Finos, espresso y ZHAW Coffee Excellence Center
El papel de los finos en la
dinámica de extracción del espresso.
traducción
de carácter educativo para mis amigos caficultores Latinoamericanos, sin ánimo
de lucro del articulo:
The role of
fines in espresso extraction dynamics
Samo Smrke, André
Eiermann, Chahan Yeretzian
Sci Rep. 2024 Mar
7;14(1):5612.
https://doi.org/10.1038/s41598-024-55831-x
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc10920694/
Resumen
Se exploró el
impacto de la distribución del tamaño de las partículas del café molido en la
extracción del espresso. El café finamente molido para espresso tiene una
distribución granulométrica característicamente bimodal. Para un tamaño de
molienda medio determinado, diferentes tecnologías de molienda pueden producir
una proporción diferente de finos (partículas < 100 µm). Realizamos
extracciones de espresso para una variedad de tamaños de partículas medianas y
variamos sistemáticamente la proporción de finos agregando finos tamizados al
lecho del café. Se midieron los pesos dinámicos de las bebidas, el porcentaje
de extracción, el tiempo de extracción y el análisis PTR-MS (espectrómetro de
masas de transferencia de protones) del espacio de cabeza dinámico y la
evaluación sensorial de las bebidas resultantes. Mostramos que la proporción de
finos juega un papel clave en el caudal de extracción del espresso. Un aumento
en la proporción de finos disminuye la permeabilidad del lecho de café, conduce
a tasas de flujo reducidas y tiempos de extracción más prolongados. Un modelo
estadístico que utiliza regresión de mínimos cuadrados parciales de las
distribuciones de tamaño de partículas del lecho de café confirma que los finos
disminuyen la permeabilidad del lecho de café. El análisis PTR-MS muestra un
aumento no lineal de compuestos aromáticos en la taza a medida que aumenta el
rendimiento de extracción. Nuestra hipótesis es que tanto la eficiencia de
extracción como las pérdidas por evaporación de los compuestos aromáticos
post-extracción influyen en las concentraciones finales de compuestos
aromáticos en la taza.
Introducción
La extracción
de bebidas espresso ha sido ampliamente estudiada y es bien sabido que una
extracción exitosa de un espresso depende de una variedad de variables de
extracción1,2,3,4,5,6. Uno de los ajustes más variados a la hora de
extraer espresso es el tamaño de molienda del café tostado y molido (R&G).
El tamaño de molienda óptimo depende del tipo de café utilizado, la mezcla, la
edad del café y las preferencias del consumidor2. El tamaño del
molido se puede ajustar numerosas veces durante el día en una cafetería a
medida que cambian las condiciones ambientales (humedad, temperatura).
El efecto del
tamaño de molienda de R&G en la extracción del café se ha descrito
ampliamente en la literatura7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. El tamaño
de partícula a menudo se describe mediante un solo número, que podría ser tan
simple como un ajuste arbitrario del tamaño de molienda en un molino, o como un
tamaño de partícula promedio (o mediana) ponderado en volumen calculado a
partir de la distribución del tamaño de partícula. El tamaño de las partículas
del café R&G afecta la dinámica de extracción del espresso, ya que un
tamaño de molienda más fino crea una mayor caída de presión18,19 y,
en consecuencia, debido a la presión de extracción de espresso estándar de 9
bares2, el tiempo de extracción del espresso es más prolongado. Los
solubles se extraerán más rápido de las partículas de café molido más finas;
sin embargo, el transporte desde el lecho será más lento debido a los menores
caudales, lo que en consecuencia no necesariamente hace que el molido fino sea
la extracción más eficiente20. Además, cuando el tamaño de la
molienda es demasiado fino, esto puede provocar una extracción desigual y una
reducción de los rendimientos de extracción14.
Se sabe que
la permeabilidad de los lechos empacados para diferentes materiales dependerá
de parámetros como el tamaño de las partículas, la forma, la distribución del
tamaño, la disposición del empaque y la rugosidad21. Entre todos
esos parámetros, el tamaño de las partículas del café molido es el que más
atención ha atraído en los estudios sobre extracción del café. Sin embargo, es
bien sabido que el café R&G tiene una distribución de tamaño de partículas
bimodal. Los estudios de modelos han considerado la distribución bimodal13,18,
pero no se ha estudiado específicamente la naturaleza variable de la
distribución. Las permeabilidades de lechos comparables a los del café son
complejos de modelar, por lo que el comportamiento de lechos compactos
compuestos de partículas irregulares sólo puede predecirse mediante modelos
empíricos21. En nuestro estudio anterior sobre la extracción de café
en cápsulas, descubrimos que proyectar una distribución completa del tamaño de
las partículas en un único número de tamaño de partícula (por ejemplo, la
mediana) no permite caracterizar suficientemente la dinámica de extracción de
las cápsulas de café22. Identificamos un parámetro que denominamos
"proporción de finos" como una proporción de volumen de partículas
menores a 100 µm22. Se descubrió que la proporción de finos tiene un
mayor impacto y poder predictivo en el tiempo de extracción del café en
cápsulas que el tamaño promedio general de las partículas.
