قهوه چیزی فراتر از یک نوشیدنی است. این یک عادت روزانه، یک نماد فرهنگی و برای بسیاری یک ضرورت است. ما آن را صبح‌ها می‌ریزیم تا بیدار شویم، با دوستانمان به اشتراک می‌گذاریم تا ارتباط برقرار کنیم و در طول ساعت‌های طولانی کار به آن تکیه می‌کنیم. در سطح جهانی، مردم هر سال ده‌ها میلیارد کیلوگرم قهوه مصرف می‌کنند.
با این حال، این عشق به قهوه با چالش‌های جدی روبرو است. قهوه در مناطق خاصی از اقلیم رشد می‌کند و به شرایط خاصی نیاز دارد. با تغییرات اقلیمی که الگوهای آب و هوا و خاک را مختل می‌کند، تهدیدی برای آینده این محصول محبوب ایجاد می‌شود.
برای برآوردن تقاضای روزافزون بدون افزایش فشار بر تولید، دانشمندان به راه‌حل غیرمنتظره‌ای روی آورده‌اند: فیزیک دم کردن قهوه. یک مطالعه اخیر از دانشگاه پنسیلوانیا بینش‌هایی ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد تغییر در نحوه ریختن قهوه می‌تواند کیفیت آن را بهبود بخشیده و ضایعات را کاهش دهد.
ارتفاع ریختن قهوه قدرت آن را تغییر می‌دهد
تیم تحقیقاتی یکی از محبوب‌ترین روش‌های دم کردن قهوه – قهوه‌ی ریختنی (پوره‌اور) را مورد بررسی قرار داد. محققان بیشتر بر نحوه تعامل آب با دانه‌های قهوه تمرکز کردند نه بر شیمی قهوه. هدف آن‌ها یافتن روش بهتری برای استخراج طعم بیشتر از دانه‌های کمتری بود.
ارنیست پارک، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: «آنچه ما توصیه می‌کنیم این است که ارتفاع ریختن را تا جایی که ممکن است بالا ببرید، در حالی که همچنان جریان لامیناری را حفظ کنید، جایی که جریان آب هنگام برخورد با دانه‌ها از هم نمی‌پاشد.»
این ممکن است یک جزئیات کوچک به نظر برسد، اما مطالعه نشان داد که این نکته چقدر مهم است. با تنظیم دقیق ارتفاع و شکل جریان آب، محققان توانستند فرآیند دم کردن را بهبود بخشند.
آب ریخته شده از ارتفاع بیشتر، بیشتر در بستر قهوه نفوذ می‌کند
آب که از ارتفاع بیشتر با جریان ثابت ریخته می‌شود، به طور موثرتری به بستر قهوه نفوذ کرده و دانه‌ها را به هم می‌زند.
چرا قدرت جریان مهم است؟
محققان دریافتند که کتری‌های گوسنک – که از محبوب‌ترین‌ها برای قهوه‌دوستان هستند – نوع ایده‌آل جریان آب را تولید می‌کنند.
این کتری‌ها جریانی ضخیم و متمرکز ایجاد می‌کنند که از پاشیدن یا شکستن به قطرات جلوگیری می‌کند. زمانی که این جریان قوی به بستر قهوه برخورد می‌کند، باعث ایجاد یک حرکت کنترل‌شده مانند بهمن می‌شود. دانه‌ها بالا و پایین می‌روند و الگوی موج‌مانند ایجاد می‌کنند که امکان مخلوط شدن عمیق‌تر را فراهم می‌آورد.
این حرکت تعامل بین آب و قهوه را بهبود می‌بخشد. هر چه آب بیشتر نفوذ کرده و دانه‌ها را هم بزند، طعم بیشتری استخراج می‌شود. در نتیجه، قهوه قوی‌تری می‌توان با دانه‌های کمتری تهیه کرد، که هم به طعم و هم به پایداری کمک می‌کند.
مارگوت یانگ، همکار نویسنده این مطالعه از دانشگاه پنسیلوانیا گفت: «اگر جریان نازک باشد، تمایل دارد که به قطرات تقسیم شود. این چیزی است که باید در این نوع دم کردن‌ها از آن اجتناب کنید، زیرا این یعنی جریان نمی‌تواند دانه‌ها را به طور مؤثر مخلوط کند.»
جریان‌های نازک قبل از رسیدن به بستر قهوه شکل خود را از دست می‌دهند. این جریان ضعیف فاقد قدرت کافی برای هم زدن دانه‌ها به طور صحیح است. بدون حرکت، بیشتر طعم در لایه‌های استفاده‌نشده محبوس می‌شود.
نورافکنی به ریختن قهوه و جریان آب
یکی از چالش‌ها در مطالعه قهوه این است که به طور طبیعی تاریک است. شما نمی‌توانید ببینید که آب چگونه در حین دم کردن از میان دانه‌ها حرکت می‌کند. برای حل این مشکل، تیم به یک روش خلاقانه روی آورد.
محققان از ذرات شفاف به جای قهوه واقعی استفاده کرده و آن‌ها را در یک قیف شفاف قرار دادند. سپس با استفاده از لیزرها این تنظیمات را روشن کردند تا حرکت آب را پیگیری کنند.
این به محققان این امکان را داد که به طور مستقیم مشاهده کنند که چگونه جریان‌های مختلف بر مخلوط شدن تأثیر می‌گذارند. آن‌ها دیدند که چگونه جریان‌های لامیناری به دانه‌ها نفوذ کرده و ذرات را در گردش می‌آورد و الگوهایی مانند گرداب ایجاد می‌کند.
آزمایش‌ها تأیید کردند که آنچه در آزمایش‌های ریختنی مشاهده شد درست است: جریان‌های قوی و ثابت باعث مخلوط شدن بهتر و استخراج کامل‌تر می‌شوند.
ترفند ریختن برای تهیه قهوه قوی‌تر
محققان قصد ندارند مطالعات خاصی در مورد قهوه ادامه دهند، اما معتقدند که این کار درهای علم روزمره را باز می‌کند.
هنوز عوامل زیادی برای بررسی وجود دارد – اندازه آسیاب، دما، تکنیک ریختن – که شکل‌دهنده فنجان نهایی هستند. این‌ها فقط سؤالات آشپزی نیستند بلکه سؤالات علمی هم هستند.
آرنولد ماتیجسن، همکار نویسنده این مطالعه گفت: «ما می‌توانیم از دیدگاه شیمی و فیزیک چیزهایی یاد بگیریم وقتی که به آشپزخانه نگاه می‌کنیم. این به علم جدیدی منجر می‌شود که اصلاً انتظارش را نداشته‌اید.»
مشورت محققان؟ در خانه امتحان کنید. قهوه‌تان را از نقطه‌ای بالاتر بریزید و از یک جریان ضخیم و ثابت استفاده کنید. نتایج را مشاهده کنید. ممکن است قهوه قوی‌تر و صاف‌تری بدست آورید – بدون نیاز به دانه‌های بیشتر.
گاهی اوقات، حتی در چیزی به سادگی فنجان قهوه صبحگاهی، فیزیک حرف آخر را می‌زند.
مطالعه در نشریه Physics of Fluids منتشر شده است.
