چطور با قوری گردن‌لوله‌ای قهوه خوشمزه‌تری بسازیم
به گزارش آنا، محققان دانشگاه پنسیلوانیا روشی برای تهیه قهوه دمی (pour-over) با طعم غنی‌تر و با استفاده از دانه‌های کمتر کشف کرده‌اند که در آن از اصول دینامیک سیالات بهره گرفته شده است. این تیم با آزمایش‌های خلاقانه‌ای که شامل استفاده از ذرات شفاف، لیزر‌ها و دوربین‌های پرسرعت بود، نشان دادند که تکنیک‌های خاص ریختن آب مانند استفاده از قوری گردن‌لوله‌ای و تنظیم ارتفاع مناسب برای ریختن، می‌توانند استخراج طعم را بهینه کنند. این یافته‌ها نه تنها فرآیند تهیه قهوه را بهبود می‌بخشند، بلکه بینشی جدید درباره سیستم‌های گسترده‌تری مانند فرسایش خاک و تصفیه آب ارائه می‌دهند.
تهیه قهوه بهتر با دانه‌های کمتر
هزینه دانه‌های عربیکا (ماده اصلی بیشتر قهوه‌ها) در سال‌های اخیر به‌دلیل چهار فصل متوالی، شرایط آب‌وهوایی نامناسب و تشدید تغییرات آب‌وهوایی افزایش چشمگیری داشته است. این مسئله، فشار زیادی بر گیاه قهوه عربیکا (Coffea Arabica) وارد کرده که به دمای خاصی برای رشد نیاز دارد. در پاسخ به این چالش، فیزیکدانان دانشگاه پنسیلوانیا پرسش جسورانه‌ای مطرح کردند: «آیا می‌توان با استفاده از دانه‌های کمتر، قهوه‌ای عالی تهیه کرد؟»
آرنولد ماتیسن، استادیار مدرسه علوم و هنر‌های دانشگاه پنسیلوانیا، می‌گوید: «تحقیقات زیادی روی مکانیک سیالات و به‌طور جداگانه روی ذرات انجام شده است. شاید این مطالعه یکی از اولین کار‌هایی باشد که این دو حوزه را با هم ترکیب می‌کند.»
یافته‌های این تحقیق که در ۸ آوریل در مجله Physics of Fluids فیزیک سیالات منتشر شد نشان می‌دهد که چگونه اصول دینامیک سیالات می‌توانند به افزایش استخراج طعم از دانه‌های قهوه منجر شوند به‌گونه‌ای که حتی با استفاده از مقدار کمتری دانه نیز طعمی مطلوب حاصل شود.
استخراج بیشتر با مقدار کمتری قهوه
ارنست پارک، یکی از نویسندگان مقاله و پژوهشگر دانشجویی در آزمایشگاه ماتیسن، می‌گوید: «ما سعی کردیم راه‌هایی پیدا کنیم که بتوانیم از مقدار کمتری قهوه استفاده کنیم و تنها با بهره‌گیری از اصول دینامیک سیالات حین ریختن آب با قوری گردن‌لوله‌ای، استخراج از دانه‌های قهوه را افزایش دهیم. هرچند از مقدار کمتری دانه استفاده شود.»
اما برای مطالعه دقیق این فرآیند، باید آنچه نامرئی بود را مرئی می‌کردند، همان‌طور که مارگوت یونگ، نویسنده دیگر مقاله و پژوهشگر دانشجویی در آزمایشگاه ماتیسن، توضیح می‌دهد.
پارک ادامه می‌دهد: «کدری قهوه، مشاهده مستقیم دینامیک ریختن آب را دشوار می‌کند؛ بنابراین ما به جای آن از ذرات شفاف سیلیکاژل در یک مخروط شیشه‌ای استفاده کردیم.»
چگونگی کمک رانش‌های کوچک و جریان آرام به استخراج طعم
با استفاده از لایه لیزری و دوربین پرسرعت، تیم تحقیقاتی مشاهده کرد که ریختن آب از بالا، باعث ایجاد رانش‌های کوچک در لایه ذرات می‌شود. این حرکت چرخشی، ذرات را می‌چرخاند و با افزایش تماس بین آب و دانه‌های قهوه، استخراج طعم را بهبود می‌بخشد.
