Сложности кофе — от зерна к чашке

Лаборатория кофе

Кофе давно стал неотъемлемой частью нашей жизни. Для кого–то это ежедневная приятная привычка, благодаря которой человек можем взбодриться и, если необходимо, прояснить свой ум. Для других приготовление кофе — это целая церемония со своими особенностями и ритуалами. А некоторые посвящают изучению этого необычного продукта всю свою жизнь.

coffeeupto

Чтобы при каждом приготовлении кофе получать качественную чашку напитка, необходимо знать и понимать, насколько капризны зерна кофе при выращивании, обработке, обжарке и приготовлении, и как на каждом их этих этапов меняются сотни химических соединений, ответственных за вкус, аромат и тело напитка.

Знатоки считают, что вся сущность кофе больше всего раскрывается в эспрессо. Эспрессо представляет собой небольшую тяжелую фарфоровую чашку, наполовину заполненную непрозрачным напитком, который сверху покрыт бархатистой толстой красновато–коричневой пенкой, называемой крe’ма. Крe’ма состоит из крошечных пузырьков газа, заключенных в тонкие оболочки, несущие в себе отличительные ароматы данного кофе. Слово «эспрессо» относится к порции кофе, сделанной на заказ, которую варят при быстром просачивании горячей воды под давлением через слой измельченного сжатого и обжаренного кофе. В результате мы получаем не просто концентрированный раствор водорастворимых сухих веществ, в нем присутствуют разнообразные ароматические соединения в виде эмульгированных мельчайших капелек масла, которые все вместе придают эспрессо его однозначно богатый вкус и аромат.

Эксперты считают эспрессо идеальным методом приготовления кофе, т.к. специально созданные технические условия полностью раскрывают, усиливают и демонстрируют нам свойства, присущие кофейным зернам.

Высокое качество зерна не просто случайное явление, а результат поддержания строгого контроля множества факторов, как на плантации, так и производителями на заводе и, конечно же, в чашке.

Для одной порции эспрессо необходимо от 50 до 55 жареных кофейных зерен. Даже одно несовершенное зерно может все испортить. Именно поэтому человеческое обоняние и вкус в процессе эволюции возникли и развились как защитные механизмы, которые предостерегали наших предков от испорченных, вредных для здоровья продуктов. Только с помощью современных технологий можно экономично и последовательно выявить 50 почти идеальных зерен.

Выращивание кофе

grow

Кофейные зерна — это семена растений, принадлежащих к семейству Rubiaceae, которое содержит по меньшей мере 66 видов рода Coffea. Два вида, которые коммерчески эксплуатируются, — это арабика (на долю которой приходится две трети мирового производства) и C. Canephora, который часто называют робустой (ее доля — одна треть мирового производства).

Робуста из всех диких видов кофе имеет 22 хромосомы, в то время как арабика — 44. Таким образом, арабика с другими видами кофе не может быть скрещена для производства гибридных растений. Робуста — это высокоурожайное и устойчивое к болезням дерево, вырастающее до 12 метров в высоту и лучше всего произрастающее в теплом влажном климате. Ей характерен жесткий земляной аромат и повышенное содержание кофеина, который колеблется от 2,4 до 2,8%.

arobusta

Арабика, которая возникла на Эфиопском нагорье, является средне– и низкоурожайным тонким деревом высотой от трех до шести метров, которое требует умеренного климата и значительной помощи при выращивании. Кофе, приготовленный из арабики, имеет интeнсивный сложный aромат, который может напoминать цвeты, фрукты, мeд, шоколад, карамель или поджаренный хлеб. Содержание кофеина не превышает 1,5 % по массе. Из–за своего высокого качества и вкуса арабика продается по более высокой цене, чем более выносливая грубая Робуста.

Хороший уровень осадков спустя 210 дней вызывает появление на деревьях арабики красных или желтых плодов, которые называют вишнями. Каждая вишня содержит по два продолговатых семени — это кофейные зерна. Поскольку на одной и той же ветке могут присутствовать плоды двух цветов одновременно, ручная сборка спелых плодов (picking) будет самым эффективным методом, так как автоматизированные уборочные машины не выявляют различий между спелыми и незрелыми вишнями.

Несомненно, качество зерна зависит также и от генетики растений, почвы, на которой оно растет и микроклимата, который включает в себя такие факторы, как высота над уровнем моря, суточные колебания температуры, количество осадков и солнечных лучей. Наряду с процессом обжарки эти сельскохозяйственные и географические факторы отвечают за вкусовые различия между многими сортами кофе.