Materiales y métodos
Café,
molienda y preparación de la fracción fina.
Se utilizó Coffea
arabica L. de origen único, procedente de Costa Rica, procesada como
despulpado en un proceso postcosecha natural. El café tostado se obtuvo de un
tostador local (G. Henauers Sohn AG, Höri, Suiza https://henauer-kaffee.ch/ ) y se tostó hasta obtener un color
de tostado de 143 Colorette Pt (tueste tipo “americano”), medido con una
Colorette 4 (Probat AG, Emmerich, Alemania). Las muestras se molieron
utilizando un molino Bentwood Vertical 63 (Bentwood GmbH, Cham, Suiza https://www.bentwoodcoffee.ch/vertical-63/ ) con varios ajustes de tamaño de
molienda. La amoladora vertical 63 tiene una escala que está calibrada según el
espaciado de las rebabas de la amoladora en µm; Estos valores de espaciado de
rebabas se informan aquí como ajustes del molino. La muestra de finos se
preparó previamente a la extracción del café. Se utilizó un tamiz de 120 µm
(Retsch GmbH, Haan, Alemania) para obtener la fracción fina del café finamente
molido.
Este estudio
explora la dinámica de extracción del espresso afectada por diferentes
distribuciones de tamaño de partículas. La distribución bimodal del tamaño de
partícula y la relación de contribuciones de dos picos depende del tamaño
promedio de partícula23, pero también es indicativa de la tecnología
de molienda22. En este caso, utilizamos un solo tipo de molino y
añadimos varias cantidades de finos después de la molienda, que se tamizaron
previamente para estudiar el impacto de los finos en la extracción del café espresso.
Preparación
de muestras de R&G y extracción del café espresso.
Las muestras
de R&G se prepararon moliendo 20 g de café en ajustes del molino de 160,
170, 180, 190, 210 y 250. Para cada una de las muestras a 190, 210 y 250, se
añadió una fracción fina, añadiendo 1, 2, o 4 g de la fracción fina por 19, 18
o 16 g de café, respectivamente. Esto se hizo usando el siguiente protocolo:
los granos enteros se introducen en un molinillo Vertical 63 vacío y la dosis
completa de café se muele en una herramienta de preparación de espresso Blind
Shaker (Weber Workshops https://weberworkshops.com/products/blind-shaker , Incline Village, Nevada, EE. UU.).
Luego se agrega al café una cantidad previamente pesada de la fracción fina y
se agita en la herramienta para homogeneizar la muestra. Finalmente, el café
molido se transfirió a una canasta portafiltro de espresso de 20 g (VST inc.,
Tulsa, EE. UU.) y se apisonó con 20 kgF.
Para todas
las extracciones de café, se extrajeron 20 g de café R&G en una máquina de
café Victoria Arduino Black Eagle (Simonelli Group SpA., Belforte del Chienti,
Italia https://www.simonelliusa.com/Black-Eagle ) a 9 bares de presión y se controló
manualmente para producir 40 g de bebida. El peso de la bebida durante la
extracción fue monitoreado y registrado usando una celda de carga. Se utilizó
el tiempo de extracción mostrado por la máquina de café espresso. El
procedimiento descrito en esta sección (preparación de muestras de R&G y
extracción) se realizó en 3 réplicas.
Análisis
de café y bebidas de R&G
El análisis
del tamaño de partículas se realizó utilizando un analizador de forma y tamaño
de partículas con un sistema de cámara dual Camsizer X2 (Retsch Technology
GmbH, Haan, Alemania). Para cada análisis granulométrico se utilizaron al menos
10 g de café y se realizaron tres mediciones por muestra. El tamaño medio de
partícula (X50) se determinó como el tamaño medio de partícula
ponderado por volumen, en función del área de partícula proyectada en las
imágenes. La proporción de finos (Q100 µm) se definió como la proporción de
volumen de partículas de tamaño inferior a 100 µm.
La
concentración de café en la preparación filtrada (filtro de 0,45 µm) se analizó
utilizando un refractómetro VST LAB Coffee III (VST inc., Tulsa, EE. UU. https://store.vstapps.com/products/vst-lab-coffee-iii-refractometer-2022 ), que está calibrado para mostrar
los sólidos disueltos totales (TDS) en las preparaciones de café. El porcentaje
de extracción (rendimiento de extracción) se calculó basándose en el peso de la
preparación de café y la medición refractométrica de TDS.
