Сварен на калькуляторе

Сотни научных статей о пользе и вреде кофе появляются ежегодно. Ученые объясняют, зачем пить кофе — например, чтобы обезопасить печень, защититься от диабета, инфаркта, импотенции и стать счастливее — а иногда просто хотят выяснить, что делает этот напиток вкусным и полезным. Вместе с компанией Tasty Coffee редакция N + 1 собрала семь исследований в области математики, физики, химии и биологии, которые посвящены тонкостям приготовления и употребления кофе.

Лучшее — враг хорошего

Как степень помола определяет вкус эспрессо

Эспрессо считается одним из самых популярных способов заваривания кофе. Горячая вода под давлением проходит через фильтр с молотыми зернами, превращаясь в густой напиток со сливочной пенкой (крема). Согласно традиционному рецепту, температура воды должна составлять от 92 до 95 градусов Цельсия, давление — не менее 9 бар, а сам кофе должен быть очень мелкого помола. Впрочем, несмотря на все рекомендации, на практике довольно сложно из раза в раз повторять эспрессо, обладающий желаемыми вкусовыми качествами.

В 2020 году группа исследователей под руководством Джейми Фостера (Jamie Foster) из Университета Портсмута заявила, что им удалось решить эту проблему и добиться воспроизводимости эспрессо, то есть сварить множество напитков с одинаковыми вкусовыми качествами. По их мнению, непостоянство вкуса эспрессо в первую очередь зависит от размера помола кофейных зерен. Результаты исследования опубликованы в журнале Matter.

Чтобы выяснить это, ученые модифицировали математическую модель симуляции движения заряженных частиц в литий-ионных батареях. В данном случае она учитывает критерии, имеющие ключевое значение для приготовления эспрессо (помол, давление и расход воды, количество кофейной массы и другие), и опирается на показатель уровня экстракции кофе — процента всех веществ, которые удалось извлечь из зерен при заваривании.

Согласно рекомендации Specialty Coffee Association, эспрессо с лучшими вкусовыми качествами получается, когда уровень экстракции находится в пределах от 17 до 23 процентов — в противном случае напиток будет слишком кислым или горьким. Работая в этом диапазоне, Фостер с коллегами экспериментальным путем выяснили, что увеличение степени помола повышает эффективность экстракции, но только до определенного момента — затем поток жидкости, проходящий сквозь кофе, становится неоднородным. Чтобы избежать этого, авторы исследования рекомендуют, прежде всего, не молоть зерна в порошок.

Другая проблема, по мнению авторов исследования, заключается в количестве молотого кофе, используемого для приготовления. Большая закладка в корзине может приводить к неравномерной экстракции — в результате ароматические вещества, содержащиеся в молотых зернах, извлекаются не полностью, а вкус напитка каждый раз отличается. Ученые предлагают сократить массу кофе на 25 процентов. Меньший объем будет незаметен в напитках на основе эспрессо, потому как вкусовые качества, по мнению авторов, не станут хуже — при этом такой подход позволит сократить количество используемых зерен.

Холодная экстракция

Как способ приготовления кофе и обжарка зерен влияют на содержание кофеина

Во всем мире наиболее популярными остаются классические приготовления кофе, но все больше людей пьют кофе, заваренный холодным методом. Неудивительно: в послевкусии такого напитка, в отличие от традиционного кофе, совершенно не чувствуется кислинка или горечь. Речь идет не об айс-кофе, а о «колд брю», который заваривают холодной, иногда даже ледяной водой, после чего он настаивается от 8 до 24 часов. Динамика экстракции веществ в ходе приготовления такого кофе, в отличие от горячего, практически не исследована.

Несколько лет назад химики из Университета Томаса Джефферсона в США решили выяснить, как холодный способ приготовления кофе влияет на экстракцию кофеина и хлорогеновой кислоты. Они пришли к выводу, что заваривание кофе методом колд-брю приводит к более высокой концентрации кофеина в напитке. В исследовании, опубликованном в Scientific Reports, уточняется, что эффективность экстракции зависит от степени обжарки зерен и не зависит от грубости помола.

Ученые сравнили химический состав четырех видов кофе, приготовленных горячим и холодным способом. В эксперименте они использовали зерна средней и темной обжарки, грубого и среднего помола. Оказалось, что от помола показатель экстракции практически не зависит — зато зависит от обжарки: при холодном заваривании кофе темной обжарки выделяется 1000 миллиграмм кофеина на литр напитка, а если обжарка средняя — 1200 миллиграмм на литр. Для сравнения: в кофе, заваренным горячим способом, концентрация вещества не превышает 800 миллиграмм.

