Kinetics of Espresso Extraction #2 จลนศาสตร์ของการสกัดกาแฟเอสเปรสโซ ตอนที่ 2 (ตอนจบ)

Kinetics of Espresso Extraction #2
จลนศาสตร์ของการสกัดกาแฟเอสเปรสโซ ตอนที่ 2 (ตอนจบ)

อ่านตอนที่ 1 ได้ที่
https://www.facebook.com/ilovehillkoff/posts/1063143537075933:0

วิธีการ

นักวิจัยได้นำกาแฟอราบิก้า "Yellow Bourbon" จากบราซิลมาคั่วที่ระดับกลาง จากนั้นกาแฟที่รอทดสอบจะถูกเก็บในอุณหภูมิต่ำกว่าเยือกแข็งเป็นเวลา 2 สัปดาห์ และละลายน้ำแข็งก่อนนำมาใช้ทดลอง 12 ชั่วโมง ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่ากาแฟจะคงความสดใหม่ จากช่วงเวลาคั่วจนถึงสกัดจะไม่เกิน 1 เดือน

น้ำหนักผงกาแฟก่อนสกัดอยู่ที่ 18 กรัม และ 30 กรัมหลังจากสกัดแล้ว (ใช้บาสเก็ตขนาดดับเบิ้ล) ระยะเวลาการสกัด 25 วินาที บดโดยเครื่องบด Compak K10 และสกัดโดยเครื่องชงกาแฟกึ่งอัตโนมัติ Dalla Corte Mini น้ำที่ใช้สกัดเป็นน้ำแร่ที่หาซื้อได้ทั่วไป โดยมีประมาณเกลือแร่ 130 มิลลิกรัม/ลิตร

การทดลองสกัดจะใช้อุณภูมิและแรงดันที่ต่างกัน 5 โปรไฟล์ ซึ่งหนึ่งในนั้นใช้โปรไฟล์ที่ SCAA แนะนำ นั่นคือการสกัดที่ 9 บาร์ อุณหภูมิ 92 องศาเซลเซียส โปรไฟล์ที่เหลือจะต่ำกว่าหรือสูงกว่านี้ แม้ว่าการสกัดจะกระทำโดยบาริสต้าผู้เชี่ยวชาญ แต่ย่อมจะมีความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากมนุษย์ซึ่งเป็นสิ่งที่คาดว่าจะเกิดขึ้นอยู่แล้ว

เพื่อลดความคลาดเคลื่อนดังกล่าวแต่ละโปรไฟล์จะถูกสกัด 8 ครั้งและเลือกออกมา 5 ครั้งที่มีน้ำหนักผลกาแฟหลังจากสกัดแล้วอยู่ในช่วง 31.5 กรัม (+/- 2 กรัม)

จากกราฟที่ 1 แสดงความเข้มข้นของสารประกอบอินทรีย์ละลายน้ำได้ (VOC) เทียบกับเวลาของโปรไฟล์ที่อยู่ในจุดกึ่งกลาง (9 บาร์/92 องศาเซลเซียส) ณ เวลา 0 ปั๊มของเครื่องชงกาแฟจะทำงาน แต่กาแฟจะยังไม่ถูกสกัด จนกระทั่ง 5-6 วินาทีหลังจากนั้น เมื่อครบ 25 วินาทีแล้ว ปั๊มจะหยุดทำงาน กาแฟจะหยุดไหลออกมา 1 วินาทีหลังจากนั้น กราฟนี้แสดงความเข้มข้นของสารประกอบฯ แต่ละกลุ่ม

ในระหว่างการสกัด 25 วินาที ความเข้มข้นของสารประกอบ VOC ในกาแฟจะถูกบันทึกเพื่อนำมาวิเคราะห์โดยใช้ HCA (Hierachical Clustering Analysis) ทำให้สามารถจัดกลุ่มสารประกอบทั้งหมด 44 ชนิดเป็น 5 กลุ่มสารประกอบฯ ที่มีความเข้มข้นต่อเวลาคล้ายกัน

