به دستگاه اسپرسوی معمولی در کافه مورد علاقهتان فکر کنید. ظرف کوچکی که باریستای شما پودر قهوه را در آن فشرده میکند، مخزن (puck) نامیده میشود. پس از قرار دادن آن در دستگاه، آب داغ از این مخزن عبور کرده و طعم، رنگ و مهمتر از همه کافئین دانهها را به صورت مولکولی جذب میکند.
کیفیت اسپرسوی نهایی به جنبههای مختلفی بستگی دارد، از جمله نحوه فشردهسازی دانهها، مدت زمان عبور آب از قهوه و اندازه خود دانهها. پیشبینی دقیق اینکه چگونه یک فنجان اسپرسو با این متغیرها تغییر میکند، همواره دشوار بوده است.
برای درک بهتر نحوه تعامل این عوامل مختلف، محققان دانههای قهوه تمبا (Tumba) از رواندا و گایاکان (Guayacán) از کلمبیا را به ۱۱ اندازه مختلف، از بسیار ریز تا درشت، آسیاب کردند. سپس هر نمونه را در لولههایی قرار دادند و از یک فناوری تصویربرداری به نام میکرو توموگرافی محاسباتی اشعه ایکس (X-ray computed micro-tomography – XCT) استفاده کردند. این تکنیک نقشههای سهبعدی از ساختارهای داخلی هر نمونه ایجاد کرد که شامل کانالهای بین دانهها، معروف به فضاهای متخلخل، بود که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند.
در اینجا بود که آزمایشها، به معنای واقعی کلمه، شروع شدند. با استفاده از تستهای جریان دیجیتال، محققان جریان آب را بر اساس نظریه نفوذ (زیرشاخهای از فیزیک درباره حرکت سیال بین فضاهای پیوسته)، در هر نمونه شبیهسازی کردند. آنها به طور ویژه به درک چگونگی تسهیل فضاهای متخلخل هر نمونه برای ایجاد مسیرهای آبی بدون وقفه در مخزن قهوه علاقهمند بودند.
پس از مقایسه نتایج حاصل از دانههای مختلف قهوه، تیم تحقیق توانست یک معادله برای محاسبه سهولت نفوذ آب به دانههای قهوه طراحی کند. آنها همچنین نتیجه گرفتند که فرمولهایشان با نظریه نفوذ تطابق عالی دارد و راهی عملی برای بیان اندازه و فشردگی دانههای قهوه در ارتباط با اشباع ارائه میدهد.
عوامل اصلی شامل اتصال فضاهای متخلخل، اندازه دانه، مساحت سطح و نحوه فشردهسازی آنها است. تمام این متغیرها، بر مدت زمانی که آب با قهوه در تماس فیزیکی بوده و در نتیجه بر طعم آن تأثیر میگذارند. زمان و تماس بیشتر معمولاً به معنای طعمهای قویتر بوده و بهترین راه برای به حداکثر رساندن این امر، آن است که بیشترین مقدار آب از سطح دانههای قهوه عبور کند.
نتیجهگیری مطالعه، کمتر به تغییر رویکرد شخصی شما در تهیه اسپرسو مربوط میشود و بیشتر به معرفی روشهایی برای بهبود تجهیزات صنعتی میپردازد. ادغام فرمولاسیونهای آنها در تنظیمات دستگاه، امکان استفاده از دانههای سفارشیتر، فیلتراسیون بهتر و حتی دمآوری عالیتر را فراهم میکند.
