Các nhà vật lý Ba Lan giải mã bí ẩn quy trình pha chế espresso hoàn hảo

Tình trạng cà phê espresso pha ra có thể bị nhạt nước, đắng hoặc khác so với bình thường thường được cho là do chất lượng hạt cà phê hoặc cài đặt độ xay không phù hợp. Tuy nhiên, một nhóm các nhà vật lý Ba Lan đã chú ý tới yếu tố ít thấy hơn là cách nước tương tác với lớp cà phê ép trong máy pha. Họ nhận thấy rằng quá trình nước chảy qua cà phê không đồng đều gây ra hiện tượng gọi là "kanalikowanie" - nước sẽ tìm các lối đi dễ dàng hơn thay vì len lỏi đều qua toàn bộ lớp cà phê, làm giảm hiệu quả chiết xuất và ảnh hưởng tới hương vị.

Tại Warsaw Coffee Conference, các barista đặt câu hỏi về hiện tượng này khiến các nhà vật lý quyết định chuyển đổi máy pha cà phê thông thường thành thiết bị khoa học với cảm biến áp suất và cân điện tử. Họ tiến hành 60 lần pha espresso với lượng cà phê đồng nhất 18,5 gram, chỉ thay đổi áp suất bơm từ 1 đến 12 bar nhằm đo lường ảnh hưởng lên tốc độ dòng chảy và chất lượng thành phẩm.

Kết quả cho thấy khi áp lực nhỏ, nước chảy càng mạnh thì tốc độ qua cà phê càng nhanh đúng như dự đoán. Tuy nhiên xung quanh mức áp lực khoảng 5 bar, tốc độ này không còn tăng đều mà chủ yếu giữ nguyên hoặc chậm lại khi áp lực tiếp tục tăng. Điều này khác với thói quen hoạt động của máy pha espresso thường dùng áp lực từ 6 đến 9 bar. Mức áp lực 5 bar cho thời gian đổ đầy cốc nhanh nhất trong thí nghiệm.

Nhóm nghiên cứu lý giải rằng sau khi cà phê được nén, nó không hình thành một lớp lọc cứng mà là lớp xốp mềm như bọt biển ướt. Áp lực nước tăng làm dòng nước đi qua bị nén chặt hơn khi các hạt cà phê ép sát lại và làm đường đi thu hẹp lại. Vì vậy, lực nước lớn hơn không chỉ đẩy nước đi mà còn tạo ra sự cản trở mới từ chính lớp cà phê. Đồng thời, lớp cà phê hút nước và phồng lên, một vài đường nước bị đóng lại trong khi các lối khác được hình thành.

Chụp cắt lớp X-quang cho thấy sau khi pha, lớp cà phê bột bị nứt và bong khỏi đáy rổ lọc ở một số điểm. Việc tạm dừng máy bơm và bật lại có thể làm tăng tốc độ dòng chảy nhưng không tăng lượng chất chiết xuất, cho thấy việc ngắt quãng có thể kích thích hình thành đường đi tắt không mong muốn cho nước.

Khảo sát hàm lượng chất chiết xuất trong cà phê rót vào cốc cho thấy giọt đầu tiên xuất hiện sau 5 đến 10 giây và có nồng độ rất cao, chiếm khoảng 25% khối lượng là các thành phần hòa tan. Sau khoảng 20 giây, nồng độ này giảm nhanh và sau khoảng một phút thì gần như bằng không. Lượng chất chiết xuất cao nhất trong cốc thường đạt vào khoảng giây thứ 30 pha cà phê, sau đó máy tiếp tục thêm nước với độ đậm đặc giảm dần.

Maciej Lisicki từ Đại học Warsaw chia sẻ trong thông cáo báo chí rằng nhóm nghiên cứu đã biến việc pha cà phê hàng ngày thành đề tài nghiên cứu khoa học, tập trung phân tích tác động lẫn nhau giữa áp suất nước, độ đàn hồi của lớp cà phê và khoảng cách giữa các hạt cà phê.

Nghiên cứu do Đại học Warsaw phối hợp với Viện Vật lý PAN, Đại học Potsdam và Viện Max Planck về Động lực học và Tự tổ chức ở Göttingen, Đức thực hiện và được công bố trên tạp chí Physics of Fluids. Đồng thời, dự án cũng dựa vào kinh nghiệm thực tiễn của các barista và chuyên gia về máy pha cà phê từ Warsaw.

Kết quả cho thấy áp suất bơm nước không chỉ là núm vặn điều chỉnh tốc độ mà còn thay đổi đặc tính của lớp cà phê mà nước phải xuyên qua. Điều này mở ra khả năng tạo ra espresso ổn định hơn qua việc điều khiển áp suất một cách thông minh thay vì chỉ nâng cao công suất máy bơm.