, cambian de un material blando y gomoso a uno duro y vidrioso muy rápidamente. Algunos materiales también experimentan una transición demoledora, en la que tienden a romperse en partículas más y más pequeñas. Todo esto es muy importante cuando se habla de cómo se rompe el café en un molinillo.

Encontramos una diferencia muy pronunciada en la distribución del tamaño de partícula de un café molido a diferentes temperaturas. En primer lugar, familiarícese con cada color y la temperatura que representa. Notará que el modo (pico) del PSD se hace más pequeño a medida que la temperatura desciende (31% cae sobre las 4 muestras). A medida que el café se enfría, también se vuelve más frágil, arrojando muchas más partículas diminutas en el molinillo. Tampoco logra escapar de la molino en los tamaños más grandes de las muestras más calientes (es decir, se rompe más fácilmente).

La mayor diferencia se encuentra entre 20 ° C y -19 ° C. Es probable que el café experimente algún tipo de ruptura / transición vítrea entre estos dos.

También confirmamos que esta transición es reversible, por lo que no tiene que preocuparse de que un café se caliente demasiado y no pueda volver a la ciudad sabrosa.

La moda es la partícula más frecuente, fácilmente identificable como el "pico" más alto de cada línea. Esto aumenta a medida que aumenta la temperatura.

La asimetría es simplemente una representación numérica de la asimetría en un conjunto de datos. Las muestras más frías estaban menos sesgadas porque contenían más partículas pequeñas y menos grandes, reduciendo el área debajo de la línea a la derecha del pico.

La media es la media. Verá que el congelador tiene una media más alta que la muestra a temperatura ambiente. Esto se debe a que la muestra a temperatura ambiente tenía muchas más partículas en el rango de 3-5um, pero muchas menos en el rango de 8-30um.

Esta temperatura de transición probablemente será un descubrimiento muy importante para toda la tecnología de molienda futura.

Comentarios y pensamientos finales

Origen y procesamiento

Cualquiera que mezcle café se alegrará de notar que el área de superficie de diferentes cafés es prácticamente la misma en un tamaño de molido fijo. Esto significa que la consideración principal para la mezcla es asegurar que cada componente de la mezcla sea igualmente soluble. En otras palabras, que todos alcancen el mismo nivel de extracción en el mismo tiempo de preparación. Tostadores, desempolven sus refractómetros.

Temperatura

¿Recuerda todas esas mañanas en las que marcaba un café perfectamente, solo para que lo tiraran por la ventana después de hacer ~ 20 cafés? El culpable no es el molinillo que se expande por el calor; son los frijoles que absorben el calor del interior del molinillo antes de molerlos. Esa energía calorífica los hace menos frágil, creando una molienda más gruesa a pesar de que no cambiaste el ajustes de molienda.

Aquí hay algunas preguntas más con prácticamente el mismo culpable. Alguna vez se preguntó por qué ...

• el café no sabe tan bien en un día caluroso?
• su molinillo puede parecer tan inconsistente en períodos tranquilos?
• los disparos corren más rápido durante una prisa?
• todo esto no sucede con un EK43?
• Después de moler más fino para lograr el mismo tiempo de disparo, ¿los disparos no saben igual que a primera hora de la mañana?

El culpable de todo esto es: los granos se calientan dentro del molinillo y se muelen de manera diferente.

Cuanto menos tiempo pasen los frijoles en el molinillo, menos se verán afectados por el calor. Es extremadamente difícil y costoso crear una garganta de molinillo que caliente o enfríe uniformemente los granos antes de molerlos. Con ese, Creo firmemente que la única forma de avanzar es utilizar molinillos que no contengan café entre dosis.

Nunca he sido un fanático de los resultados con la función de calentamiento del molinillo Mythos, y este experimento es una excelente explicación de por qué. Calentar los granos para lograr la consistencia empuja los granos por encima de la temperatura de transición de rotura y reduce significativamente el área de superficie total (lea: extracción menos y menos uniforme).

Más frío = partículas más finas = más superficie = mayor extracción. Las temperaturas más bajas también podrían significar menos evaporación / sublimación de compuestos aromáticos (pérdida de aroma).

Mantenga sus dosis pesadas previamente en el congelador para obtener extracciones más altas y sabrosas (aunque asegúrese de que estén sellados sin demasiada humedad ni oxígeno).

Multas

Guau. En 2012 gané la Copa del Mundo de Cerveceros con una rutina centrada en eliminar finos. Resulta que el tamizado no elimina realmente todas las partículas pequeñas. Todavía hay millones de ellos pegados a las rutinas más grandes. Cuando el café se rompe en el molinillo, deja bolsas de cargas positivas y negativas en todo el molido que atraen a los finos. Conclusión: el tamizado es bastante inútil para la segregación y prueba de partículas.

Ahora que sabemos cuánto de la infusión se compone de finos extracciones, es cada vez más obvio que finos no eres el villano; de lo contrario, cada café que se haya hecho se extraería horriblemente en exceso. He aquí cómo pensar en ello: El límite superior de extracción sabrosa lo decide la partícula más extraída. Ésta es siempre la partícula más pequeña. Por lo tanto, depende de usted asegurarse de que ninguna parte de la rutina se extraiga en exceso.

También depende de usted reducir la cantidad de café que se extrae insuficientemente (es decir, las capas internas de los granos más grandes). La forma más sencilla de hacer esto es -como siempre he dicho- utilizar un molinillo que produzca una distribución uniforme de partículas. Nada nuevo aqui.

Una vez que descubro cómo preparar finos correctamente, volveré a la WBrC con una rutina de disculpas.

Un buen día funciona. ¡Esperamos los comentarios, sugerencias y correcciones!

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Gracias al equipo:

Christopher Hendon (autor de Water for Coffee y postdoctorado en MIT) se le ocurrió todo y manejó todos los aspectos. Es una encarnación humana de la ciencia misma.
Maxwell y Lesley Colonna-Dashwood (Colonna Coffee, Bath) desempeñaron un papel integral en el diseño, la facilitación y la realización de los experimentos.
Erol Uman y Brian Miller (Meritics Ltd.) gentilmente suministraron el analizador de partículas láser.
Stephen Leighton (HasBean Coffee) proporcionó un delicioso café tostado.
Christian Klatt (Mahlkonig) contribuyó con molinos y diseño experimental.
Keith T. Butler (Departamento de Química, Universidad de Bath), Brent C. Melot (Departamento de Química, Universidad del Sur de California) y Rory W. Speirs (Facultad de Física, Universidad de Melbourne) brindaron valiosos consejos para el diseño experimental. y ejecución.
Matt Perger contribuyó al diseño experimental y escribió este explicador.