زمان دم آوری قهوه بر چه اساسی تغییر می‌کند؟

اگر به اندازه‌گیری شات های اسپرسو عادت دارید، زمان دم آوری قهوه ممکن است ابزاری باشد که اغلب برای تعیین اینکه آیا اندازه آسیاب شما برای آن قهوه و تنظیم مناسب تنظیم شده است یا خیر استفاده می کنید. این موضوع ممکن است شما را به این باور برساند که زمان کل دم کردن نیز یک مفهوم بسیار مفید در زمینه دم‌آوری قهوه‌های فیلتری است، به عنوان مثال برای ارتباط با اندازه آسیاب دلخواه شما.

من فکر می کنم که واقعاً اینطور نیست، و من می خواهم دلایل آن را بیان کنم. من حتی کمی شک دارم که زمان شات در زمینه عصاره گیری اسپرسو مفید باشد، به خصوص زمانی که به صورت آنلاین با باریستاهای مختلفی که در شرایط مختلف زندگی می کنند ارتباط برقرار می شود، اما من نظر محکمی در مورد تهیه اسپرسو ندارم، زیرا تعداد انباشته شات‌هایی که در طول عمرم اندازه گیری کرده ام در حال حاضر مجموعاً ۱ است. بنابراین، حداقل در حال حاضربیایید بیشتر روی قهوه های فیلتری تمرکز کنیم.

دلیل اینکه فکر می‌کنم زمان دم کردن چندان مفید نیست ساده است: من فکر می‌کنم متغیرهای زیادی وجود دارند که بر آن تأثیر می‌گذارند، که تعدادی از آنها تقریباً هرگز اندازه‌گیری نمی‌شوند، و در برخی از آنها همیشه اندازه‌گیری دقیق دشوار است. من شخصاً تلاش می‌کنم در نهایت همه آنها را اندازه‌گیری کنم تا نوشیدنی هایم را تا جایی که می‌توانم تکرار کنم، اما هنوز مطمئن نیستم که اصلاً این یک هدف واقعی است یا خیر.

 

قانون دارسی

اگر بخواهیم بفهمیم چه چیزی بر زمان تخلیه تاثیر می گذارد، مراجعه به قانون دارسی بسیار مفید است. این یک معادله تجربی است که نحوه نفوذ مایع را در یک محیط جامد متخلخل توصیف می کند. به عبارت دیگر، در ابتدا مستقیماً از مشاهدات و آزمایش‌ها استنتاج می‌شد تا از مفاهیم بنیادی فیزیک. ما اکنون به اندازه کافی در مورد فیزیک هیدرودینامیک می دانیم که می توان آن را از اصول اساسی تری استخراج کرد، اما فقط در شرایط خاصی معتبر است که تقریباً همیشه در دم کردن قهوه و به طور کلی در زندگی روزمره رعایت می شود.

برای کسانی که از نظر ریاضی بیشتر تمایل دارند، اجازه دهید نگاهی به قانون دارسی اعمال شده در مورد مایعی که از طریق یک محیط استوانه ای به پایین جریان می یابد، بیندازیم، و سپس آن را با کلمات توضیح می دهم:

 

در معادله بالا، Q نشان‌دهنده دبی است، حجم آبی است که از محیط نفوذ بر حسب واحد حجم در هر زمان (مثلاً میلی‌لیتر بر ثانیه) خارج می‌شود.

k نفوذپذیری محیط متخلخل است که می تواند معکوس مقاومت آن نیز باشد. یک محیط نفوذ پذیرتر اجازه می دهد آب بیشتری در مدت زمان مشخصی از آن عبور کند. واحد فیزیکی k یک سطح است (مثلاً m²).

A فقط مساحت سطح محیط است (به یاد داشته باشید که ما قانون دارسی را در یک هندسه استوانه ای به کار می بریم، بنابراین A در تمام اعماق یکسان است).

μ ویسکوزیته دینامیکی مایع است. برای بسیاری از مایعات خالصی که در زندگی روزمره با آن مواجه می شویم، مانند آب مقطر و الکل کم است، اما برای مواد پیچیده تر یا ناهمگن مانند عسل یا روغن زیتون می تواند بسیار بزرگ شود.

ویسکوزیته (گرانروی) دینامیکی گاهی اوقات ویسکوزیته مطلق نیز نامیده می شود و نشان دهنده میزان مقاومت یک مایع در برابر تغییر شکل است. هرچه یک مایع چسبناک تر باشد، عبور آن از منافذ کوچک سخت تر خواهد بود.