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของน้ำในการสกัดทำให้ได้ปริมาณของสารประกอบฯ ที่สกัดออกมาได้สูง แต่ก็มีแนวโน้มทำให้เกิดการสกัดเกิน (Over-extraction) ซึ่งทำให้กาแฟถ้วยนั้นมีกลิ่นที่ไม่เป็นไปในเชิงบวก เช่น กลิ่นไม้ กลิ่นไหม้ กลิ่นฉุน และการสกัดที่แรงดันสูงถึง 11 บาร์ จะทำให้ได้อโรมาที่มากกว่าการสกัดที่ 7 หรือ 9 บาร์

ผลกระทบของแรงดัน

แรงดันน้ำเป็นปัจจัยสำคัญในการสกัด ทำให้น้ำสามารถผ่านก้อนกาแฟ (ผงกาแฟที่อัดเป็นก้อนใน Porta filter) ช่วยให้ได้รับอโรม่าที่ดีและรสชาติ โดยการนำพาอนุภาคของแข็งและน้ำมันจากกาแฟบดมาสู่กาแฟในถ้วย

จากการเปรียบเทียบ ผู้วิจัยรายงานว่ามีการเพิ่มขึ้นของ CGA (Chlorogenic acid) ไขมัน น้ำมัน สารประกอบหอมระเหยเมื่อเพิ่มแรงดันจาก 7 ไปสู่ 9 บาร์ อย่างไรก็ตามไม่มีความเปลี่ยนแปลงของปริมาณคาเฟอีนและอนุภาคแข็ง เช่นเดียวกับการเพิ่มแรงดันไปถึง 11 บาร์ไม่มีผลกระทบกับปริมาณสารประกอบฯ

จากงานวิจัยของ ZHAW นี้ โปรไฟล์ความเข้มข้นต่อเวลาของสารประกอบอินทรีย์กลุ่ม A (อาทิเช่น กรดอะซิติก) ไม่พบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญของแรงดันในการสกัด สำหรับสารประกอบฯ ในกลุ่ม B และ C การสกัดที่ 7 บาร์ไม่พบความแตกต่างจนกระทั่งช่วงเวลาสกัดที่ 8-16 วินาที ซึ่งพบผลกระทบสูงที่สุด

สำหรับกลุ่มสารประกอบฯ D และ E ไม่พบความแตกต่างของแรงดันระหว่าง 7 และ 9 บาร์ แต่การสกัดที่ 11 บาร์พบปริมาณ สารประกอบ VOC สูงอย่างมีนัยสำคัญ ทุกช่วงเวลาที่สกัดโดยเฉพาะที่เวลา 10 วินาที

เนื่องจากความแตกต่างความเข้มข้นในการสกัดแต่ละช่วงเวลามีน้อยมาก ยกเว้นการสกัดโดยใช้แรงดัน 11 บาร์ ซึ่งมีผลกระทบอย่างสูงต่อกาแฟในมุมมองของรสสัมผัส งานวิจัยนี้เปิดเผยความแตกต่างของแรงดันในการสกัดกาแฟซึ่งแสดงให้เห็นถึงความแปรผันของสารประกอบฯ ที่มีต่อแรงดันในการสกัด

ผลกระทบของอุณหภูมิ

สารประกอบ VOC เพิ่มขึ้นสูงตามอุณหภูมิที่สูงขึ้น ซึ่งผลลัพธ์นี้สังเกตได้เมื่อผ่านครึ่งทางของการสกัด (14-25 วินาที) อย่างไรก็ตามแต่ละกลุ่มของสารประกอบฯ มีผลกระทบต่ออุณหภูมิที่ต่างกัน

กลุ่ม A และ C ไม่พบความแตกต่างระหว่างการสกัดที่อุณหภูมิ 92 และ 96 องศา แต่ที่อุณหภูมิ 82 องศา พบว่าความเข้มข้นลดลง สารประกอบฯ กลุ่ม B พบความแตกต่างหลังจากผ่าน 16 วินาที แต่พบความแตกต่างที่ 2 วินาทีสุดท้ายของการสกัดในทุกอุณหภูมิ

ผลกระทบของอุณหภูมิที่มีต่อสารประกอบฯ ในกลุ่ม D และ E ที่อุณภูมิ 82 และ 96 องศา เริ่มที่ช่วงเวลาเร็วกว่ากลุ่มสารประกอบฯ อื่นๆ คือ กลุ่ม D เริ่มที่ 16 วินาที กลุ่ม E เริ่มที่ 12 วินาที และเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาการสกัดผ่านไป