یکی از عوامل کلیدی در این فرآیند، جریان آرام (صاف و بدون آشفتگی) است که با استفاده از قوری گردن‌لوله‌ای حتی با جریان ملایم، امکان‌پذیر می‌شود. پارک توضیح می‌دهد: «اگر از یک قوری معمولی آب استفاده کنید، کنترل جهت جریان کمی دشوار است؛ و اگر جریان به‌اندازه کافی آرام نباشد، نمی‌تواند لایه دانه‌های قهوه را به خوبی نفوذ کند.»
هنر و علم تنظیم ارتفاع ریختن آب
به گزارش scitechdaily، تیم پژوهشی دریافتند که ریختن آب از ارتفاع مشخصی، اثر مخلوط کنندگی قوی‌تری ایجاد می‌کند.
یونگ می‌افزاید: «هنگام تهیه قهوه، عامل اصلی جذب طعم و مواد مغذی از دانه‌ها، تماس مستقیم بین آب و دانه‌ها است. بنابراین، هدف این است که کل تماس آب و دانه‌ها در طول فرآیند ریختن را افزایش دهیم.»
آنها همچنین کشف کردند که اگر آب از ارتفاع بیش از حدی ریخته شود، جریان آب به قطرات کوچک تبدیل می‌شود که هوا را نیز به داخل مخروط قهوه همراه می‌کند. این امر می‌تواند کارایی استخراج را کاهش دهد.
آزمایش روی قهوه واقعی برای دقت علمی
محققان آزمایش‌های تکمیلی با دانه‌های قهوه واقعی انجام دادند تا میزان استخراج مواد جامد محلول را اندازه‌گیری کنند. نتایج آنها تأیید کرد که استخراج قهوه می‌تواند با افزایش زمان مخلوط‌شدن (با ریختن آرام‌تر، اما مؤثرتر) که از دینامیک رانش‌های کوچک بهره می‌برد، تنظیم شود.
برای جریان‌های آبی غلیظ‌تر، آنها دریافتند که ریختن از ارتفاع بیشتر، قهوه‌ای قوی‌تر تولید می‌کند که مشاهدات قبلی آنها درباره افزایش تحرک ذرات با ارتفاع بیشتر را تأیید می‌کند. اما هنگام استفاده از جت آب نازک‌تر، استخراج در ارتفاع‌های مختلف به طور یکسان بالا بود، احتمالا به دلیل زمان ریختن طولانی‌تر برای رسیدن به حجم هدف.
از قهوه تا آبشار‌ها و فراتر
این مطالعه نه تنها به قهوه علاقه‌مند است، بلکه پنجره‌ای به تحقیقات گسترده‌تر تیم نیز محسوب می‌شود. ماتیسن می‌گوید: «ما فقط برای سرگرمی این کار را نکردیم. ابزار‌هایی از پروژه‌های دیگر داشتیم و متوجه شدیم قهوه می‌تواند سیستم مدلی خوب برای کاوش اصول فیزیکی عمیق‌تر باشد.»
این اصول فراتر از آشپزخانه گسترش می‌یابند، همان‌طور که یونگ اشاره می‌کند: «این نوع رفتار سیالات به ما کمک می‌کند بفهمیم آب چگونه سنگ‌ها را زیر آبشار‌ها یا پشت سد‌ها فرسایش می‌دهد.» ماتیسن همچنین اضافه می‌کند که سیستم‌های تصفیه فاضلاب و فیلتراسیون نیز از دینامیک مشابهی پیروی می‌کنند.
کاربرد‌های عملی و تحقیقات آینده
این پروژه همچنین بخشی از تحقیقات جاری در آزمایشگاه است. پارک در حال کار روی سطوح فعال میکرومتری است که از میدان‌های مغناطیسی چرخان برای پاک کردن بیوفیلم‌ها از تجهیزات پزشکی استفاده می‌کند.
در همین حال، یونگ در حال بررسی جریان‌های بیولوژیکی فوق‌سریع است و از همان سیستم تصویربرداری پرسرعت برای مطالعه نحوه عملکرد گردباد‌های کوچک تولیدشده توسط مژک‌های ریه در دفع پاتوژن‌ها استفاده می‌کند.
همان‌طور که ماتیسن می‌گوید: «می‌توانید از چیزی کوچک مثل قهوه شروع کنید… و در نهایت مکانیسم‌هایی را کشف کنید که در مقیاس‌های محیطی یا صنعتی اهمیت دارند.»
انتهای پیام/