L طول کل محیط نفوذ است که در مورد ما معمولاً با عمق یک بستر قهوه مطابقت دارد.

ρ فقط چگالی جرم مایع است (به عنوان مثال بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب)،

g سرعت شتاب اجسام هنگام سقوط آزادانه در سطح زمین (تقریباً 9.8 متر بر ثانیه)

h ارتفاع کل ستون است. مایعی که در حال نفوذ است (همچنین مایع را در بالای سطح محیط جامد به حساب می اورد ). Δp

به تفاوت فشار زیر در مقابل بالاتر از محیط نفوذ اشاره دارد (در فیزیک و ریاضیات، ما از این مثلث عجیب و غریب رو به بالا برای نشان دادن یک تغییر یا تغییر استفاده می کنیم). در مسئله اسپرسو، این فشار اتمسفر (زیر پاک) منهای فشاری است که دستگاه روی سطح قهوه وارد می کند. در اینجا یک علامت منفی وجود دارد به دلیل اینکه اختلاف فشار را تعریف کردیم، به طوری که فشار رو به پایین منجر به جریان مثبت مایع می شود.

شاید شما که با قانون دارسی کار کرده اید به شکل بالا با آن برخورد نکرده باشید: اغلب به شکل ساده تری نشان داده می شود که در آن عبارت ρgh نادیده گرفته می شود.

زیرا اغلب در شرایطی اعمال می شود که فشار اعمال شده روی مایع بسیار مهمتر از وزن مایع است (مانند مورد اسپرسو).

اما برای ریختن روی قهوه، ما در زمینه جریان گرانشی هستیم و بنابراین این شکل کلی تر از قانون دارسی مفید است.

 

اکنون که همه اصطلاحات قانون دارسی را تعریف کردیم، اجازه دهید آن را با کلمات در زمینه قهوه توضیح دهیم. اساساً می گوید که هر یک از این تغییرات باعث می شود جریان آب از زیر با سرعت بیشتری خارج شود:

بستر قهوه با نفوذپذیری بیشتر؛

سطح قهوه پهن تر؛

بستر قهوه کم عمق تر؛

آبی که چسبناک تر است.

آب متراکم تر؛

دم کردن از سطح یک سیاره متراکم تر؛

اعمال فشار در بالای بستر قهوه.

 

این تغییرات ترکیبی و مستقل از یکدیگر هستند و همچنین خطی هستند، یعنی دو برابر شدن هر یک از موارد ذکر شده در بالا، مثلاً جریان را دو برابر می کند. تغییر هندسه دم‌افزار همه این روابط را تغییر نمی دهد و فقط یک ثابت تناسب (یعنی یک عدد) را در مقابل سمت راست معادله اضافه می کند.

 

همانطور که می توانید تصور کنید، هرچه آب سریعتر در بستر قهوه جریان یابد، زمان دم کردن شما کوتاهتر خواهد بود. بنابراین، می‌توانیم به همه این اصطلاحات در قانون دارسی به عنوان متغیرهای بالقوه‌ای نگاه کنیم که بر زمان دم کردن تأثیر می‌گذارند. از قبل می توانید ببینید که تعداد کمی از آنها وجود دارد، اما حتی بدتر از آن است. برخی از اصطلاحات بالا بیش از یک متغیر را که با هم ترکیب شده اند پنهان می کنند. چشمگیرترین آنها نفوذپذیری است. در مسئله pour over، تحت تأثیر متغیرهای زیر قرار می گیرد:

 

اندازه آسیاب (قهوه درشت تر نفوذپذیرتر است، قهوه ریزتر مقاومت بیشتری دارد).

نفوذپذیری فیلتر قهوه (تحت تاثیر منافذ و ضخامت آن)؛

برجستگی های داخل دیواره دم افزار و خزش فیلتر (آنها اجازه می دهند هوا به سمت بالا در خارج از فیلتر جریان یابد و نفوذپذیری را افزایش می دهد).

اشباع بودن بستر قهوه (تخت قهوه اشباع شده با آب، نفوذپذیری آن را افزایش می دهد، که احتمالاً مهمترین دلیل شکوفه زدن است).

اندازه آسیاب چندین متغیر دیگر را نیز پوشش میدهد:

اندازه آسیاب که آسیاب خود را روی آن تنظیم کرده اید (که حتی بین دو واحد از یک مدل آسیاب متفاوت است).

سرعت چرخش آسیاب (چرخش سریعتر معمولاً سابه های ریز تری ایجاد می کند).

