Наука и жизнь
Вчера
.jpeg)
Петербуржец Мекленбургский
ФИЗИКА ДЛЯ ГУРМАНОВ
Обзор немецких медиа
-
Участники дискуссии:
56 -
Последняя реплика:
10 часов назад
Кофе может стать предметом роскоши. Как это часто бывает, виной тому — изменение климата. Жара и засуха делают выращивание растения Coffea arabica всё более сложным. В прошлом году цена на бобы на Нью-Йоркской товарной бирже достигла самого высокого уровня с 1977 года.
Ввиду надвигающегося дефицита идея получить как можно более крепкий кофе из имеющихся зёрен является очевидной. Арнольд Матиссен тоже так думал. А поскольку он физик, точнее, специалист по механике жидкостей в Пенсильванском университете, он применил научный подход к этому вопросу. «Благодаря этому исследованию нам удалось сделать процесс экстракции кофе более эффективным, а несколько процентов могут иметь большое значение», — говорит он.
Уместно сказать, что исследование началось не в лаборатории, а там, где, по крайней мере, по словам Матиссена, «учёные встречаются и совместные исследования начинаются естественным образом»: на кофейной кухне его института.
Рядом с кофемолкой, эспрессо-машиной, чайником и фильтром для сваренного вручную кофе лежит блокнот. Сотрудники, которые сами готовят кофе, записывают его вкус, а также детали приготовления. В случае с кофе, заваренным вручную, это включало в себя высоту, на которой они наливали воду в фильтр.
Ввиду надвигающегося дефицита идея получить как можно более крепкий кофе из имеющихся зёрен является очевидной. Арнольд Матиссен тоже так думал. А поскольку он физик, точнее, специалист по механике жидкостей в Пенсильванском университете, он применил научный подход к этому вопросу. «Благодаря этому исследованию нам удалось сделать процесс экстракции кофе более эффективным, а несколько процентов могут иметь большое значение», — говорит он.
Уместно сказать, что исследование началось не в лаборатории, а там, где, по крайней мере, по словам Матиссена, «учёные встречаются и совместные исследования начинаются естественным образом»: на кофейной кухне его института.
Рядом с кофемолкой, эспрессо-машиной, чайником и фильтром для сваренного вручную кофе лежит блокнот. Сотрудники, которые сами готовят кофе, записывают его вкус, а также детали приготовления. В случае с кофе, заваренным вручную, это включало в себя высоту, на которой они наливали воду в фильтр.
Мы попробовали несколько способов и поняли, что кофе становится лучше, — говорит Матиссен.
Поэтому они начали эксперимент, чтобы систематически исследовать высоту, с которой падает вода, и толщину струи.
Матиссен и два его студента изначально не стали проводить этот эксперимент с кофе, так как они хотели наблюдать за тем, что именно происходит в фильтре. Поэтому они использовали порошок силикагеля в качестве прозрачного заменителя кофе. Они поместили его в прозрачный фильтр, залили водой и с помощью высокоскоростной камеры сняли, как она смешивается с порошком.
Исследователи добились наилучшего смешивания, когда струя имела определённую проникающую способность. Тогда она проделывала отверстие в порошке. Почти как водопад разрушает скалу, на которую он попадает. Частицы порошка неоднократно падали в это отверстие подобно лавине, затем взвихривались и снова смешивались с водой, пишет команда в журнале «Physics of Fluids». В последнем эксперименте исследователи подтвердили своё наблюдение с помощью настоящего кофейного порошка, в результате чего были выработаны следующие советы по приготовлению максимально крепкого кофе ручной варки:
— Наливайте воду с большой высоты: «Таким образом, вода обладает большой энергией при падении на землю под действием силы тяжести и вызывает лавины в порошке», — говорит Матиссен. В своём исследовании он лил воду с высоты до полуметра. Однако на практике он рекомендует использовать высоту около 30 сантиметров. «Вы должны быть осторожны: в конце концов, Вы работаете с кипящей водой».
