Кофе, приготовленный с использованием неочищенной воды

Кипяченый кофе

Один из старинных способов приготовления кофейного напитка, сохранившийся до наших дней на севере Скандинавии.

Прожаренный и крупного помола кофе засыпается в воду в количестве 10 г на 150-190 мл воды и кипятится примерно 10 минут. Затем напиток разливается без фильтрации по чашкам и в течение нескольких минут отстаивается.

Кофеварка с бумажным фильтром

Процесс приготовления кофе занимает 6-8 минут. Кофе крупного помола засыпается в конический фильтр, изготовленный из специальной фильтровальной бумаги. Далее на помолотый кофе капает сверху горячая вода, «обмывает» его, просачивается сквозь фильтр и собирается в стеклянный сосуд. В результате получается легкий кофейный напиток. Американская доза составляет 5-6 г кофе на 150-190мл воды, в Европе – 10г на чашку.

Растворимый кофе

Растворимый кофе приготавливают из настоящего кофе, который измельчают и выдерживают при высокой температуре и очень низком давлении. Вода сублимирует, а оставшийся порошок помещают в вакуумную упаковку, где он может храниться весьма долго, не теряя своих свойств. Перед употреблением он просто растворяется в горячей воде.

Старинная неаполитанская кофеварка «Napoletana»

“Napoletana» состоит из двух сосудов, поставленных один на другой, и фильтра, заполненного кофе, между ними. Вода в нижнем цилиндре доводится до кипения, затем кофеварка снимается с огня и переворачивается. Происходит фильтрация под действием давления столба воды порядка нескольких сантиметров, так что Dр не превышает 0,01 атм. Процесс приготовления идет медленней, чем в мокке. Однако кофе выбирают более крупного помола, чем для мокки, иначе напиток будет готов лишь через полчаса и окажется холодным.

Эта кофеварка напоминает мокку, однако вместо фильтрации избыточным давлением пара используют фильтрацию под влиянием силы тяжести.

«Экспрессо»

Аппарат для приготовления «экспрессо», который тоже называют экспрессо, гораздо больше. В кофеварке экспрессо вода с температурой 90-94 °C продавливается под давлением 9-16 атм сквозь фильтр с кофейным порошком специального помола, еще более мелкого, чем для мокки. Весь процесс занимает 15-25 секунд, в результате чего изготавливают 1-2 порции кофе по 20-35 мл каждая.

   Процесс протекания жидкости сквозь фильтр с кофейным порошком описывается тем же законом Дарси, однако разность давлений, прилагаемая к фильтру, здесь в десятки раз больше, а температура ниже 100 °C.

Сравнительно короткое время взаимодействия воды с порошком совместно с высоким давлением оставляют в порошке все лишнее и извлекают из него все лучшее: эмульсии кофейных масел формируют ту густоту напитка, которая не может быть достигнута никаким другим способом; его аромат сохраняется наличием пенки, которая не позволяет исчезнуть летучим компонентам.

Итальянская «мокка»

       Одной из самых распространенных кофеварок для домашнего приготовления кофе в Италии и России является мокка. Она состоит из трех частей: нижнего усеченного конуса (нагревателя), куда заливается вода; металлического фильтра, куда засыпается кофе среднего помола, и верхнего усеченного конуса, где накапливается готовый напиток; воду следует наливать до уровня клапана, фильтр засыпают полным (примерно 6 г на порцию в 50 мл воды).

 Процесс приготовления кофе в мокке весьма занимателен. В фильтр засыпается кофейный порошок и утрамбовывается, в нижнюю часть мокки заливается вода. Кофеварка ставится на слабый огонь. Процесс приготовления заключается в доведении до кипения воды в нагревателе, последующем ее перегоне через кофейный порошок и подъеме напитка по трубке и его сливе в верхний объем. После этого кофе готов к разливу по чашкам. Все кажется простым и понятным.

 Но что является «двигателем» описанного процесса? Конечно, огонь. Вода, кипящая в замкнутом объеме, где ей отведено большее место, чем пару, над поверхностью имеет температуру свыше 100⁰, а пар и его давление над поверхностью воды, оставаясь насыщенным, превышает 1 атм и растет. Внешнее давление вплоть до верхнего уровня фильтра равно атмосферному.

Насыщенный пар с температурой свыше 100⁰С начинает играть роль сжатой пружины, продавливающей перегретый кипяток через кофейный порошок. Из кофе извлекаются все те ароматы, масла и др. компоненты, что превращают воду в чудесный напиток.

Закон Дарси

В середине XIX в. Дарси сформулировал линейный закон фильтрации. Он связывает объемный расход жидкости Q через песчаный фильтр, длина которого L, а площадь S, с разностью уровней воды ∆H над фильтром и у его основания.

 С помощью закона Дарси можно узнать, до какой температуры перегревается кипяток в нижней части кофеварки.