طراحی آسیاب؛

سطح، دم افزار، مواد و تراز آسیاب.

درجه حرارت دانه ها هنگام آسیاب کردن آنها (مقاله بعدی).

اقلیم دانه، گونه، فرآوری، توسعه برشته شدن و گذر زمان – همه این متغیرها بر سختی و تراکم دانه تأثیر می‌گذارند که باعث می‌شود در حین آسیاب کردن آن کمتر یا بیشتر خرد شود. اما اگر قهوه بیشتر خرد شود، ریزدانه های بیشتری ایجاد می کند و منجر به بستر قهوه کمتر نفوذپذیر می شود.

عیوب دقیق و تغییرات در رسیده شدن دانه قهوه سبز، رطوبت نیز احتمالاً بر برشته شدن و خرد شدن تأثیر می گذارد.

عرض و عمق بستر قهوه را می توان به عنوان وابسته به متغیرهای شهودی و کاربردی تر بیان کرد:

 

هندسه دم افزار؛

دوز قهوه (بر حسب گرم)؛

چگالی جرم قهوه (قهوه با چگالی کمتر باعث ایجاد بستر عمیق تری برای همان دوز می شود).

 

ویسکوزیته و چگالی آب

ما با تمام شدن فاصله داریم. ممکن است فکر کنید که ویسکوزیته و چگالی آب مقادیر ثابت و مشخصی هستند، اما اینطور نیست: آنها به دمای آب بستگی دارند! اثر تغییر چگالی آب در زمینه دم کردن قهوه بسیار کم است، همانطور که این داده ها نشان می دهد:

 

 

در فشار اتمسفر سطح دریا، تفاوت چگالی آّب دمای اتاق با چگالی آب در حال جوش فقط حدود 4٪ است. با این حال، تغییر در ویسکوزیته کم نیست این نمودار ویسکوزیته آب (به رنگ قرمز) را از داده ها (به طور خاص، IAPWS 2008 و Engineers Edge Machinery’s Handbook) ساختم:

 

 

بنابراین تفاوت بین ویسکوزیته آب در دمای اتاق و آب جوش حدود 70٪ است! در شکل بالا، من همچنین برخی از دمای مایع بینابینی معمولی را که با شیشه یا پلاستیک V60 به دست آوردم، مشخص کردم، و نحوه تاثیرگذاری بر جریان در صورت ثابت نگه داشتن بقیه موارد (به رنگ آبی) را مشخص کردم.

همانطور که می بینید، آب گرمتر به میزان قابل توجهی چسبناک کمتری دارد و بنابراین سریعتر در بستر قهوه جریان می یابد. و لطفاً فکر نکنید که من اینجا در مورد دمای کتری صحبت می کنم! من این را فقط به این دلیل نمی‌گویم که خوانش دماسنج کتری قابل اعتماد نیست (که در تجربه من اینطور نیست)، بلکه به این دلیل که دمای کتری تنها یکی از متغیرهایی است که بر دمای آب هنگام نفوذ در قهوه تأثیر می‌گذارد (یعنی. ، در مایع بینابینی)؛ این متغیرهای اضافی نیز به طور قابل توجهی بر دمای مایع بینابینی تأثیر می‌گذارند:

 

متریال دم افزار (یعنی هم جرم حرارتی و هم رسانایی آن)؛

دمای اتاق؛

هر گونه جریان هوا در اتاق؛

دمای قهوه آسیاب شده شما؛

لحظه در حین دم کردن (دما معمولاً در نوسان است)؛

استپ های شما چند بار است (ریختن بیشتر منجر به مایع بینابینی خنک‌تر می‌شود).

 

بی کربنات ها، سختی ها و ویسکوزیته

ویسکوزیته آب نیز تحت تأثیر سختی و قلیائیت کلی آن است (من در اینجا به تفصیل در مورد این مفاهیم صحبت می کنم)، اما تأثیر آن بسیار کم است مگر اینکه آب بسیار غیر معمولی داشته باشید. بیایید آن را کمی بیشتر کنیم. طبق این نشریه علمی، ویسکوزیته آب به محتوای بی کربنات آن بستگی دارد:

 

 

افزودن Na2CO3 در غلظت 1 mol/L منجر به قلیایی کل 2000 meq/L یا در واحدهایی که بیشتر با آن آشنا هستیم، حدود 100000 ppm به عنوان CaCO3 می شود. این مقدار بی کربنات برای تقریبا دو برابر شدن ویسکوزیته آب مورد نیاز است. با توجه به اینکه دستور العمل های آب دم برای قهوه تقریباً کمتر از 80 ppm به عنوان CaCO3 هستند، می توانیم با خیال راحت از تأثیر قلیاییت کل بر ویسکوزیته چشم پوشی کنیم.

