Extraktionsverhalten von Kaffee

Posted:  November 6th, 2009 by:  wolfram comments:  1

Animiert durch mehrere Gespräche, die ich in den vergangenen Wochen geführt habe, gehe ich in diesem Beitrag auf das Extraktionsverhalten von Kaffee ein. Konkret geht es mir darum zu zeigen, wie sich Kaffee bei der Extraktion verhält und welche Möglichkeiten man besitzt, auf das Ergebnis Einfluss zu nehmen.

coffee-cup

Es scheint nicht immer klar zu sein, dass man den Säuregehalt eines Espressos gezielt über Mahlgrad und Dosierung steuern kann. Natürlich geht dies nur im machbaren Rahmen. Der machbare Rahmen definiert sich aus den sonstigen geschmacklichen, aromatischen und taktilen Attributen, die in einem ausgewogenem Verhältnis zueinander bleiben sollen. Volle Aromen bei einer angenehmen Säure ist das Ziel.

Um das Extraktionsverhalten für diesen Beitrag mit Zahlen zu untermauern, habe einige Tests durchgeführt. Die Tests unterscheiden sie lediglich durch den gewählten Mahlgrad, um ein dadurch verursachtes anders geartetes Extraktionsverhalten aufzuzeigen. Als Mahlgrad wurde ein Mahlgrad für Espresso und ein Mahlgrad für Filterkaffee verwendet. Die Rahmenparameter sind folgende.

  • Verwendung von 20g Kaffee auf eine Menge von 400 ml Wasser. Das Wasser besitzt eine Temperatur von 90°C.
  • Messung der Dichte über ein Refraktometer. Das Refraktometer wurde auf das für die Zubereitung verwendete Wasser normiert, so dass für dieses ein Wert von 0°Brix angezeigt wird.
  • Messung des Wassers in ppm und dem pH-Wert. Das für die Zubereitung verwendete Wasser hat einen Wert von 495 ppm und einen pH-Wert von 7,78 und ist somit basisch.

°Brix und ppm werden verwendet, um zu messen, wieviel mehr Bestandteile sich nach einer Extraktion im Wasser befinden. Durch Bezugsetzung mit den jeweiligen Ausgangswerten ist erkennbar, wieviele Stoffe sich in welchem Zeitraum gelöst haben. Der pH-Wert ist ein Indikator für die gelöste Säure, je kleiner der Wert wird, desto mehr Säure befindet sich im Extrakt.

Die Messung wurde über einen Zeitraum von vier Minuten vorgenommen, in Abständen von jeweils 30 Sekunden. Die Ergebnisse beider Tests sind im Folgenden Diagramm zu finden (Klick für eine große Version des Diagramms). Der obere Teil zeigt die Messergebnisse für einen feinen, der untere die für einen groben Mahlgrad.

extraktion_4min-small

Welche Informationen kann man aus den Messungen entnehmen, abgesehen davon, dass 20 Gramm Kaffee auf eine Menge von 400 ml Wasser eine recht dünne Brühe ergeben?

  • Die sich im Wasser lösenden Bestandteile nehmen mit der Dauer der Extraktion zu.
  • Der Säuregehalt (ein immer niedriger werdender pH-Wert) steigt mit der Dauer der Extraktion.
  • Die Größte Veränderung bei Dichte und pH-Wert ist bereits in den ersten 30 Sekunden eingetreten.

Erkennbar ist, dass viele der messbaren Veränderungen bereits innerhalb der ersten 30 Sekunden eingetreten sind. Insbesondere ist dies für die Veränderung des pH-Werts interessant. Eine wesentliche Verkürzung der Brühzeit ergibt daher keinen Sinn, um den Säureanteil im Extrakt maßgeblich zu reduzieren. Deutlicher wird dies, wenn man eine weitere Messung (leicht höher dosiert, bei 15g Kaffee auf 200 ml Wasser) betrachtet. Das folgende Diagramm zeigt die Veränderungen in den ersten 30 Sekunden, gemessen in einem Abstand von jeweils 10 Sekunden (Klick für eine große Version des Diagramms).

extraktion_30sec-small

Wie man erkennen kann, ist bereits nach den ersten zehn Sekunden die maßgebliche Veränderung des pH-Werts erfolgt.

Für eine weitere Auswertung ist es notwenig, die Werte zu verdichten. Was genau sehen wir? Der pH-Wert bei der feinen Mahlung ist wesentlich niedriger als der bei der groben Mahlung. Soweit ist das nachvollziehbar, da die Gesamtoberfläche der Partikel bei einem feinen Mahlgrad größer ist und sich zur gleichen Zeit dadurch schneller und mehr Substanzen aus dem Kaffee lösen können, also auch die Säure. Betrachten wir die Werte etwas genauer.

  • Feiner Mahlgrad, Messung nach 30 Sekunden: 0,9°Brix, bei einen pH-Wert von 6,17
  • Grober Mahlgrad, Messung nach 30 Sekunden: 0,3°Brix, bei einem pH-Wert von 6,35

Der Ausgangs-pH-Wert liegt bei 7,78, dies ist der Wert des für die Zubereitung verwendeten Wassers. Für den feinen Mahlgrad ergibt sich eine Verschiebung des pH-Werts von 1,61 und für den groben Mahlgrad eine Verschiebung des pH-Werts von 1,43. Diese Werte müssen wir nun in Bezug zu den gelösten Anteilen setzen. Auf Basis der Dichtemessung in °Brix ergeben sich folgende normalisierte Werte für die Messung nach 30 Sekunden.

  • Abweichung des pH-Werts beim feinen Mahlgrad, je 0,1°Brix: 0,18
  • Abweichung des pH-Werts beim groben Mahlgrad, je 0,1°Brix: 0,48

Bezieht man die tatsächlich gelösten Anteile ein, erkennt man, dass der Säureanteil bei einem groben Mahlgrad wesentlich höher ist, als bei einem niedrigen Mahlgrad. Einfacher erkennbar ist dies, wenn man die Messung nach 30 Sekunden bei einem feinen Mahlgrad mit der nach vier Minuten beim groben Mahlgrad vergleicht.

  • Feiner Mahlgrad, Messung nach 30 Sekunden: 0,9°Brix, bei einen pH-Wert von 6,17
  • Grober Mahlgrad, Messung nach 240 Sekunden: 0,7°Brix, bei einem pH-Wert von 5,98

Selbst bei einer langen Extraktionszeit erreicht man bei einem groben Mahlgrad nicht das gleiche Maß an gelösten Substanzen, der Säureanteil ist dennoch erkennbar höher.

Für die Zubereitung von Espresso, bei gleichbleibendem Brühdruck und einer gleichbleibenden Extraktionszeit, bedeutet dies konkret:

  • Ein feinerer Mahlgrad, bei einer niedrigeren Dosierung, führt zu weniger Säure.
  • Ein gröberer Mahlgrad, bei einer höheren Dosierung, führt zu mehr Säure.

Ergänzend noch ein Wort zu der gemessenen Dichte in °Brix und ppm. Die Dichte gibt nicht zwangsläufig eine Aussage darüber ab, ob die Aromen des Kaffees ideal in das Extrakt übergangen sind. Es wird lediglich angegeben, wieviele Substanzen übergegangen sind. Um eine zusätzliche sensorische Prüfung (Verkostung) kommt man daher nicht herum.

1 Comment

Posted By: Generelle Frage: Gastro- vs. Haushaltsm On: November 12, 2010 At: 12:32 pm

[…] nicht. Wahrscheinlich m