La prueba
sensorial de los cafés fue realizada por un Q-grader (Q-grader certificado Q
Arábica por el Coffee Quality Institute). Los parámetros sensoriales se
determinaron como puntuaciones hedónicas de sabor, equilibrio y tacto en una
escala de 0 a 5. La función sensorial estaba destinada a usarse sólo como una
guía subjetiva para la optimización de la extracción del café, según la
práctica de la industria, y no se realizó como una prueba sistemática de
análisis sensorial doble ciego.
Análisis
PTR-MS
Se utilizó el
espectrómetro de masas de transferencia de protones PTR-MS 6000x2 (Ionicon
GmbH, Innsbruck, Austria https://www.ionicon.com/products/details/ptr-tof-6000-x2 ) para determinar la composición de
los compuestos orgánicos volátiles del espacio de cabeza sobre las muestras de
espresso. PTR-MS se conectó a un muestreador automático MPS utilizando una
unidad de muestreo PurgeXL (GERSTEL GmbH & Co.KG, Mülheim an der Ruhr,
Alemania) para realizar un análisis dinámico del espacio de cabeza. El esquema
de la configuración de muestreo se presenta en la Fig. 1. El espacio de cabeza
de un vial de 20 ml, primero precalentado a 50 °C en una unidad agitadora, se
muestrea con nitrógeno a 10 nmL/min desde la unidad Purge XL a 50 °C. Luego, el flujo se diluye con un flujo de
nitrógeno a 100 nmL/min y se toman muestras usando el PTR-MS. El exceso de
flujo se descarta a través de un escape capilar abierto en la parte posterior
de la unidad para mantener estable la dilución 1:10.
Figura 1
Esquema de la configuración de espectrometría de masas de transferencia de
protones en el espacio de cabeza dinámico (DHS PTR-MS).
Los datos sin
procesar se procesaron utilizando el analizador de datos IDA Ionicon (Ionicon
GmbH, Innsbruck, Austria), para obtener señales de recuentos por segundo
normalizados (ncps) promediadas en intervalos de 5 s, que están relacionadas
linealmente con la concentración de COV (Compuestos Orgánicos Volátiles). La
señal en el intervalo de 50 a 75 s después de iniciar la medición PTR-MS
(condiciones de espacio de cabeza dinámico) se promedió y se utilizó para el
análisis.
Análisis
de datos y análisis estadístico.
Todo el
análisis de datos y el análisis estadístico se realizaron utilizando
informática estadística R (Fundación R para Computación Estadística, Viena,
Austria) utilizando paquetes integrados. La agrupación de las mediciones de
PTR-MS se realizó de acuerdo con el análisis de modelos lineales de intensidad
de señal de PTR-MS en función del rendimiento de extracción de café. Grupo A:
k > 0 y p < 0,05; Grupo B: k < 0, p < 0,1 para rendimiento inferior
a 19,5% y k > 0, p < 0,1 para rendimiento superior a 19,5%; Grupo C:
todos los valores de p, para todos los rendimientos y separados para menores y
mayores de 19,5%, p > 0,05; Grupo D: k < 0 y p < 0,1. El modelo de
regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR) se generó utilizando el paquete
R “pls” versión 2.8-1.
Resultados y discusión
En un estudio
anterior22 examinamos la relación entre la distribución del tamaño
de las partículas de café R&G y la extracción utilizando cápsulas Nespresso
monodosis o compatibles con Nespresso disponibles comercialmente. Este estudio
se basa en el trabajo publicado anteriormente sobre cápsulas, pero utiliza la
extracción de espresso con una máquina profesional como plataforma de
extracción. Al utilizar una máquina de espresso profesional, logramos un mayor
control y consistencia para el café y las variables de extracción, lo que
permite explorar sistemáticamente la relación entre PSD y la dinámica de
extracción resultante y las propiedades de preparación.
Como se
describe en la sección de materiales y métodos, las muestras de café se
enriquecieron manualmente con finos antes de la extracción para generar un
conjunto de combinaciones de X50 y Q100 µm (Fig. 2). Los
parámetros resultantes extraídos de las distribuciones de tamaño de partículas
muestran una relación polinómica (ajuste polinómico de segundo orden mostrado
en la Fig. 2 en negro) de la fracción de finos con respecto al espaciado de las
rebabas del molino para muestras sin finos agregados. Para las muestras con
finos agregados, observamos, como se esperaba, una relación lineal del aumento
de Q100 µm con la adición de finos y una pequeña disminución en el X50
causada por un tamaño medio de partícula más pequeño en general.
Figura 2
Relación de la proporción de finos con el tamaño medio de partículas de las
muestras de café molido. Los puntos negros son muestras sin finos añadidos y
los puntos rojos son muestras con finos añadidos.