Обработка кофе

Вишни должны быть обработаны сразу же после сбора урожая. Производители используют два метода обработки: сушка на солнце (натуральный метод) и промывка (влажный метод).

Чтобы высушить собранные ягоды на солнце, их размещают во внутреннем дворике и часто перемешивают, чтобы они смогли равномерно нагреться и проветриться. Сушеные вишни затем подвергаются машинной обработке, в процессе которой удаляется высохшая мякоть и пергаментная оболочка. Это самый простой и более старый метод обработки зерна.

Существует и альтернативный подход, когда вишни механически очищают, промывают, сушат и затем удаляют пергаментную оболочку. Этот метод требует наличия у производителя специального оборудования и большого количества воды. И такой кофе, как правило, стоит дороже.

Цель любого метода — уменьшить содержание влаги в зеленых зернах с 65% до 10–12%. Производители высококачественного зерна используют различные сложные технологии, чтобы минимизировать процент брака кофейных зерен, в том числе и ультрафиолетовый анализ для обнаружения заплесневелых зерен.

Зерна, обработанные разными способами, отличаются и визуально. Так, например, семена, подвергшиеся влажному методу обработки, имеют более блестящую, чистую и гладкую поверхность. А на кофейных зернах, которые были обработаны сухим способом, присутствует остатки серебристой оболочки и сами зерна желтее обычных.

beabbeav

Зрелое зеленое кофейное зерно представляет собой тысячи клеток с диаметром 30–40 мкм и толстыми стенками, размер которых 5–7 мкм. Во время обжарки в клетках происходят все ключевые химические реакции, в результате которых появляется соблазнительный вкус и аромат кофе. Клетки незрелых зерен имеют более тонкие стенки. Также таким зернам не хватает важных ароматических предшественников, которые образуются на последних стадиях процесса созревания.

Декофеинизирование

Одним из возможных дальнейших этапов перед обжаркой кофе может стать процесс декофеинизирования. Многие люди хотят насладиться вкусом и ароматом кофе, но при этом не испытывать легкий стимулирующий эффект, который на организм оказывает кофеин. Поэтому процесс докофеинизирование получил такую популярность. Обычно качество чашки после декофеинизирования у большинства сортов кофе не меняется. Сам процесс происходит на промышленных предприятиях. Существует 4 способа удаления кофеина их зеленого зерна, которые отличаются веществом, используемым для извлечения данного алкалоида. Это может быть вода, этиловый спирт, сверхкритический углекислый газ или же дихлорметан.

img_0888-0

Все эти методы можно разделить на основные этапы:

замачивание зеленого зерна;
извлечение кофеина;
удаление растворителя (если применялся);
сушка зерен для возвращения нормальной влажности;
тщательный контроль условий, при которых происходит декофеинизирование, таких как температура, давление и время, так как экстракция кофеина происходит путем пассивного транспорта. Из–за разницы в концентрации кофеина внутри зерна и снаружи (в растворителе), происходит транспорт кофеина наружу из клеток, пока эти концентрации не сравняются.

Методы декофеинизации

1. Вода. Зеленый кофе погружают в воду, в которой через определенное время растворяется кофеин (по градиенту концентрации), впоследствии воду сливают. Однако наряду с кофеином зерно покидает большинство ароматических соединений. Чтобы предотвратить этот существенный недостаток, в раствор добавляют растворимые в воде компоненты кофе. Кофеин затем удаляется из раствора с помощью угля или других абсорбентов, а раствор насыщенный ароматическими соединениями может в дальнейшем повторно использоваться.

2. Этиловый спирт. Он содержится во многих фруктах и способствует появлению у того или иного фрукта своего характерного аромата. Также этот спирт в различных концентрациях содержится и в различных продуктах питания, в том числе в зеленом и жареном кофе. Для удаления кофеина из зерна используют смесь воды и этилового спирта. Так в добывающих резервуарах этиловый спирт циркулирует вокруг пропитанных водой кофейных зерен. Кофеин извлекается из зерна. Затем смесь воды, этилового спирта и кофеина сливается из резервуара, и процедура производится снова. Извлечение кофеина повторяется несколько раз, пока содержание кофеина в зерне не достигает 0,1% и ниже.

