Ультразвук в кофемашине приготовил колд-брю за три минуты

Австралийские химики передали ультразвуковые колебания на рожковый фильтр кофемашины и ускорили приготовление колд-брю кофе. Оказалось, что по своим качествам кофе практически не отличается от классического колд-брю, на приготовление которого ушло 24 часа. Результаты исследования, предлагающего кофейням взять способ на заметку, опубликованы в журнале Ultrasonics Sonochemistry.

Колд-брю (англ. cold brew) — один из методов приготовления кофе, который использует холодную воду вместо горячей. Это с одной стороны удлиняет процесс приготовления до 8-24 часов из-за крайне медленной экстракции. С другой стороны кофе становится более мягким с увеличенным содержанием кофеина и хлорогеновой кислоты, обладающей антиоксидантными свойствами. Тем не менее, американские химики обнаружили, что в горячем кофе антиоксидантные свойства выше, чем в колд-брю. В то же время употребление кофе, приготовленного любым методом, оказалось полезным для снижения вероятности смерти от всех причин. В 2020 году группа австралийских ученых повысила экстракцию кофеина с помощью ультразвуковой обработки, а в 2022 году немецкие ученые решили для тех же целей использовать лазер.

В этом году группа австралийских химиков под руководством Франциско Трухилльо (Francisco J. Trujillo) из университета Нового Южного Уэльса продолжила свою идею с ультразвуковой обработкой кофейно-водной смеси и модифицировала кофемашину, оснастив ее ультразвуковым модулем. Они генерировали ультразвук с помощью электро-механического преобразователя Ланжевена с частотой в 38,8 килогерца и передавали колебания в рожковый фильтр кофемашины Breville Dual Boiler. Нагреватель кофемашины, а также система подачи воды контролировались отдельно, что позволило изменять температуру воды в бойлере и скорость подачи воды. Экстракция производилась в несколько стадий с отгонкой воды из фильтра.

В качестве источника кофе авторы использовали блэнд из арабики средней прожарки, содержащий кофейные зерна из Эфиопии, Кении и Колумбии с карамельными и молочно-шоколадными ароматами. Кофейные зерна были перемолоты до уровня эспрессо. Химики помещали в фильтр от 6 до 18 грамм кофе с целью установить влияние степени заполнения рожка на вкусовые показатели и концентрацию экстрагируемых веществ. Оказалось, что при малом заполнении фильтра разница наиболее высока, как по цвету и аромату, так и по выходу экстракции и концентрации жирных кислот. Химики связывают это с влиянием акустической кавитации. Для кофеина максимальный выход достигается при заполнении фильтра на 60 процентов. При этом при полной загрузке фильтра разница между контрольным и обработанным ультразвуком кофе становится минимальной, но все еще ощутимой. Ученые установили оптимальные параметры по выходу экстракции: соотношение воды к кофе — 10, время ультразвуковой обработки — 3 минуты (однако чем дольше обрабатывать, тем больше будет выход экстракции), температура — 40 градусов по Цельсию. В таких условиях выход экстракции достигает насыщения и дальнейшее увеличение параметров не приводит к значимому росту.

По химическому анализу методом масс-спектрометрии в колд-брю кофе ученые установили основные летучие компоненты — фураны, пиразины, а также обнаружили в небольшом количестве кетоны, пирролы, альдегиды, фураноны и фенолы. Среди фуранов основными оказались 5-метилфурфурол, 2-фуранметанол ацетат, 2-фуранметанол и фурфурол. Эти компоненты в большей степени отвечают за сладкие, фруктовые, прожаренные и карамельные нотки, пиразины же отвечают за ореховые, фруктовые и земляные ароматы. При ультразвуковой обработке общее количество летучих компонентов практически не отличается от контрольного образца, однако при малой загрузке фильтра их количество уменьшается — что вероятно связано с их улетучиванием в процессе ультразвуковой обработки. В дополнение авторы провели моделирование распределения акустического давления в кофейном фильтре для определения потоков жидкости внутри кофейного фильтра и механики акустического воздействия. Ученые установили, что механическое напряжение не превышает одного мегапаскаля, что входит в предел упругости стального — а значит, деформации фильтра при таком использовании не ожидается.

Исследователи сравнивали органолептические показатели кофейных напитков между тремя различными образцами, приготовленными методом колд-брю: после одной минуты ультразвуковой обработки, после трех минут ультразвуковой обработки и классический колд-брю полученный в течение 24 часов при температуре в 4 градуса по Цельсию. В этом им помогли 11 человек, обученных оценивать кофе по 100-бальной шкале по 8 ароматным показателям: интенсивность, общий аромат, фруктовые ноты, кремовые ноты, ноты темной карамели, ноты темного шоколада, ноты ореха и ноты пепла; по текстуре: полнота; по 6 вкусовым показателям: интенсивность, горечь, соленость, сладость, кислинка и пепельный вкус; и 4 послевкусиям: кислинка, горечь, пепельное послевкусие и терпкость. Одноминутный кофе по сравнению с классическим обладает теми же свойствами по вкусу, послевкусию, текстуре и пепельному аромату, однако общая интенсивность аромата и аромат темной карамели уменьшились. В то же время трехминутный кофе догнал по показателям ароматы но по вкусу и послевкусию оказался более ярко выраженным, что связано с переэкстракцией. Таким образом ученые советуют подобрать необходимое время ультразвуковой обработки соразмерно вкусовым запросам — где-то между одной и тремя минутами обработки.

Кофе это не только вкусный и полезный (в меру) напиток, но и объект исследования физиков. Три года назад физики обнаружили фрактальные свойства при переноске чашки кофе.