ویسکوزیته آب نیز به طور مشابه تحت تأثیر سختی عمومی آن است، در اینجا مثالی از نحوه افزایش آن با افزودن کلرید کلسیم به آب آورده شده است

با این حال، ما در مورد غلظت 10٪ (بر اساس جرم) برای دو برابر شدن ویسکوزیته آب صحبت می کنیم، که به طرز دیوانه کننده ای بزرگتر از سختی آب معمولی است که برای قهوه استفاده می کنیم: حتی برای دستیابی به سختی “Hard AF” Barista Hustle با کلرید کلسیم نیاز به غلظت کمتر از 0.03٪ در جرم دارد.

بنابراین می‌توانیم با خیال راحت تأثیر سختی کل آب را بر ویسکوزیته آن نادیده بگیریم و فقط به دمای آن اهمیت دهیم.

 

ویسکوزیته در عمق بستر قهوه

چیز دیگری وجود دارد که بر ویسکوزیته در مایع بینابینی تأثیر می گذارد. غلظت ترکیبات قهوه استخراج شده از ذرات قهوه. در دم کردن اسپرسو، غلظت بالای نوشیدنی می تواند باعث شود که 2 تا 3 برابر آب ورودی چسبناک شود (

برای قهوه فیلتری، می‌توان انتظار داشت که اثر بسیار کوچک‌تر باشد، اگر فرض کنیم که تابع خطی غلظت است، حدود 30 درصد افزایش می‌یابد. این هنوز قابل چشم پوشی نیست، و به این معنی است که ویسکوزیته آب در نزدیکی کف بستر قهوه کمی کندتر جریان می یابد با این حال، برای روش دم‌آوری ثابت، هندسه دم افزار و نوع قهوه، مشخصات غلظت نسبت به عمق و زمان باید هر بار که قهوه دم می‌شود یکسان باشد، بنابراین این تأثیر را می‌توان زیر چتر این سه متغیر مستقیم دیگر دسته‌بندی کرد.

ما هنوز بسیاری از متغیرها را بین پرانتزهای بزرگ قانون دارسی باز نکرده ایم، و اینها متغیرهایی هستند که زمان بندی را بسیار بدتر از زمان بندی اسپرسو می کنند. در مورد اسپرسو، عبارت Δp بسیار بزرگتر از عبارت ρgh است، و این بدان معنی است که تکرار دقیقاً همان فشار فشار در هر بار، اطمینان حاصل می کند که زمان شات فقط به متغیرهایی که قبلاً در بالا مطالعه کردیم بستگی دارد.

از آنجایی که ما در سطح مریخ قهوه دم نمی‌کنیم ،تنها یک متغیر دیگر وجود دارد که ما در نظر نگرفته‌ایم،

ارتفاع آب در V60 شما یا h، چه چیزی زمان‌بندی را سخت‌تر می‌کند. این به یک متغیر ورودی بستگی دارد که ما به ندرت آن را کنترل و اندازه گیری می کنیم: سرعت ریختن آب از کتری.

کسی که مقدار زیادی آب را در یک بار ریختن سریع می‌ریزد، یک ستون بسیار بلند از آب در V60 می‌سازد، و خیلی سریع‌تر جریان می‌یابد، و خیلی زودتر دم کردن را تمام می‌کند، نسبت به یک باریستا که آهسته‌تر می‌ریزد یا در چند مرحله کمتر. به طور مشابه، طول شکوفه بدیهی است که کل زمان دم کردن را تحت تأثیر قرار می دهد زیرا دوره ای است که در آن آب از کتری ریخته نمی شود. هندسه دم افزار نیز بر ارتفاع ستون آب تأثیر دارد، اما کنترل یا ثابت نگه داشتن آن بسیار آسان تر است.

 

شکست قانون دارسی

همچنین شرایطی در حین دم کردن آب وجود دارد که در آن قانون دارسی شکست می خورد، هرچند معمولاً فقط به صورت لحظه ای. قانون دارسی فقط برای یک محیط متخلخل ثابت معتبر است و چند چیز وجود دارد که می تواند ساختار بستر قهوه را که محیط متخلخل ما است تغییر دهد:

 

. آماده سازی بستر قهوه (توزیع، شکوفه دادن، چرخش پس از شکوفه، و ضربه زدن در زمینه اسپرسو).

