Традиционный подход и его затраты
Классический эспрессо создается под высоким давлением. Воду нагревают до 90 градусов Цельсия и прогоняют через спрессованную таблетку мелко помолотого кофе. Высокая температура и давление необходимы для быстрой экстракции растворимых соединений, масел и ароматических веществ. Напиток получается густым, вязким и насыщенным. Однако обычные кофемашины расходуют много электроэнергии именно на нагрев воды и поддержание тепла внутри системы.
Холодное заваривание и его сложности
Холодное заваривание (cold brew) работает по другому принципу. Этот метод требует выдерживания зерен в воде комнатной температуры от 12 до 24 часов. Холодная жидкость хуже растворяет химические соединения. В итоге напиток получается менее концентрированным, обладает иной плотностью и содержит примерно в пять раз меньше кофеина, чем стандартная порция эспрессо.
Проблемы ускорения холодного метода
Многочисленные попытки ускорить этот процесс долгое время не приносили успеха. Инженерам не удавалось получить напиток нужной крепости без теплового воздействия. Предыдущие эксперименты со звуком сокращали время приготовления холодного кофе до нескольких минут, но давали лишь слабый водянистый настой. Физики не могли добиться необходимой концентрации.
Успешная замена нагрева звуком
В новом эксперименте ученым удалось полностью заменить термическое воздействие звуковыми волнами. Инженеры модифицировали стандартную кофемашину. Они разработали и изготовили металлический стержень для передачи колебаний частотой 42,6 килогерца на стенку рожка (портафильтра) с кофе. Форма деталей была подобрана так, чтобы рожок резонировал и направлял энергию внутрь жидкости с максимальной эффективностью со всех направлений.
Механизм кавитации в действии
Работа устройства основана на микроскопических пузырьках. Звуковые волны заставляли воду быстро сжиматься и расширяться. В жидкости формировались полости, которые мгновенно схлопывались. Этот феномен известен как кавитация. Схлопывающиеся пузырьки разрушали поверхность частиц кофе. Вода комнатной температуры проникала вглубь зерен и эффективно вымывала растворимые вещества. Инженеры не утрамбовывали кофе в рожке, чтобы не мешать распространению звука, а подавали жидкость небольшими порциями через бумажные фильтры. В ходе опытов варьировались помол, мощность и время воздействия для поиска оптимальных параметров.
Сравнение результатов и впечатляющая экономия
Физики сравнили классические горячие напитки с продуктом новой установки. Они измерили количество растворенных веществ, выход экстракта, кислотность и уровень кофеина. За три минуты работы при мощности 100 ватт прибор извлек около 18% массы кофейных зерен мелкого помола. Доля растворенных веществ достигла 8,89%. Горячий метод показал результат в 8,74%. Концентрация кофеина и кислотность в обоих случаях были идентичны.
Дополнительно ученые зафиксировали энергозатраты на приготовление трех порций. Традиционная машина потратила 0,082 киловатт-часа энергии без учета первичного нагрева бойлера. Звуковая установка израсходовала лишь 0,020 киловатт-часа. Потребление электроэнергии сократилось на внушительные 75%.
В завершение 100 обычных потребителей оценили вкус напитков. Участники не знали, какой именно кофе им предлагают. Разницы в оценках аромата и вкуса между двумя видами эспрессо обнаружено не было, люди не смогли отличить классический вариант от звукового. Стоит отметить, что напитки предварительно охладили до 22 градусов Цельсия для выравнивания условий дегустации, что могло повлиять на восприятие вкуса.
Перспективы звукового эспрессо
Исследование продемонстрировало реальную возможность быстрого извлечения плотных кофейных фракций без термической обработки. Теперь ученые планируют адаптировать этот удивительный метод для масштабного производства жидких кофейных концентратов.
Источник: naked-science.ru