— Струя должна быть ламинарной: это трудно измерить, но на практике это означает, что вода образует ровный поток и не распадается на отдельные капли. Тогда она теряет свою проникающую способность. Струя распадается, если она слишком тонкая. В эксперименте эффективной оказалась струя шириной около 0,6 сантиметра. «Это примерно соответствует диаметру носика кувшина с лебединым горлышком, который используется для приготовления кофе», — говорит Матиссен. Однако Вы можете добиться этого и с помощью любого другого кувшина, если будете наливать равномерно.
— Не торопитесь: чем больше времени вода находится в контакте с кофейным порошком, тем больше ингредиентов экстрагируется и тем крепче получается кофе. Это означает: наливайте медленно. Однако здесь необходимо чувство меры, потому что если Вы будете наливать слишком медленно, Вы рискуете, что струя станет слишком тонкой и, следовательно, нестабильной.
Но есть два важнейших вопроса. Первый: научно правильно сваренный кофе может быть крепким, но приятным ли он на вкус? С научной точки зрения, лучшим способом разобраться в этом вопросе было бы использование газовой хроматографии. Сам Матиссен говорит, что ему нравится вкус кофе, но проблема чрезмерно сваренного кофе заключается в горьких молекулах. Обычно они высвобождаются из порошка только через некоторое время. Однако, поскольку его метод в первую очередь влияет на смешивание порошка с водой, а не на продолжительность заваривания, этого не должно происходить. В любом случае, вкус также зависит от степени помола и температуры воды. В эксперименте эти факторы не учитывались.
Второй вопрос заключается в том, действительно ли Вы можете сэкономить кофе, используя этот метод. Матиссен отвечает утвердительно: по его словам, наливая кофе выше, он использовал на 5-10% процентов меньше кофейного порошка.
Исследование также имеет ценность, выходящую за рамки наслаждения кофе. «Механика водяных струй хорошо изучена, как и движение гранулированного материала», — говорит Матиссен. Но что именно происходит с механической точки зрения, когда струя воды падает на гранулированный материал, до сих пор остаётся загадкой для физиков. Такие вопросы актуальны, например, для того, чтобы выяснить, насколько сильно размывает почву выход плотины, насколько хорошо очистные сооружения смешивают сточные воды или как водопады изменяют русло реки. Эксперименты с порошком и струей воды могут дать первые указания на то, как эти крупномасштабные процессы можно моделировать и исследовать в малых масштабах.
Эксперименты, подобные эксперименту с кофе, также могут помочь заинтересовать людей в науке. «Это исследование, которое каждый может провести на своей кухне», — говорит Матиссен. В Филадельфии он организует семинары для школьников, на которых они исследуют кулинарные вопросы с точки зрения физики. «Иногда Вы узнаёте что-то новое из этих экспериментов, а иногда даже совершаете новое открытие».
Матиссен и два его студента изначально не стали проводить этот эксперимент с кофе, так как они хотели наблюдать за тем, что именно происходит в фильтре. Поэтому они использовали порошок силикагеля в качестве прозрачного заменителя кофе. Они поместили его в прозрачный фильтр, залили водой и с помощью высокоскоростной камеры сняли, как она смешивается с порошком.
Исследователи добились наилучшего смешивания, когда струя имела определённую проникающую способность. Тогда она проделывала отверстие в порошке. Почти как водопад разрушает скалу, на которую он попадает. Частицы порошка неоднократно падали в это отверстие подобно лавине, затем взвихривались и снова смешивались с водой, пишет команда в журнале «Physics of Fluids». В последнем эксперименте исследователи подтвердили своё наблюдение с помощью настоящего кофейного порошка, в результате чего были выработаны следующие советы по приготовлению максимально крепкого кофе ручной варки:
— Наливайте воду с большой высоты: «Таким образом, вода обладает большой энергией при падении на землю под действием силы тяжести и вызывает лавины в порошке», — говорит Матиссен. В своём исследовании он лил воду с высоты до полуметра. Однако на практике он рекомендует использовать высоту около 30 сантиметров. «Вы должны быть осторожны: в конце концов, Вы работаете с кипящей водой».
