Вода и кофе для обжарщиков и бариста

Выдержки из статей Владимира Шамаева

Вода и кофе

Прежде чем приступить к рассмотрению взаимодействия интересующего нас объекта с водой, неплохо было бы определиться, что собой̆ представляет кофейное зерно, из чего оно состоит и какими свойствами обладает. Также полезно иметь представление о другом участнике процесса – воде, и конечно, об окружающей среде, в которой эти две структуры взаимодействуют. Коротко обо всех партнерах.

Зерно зеленого и жареного кофе можно определить как гетерогенное, капиллярно пористое, коллоидное тело органического происхождения с клеточной структурой. Действительно, кофейное зерно – система неоднородная, его конструкция ячеистая с массой пор различного размера, в том числе, капиллярных 0,2 ÷ 0,3 мкм, и микропор, диаметр которых не превышает 0,01 мкм.

Набор химических веществ в семенах кофейного дерева тот же, что и в семенах других растений. Поведение воды в биологическом материале – зеленом кофе существенно отличается от поведения воды в жареном кофе.

Вода в кофейном зерне присутствует в виде пара, жидкости и в составе сложных молекулярных систем. Влагу в пористом коллоидном материале принято делить на свободную, поглощенную и связанную. Вода внутри зерна удерживается благодаря пористой̆ структуре и наличию биополимеров.

Зерно остается влажным до тех пор, пока в воздухе присутствует вода. Насыщение зерна водой (сорбция) или удаление воды из зерна (десорбция) наряду с экстракцией являются ключевыми процессами в технологии производства кофе. Все процессы на поверхности и внутри кофейного зерна протекают под действием факторов внешней среды.

Окружающая среда (атмосферный воздух) – это газовая смесь, состоящая из инертного азота, агрессивного кислорода, небольшого количества других газов, в основном нейтральных, и воды в виде пара. Пар при определенной температуре, которая называется точкой росы, переходит в жидкую фазу и выпадает в виде дождя, снега или росы. Атмосферная влага играет огромную роль в аграрном периоде кофе, при первичной обработке семян, в логистике, термообработке и даже при оценке аромата и вкуса. Не следует забывать и о том, что в атмосфере присутствует несметное количество разнообразных невидимых глазом микроорганизмов, спор грибов и др. Их жизненная активность зависит от термодинамических параметров среды и оказывает доминирующее влияние на сроки хранения продуктов.

Для того, чтобы мы могли последовательно и внимательно рассмотреть весь путь, который проходят кофе и вода от фермы до чашки с ароматным напитком, необходимо знать из каких химических веществ состоит кофе.

Химический состав кофе и его связь с водой

Химический состав семян кофейного дерева ничем не отличается от химического состава семян других растений, те же белки, жиры, углеводы, кислоты, минералы и вода. Различие состоит в количестве и качестве этих веществ.

От того, в какой форме находятся вещества, входящие в состав кофейного зерна, зависят его влажностные показатели, а значит, товарные и технические свойства. Из таблицы видно, что наиболее полно в зеленом кофе представлены сложные углеводы. Часть белков и жиров также имеют форму полимеров. Общая масса биополимеров в зерне равна 50 ÷ 60%. Одним из свойств веществ этого класса является способность присоединять и удерживать молекулы воды.

В процессе обжарки сложные вещества разлагаются на простые. Их способность связывать воду заметно снижается или вовсе исчезает. Влажность жареного кофе уменьшается до 1 ÷ 2%. Через несколько часов после обжига влажность зерна вновь увеличивается и достигает 3 ÷ 4%, но это уже происходит не столько благодаря наличию биополимеров, сколько за счет гигроскопичности пористого материала.

Что такое свободная и связанная вода в кофе?