Наверняка эта информация будет полезна тем, кто ценит кофе именно в качестве энергетика. Теперь науке известно, что больше всего кофеина и хлорогеновой кислоты извлекается во время заваривания кофе средней обжарки холодным способом.

Основа вкуса

Какой должна быть вода для самого лучшего кофе

Кроме помола и способов приготовления, на вкус кофе также влияет качество воды — она помогает высвободить ароматические масла из зерен, от чего зависят вкус, аромат и плотность напитка. Согласно спецификации Specialty Coffee Association (SCA), для приготовления идеального кофе у воды не должно быть цвета, запаха и примесей, особенно хлора — такая вода придает кофе излишнюю горечь. От хлора, кстати, можно избавиться с помощью обычного угольного фильтра.

Высокое содержание кальция в воде приводит к тому, что напиток получается водянистым. Для приготовления идеального кофе следует выбирать воду с низким уровнем минерализации: от 75 до 175 мг/л. Как правило, водопроводная вода под этот критерий не подходит — она либо жесткая с минерализацией около 300 мг/л, либо слишком мягкая — до 50 мг/л. Рекомендованная минерализация воды для приготовления кофе — 100 мг/л. В таком случае кофе лучше вступает в реакцию с водой.

По мнению сотрудника Института химии и биотехнологии ZHAW Wädenswil Марко Веллингера, на окончательный вкус кофе влияет щелочность воды. Рекомендованный SCA показатель щелочности — в пределах 40 мг/л. Если уменьшить содержание щелочи в воде, кофе станет кислым, а если увеличить — слишком нейтральным.

SCA разработала пособие по качеству воды, «The SCA Water Quality Handbook». Согласно документу, для идеального кофе нужна не слишком мягкая, но и не слишком жесткая вода средней минерализации. Несмотря на существование различных методов обработки водопроводной воды, эксперты утверждают, что кофе с водой из-под крана не получится вкусным даже после кипячения и при использовании домашнего фильтра.

Время (не) на пользу

Как свежесть зерен влияет на вкус кофе

Еще один ключевой фактор, определяющий вкусовые качества напитка, — это свежесть кофе.

Обжаренные кофейные зерна содержат значительное количество CO2 и других летучих веществ. Исследование американских ученых из Университета штата Вашингтон, опубликованное в Journal of Food Quality, показало, что со временем газообразные органические молекулы испаряются, а кофе теряет аромат и приобретает неприятный вкус. Эксперты не рекомендуют использовать для приготовления кофе зерна, после обжарки которых прошло более четырех недель. В первую очередь это связано с разрушением молекул вкуса и протекающей в кофе реакции окисления.

Это подтверждает и более свежее исследование, проведенное химиками из Венского университета природных ресурсов и естественных наук и опубликованное в Food Science & Nutrition. Ученые отметили, что даже лучшая вакуумная упаковка не может бесконечно долго сохранять свежесть кофейных зерен: на девятый месяц после обжарки кофе начнет портиться, станет плоским и горьким.

Впрочем, это не означает, что самый вкусный кофе получается из только что обжаренных зерен. Сразу после ростера у кофе, как правило, плоский, невыразительный, иногда даже землистый вкус. Во время обжарки из кофейных зерен уходит влага, расщепляются кислоты и сахар, происходит карамелизация. Требуется некоторое время — от часа до нескольких дней, — чтобы процесс дегазации кофе завершился. Таким образом, пик вкуса кофе приходится на седьмой день после обжарки.

Отделить зерна от зерен

Как ученые определяют подлинность кофе

Два наиболее популярных вида кофе сегодня — это робуста и арабика. Арабика, как правило, стоит дороже и считается вкуснее робусты — в ней интенсивнее проявляются ягодные, цветочные и цитрусовые оттенки. У такого кофе мягкий и ароматный вкус, потому что кофеина, по сравнению с робустой, меньше. При этом выращивать арабику сложнее.

В целях экономии некоторые производители смешивают зерна этих видов. А проверить, какой именно вид кофе преобладает в составе, возможно только в лаборатории с помощью хроматографии и спектроскопии. Это довольно долгий процесс.