— Струя должна быть ламинарной: это трудно измерить, но на практике это означает, что вода образует ровный поток и не распадается на отдельные капли. Тогда она теряет свою проникающую способность. Струя распадается, если она слишком тонкая. В эксперименте эффективной оказалась струя шириной около 0,6 сантиметра. «Это примерно соответствует диаметру носика кувшина с лебединым горлышком, который используется для приготовления кофе», — говорит Матиссен. Однако Вы можете добиться этого и с помощью любого другого кувшина, если будете наливать равномерно.
— Не торопитесь: чем больше времени вода находится в контакте с кофейным порошком, тем больше ингредиентов экстрагируется и тем крепче получается кофе. Это означает: наливайте медленно. Однако здесь необходимо чувство меры, потому что если Вы будете наливать слишком медленно, Вы рискуете, что струя станет слишком тонкой и, следовательно, нестабильной.
Но есть два важнейших вопроса. Первый: научно правильно сваренный кофе может быть крепким, но приятным ли он на вкус? С научной точки зрения, лучшим способом разобраться в этом вопросе было бы использование газовой хроматографии. Сам Матиссен говорит, что ему нравится вкус кофе, но проблема чрезмерно сваренного кофе заключается в горьких молекулах. Обычно они высвобождаются из порошка только через некоторое время. Однако, поскольку его метод в первую очередь влияет на смешивание порошка с водой, а не на продолжительность заваривания, этого не должно происходить. В любом случае, вкус также зависит от степени помола и температуры воды. В эксперименте эти факторы не учитывались.
Второй вопрос заключается в том, действительно ли Вы можете сэкономить кофе, используя этот метод. Матиссен отвечает утвердительно: по его словам, наливая кофе выше, он использовал на 5-10% процентов меньше кофейного порошка.
Исследование также имеет ценность, выходящую за рамки наслаждения кофе. «Механика водяных струй хорошо изучена, как и движение гранулированного материала», — говорит Матиссен. Но что именно происходит с механической точки зрения, когда струя воды падает на гранулированный материал, до сих пор остаётся загадкой для физиков. Такие вопросы актуальны, например, для того, чтобы выяснить, насколько сильно размывает почву выход плотины, насколько хорошо очистные сооружения смешивают сточные воды или как водопады изменяют русло реки. Эксперименты с порошком и струей воды могут дать первые указания на то, как эти крупномасштабные процессы можно моделировать и исследовать в малых масштабах.
Эксперименты, подобные эксперименту с кофе, также могут помочь заинтересовать людей в науке. «Это исследование, которое каждый может провести на своей кухне», — говорит Матиссен. В Филадельфии он организует семинары для школьников, на которых они исследуют кулинарные вопросы с точки зрения физики. «Иногда Вы узнаёте что-то новое из этих экспериментов, а иногда даже совершаете новое открытие».
Дискуссия
Еще по теме
Еще по теме
Мечислав Юркевич
Программист
ВКЛЮЧАЕШЬ ЛАТВИЙСКИЕ НОВОСТИ: РУССКИЕ ШПИОНЫ ВЕЗДЕ
О чем вещает пресса
Юрий Алексеев
Отец-основатель
МЫ, РАДИОИНЖЕНЕРЫ...
Минутка эротики, субботнее
Юрий Алексеев
Отец-основатель
ТРИ ФИЛОСОФСКИХ СЮЖЕТА
Про Евросоюз
Рус Иван
Русский Человек. Ветеран. Участник прошлых, нынешних и будущих.
БЕЗ СРОКА ДАВНОСТИ
предателей не любит никто, но помнят все.