Для этого оценим разность давления между нижней и верхней сторонами фильтра по формуле Дарси:

     DP = WhL/ k = m h L/ p S t k

Характерные размеры фильтра у мокки на 3 порции:

L=1см и S=30см2, масса кофе m=150г набегает за t=3мин, коэффициент проницаемости k~ 10 -13 м2, плотность воды - p=1000кг/м3, вязкость        h (100 °C) = 10 -3 Па*с.

Согласно графику зависимости давления насыщенного пара от температуры кипения:

                   p ≈10⁴ Па      t ⁰C = 110⁰С.

Взрыв «мокки»

Ходят мрачные слухи о то, что эти кофеварки выходят из повиновения и превращаются в бомбы.

Причины:

* может засориться или окислиться аварийный клапан в нижней части мокки;

* плотноупакованный кофейный порошок слишком мелкого помола приводит к непроходимости самого фильтра.

    Итог: под действием продолжающегося нагрева, давление в нижнем сосуде вырастет недопустимо высоко, вода пробьет себе канал в фильтре и сорвет верхнюю часть кофеварки с резьбы.

    Линейный закон фильтрации Дарси написан без учета капиллярных явлений. При среднем радиусе капилляров r ≈ 0,1 мм часть из них может оказаться запертой для протекания жидкости при нормальной разности давлений на фильтре (∆p ≈ 10⁵ Па).

    Оценим максимальный (теоретический) ущерб, который может нанести мокка, превратясь в тепловую бомбу. Будем исходить из худшего: забилось все, что могло забиться и 150 г воды разогреваются в замкнутом объеме. При температуре порядка критической (плотность пара сравнивается с плотностью воды), которая для воды равна T_кр = 373⁰С = 646К, вся вода превратится в пар. Дальнейшее нагревание возможно, но сама мокка станет светиться (такого еще никто не видел).

    Найдем давление в нижней части:

    Дано:

m = 150 г

V = 200 cм³                                                                                         p_кр = m/M RT /V

М  = 18 г/моль                 P_кр= 0,15 кг /18.10^-3 кг/моль.8,31 Дж/моль.К

R = 8,31 Дж/моль^.К          .646К / 0,0002 м³≈ 2,2.10⁸Па ≈ 10⁸Па

  p_кр  -?                                    

Итог: это давление порядка имеющегося на дне Марианской впадины.

Да и энергия, запасенная в кофеварке, впечатляет:

    Е = 5/2   p_кр V ≈ 150 кДж,

Так что взрыв разогнал бы отдельные части мокки до скоростей порядка сотен метров в секунду.

Итог: из приведенных оценок понятно, что резьба не выдержит гораздо раньше.

Выводы

* Чтобы улучшить качество кофе надо:

         ставить кофеварку на слабый огонь, чтобы процесс фильтрации проходил медленнее и пар в нижнем сосуде не слишком перегревался.

 * Чтобы избежать эффекта «бомбы» следует:

         а) присматривать за клапаном;

         б) выбирать кофе среднего помола;

         в) засыпать его в фильтр без горки и не утрамбовывать.

«Кофе по-турецки»

  Кофейне зерна часто перемалываются в пыль, и этот порошок, часто вместе с сахаром, засыпается в металлическую конусообразную кофеварку, называемую джезвой. Затем молотый кофе кладется на поверхность уже горячей воды. В результате прогрева: горячая жидкость уносит с собой вверх на поверхность частички кофе, где они, благодаря силам поверхностного натяжения, зажимаются и образуют «кофейную корочку». Постепенно содержимое джезвы доводится до кипения: сквозь корочку прорывается пузыри, образуется пена. В этот момент джезва снимается с плиты. Процедура доведения до кипения повторяется еще 2 раза, что приводит к образованию обильной пены. Полученную жидкость разливают по небольшим чашкам и ждут, пока не уйдет на дно осадок.

 

Опыты с кофе

Все мы пьем кофе по-турецки, но какое же лучше?

Кофе, приготовленный с использованием неочищенной воды.

Время приготовления напитка – 10минут.

Полученная жидкость:

• невязкая

• имеет достаточно крепкий вкус

• не имеет аромата

• имеет специфический привкус

В течение всего времени приготовления появляется

 толстая пленка. 

На поверхности чашки также есть пленка.

Кофе, приготовленный с использованием очищенной воды.

Время приготовления напитка – 10минут.

Полученная жидкость:

•  невязкая

• имеет крепкий вкус

• имеет приятный аромат

В течение всего времени приготовления пленка не появляется.

Для получения вкусного кофе нужно:

ü Готовить на медленном огне

ü Использовать очищенную воду

ü Прекращать процесс варки до начала кипения (на чем основан процесс работы кофеварок)

Чай, приготовленный в турке.

Все мы готовим в турке кофе, а почему бы не заварить чай в этой кофеварке? И заодно узнаем, теряет ли свои вкусовые качества чай приготовленный в турке?

Время приготовления напитка – 10 минут.

Полученная жидкость:

• имеет крепкий вкус

• достаточно терпкая

• имеет не достаточный аромат

В течение всего времени приготовления листья не оседают на дно турки, в отличие от обычного способа приготовления чая.