3. Сверхкритические или жидкий CO2. Углекислый газ — это легкодоступное вещество, содержащееся в большом количестве в воздухе, которым мы дышим, и в воде, которую мы ежедневно пьем. При определенных условиях он позволяет селективно (т.е. выборочно) извлекать кофеин из зеленого зерна, при этом оставляя в клетках большинство других необходимых зерну компонентов. Для использования углекислого газа в сверхкритическом состоянии (между жидким и газообразным состоянием) необходимо очень высокое давление — до 250 атмосфер. Поэтому это метод требует специального дорогостоящего оборудования. Жидкий CO2 может использоваться для удаления кофеина и при более низком давлении (65–70 бар) и низкой температуре, но для извлечения потребуется намного больше времени.
4. Метиленхлорид (т.е дихлорметан). Это наиболее распространенный способ декофеинизации. Дихлорметан действует избирательно на зерно и извлекает только кофеин. В добывающих резервуарах дихлорметан циркулирует вокруг пропитанных водой кофейных зерен. Затем эта смесь сливается и цикл вновь повторяется, пока содержание кофеина не станет 0,1% и ниже. А сам растворитель практически полностью удаляется не оставляя следов с помощью простого водяного пара.

Обжарка кофе

Обжарка кофе — это пиролитический процесс (т.е. процесс термического разложения органических и многих неорганических соединений), который значительно увеличивает химическую сложность кофе.
Аромат зеленого кофе содержит около 250 различных летучих соединений, в то время в аромате обжаренного кофе эта цифра превышает 800.

roasting

Под воздействием температуры остаточная вода внутри каждой клетки превращается в пар, который способствует разным сложным химическим реакциям между огромным числом сахаров, белков, жиров и минералов. При высокой температуре, от 185 до 240 °С, сахара в сочетании с аминокислотами, пептидами и белками вступают в процесс карамелизации, который называется реакцией Майяра. Конечные продукты этого процесса коричневые сладко–горькие глюкозамины и меланоидины, вместе с углекислым газом, образуют характерный, доминантный вкус кофе. Одновременно широкий спектр ароматических соединений с меньшей массой (это летучие вещества) дают кофе знакомый аромат. Во время обжарки давление внутри каждой клетки увеличивается до 25 атмосфер, пар и углекислый газ пытаются высвободиться из зерна, но упираются в толстые, с низкой пористостью клеточные стенки, покрытие маслом. Некоторые клетки в конце концов лопаются, создавая характерный отрывистый звук. Во время обжарки, объем кофейного зерна увеличивается наполовину или более; а масса зерен уменьшается на одну пятую.

unrarВ зависимости от температуры, обжарка может длиться от 90 секунд до 40 минут. 12 минут считаются оптимальным вариантом. Термодинамика внутриклеточных реакций различается в зависимости от обжарки. Короткое время обжарки, которое требует много тепловой энергии, сводит к минимуму потерю веса, но придает чашке кофе металлическую горечь, связанную с наличием полифенолов, у которых нет достаточно времени, чтобы среагировать нужным образом. Длительная обжарка, часто используется в бедных странах, в которых многие потребители могут себе позволить только недорогие, дефектные зерна. Под длительным воздействием температуры зерна теряют посторонние привкусы и запахи. К сожалению, желательный вкус и аромат также уходят, в результате чего получается довольно горькая чашка кофе.
Чем выше конечная температура обжарки, тем менее желательным будет аромат и сильнее горечь. И наоборот, низкая температура обжарки не в полной степени раскрывает аромат, а во вкусе обычно на первый план выходит кислотность.

Аромат кофе

smell

Исследователи обычно анализируют ароматы, выделяющиеся при обжарке кофейных зерен методом газовой хроматографии в сочетании с ольфактометрией (это измерение остроты обоняния при помощи специальных приборов — ольфактометров). Масс–спектрометрия часто применяется для определения химического состава каждого запаха. Вдыхая ароматы жареного кофе можно распознать ароматы розы, чая дарджилинг, шоколада, ванили и фиалки, а также трюфелей, супа, сыра и др. Присутствие молекул таких химических веществ, как этилбутаноат и этилгликолят, которые ответственны за неприятный запах незрелых зерен, портит чашку. Кроме того, молекулы метилизоборнеола и трихлороанизола (ТХА) придают характерный землистый, химический запах Робусте. ТХА, который также называют «Рио–вкус», потому что он был впервые обнаружен в кофе, выращенном около Рио–де–Жанейро, также можно почувствовать и в закупоренном вине. Восприятие это запаха является своеобразным обонятельным порогом для человека.

