Matematiker, fysiker, och materialexperter kanske inte tänker på som de första personerna att rådfråga om du brygger ditt kaffe rätt. Men ett team av sådana forskare från hela världen – USA, Storbritannien, Irland, Australien, och Schweiz – utmanar vanlig espressovisdom, upptäcker att färre kaffebönor, mala grövre, är nyckeln till en drink som är billigare att göra, mer konsekvent från skott till skott, och lika stark. Deras arbete visas den 22 januari i tidskriften Materia .

"De flesta människor i kaffeindustrin använder finmalda inställningar och massor av kaffebönor för att få en blandning av bitterhet och sur syra som är oförutsägbar och irreproducerbar, " säger co-senior författare Christopher Hendon, en beräkningskemist vid University of Oregon. "Det låter kontraintuitivt, men experiment och modellering tyder på att effektiv, reproducerbara bilder kan nås genom att helt enkelt använda mindre kaffe och mala det grövre."

Även om många faktorer är inblandade, normen för att brygga en espressoshot är att mala en relativt stor mängd kaffebönor (~20 gram) nästan så fint som möjligt. Den fina malningen, sunt förnuft går, betyder mer yta som exponeras för bryggvätskan, vilket borde öka extraktionsutbytet - den del av det malda kaffet som faktiskt löses upp och hamnar i den slutliga drycken.

Men när forskarna satte ihop en matematisk modell för att förklara extraktionsutbytet baserat på faktorerna under en baristas kontroll - alternativ som vattenmassorna och torrt kaffe, grundens finhet eller grovhet, och vattentrycket - och jämförde dess förutsägelser med bryggexperiment, det blev tydligt att det verkliga förhållandet var mer komplicerat. Att mala lika fint som industristandarden täppte till kaffebädden, minska extraktionsutbytet, slöseri med råmaterial, och introducera variation i smak genom att prova vissa grunder och helt missa andra.

Mycket siffror och tusentals skott senare, teamet kom fram till ett recept för att samtidigt maximera extraktion och producera espresso som skulle smaka likadant från en kopp till en annan. "Ett sätt att optimera extraktion och uppnå reproducerbarhet är att mala grövre och använda lite mindre vatten, medan en annan är att helt enkelt minska mängden kaffe, " säger Hendon.

Att utveckla en modell som representerar espressobryggning var inte en enkel uppgift. På en grundläggande nivå, extraktionsutbytet beror på hur vatten strömmar under tryck genom en massa kaffesump. Men den massan består av miljontals individuella korn av olika former och storlekar, fastnat oregelbundet i en enkel filterbädd. "Du skulle behöva mer datorkraft än vad Google har för att exakt lösa fysiken och transportekvationerna för bryggning på en geometri lika intrikat som en kaffebädd, " säger co-seniorförfattaren Jamie M. Foster, en matematiker vid University of Portsmouth (UK).

För att komma förbi detta hinder, forskarna utgick från en osannolik källa – elektrokemi – som liknade hur koffein och andra molekyler löses upp ur kaffesump med hur litiumjoner rör sig genom elektroderna på ett batteri. Att låna modelleringsmetoder från batteriarbete ledde till en rigorös kaffeextraktionsmodell som kan göra kraftfulla och testbara förutsägelser.

Att öka utvinningsutbytet genom en eller flera av de vägar som modellen illustrerar kan också leda till ekonomiska vinster för kaféer och till hållbarhetsvinster för kaffebranschen som helhet. Till exempel, till nuvarande pris på rostade kaffebönor, Att sänka massan av torrt kaffe från 20 gram till 15 gram per drink skulle lägga till besparingar på några tusen dollar per år för ett litet kafé, och 1,1 miljarder dollar per år om det skalas upp till hela den amerikanska kaffeindustrin. Att vara effektivare med användningen av kaffebönor skulle också minska avfallet i en tid då kaffeförsörjningen hotas av ett förändrat klimat i historiska produktionsområden.

Forskarna betonar, dock, att deras resultat inte utger sig för att reducera all espressotillverkning till en enda uppsättning bryggförhållanden eller till en ensam smakprofil. "Även om det finns tydliga strategier för att minska avfallet och förbättra reproducerbarheten, det finns ingen uppenbar optimal espressopunkt, " säger Hendon. "Det finns ett enormt beroende av preferenserna hos den person som producerar kaffet; vi klargör de variabler som de måste överväga om de vill navigera bättre i parameterutrymmet för att brygga espresso."