Группа ученых из Гуэлфского университета и Национального исследовательского совета Канады разработали альтернативный способ определения вида кофейных зерен на основе метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Agricultural and Food Chemistry.

Канадским химикам удалось определить 12 основных соединений, концентрации которых отличаются в зависимости от вида зерен: кофеина, тригонеллина, 3- и 5-кофеилхиновой кислоты, липидов, кафестола, никотиновой кислоты, N- метилпиридиния, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, кахвеола и 16- О-метилкафестол. Выяснилось, что повышенные количества 16-O-метилкафестола (16-OMC) характерны для робусты, а кахвеола — для арабики.

Форма удовольствия

Как форма, материал и цвет чашки связаны со вкусовыми ощущениями от кофе

На то, понравится вам кофе или нет, может влиять не только его вкус, аромат или цвет. Оказывается, важную роль в том, как мы получаем удовольствие от кофе, играют звуки, внешний вид и тактильные ощущения. Другими словами — мультисенсорное восприятия вкуса. Бразильская исследовательница Фабиана Карвальо (Fabiana Carvalho) в работе, опубликованной в Food Quality and Preference, обнаружила связь между материалом кружки и вкусовыми ожиданиями от спешелти кофе.

Основная часть исследования Карвальо состояла из двух экспериментов, в которых принимали участие как любители кофе, так и бариста. Все участники были разделены на две группы и пили кофе, приготовленный на одном зерне (арабика), но из разных чашек: первая группа — из керамической с необработанной поверхностью, а вторая — из гладкой фарфоровой чашки. По результатам исследования выяснилось, что в чашках с шероховатой поверхностью кофе ощущается более кислым, а с гладкой — сладким.

На восприятие напитка также может влиять и цвет емкости. Одно из самых популярных исследований на эту тему принадлежит Жан-Пол Фавру (Jean-Paul Favre) и Андре Новемберу (Andre November). Ученые предложили 200 добровольцам попробовать кофе из четырех кружек разного цвета: коричневой, красной, синей и желтой. Кофе из коричневой кружки показался участникам слишком крепким, а напиток из красной кружки — наиболее ароматным. В синей кружке кофе добровольцы оценили как более мягкий, а в желтой — более легкий.

Профессор экспериментальной психологии из Оксфордского университета Чарльз Спенс и его коллеги предположили, что на восприятие напитка может влиять эффект контраста. Чтобы выяснить, так это или нет, они предложили добровольцам (выборка была небольшой: на первом этапе участвовало 18, а на втором 36 человек) попробовать латте из прозрачной и белой кружек и сравнить ощущения. Исследование опубликовано в журнале Flavour.

Гипотеза исследователей заключалась в том, что существует кроссмодальная ассоциация (то есть ассоциация, возникающая между разными модальностями: например, цветом и звуком, или вкусом и формой) между коричневым цветом и ощущением горечи. Таким образом, горечь и, возможно, другие вкусовые характеристики будут усиливаться цветовым контрастом, и кофе в белой кружке участники эксперимента должны оценить как более горький, нежели тот же напиток, выпитый из прозрачной кружки. Оказалось, что белая кружка не добавляет горечи напитку, но усиливает интенсивность кофейного вкуса по сравнению с прозрачной емкостью.

Как пить «на здоровье»

Зависит ли польза для здоровья от способа приготовления кофе?

Сегодня множество научных исследований (ссылки можно найти во вступительной части материала) доказывают, что умеренное потребление кофе полезно для здоровья. Но может быть, некоторые способы приготовления кофе можно считать более здоровыми, чем другие?

На протяжении 20 лет, с 1985 по 2003 год, норвежские ученые сравнивали влияние кофе, приготовленного разными методами, на здоровье более полумиллиона людей. Результаты исследования опубликованы в European Journal of Preventive Cardiology. Ученые пришли к выводу, что самый полезный способ приготовления кофе — это фильтр-кофе.

Исследование показало, что у людей, употреблявших от одной до четырех чашек фильтр-кофе, снижается риск смертности от заболеваний сердечно-сосудистой системы. Кроме того, у тех участников эксперимента, кто потреблял фильтр-кофе, риск смерти уменьшился на 15 процентов по сравнению с людьми, которые вообще не пили кофе. Авторы статьи предполагают, что такой результат связан с тем, что кофе богат антиоксидантами, в частности, полифенолами.

Наталья Лучкина