Forschende der University of Pennsylvania machten sich daran, die beste Pour-Over-Technik zu finden mithilfe von Strömungsmechanik, um mit möglichst wenigen Bohnen den maximalen Geschmack zu erzielen.

Durch das Ausgießen aus größerer Höhe mit einer Schwanenhalskanne entsteht ein "Lawineneffekt" im Kaffeepulver, der den Kontakt maximiert und die Extraktion verbessert, für einen aromatischeren Kaffee.

Diese Technik ermöglicht es Kaffeetrinkenden, weniger Bohnen zu verwenden und dennoch ein kräftiges Aroma zu erzielen. Das ist besonders hilfreich in Zeiten steigender Kaffeepreise und knapper Budgets.

Schlechtes Wetter und steigende Zölle in kaffeproduzierenden Ländern wie Brasilien und Kolumbien haben die Preise in die Höhe getrieben. Täglicher Kaffee fühlt sich dadurch zunehmend wie ein Luxus statt einer Gewohnheit an.

Diese neu veröffentlichte Brühmethode könnte dabei helfen, mehr aus dem Kaffeepulver herauszuholen, dank neugieriger Physiker und Strömungsmechanik-Expertinnen, die einfach Kaffee lieben.

Die Idee entstand ganz informell am Kaffeetisch des Labors, wo Forschende sich bei Gesprächen und Koffeinpausen fragten, wie man mit möglichst wenig Kaffee den besten Geschmack erzielen kann.

Die Ergebnisse wurden offiziell in der Fachzeitschrift Physics of Fluids unter dem Titel "Pour-over coffee: Mixing by a water jet impinging on a granular bed with avalanche dynamics" veröffentlicht.

Während andere Latte-Art bewunderten, richteten diese Wissenschaftler ihren Blick auf die zugrunde liegende Mechanik der Kaffeezubereitung jenseits der Ästhetik, mit dem Ziel, Geschmack und Effizienz zu verbessern.

Professor Arnold Mathijssen erklärte gegenüber USA Today, dass die Kaffeeexperimente ganz beiläufig an der gemeinsamen Kaffeestation des Labors begannen, einer Ecke der Werkbank, an der Wissenschaft und Koffein täglich aufeinandertrafen.

Was als spielerisches Herumprobieren mit Ausgießtechniken begann, entwickelte sich schnell zu strukturierten Experimenten, sorgfältig dokumentiert in einem Laborbuch von einem Team hochkoffeinierter Wissenschaftler.

Das Team wechselte zu einer besser ausgestatteten Laborecke, um Variablen wie Gießhöhe und Wasserstrahl gezielt zu kontrollieren. Das Ziel war simpel: herausfinden, was im Inneren des Filters geschieht.

Kaffeepulver ist undurchsichtig, was die Beobachtung erschwert. Um zu verstehen, was genau passiert, mussten sie das Kaffeepulver mit durchsichtigen Materialien simulieren und auf clevere optische Hilfsmittel zurückgreifen.

Das Team baute einen durchsichtigen Pour-Over-Filter, füllte ihn mit Silikagel, beleuchtete ihn mit einem Laserlichtblatt und filmte den Gießvorgang mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, um das Verhalten der Flüssigkeit zu analysieren.

Mit eigens entwickeltem Python- und Matlab-Code analysierten sie, wie der Wasserstrahl mit dem simulierten Kaffeebett interagierte. Das Ziel: verstehen, wie die Bewegung die Extraktionseffizienz beeinflusst.

Ihre Ergebnisse zeigten, dass das Ausgießen aus größerer Höhe eine körnige "Lawine" auslöste, die das Kaffeepulver aufwirbelte und mehr Oberfläche mit Wasser in Kontakt brachte, entscheidend für die Aromaextraktion.

Längerer Kontakt zwischen Wasser und Kaffeepulver verbessert das Aroma. Doch der Gießvorgang muss genau stimmen: Ist er zu langsam, vermischt sich das Wasser möglicherweise nicht gleichmäßig mit dem gesamten Pulver.

Ein sehr langsamer Guss kann zu unter- oder überextrahiertem Kaffee führen. Ein ausgewogener Wasserfluss ist entscheidend für eine Tasse, die vollmundig schmeckt, nicht bitter und nicht wässrig.

Das Ausgießen aus größerer Höhe erhöht die Geschwindigkeit des Wassers und löst die Kaffeepulver-Lawine aus. Diese Bewegung sorgt für maximalen Oberflächenkontakt und eine gleichmäßigere Extraktion.

Wird aus zu großer Höhe oder zu langsam gegossen, kann der Wasserstrahl in Tropfen zerfallen. Ein unterbrochener Strahl stoppt die Lawine, was zu einer ungleichmäßigen Aromaextraktion führt.

Für einen gleichmäßigen Guss sollte ein laminarer Strahl angestrebt werden: ein glatter, ununterbrochener Fluss. Er ist der Schlüssel zur Aktivierung der Lawine und zur optimalen Extraktion beim Filterkaffee.

Eine Schwanenhalskanne hilft, Gießgeschwindigkeit und Strahldicke präzise zu steuern. Sie ist der einfachste Weg, einen gleichmäßigen, laminaren Strahl zu erzeugen, für das perfekte Pour-Over-Erlebnis.

Experimente zeigten, dass ein langsamer, kontrollierter Guss den aromatischsten Kaffee ergibt. Das Verhalten des Wasserstrahls beeinflusst den gesamten Brühvorgang und letztlich den Geschmack.

Um die Extraktion zu messen, verdampften die Wissenschaftler den gebrühten Kaffee und wogen die zurückgebliebenen gelösten Feststoffe. So konnten sie zeigen, wie stark die Gießmethode beeinflusst, wie viel Kaffee tatsächlich in der Tasse landet.

Auch wenn sich die übliche Laborarbeit mit dem Verhalten von Bakterien in Flüssigkeitsströmen beschäftigt, trägt dieses Experiment auf besonders köstliche und alltagsnahe Weise zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn bei: durch besseren Kaffee.

Während der COVID-19-Pandemie, als das Labor geschlossen war, wandte sich das Team der Lebensmittelwissenschaft zu. Küchenerlebnisse hielten ihre Neugier wach und führten schließlich dazu, dass sie Forschung im Bereich der kulinarischen Strömungsmechanik veröffentlichten.

Das Labor nutzt die Kaffeewissenschaft inzwischen, um Schülerinnen und Schüler für Physik zu begeistern. Ihr Reichweite-Programm "Küchenwissenschaft" vermittelt komplexe Konzepte spielerisch und verständlich durch alltagsnahe Experimente.

Frühere Forschungen konzentrierten sich auf das Strömungsverhalten in Espressomaschinen und French Presses. Doch Pour-Over-Filterkaffee blieb weitgehend unerforscht, bis jetzt! Dank dieser kaffeebegeisterten Physiker.

Soweit dem Team bekannt ist, handelt es sich um die erste wissenschaftliche Analyse der Pour-Over-Technik anhand strömungsdynamischer Prinzipien. Ihr Morgenkaffee wird nie wieder derselbe sein.

Quellen: (USA Today) (New Scientist) 

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