. مقدار هم زدن: آبی که سریعتر یا از بالاتر ریخته می شود، قسمت های بالایی بستر قهوه را بلند می کند و به طور موقت آن را کم عمق می کند و جریان را افزایش می دهد (استفاده از دستگاه هایی مانند Gabi B یا Melodrip باعث از بین رفتن بیشتر یا تمام هم زدن می شود).

. کانال سازی: ظاهر یک کانال بزرگ می تواند نفوذپذیری بستر قهوه را افزایش دهد.

. فرسایش، که به آن حرکت ریزدانه ها نیز می گویند: ذرات ریزتر قهوه که توسط آب به پایین منتقل می شوند، می توانند نفوذپذیری بستر قهوه را کاهش دهند. این همچنین می تواند باعث مسدود شدن فیلتر شود که نفوذپذیری را حتی بیشتر کاهش می دهد.

. عامل مهم دیگری که ممکن است بر زمان دم کردن تأثیر بگذارد این است که چقدر ذرات قهوه در مرحله بلومینگ متورم می شوند. همانطور که قهوه متورم می شود، شکاف بین ذرات را کمی می بندد و به طور موثر بستر قهوه را کمتر متخلخل می کند. من مطمئن نیستم که چه خواص قهوه بر میزان تورم آنها تأثیر می گذارد، اما این امکان وجود دارد که دانه های با سختی یا تخلخل ذرات متفاوت به طور متفاوتی متورم شوند. دلیل پیش خیساندن در اسپرسو هم کمتر کردن میزان کانال سازی با تورم دانه هاست.

 

یک نکته نهایی نیز وجود دارد که به راحتی می توان فراموش کرد: روش دقیقی که ما برای تعریف شروع و پایان دم کردن انتخاب می کنیم نیز یک عامل است. برای ریختن روی قهوه، یک انتخاب واضح برای شروع تایمر زمانی است که آب کتری به سابه های خشک برخورد می کند، اما لحظه ای که دم کردن به پایان می رسد کمی آشکارتر است. من شخصاً تصمیم می‌گیرم زمانی که سطح آب دم‌آوری از سطح بستر قهوه عبور می‌کند و می‌توانم نور محیط را برای اولین بار روی سطح قهوه خیس بازتاب می‌کند، تایمر را متوقف کنم. من بیشتر این لحظه را انتخاب می کنم زیرا به راحتی قابل تکرار است.

 

فهرست گشتره ای از عوامل موثر بر قانون دارسی در دم آوری چکانه ای

 

تنظیم آسیاب، سرعت چرخش، مدل، نقطه صفر، فرز و تراز.

اقلیم قهوه، واریته، فرآوری و سایر خصوصیات دانه (نقایص، خشک شدن، رسیدن و غیره)، فرآیند دقیق برشته کردن و توسعه و پیری دانه.

مدل دم افزار (هندسه، مواد، برآمدگی های دیوار داخلی);

دستور دقیق دم کردن (طول و کارایی بلومینگ، تعداد دفعات، دستگاه های فشار یا مکش، دوز قهوه، مشخصات فشار در زمینه اسپرسو)؛

دمای دم؛

سرعت و ارتفاع جریان کتری یا هر چیز دیگری که بر هم زدن تأثیر می گذارد.

دمای اتاق، دانه و آسیاب؛

مدل فیلتر دقیق (به عنوان مثال، تب هاریو و جداول متفاوت هستند)؛

جریان هوا در اتاق؛

توزیع و آماده سازی بستر قهوه (و در صورت لزوم کوبیدن).

کانال کشی و فرسایش؛

نحوه شروع و پایان دم کردن تعریف می شود.

 

اکنون، اگر می‌خواهید زمان دم کردن ثابتی داشته باشید، باید تمام موارد بالا را اندازه‌گیری، کنترل و اصلاح کنید، که کار ساده‌ای نیست. اگر می‌خواهید از زمان دم کردن برای ارتباط با اندازه آسیاب استفاده کنید، نه تنها دو نفری که صحبت می‌کنند باید آسیاب، نقطه صفر و هم‌ترازی حفره‌های یکسانی داشته باشند، بلکه باید همان قهوه را بنوشند، قطره‌چکان، فیلترها، آب دقیقاً یکسان داشته باشند. دما، دستور رسپی تا سرعت ریزش، و غیره.

می توانید ببینید که چرا به نظر من زمان دم کردن آنقدرها برای ارتباط مفید نیست!