Impacto de
los finos en la extracción del café espresso
Durante una
extracción típica de espresso, alrededor del 20 % del material sólido del café
se solubiliza y se extrae en la bebida (rendimiento de extracción). La Figura 3
presenta los datos del rendimiento de extracción de los cafés extraídos en este
estudio en función del tiempo de extracción. El resultado muestra que, dentro
de un margen de error determinado, todos los puntos de medición están dispersos
alrededor de una curva. La adición de finos a la muestra no dio lugar a
combinaciones atípicas de rendimiento de extracción/tiempo de extracción. No
hemos observado cambios importantes en los caudales del espresso extraído más
grueso con finos añadidos, en comparación con los molidos más finos. Se puede
encontrar un cuadro con perfiles de caudal para todas las extracciones en la
Figura complementaria S1. Por lo tanto, asumimos que la cantidad de finos no
cambia fundamentalmente el mecanismo de extracción y actúa sólo modificando la
permeabilidad del lecho de café.
Figura 3
Porcentaje de extracción (rendimiento) de extracción de espresso a partir de
café con diferentes distribuciones de tamaño de partículas. Los diferentes
colores del gráfico indican la cantidad de finos añadidos al café molido antes
de la extracción.
Los
rendimientos máximos de extracción reportados en la literatura difieren
ampliamente y aún no se han estudiado sistemáticamente para una variedad de
métodos de extracción, relación agua-café, perfil de tueste y tipos de café
verde. A partir de los datos de este estudio, asumimos que, para fines
prácticos, dentro de la receta de extracción dada, se alcanza el rendimiento
máximo de extracción para espressos con > 40 s de tiempo de extracción.
Las
extracciones realizadas en este estudio confirman lo discutido previamente en
la literatura sobre la extracción eficiente de espresso18. Las
extracciones rápidas de espresso son muy eficientes, ya que las extracciones
de < 10 s y 15 s produjeron entre 17 y 18% de extracción, que es > 80%
del rendimiento máximo de extracción de espresso observado aquí. Esta
extracción ha ido ganando popularidad y se la conoce coloquialmente como espresso
“turbo”, ya que utiliza extracciones de 10 a 20 s en lugar de los
tradicionales 25 a 30 s.
Modelado
estadístico de la dinámica de extracción del café espresso con distribución de
tamaño de partículas R&G
Los tiempos
de extracción medidos del espresso extraído con diferentes distribuciones de
tamaño de partículas se han modelado utilizando métodos estadísticos. Se
desarrolló un modelo de regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR) para
predecir el tiempo de extracción utilizando datos de PSD. Los coeficientes del
modelo resultantes proporcionan información detallada sobre el impacto de
diferentes partes de PSD en el tiempo de extracción (Fig. 4). Los coeficientes
PLSR son positivos en el rango de hasta 150 µm, tienen un valor cero hasta 250
µm y un valor negativo para tamaños de partículas más grandes. Este
resultado demuestra que un aumento de la proporción de finos aumenta los
tiempos de extracción. Una mayor proporción del pico principal, y en
particular su desplazamiento hacia valores superiores a 250 µm, reduce los
tiempos de extracción. Este es un resultado esperado de la experiencia del
estudio del espresso; sin embargo, hasta donde sabemos, es la primera vez que
se realiza un análisis de este tipo para confirmar este fenómeno mediante el
uso de análisis estadísticos no específicos de PSD completos.
Figura 4
Coeficiente del modelo de regresión de mínimos cuadrados parciales (puntos) que
predice el tiempo de extracción del espresso en función de la variable de
entrada de los datos de distribución del tamaño de las partículas (líneas).
Se puede
obtener un modelo más preciso para predecir el tiempo de extracción del
espresso utilizando un análisis de regresión múltiple con regresión polinómica
de segundo orden y utilizando Q100 µm y X50 como
variables de entrada. La Figura 5a muestra los tiempos de extracción medidos
frente a los tiempos de extracción predichos por el modelo. Ambas variables, Q100μm
y X50 contribuyen significativamente al modelo, con coeficientes del
modelo normalizado de tamaño similar. Esta metodología se puede ampliar aún más
para predecir el porcentaje de extracción de una extracción de espresso (Fig.
5b) utilizando Q100 µm, X50 y el tiempo de extracción
como variables del modelo. Los estudios informados se han centrado en el
modelado fundamental de la dinámica de extracción del espresso5,24,
y brindan una visión fundamental del mecanismo de extracción. Los modelos
presentados aquí tienen un objetivo aplicado y están destinados a modelar los
parámetros que pueden verse afectados en situaciones de preparación de espresso
tipo cafetería.
Figura 5
Rendimiento del modelo de regresión lineal múltiple para predecir el tiempo de
extracción del espresso en función del tamaño medio de las partículas y la
proporción de finos (a); y predecir el rendimiento de extracción en función del
tamaño medio de partículas, la proporción de finos y el tiempo de extracción
(b).