สำหรับสารประกอบ Dimethylpyrazine ในกลุ่ม D ซึ่งให้อโรม่ากลิ่นถั่ว พบว่ามีความเข้มข้นสูงสุดที่เวลา 16 วินาที และคงตัวอยู่จนกระทั่งจบการสกัด และสำหรับสารประกอบ Furfurylpyrrole ในกลุ่ม E ซึ่งให้อโรม่ากลิ่นพืชผักผลไม้ ซึ่งจะสกัดออกมาได้มากที่สุด ที่อุณหภูมิ 96 องศาเซลเซียส

โดยทั่วไปแล้ว การเพิ่มของอุณหภูมิน้ำ ทำให้เกิดการละลายที่มากขึ้นของสารประกอบ เช่น Methylbutanal, Pyridine และ Pyrazines บางชนิด การศึกษาที่คล้ายกันพบว่าการสกัดเอสเปรสโซที่อุณหภูมิสูงจะสกัดได้ปริมาณ คาเฟอีน ไดเทอร์ปีน ไขมัน และ น้ำมัน เพิ่มมากขึ้น

บทสรุป

การวิเคราะห์สารประกอบละลายน้ำได้ในกาแฟจากกาแฟที่กำลังสกัด โดยใช้เครื่อง PTR-ToF-MS เพื่อพิสูจน์การสกัดกาแฟที่ได้อโรมามากที่สุดเมื่อปรับเปลี่ยนตัวแปรแรงดันและอุณหภูมิความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญของจลนศาสตร์การสกัดระหว่างสารประกอบฯ ทำให้สามารถจัดกลุ่มที่มีคุณลักษณะทางกายภาพเคมีคล้ายกันได้ 5 กลุ่ม

ความเข้มข้นของสารประกอบหอมระเหยเปลี่ยนแปลงไปตามตัวแปรที่เพิ่มขึ้น ทั้งแรงดันและอุณหภูมิ ทำให้ได้การสกัดที่ให้ VOC สูง สารประกอบที่มีขั้ว (Polarity) น้อยจะได้รับผลกระทบมากที่สุด

ศ. Chahan Yeretzian ประธานกรรมการวิจัยของ SCAE อธิบายว่า

"โดยรวม เราพบว่าการเพิ่มของอุณภูมิมีผลกระทบต่อสารประกอบอินทรีย์ในการสกัดกาแฟ มากกว่าการเปลี่ยนแปลงแรงดัน เป็นสิ่งที่น่าสนใจในการสังเกตตัวแปรทั้งสองนี้ซึ่งดูเหมือนว่ามีผลกระทบต่อการสกัด VOC เมื่อมีการสกัดมากกว่า 15 กรัม ท้ายที่สุด ไม่ใช่ว่าสารประกอบทุกตัวจะได้รับผลกระทบในทางเดียวกันซึ่งเชื่อมโยงกับลักษณะกายภาพทางเคมีของ VOC (VOC ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบอโรมา) สารประกอบฯ ที่มีขั้วน้อยจะได้รับผลกระทบมากกว่าในการสกัด ขณะที่สารประกอบฯ ที่มีขั้วมากจะมีความอ่อนไหวน้อยกว่า"

หัวหน้าโครงการวิจัย Jose A. Sanchez Lopez เสริมว่า "การวิจัยทดลองได้ขยายขอบเขตการเรียนรู้ เพื่อจะเข้าใจกาแฟลึกถึงระดับองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งบอกเราว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญต่อกาแฟในถ้วย"

‪#‎EXTRACTION‬ ‪#‎PERFECTSHOT‬ ‪#‎TEMPERATURE‬‪#‎PRESSURE‬ ‪#‎ESPRESSO‬ ‪#‎AROMA‬ ‪#‎VOC‬ ‪#‎SCAE‬‪#‎RESEARCH‬

เรียบเรียงโดยฝ่ายวิชาการ HILLKOFF Training Center

Cr. Extraction kinetics of coffee aroma compounds using a semi-automatic machine: On-line analysis by PTR-ToF-MS