Wzór na espresso. Co decyduje o smaku kawy

Smak espresso zależy od wielu czynników jednocześnie: stopnia zmielenia kawy, jej ilości, czasu parzenia. Nowe badania pokazują, że można je powiązać jednym modelem fizycznym. Kluczowe jest to, jak woda przepływa przez strukturę zmielonej kawy

Espresso powstaje, gdy gorąca woda pod ciśnieniem przechodzi przez ubity krążek zmielonych ziaren. Tempo tego procesu bezpośrednio przekłada się na smak. Zbyt szybki przepływ daje napar słaby, zbyt wolny prowadzi do nadmiernej goryczy.

Zespół badaczy postanowił sprawdzić, od czego zależy ten przepływ. Skupił się na przepuszczalności krążka w kolbie ekspresu. Aby to zbadać, naukowcy przygotowali próbki dwóch kaw i zmielili je na 11 ustawieniach młynka – od bardzo drobnego do wyraźnie grubszego. Następnie każdą próbkę zeskanowano za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej, która pozwala zobaczyć trójwymiarową strukturę materiału z dokładnością do kilku mikrometrów.

Struktura kawy decyduje o przepływie

Zmielona kawa nie jest jednorodną masą. Tworzy układ cząstek oddzielonych siecią bardzo małych przestrzeni, którymi przepływa woda. Znaczenie mają trzy elementy: wielkość cząstek, ilość pustej przestrzeni między nimi oraz stopień połączenia tych przestrzeni w ciągłe kanały. Jeśli kanały są słabo połączone, woda napotyka większy opór i przepływ zwalnia.

Do opisu tego zjawiska badacze wykorzystali teorię perkolacji, czyli wykorzystywany w geologii model, który opisuje przepływ cieczy przez materiały porowate. Dzięki niej mogli przełożyć strukturę kawy na konkretne parametry przepływu. Na podstawie danych z tomografii przeprowadzili symulacje komputerowe badając, jak zmienia się przepływ wody przy różnych ustawieniach młynka i różnych strukturach krążka.

Drobniejsze mielenie zmniejsza przestrzenie między cząstkami. W efekcie kanały, którymi płynie woda, stają się węższe i bardziej kręte. To zwiększa opór przepływu i wydłuża czas kontaktu wody z kawą, a właśnie ten czas decyduje o tym, ile związków rozpuszcza się w naparze. Jednocześnie nie chodzi tylko o średni rozmiar cząstek. Przy bardzo drobnym mieleniu pojawia się duża liczba najdrobniejszych frakcji, które wypełniają przestrzenie między większymi cząstkami i dodatkowo ograniczają przepływ.

Autorzy zwracają też uwagę na rolę kształtu cząstek. W wielu wcześniejszych modelach zakładano, że ziarna są kuliste. W rzeczywistości mają nieregularne formy, co zwiększa powierzchnię kontaktu z wodą i wpływa na przepuszczalność całej struktury.

Jeden model zamiast wielu ustawień

Na podstawie tych danych naukowcy opracowali model łączący najważniejsze parametry: wielkość cząstek, ich powierzchnię oraz stopień połączenia przestrzeni między nimi. W praktyce oznacza to możliwość przewidywania, jak zmiana mielenia czy dawki wpłynie na przebieg parzenia. Ma to znaczenie o tyle, że w standardowych ekspresach średnica sitka jest stała – zwykle 58 mm – więc grubość krążka zależy głównie od ilości kawy.

Model pokazuje też, że przepływ w typowych warunkach parzenia jest uporządkowany, ale bliski granicy, przy której zaczynają się bardziej złożone efekty związane z bezwładnością cieczy. Innymi słowy, niewielkie zmiany ustawień mogą wyraźnie zmienić przebieg ekstrakcji.

Dodatkowym czynnikiem jest zachowanie samej kawy w trakcie parzenia. Pod wpływem wody cząstki mogą pęcznieć. Szacunki przywoływane w pracy wskazują na wzrost objętości nawet o 30 proc., co zmniejsza przepuszczalność i dodatkowo spowalnia przepływ.

Lepsze zrozumienie zamiast prostych recept

Autorzy nie proponują jednego „idealnego” przepisu na espresso. Pokazują raczej, jak działa układ, który do tej pory opisywano głównie doświadczeniem i praktyką. Taki model można wykorzystać przy projektowaniu ekspresów i młynków, a także przy precyzyjnym ustawianiu parametrów parzenia. Pozwala on przejść od intuicji do przewidywania – bez upraszczania samego procesu.

Dla użytkownika oznacza to jedno: zmiana jednego parametru, na przykład stopnia mielenia, wpływa na cały układ. I ten wpływ można – przynajmniej w dużej mierze – opisać oraz przewidzieć.

Źródła:

• Andrew Paul, Mathematicians figured out the perfect espresso, Popular Science, 6 kwietnia 2026: https://www.popsci.com/science/best-espresso-science/
• Fabian B. Wadsworth i in., A model for the permeability of coffee pucks validated using X-ray computed micro-computed tomography, Royal Society Open Science 13(4), 2026, DOI: 10.1098/rsos.252031

• aktualności
• popularyzacja