El impacto
de las variables de extracción en la composición de VOC del café espresso.
El
rendimiento de extracción es sólo una cantidad de un espresso. La mayor parte
de nuestra percepción del sabor de la bebida proviene de la composición de los
COV en la bebida, el aroma25. Hemos analizado la composición del
espacio de cabeza de los espressos mediante espectrometría de masas de
inyección directa rápida. El método permite un alto rendimiento de las muestras
(5 min/muestra) y mediciones altamente reproducibles para los COV altamente
volátiles. Una desventaja de la PTR-MS de inyección directa es la
identificación de compuestos. La identificación fue provisional y se basó en la
fórmula molecular, la composición conocida del café medida por GC/MS y datos
publicados previamente6,26.
Las
intensidades de señal de PTR-MS representativas seleccionadas se presentan en
función del rendimiento de extracción (Fig. 6). Hemos encontrado que los COV se
agrupan en función de sus propiedades y muestran un comportamiento
característico por parte de sus grupos, similar a lo encontrado previamente en
otros estudios6,27. Para identificaciones provisionales de valores
de m/z, consulte Sánchez-López et al.
Figura 6 Medición
de la intensidad de la señal de COV mediante PTR-MS desde el espacio de cabeza
sobre la muestra de café espresso, en función del rendimiento de extracción
afectado por la extracción de café molido con distribuciones de tamaño de
partícula variables. Los números en los cuadros indican la cantidad de finos
agregados al café (en gramos), las barras de error son una desviación estándar
única. (a) m/z = 75,042, tentativamente identificado como acetato de metilo,
(b) m/z = 121,068, tentativamente identificado como etilmetilpirazina,
trimetilpirazina, (c) m/z = 49,010, tentativamente identificado como
metanotiol, (d) m/z = 127,034, identificado provisionalmente como maltol,
furoato de metilo.
·
Grupo
A (ejemplo Fig. 6a): compuestos cuya concentración disminuye continuamente al
aumentar el rendimiento de extracción. Los picos de PTR-MS seleccionados que
muestran este comportamiento son (m/z experimental): 31.020, 33.036, 45.034,
47.013, 59.050, 61.028, 68.046, 69.032, 73.063, 75.044, 82.058, 87.037, 87.074,
89.055, 101.054, 113.052, 115.066, 127.080.
·
Grupo
B (ejemplo Fig. 6b): compuestos que muestran una disminución inicial en las
cantidades de VOC para muestras de extracción más rápida (con menor
rendimiento), un mínimo de alrededor del 19,5% de rendimiento y un aumento
posterior con mayor rendimiento: experimental m/z, 111.039, 121.068, 125.061,
131.072, 135.091, 137.108, 149.107. Un subconjunto del Grupo B mostró una
disminución inicial en la intensidad de la señal de PTR-MS hasta un rendimiento
del 19,5 % y luego no hubo cambios con un rendimiento mayor: 80,045, 97,025,
99,037, 107,047, 109,069, 117,044.
·
Grupo
C (ejemplo Fig. 6c): compuestos que no muestran una tendencia clara: m/z
experimental 55.054, 57.033, 57.069, 63.027, 71.046, 83.046, 85.058, 103.067,
110.055, 123.087.
·
Grupo
D (ejemplo Fig. 6d): compuesto que mostró un aumento en la concentración del
espacio de cabeza al aumentar el rendimiento: experimental m/z 127,034.
Los
resultados inesperados del análisis PTR-MS del espacio de cabeza muestran que la
extracción del espresso no es solo la simple difusión de los compuestos de las
partículas de café en la solución, sino que también tienen lugar otros
fenómenos que necesitan estudios más detallados. La eficiencia de la
extracción del espresso disminuye a medida que aumenta el tiempo20,
y los estudios han sugerido utilizar tiempos de extracción más rápidos para
extracciones eficientes18. Sólo la extracción (difusión de COV) no
explica la concentración medida de COV en el espacio de cabeza. Debemos
considerar otros fenómenos hipotéticos que podrían ocurrir antes, durante y
después de la extracción:
(i)
Antes
de la extracción, a partir del proceso de molienda pueden ocurrir pérdidas de
aroma causadas por la desorción de los COV de la matriz del café. Actualmente
hay poca información sobre las cantidades de estas pérdidas en un corto plazo
de preparación típica de espresso (< 1 min).
(ii)
Durante
el proceso de extracción, la desgasificación del dióxido de carbono del café
provoca la formación de crema. La liberación de gas también transporta algunos
compuestos volátiles a la atmósfera circundante, impidiendo que se disuelvan en
la bebida28.
