אספרסו הוא שיטה פופולרית לחליטת קפה שמקורה באיטליה. בתהליך ההכנה טוחנים פולי קפה קלויים לאבקה דקה שאותה דוחסים לדיסקה בתוך כלי מתכת. לאחר מכן מחממים מים לטמפרטורה של כ-92 מעלות צלזיוס, על סף הרתיחה, ומזרימים אותם בלחץ גבוה מאוד של כתשעה בר – בערך פי תשעה מלחץ האוויר בגובה פני הים – דרך הקפה הדחוס. התוצאה היא מנה קטנה, 60-30 מיליליטר, של נוזל מרוכז, עשיר בקפאין ובחומרי טעם מפולי הקפה. להכנת מנת אספרסו מיטבית חשוב לדייק בכל אחד משלבי ההכנה.
חובבי קפה מושבעים יגידו שאחד הגורמים המכריעים בהכנה הוא טיב טחינת הקפה. גרגירי הקפה הטחון צריכים להיות בגודל הנכון, לא גסים מדי ולא דקים מדי, וחיוני שיהיו אחידים בגודלם. מחקר שנערך לפני כמה שנים בחן את השפעת גודל הגרגירים של הקפה הטחון על ריכוז החומרים המרכיבים את הקפה המוכן.
החוקרים ציפו לגלות שככל שגרגירי הקפה הטחון יהיו דקים יותר, נקבל קפה מרוכז יותר. אולם באופן מפתיע, נמצא שזה לא כך. בתחילה ריכוז הקפה אכן גדל בהתאם למידת הטחינה של הגרגירים, אך רק עד גבול מסוים. מעבר לו, כשהטחינה כבר דקה מאוד, המגמה מתהפכת והקטנה נוספת של הגרגירים דווקא תפחית את ריכוז החומרים בקפה שימוצה מהם.
ככל שגרגירי הקפה הטחון דקים יותר, נקבל קפה מרוכז יותר, עד גבול מסוים. פולי קפה וקפה טחון ברמות שונות | צילום: Simonova Elena, Shutterstock
מתמטיקה של קפה
כדי לרדת לשורש העניין פיתח צוות חוקרים מאוניברסיטת האדרספילד באנגליה מודל לבדיקה תיאורטית של דפוסי מעבר המים באבקת הקפה הדחוסה. במאמר שפרסמו לאחרונה הם תיארו את המודל המתמטי הפשוט שבנו, הבודק מצב שבו למים החמים יש שני מסלולים אפשריים לעבור בהם בתוך קפה טחון שגודל הגרגירים בו אחיד, והם נבדלים זה מזה רק במידת הדחיסה של הגרגירים. במסלול שבו הקפה פחות דחוס יש בין הגרגירים יותר חללים שמים יכולים לעבור בהם. לכן קל יותר למים לזרום במסלול הפחות דחוס והם נוטים להעדיף אותו על פני החלופה הצפופה. בתוך כך, זרם המים החמים ממיס חלק מגרגירי הקפה במסלול המרווח, וכך צפיפות הגרגירים בו ממשיכה לרדת והפער בדחיסות בין שני המסלולים גדל.
זהו מנגנון של משוב חיובי – במסלול הפחות דחוס מלכתחילה זורמים יותר מים, יש יותר מיצוי של גרגירי הקפה שבו, והדחיסות יורדת אף יותר, וחוזר חלילה. התוצאה של מנגנון כזה היא שבתוך דיסקת הקפה הטחון נוצרים אזורים שעוברים מיצוי-יתר, ולצידם אזורים אחרים שנמצאים בתת-מיצוי. מפתרון המשוואות המתמטיות של המודל, החוקרים הצליחו לשחזר את התוצאה שהתקבלה בניסוי לפיה גרגירים קטנים מדי מובילים לקפה פחות מרוכז. ההסבר לכך אינו חד-משמעי, אך הפרשנות של החוקרים היא שגרגירים קטנים מגיעים למיצוי מלא מהר יותר, ולאחר מכן המים שממשיכים לזרום במסלול הפחות דחוס כבר מכילים מעט מאוד חומרי טעם.
כמובן, במציאות יש למים הרבה מסלולים אפשריים לעבור בהם דרך אבקת הקפה הטחון, ולא רק שניים. המחקר מדגים, אם כן, איך מודל פשוט יכול לשחזר מגמות כלליות שעולות מניסויים. המחקר הזה, עם קודמו, עוזר להבין את המנגנונים שעומדים מאחורי הכנת קפה, ואף פותח אפשרויות לשיפור רמת המיצוי של הקפה – למשל לשנות את צורת הכלי שבו הקפה נדחס. מעבר לכך, את הרעיונות והמסקנות שעולים מהמחקר אפשר להרחיב לבעיות דומות שעוסקות בנוזל שעובר דרך חומר נקבובי דחוס.