Свободная и связанная вода

Всю воду, которая находится в зерне, разделяют на три вида: свободную, гигроскопическую и связанную. Такое деление достаточно условно, так как на самом деле часть молекул воды свободно перемещается внутри зерна и может при определенных условиях переходить из одного вида в другой, то есть, принимать любую из перечисленных форм. Количество воды в каждой форме постоянно изменяется во времени, причем процессы идут очень медленно и зависят от биологических, физических характеристик и химического состава зерна, а также от состояния окружающей среды. Влажность продукта стремится к равновесному состоянию с влажностью окружающей среды, но изменения в воздухе происходят быстрее, чем в зерне, и такой разнобой мешает установлению термодинамического равновесия.

Измерение количества влаги, находящейся в том или другом виде,- задача трудновыполнимая. Для того, чтобы эти измерения были возможны, разработаны специальные приборы, в которых определение величины влажности и других показателей проводят в изолированной камере с искусственно созданной окружающей средой, имеющей стабильные параметры. Несмотря на всё сказанное, формы присутствия воды в зерне имеют принципиальные отличия, а деление на свободную и связанную воду дает ответы на многие вопросы.

Свободная вода обладает такими же свойствами, что и чистая вода, так как ее энергия связи не отличается от энергии связи обычной воды. Она также легко испаряется, при тех же температурах переходит в жидкую или твердую фазу, сохраняет свойства растворителя. Свободная вода, не связанная полимерами, доступна для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций. Другое название свободной воды – механически связанная влага (физико-механическая вода). Свободная влага извлекается из объекта отжимом, методом центрифугирования или выпариванием. При выпаривании попутно удаляется часть связанной воды и небольшое количество летучих веществ, входящих в состав зерна.

Гигроскопическая вода (абсорбированная, поглощенная влага) – это влага, поглощенная зерном из воздуха. Она имеет более высокий потенциал энергии связи и в большей степени зависит от системы, в которой находится. Так же, как свободная вода, поглощенная влага испаряется при повышенной температуре. Пар в виде плотного слоя на поверхности зерна и пар, проникший внутрь пористой структуры, относятся к гигроскопической влаге. Поведение воды, находящейся в газовой фазе, внутри зерна изменчиво. Молекулы воды, из которых образовался пар, то присоединяются к полимерам, то покидают их, то конденсируются в микропорах, то снова превращаются в пар. Гигроскопическую воду можно назвать водой, находящейся на переходной стадии. Ее свойства отчасти повторяют свойства свободной воды, отчасти – связаннои.̆

Связанная вода – это ассоциированная влага, прочно соединенная с различными компонентами зерна – белками, липидами и углеводами. Ее свойства существенно отличаются от свойств чистой воды. Связанная вода не может быть растворителем, не замерзает при низких температурах (–40 °C). Для того чтобы отделить связанную воду от вещества, с которым она объединена, необходимо затратить значительное количество энергии. Удаление связанной воды приводит к нарушению структуры белков, жиров и углеводов, с которыми она ассоциирована, и к изменению технологических особенностей зерна. Поскольку механизмов связывания воды достаточно много, связанную воду разделяют на: химически связанную, органически связанную, адсорбционно связанную, воду микрокапилляров, осмотически связанную, гидратную воду и иммобилизационную воду. Наибольшей энергией связи обладает химически связанная вода. Ее можно удалить из материала только с помощью химической реакции или интенсивной термообработкой – прокаливанием.

Для увеличения количества связанной воды в систему внедряют связующие материалы,- в пищевой промышленности это сахара, растворимые соли и некоторые спирты.

Вода в процессе приготовления кофе

Воду, используемую для приготовления напитка, можно так охарактеризовать : вода должна быть кристально чистой и обладать высокими качественными показателями. Очевидно, такого определения недостаточно, поскольку вода в кофеварении выполняет не только самую главную работу – извлечение из порошка молотого кофе веществ, необходимых для формирования вкуса и аромата, но и другие задачи. В котельной установке профессиональной кофе машины она является теплоагентом. С помощью пара вспенивают молоко. Значительна роль воды и в лабораторных исследованиях. Влажность окружающей среды воздействует на оценку вкусовых и ароматических показателей напитка.