(iii)
Las
pérdidas de aroma posteriores a la extracción se producen por el flujo del
espresso y por la evaporación de la taza. Los datos de Sánchez et al.6
muestran que el aumento de la temperatura de extracción aumenta la
concentración de volátiles cuando se mide mediante PTR-MS sobre el flujo de
espresso. Este efecto podría no deberse a una mejor extracción a temperaturas
más altas, sino a mayores pérdidas por evaporación de un flujo de bebida a
temperaturas más altas.
(iv)
Los
efectos de la matriz de la preparación del café con un rendimiento de
extracción variable pueden tener un impacto en la partición de COV entre la
preparación y el espacio de cabeza, produciendo los fenómenos observados.
En
conclusión, al variar el tiempo de extracción el perfil aromático de un
espresso se modula de forma no lineal. Los espressos “turbo” con un tiempo de
extracción más rápido de lo habitual tienen el potencial de producir bebidas
con un sabor más afrutado al retener mejor las moléculas aromáticas no polares
y altamente volátiles.
Análisis
sensorial
Además de las
mediciones instrumentales, se ha probado un enfoque hedónico del análisis
sensorial para evaluar si un aumento de finos en la taza conduce a un perfil de
sabor indeseable de un espresso. Un catador de café experimentado evaluó las
muestras de café de acuerdo con 3 atributos básicos del espresso (sabor,
equilibrio y tacto) y se generó una puntuación promedio de ellos. Se
utilizó este proceso porque es similar al procedimiento para optimizar la
extracción (conocido coloquialmente como “espresso dial-in”) en una
cafetería de especialidad. La Figura 7 muestra las puntuaciones en función del
tiempo de extracción y el rendimiento de la extracción. No observamos ninguna
penalización en las puntuaciones sensoriales del espresso cuando utilizamos
café R&G con una mayor proporción de finos. Sorprendentemente, dos muestras
con 1 y 2 g de finos añadidos, en la configuración del molino de 210, se
encontraban entre los espresso con mayor puntuación.
Figura 7
Puntuación total del análisis sensorial de los cafés espresso extraídos en
función del tiempo de extracción, extraído variando el tamaño de molienda y
añadiendo finos al café R&G. Los números en la tabla indican la
configuración del molino y el color la cantidad de finos que se agregaron,
respectivamente.
Desde el
punto de vista del panelista, el perfil de sabor óptimo para este café fue
cuando se extrajo alrededor de los 30 s y con un rendimiento de extracción del
19 al 20 %. Esto no está en el rango del espresso “turbo” discutido
anteriormente, por lo tanto, debemos considerar que el café verde y el perfil
de tueste utilizado son los parámetros que afectarán las condiciones de
extracción en las que un café tendrá su máxima calidad sensorial. Dado que
recientemente han surgido nuevos estilos de tueste y procesos postcosecha del
café verde, todavía no se dispone de información para sacar conclusiones
generales claras. Sin embargo, al considerar la optimización de una extracción
eficiente al acortar el tiempo de extracción, la metodología utilizada en este
estudio puede usarse como una herramienta para tomar una decisión sobre cómo
optimizar la extracción para obtener un alto rendimiento, un tiempo de
extracción corto pero manteniendo una alta calidad de sabor.
Conclusiones
y perspectivas
Los
hallazgos de este estudio confirman que la distribución del tamaño de las
partículas juega un papel principal en la extracción del espresso y que un
valor único para el tamaño de las partículas no describe completamente la
dinámica de extracción esperada. Los resultados muestran que, para un café
determinado, el tiempo de extracción de un espresso se puede predecir
conociendo la proporción de finos y el tamaño de las partículas principales. El
efecto del aumento de la superficie debido al menor tamaño de partícula del
café R&G con alta fracción de finos sobre la eficiencia de extracción
parece ser marginal. Esto lleva a la conclusión de que, desde un punto de vista
práctico, los finos solo modifican la permeabilidad del lecho de café, cuando
se extraen dentro del rango de variables probadas en este estudio. El siguiente paso que hay que
estudiar con respecto a la PSD de R&G es la forma y el ancho del pico
principal en la PSD. Sin embargo, hasta donde sabemos, actualmente no existe
ningún molino de café a escala de laboratorio disponible que pueda variar
sistemáticamente el ancho del pico principal de PSD.
Proporcionamos
evidencia de que las pérdidas de compuestos volátiles ocurren antes o durante
la extracción (del café R&G y de la bebida a medida que se extrae) y que la
eficiencia de la extracción afecta la composición final del aroma en la taza.
Las extracciones rápidas de bajo rendimiento contienen mayores contenidos de
COV altamente volátiles y no polares, en comparación con extracciones más
lentas con mayor rendimiento, posible debido a mayores pérdidas postextracción
debido a tiempos de extracción más prolongados. La relación entre el aroma del
café y el rendimiento de la extracción no es lineal y pueden preferirse tiempos
de extracción rápidos.
Disponibilidad
de datos
Los conjuntos
de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles
del autor correspondiente previa solicitud razonable.
Información
suplementaria
Figura
complementaria S1: Caudales de espresso extraídos variando el tamaño de
molienda y la proporción de finos (configuración del molino en 250 líneas
continuas, 210 líneas discontinuas, 190 líneas de puntos) y la cantidad de
finos añadidos (sin finos añadidos amarillo, 1 g de magenta, 2 g violeta, 4 g
azul). Los caudales se calcularon mediante la derivada de los pesos dinámicos
de las bebidas. Se muestra cada extracción de las réplicas (n=3). La adición de
finos no parece cambiar drástica o fundamentalmente el típico perfil de caudal
en continuo aumento de la extracción de espresso.
BIBLIOGRAFIA
1)
Angeloni, S. et al. Characterization of the aroma
profile and main key odorants of espresso coffee. Molecules 26, 3856 (2021).
https://doi.org/10.3390/molecules26133856
2)
Illy, A. & Viani, R. Espresso Coffee: The Science
of Quality (Academic Press, 2005).
https://shop.elsevier.com/books/espresso-coffee/illy/978-0-12-370371-2
3)
Gloess, A. N. et al. Comparison of nine common coffee
extraction methods: Instrumental and sensory analysis. Eur. Food Res. Technol.
236, 607–627 (2013).
4)
Khamitova, G. et al. Optimization of espresso coffee
extraction through variation of particle sizes, perforated disk height and
filter basket aimed at lowering the amount of ground coffee used. Food Chem.
314, 126220 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126220
5)
Guerra,
M. V. et al. Influence of particle size distribution on espresso
extraction via packed bed compression. J. Food Eng. 340, 111301 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2022.111301
6)
Sánchez López, J. A., Wellinger, M., Gloess, A. N.,
Zimmermann, R. & Yeretzian, C. Extraction kinetics of coffee aroma
compounds using a semi-automatic machine: On-line analysis by PTR-ToF-MS. Int.
J. Mass Spectrom. 401, 22–30 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.ijms.2016.02.015
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380616000440?via%3Dihub
7)
Derossi, A., Ricci, I., Caporizzi, R., Fiore, A. &
Severini, C. How grinding level and brewing method (Espresso, American,
Turkish) could affect the antioxidant activity and bioactive compounds in a
coffee cup. J. Sci. Food Agric. 98, 3198–3207 (2018).
https://doi.org/10.1002/jsfa.8826
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/jsfa.8826
8)
Wang, X. J. & Lim, L. T. Modeling study of coffee
extraction at different temperature and grind size conditions to better
understand the cold and hot brewing process. J. Food Process Eng. 44, 748
(2021).
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/jfpe.13748
9)
Severini, C., Ricci, I., Marone, M., Derossi, A. &
De Pilli, T. Changes in the aromatic profile of espresso coffee as a function
of the grinding grade and extraction time: A study by the electronic nose
system. J. Agric. Food Chem. 63, 2321–2327 (2015).
https://doi.org/10.1021/jf505691u
https://doi.org/10.1021/jf505691u
10)
Cordoba, N., Pataquiva, L., Osorio, C., Moreno, F. L.
M. & Ruiz, R. Y. Effect of grinding, extraction time and type of coffee on
the physicochemical and flavour characteristics of cold brew coffee. Sci. Rep.
9, 1 (2019).
https://www.nature.com/articles/s41598-019-44886-w
11)
Genovese, A. et al. Particle size and variety of
coffee used as variables in mitigation of furan and 2-methylfuran content in
espresso coffee. Food Chem. 361, 130037 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130037
12)
De
Vivo, A. et al. Volatile compounds in espresso resulting from a
refined selection of particle size of coffee powder. J. Food Compos. Anal. 114,
104779 (2022).https://doi.org/10.1016/j.jfca.2022.104779
13)
Moroney, K. M. et al. Analysing extraction
uniformity from porous coffee beds using mathematical modelling and
computational fluid dynamics approaches. PLoS ONE 14, 1–24 (2019).
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0219906
14)
Lee, W. T., Smith, A. & Arshad, A. Uneven
extraction in coffee brewing. Phys. Fluids 35, 998 (2023).
https://doi.org/10.1063/5.0138998
15)
Wang, X. & Lim, L.-T. Effects of grind size,
temperature, and brewing ratio on immersion cold brewed and French press hot
brewed coffees. Appl. Food Res. 3, 100334 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.afres.2023.100334
16)
Fuller, M. & Rao, N. Z. The effect of time,
roasting temperature, and grind size on caffeine and chlorogenic acid
concentrations in cold brew coffee. Sci. Rep. 7, 17979 (2017).
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc5740146/
https://doi.org/10.1038/s41598-017-18247-4
17)
Kuhn, M., Lang, S., Bezold, F., Minceva, M.
& Briesen, H. Time-resolved extraction of caffeine and trigonelline from
finely-ground espresso coffee with varying particle sizes and tamping
pressures. J. Food Eng. 206, 37–47 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.03.002
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0260877417300833?via%3Dihub
18)
Cameron, M. I. et al. Systematically improving espresso: Insights from
mathematical modeling and experiment. Matter 2, 631–648 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.12.019
19)
Corrochano, B. R., Melrose, J. R., Bentley, A.
C., Fryer, P. J. & Bakalis, S. A new methodology to estimate the
steady-state permeability of roast and ground coffee in packed beds. J. Food Eng. 150, 106–116 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.11.006
20)
Melrose, J., Roman-Corrochano, B.,
Montoya-Guerra, M. & Bakalis, S. Toward a new brewing control chart for the
21st century. J. Agric. Food Chem. 66, 5301–5309 (2018).
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.7b04848
21)
Allen, K. G., Von Backström, T. W. & Kröger,
D. G. Packed bed pressure drop dependence on particle shape, size distribution,
packing arrangement and roughness. Powder Technol. 246, 590–600 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.powtec.2013.06.022
22)
André Eiermann, Samo Smrke, Loïc-Marco Guélat,
Marco Wellinger, Anja Rahn & Chahan Yeretzian. Extraction of single serve
coffee capsules: linking properties of ground coffee to extraction dynamics and
cup quality. Sci. Rep. 10, 1 (2020).
https://www.nature.com/articles/s41598-020-74138-1
https://doi.org/10.1038/s41598-020-74138-1
23)
Wang, X. J., William, J., Fu, Y. C. & Lim,
L. T. Effects of capsule parameters on coffee extraction in single-serve
brewer. Food Res. Int. 89, 797–805 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.09.031
24)
Ellero, M. & Navarini, L. Mesoscopic
modelling and simulation of espresso coffee extraction. J. Food Eng. 263,
181–194 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2019.05.038
25)
Maeztu, L. et al. Characterization of espresso
coffee aroma by static headspace GC−MS and sensory flavor profile. J. Agric.
Food Chem. 49, 5437–5444 (2001).
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jf0107959
https://doi.org/10.1021/jf0107959
26)
Sánchez-López, J. A., Zimmermann, R. &
Yeretzian, C. Insight into the time-resolved extraction of aroma compounds
during espresso coffee preparation: Online monitoring by PTR-ToF-MS. Anal.
Chem. 86, 11696–11704 (2014).
https://doi.org/10.1021/ac502992k
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ac502992k
27)
Zanin, R. C., Smrke, S., Kurozawa, L. E.,
Yamashita, F. & Yeretzian, C. Novel experimental approach to study aroma
release upon reconstitution of instant coffee products. Food Chem. 317, 126455
(2020).
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126455
28)
Illy, E. & Navarini, L. Neglected food
bubbles: The espresso coffee foam. Food Biophys. 6, 335–348 (2011).
Información de los autores
Autores y afiliaciones
Instituto de Química y Química Biológica, Centro de Excelencia del Café,
Universidad de Ciencias Aplicadas de Zurich, Einsiedlerstrasse 31, 8820,
Wädenswil, Suiza
Samo Smrke & Chahan Yeretzian
Investigador independiente, Sierre, Suiza
André Eiermann
Contribuciones
A.E. realizó la preparación de muestras de café molido, su caracterización,
extracciones de espresso y recopilación de datos de extracción. SS realizó
PTR-MS y análisis estadístico de los datos. S.S. preparó las figuras, S.S. y
C.Y. coescribió el manuscrito.
Autor correspondiente
Correspondencia a Samo Smrke.
Declaraciones de ética
Conflicto de intereses
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
Información adicional
nota del editor
Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos
jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.
Información suplementaria
Figura complementaria S1.
Derechos y permisos
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directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta
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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Acerca de este artículo
Cita este artículo
Smrke, S., Eiermann, A. y Yeretzian, C. El papel de los finos en la
dinámica de extracción del espresso. Informe científico 14, 5612 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41598-024-55831-x
Recibido
14 noviembre 2023
Aceptado
28 de febrero de 2024
Publicado
07 de marzo de 2024
DOI
https://doi.org/10.1038/s41598-024-55831-x
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Palabras clave
Café
Molienda
Extracción
Café exprés
Café espresso
Asignaturas
Química analítica
Física Aplicada
Espectrometría de masas
LOS AUTORES
Samo Smrke: #samosmrke https://www.linkedin.com/in/samo-smrke
André Eiermann: #andre_eiermann
https://www.linkedin.com/in/andré-eiermann-42751a
Chahan Yeretzian: #chahanye https://www.linkedin.com/in/chahanyeretzian/
Coffee Excellence Center ZHAW: #zhaw.coffee.excellence.center
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