Приготовление кофе

brewespresso

Следующий важный шаг в превращении зерен кофе в чашку эспрессо — это экстракция активных веществ из молотого кофе под воздействием горячей воды. Взаимодействие горячей воды и кофе при приготовлении
эспрессо отличается от приготовления кофе с использованием фильтра. Так, при капельном методе приготовления, вода свободно проходит через крупные частицы молотого кофе. После 4–6 минут контакта кофе с горячей водой в раствор переходит большая часть растворимых веществ, находящихся в обжаренном кофе. Таким образом, в чашке кофе будет содержаться большое количество водорастворимых кислот и кофеин. Приготовление же эспрессо позволяет меньшему количеству кислот и кофеина (50–71% кофеина) раствориться в напитке.
Приготовление кофе эспрессо требует специального оборудования, которое может нагреть воду до температуры от 90 до 94 °С и создать давление до девяти атмосфер. Молотый кофе тонкого помола помещают в перфорированную корзину и плотно утрамбовывают. Сжатые частицы молотого кофе прилипают друг к другу благодаря тонкому слою масла. Это масло связывает частицы вместе, образуя лабиринт из небольших воздушных путей. Гидравлическое сопротивление такого слоя утрамбованного молотого кофе должно быть немного меньше, чем давление пара, что позволит воде пройти через кофе со скоростью около миллилитра в секунду.
Используя рекомендуемые 25–30 секунд для экстракции, в итоге получается около 25–30 мл плотного кофе с пенкой (кре’ма).

Крема

Крéма — это плотная, красно–коричневая пена, которая находится сверху эспрессо. Состоит в основном из крошечных пузырьков углекислого газа и водяного пара (большие круги), окруженных оболочкой. Крeма включает также эмульгированные масла, содержащие ключевые ароматические соединения (частицы с красной каемкой) и темные фрагменты клеточной структуры кофе.

extraction
1. Недостаточная экстракция; 2. Оптимальная экстракция; 3. Избыточная экстракция.

Если цвет пены светлый (1), это означает что произошла недостаточная экстракция веществ, по одной или нескольким следующим причинам:

  • помол слишком грубый;
  • температура воды низкая;
  • малое время;
  • слишком тонкий помол;
  • слишком много кофе использовалось при закладке.

Если пенка имеет темный цвет или же есть разрыв в виде дыры посередине (2)
Для избыточной экстракции характерно наличие белой пенки с крупными пузырями. Это происходит, когда вода в кофемашине слишком горячая. Просто белое пятно в центре чашки означает, что время приготовление эспрессо было слишком долгим.
При приготовлении эспрессо также вымываются компоненты, присутствующие на поверхности молотого кофе, в том числе ароматические масла и кусочки клеточной структуры. Высокое давление, создаваемое эспрессо–машиной эмульгирует небольшое количество масла, около 0,1 грамма на чашку. Неповрежденные клетки молотого кофе производят газы (в частности, углекислый газ), проходящие через крошечные поры в клеточной стенке. Некоторые очень тонкие частицы молотого кофе также могут попасть в напиток вместе с фрагментами клеточной стенки, которые придают пенке вид тигровой кожи.

imeofextraction

Конечным результатом является многофазная коллоидная система, в которой молекулы воды связаны с дисперсией пузырьков газа, капель масла и твердых фрагментов, каждый из которых размером менее 5 микрон. Коллоидный характер дисперсии придает напитку высокое тело, вязкость и низкое поверхностное натяжение.
Одна из распространенных проблем, которую можно часто встретить в небольших кофейнях с недостаточно обученным персоналом — это увеличение времени экстракции. Такая чрезмерная экстракция (за пределами рекомендуемых 30 секунд) приводит к включению нежелательных и менее растворимых ароматических соединений в напиток (на графике они отмечены красным цветом). В результате чего в полученном эспрессо горький и жженный вкус с дымным ароматом подавляет все остальные вкусовые и ароматические характеристики и особенности кофе.

Кофейные зерна проходят долгий путь от плантации, на которой выращивались, до того момента, как попадают в руки бариста. Порой этот временной промежуток может составлять многие месяцы, а для некоторых сортов арабики и годы. И на каждом этапе необходимо соблюдать свои параметры и условия. Только при их постоянном контроле и регулировке в зернах будут проходить все необходимые химические реакции, которые приведут к конечном итоге к появлению в кофе такого интенсивного, богатого аромата и неповторимого вкуса.

Автор записи: specialty

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *