Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

В нашем глобализованном мире путешественник XXI века найдет одни и те же напитки во всех уголках земного шара, будь то Париж, Нью-Йорк или Катманду. Но есть одно исключение – кофе. Если вы закажете кофе в баре в Неаполе, вам предложат чашку чуть больше наперстка, в которой находится вязкая черная жидкость под аппетитной пенкой. Попросите кофе в Чикаго – и вы получите большущий стакан, содержащий пол-литра горячей коричневой воды… В этой главе мы не будем обсуждать достоинства и недостатки разных способов варки кофе; вместо этого мы расскажем о различных процессах и физических явлениях, которые происходят во время его приготовления.

1. Ветвь кофейного дерева. Каждая ягода содержит два кофейных зерна. Одной из основных трудностей сбора урожая, который выполняется вручную, является сортировка между спелыми (красными) ягодами, гнилыми (черными) и недозревшими (зелеными или желтыми) ягодами

Вкратце о кофе…

Кофе готовят из зерен кофейного дерева, которое произрастает в тропических и экваториальных регионах (Аравийский полуостров, Латинская Америка, Африка…). Кофейные зерна содержат сахара, жиры, белки, ароматизаторы и алкалоид кофеин, который действует как возбуждающее средство. После сбора и сушки кофейные зерна обжариваются при высокой температуре, около 240 °C. При этом в результате химических реакций между белками и сахарами (реакции Майяра, см. главу 21, «Появление новой дисциплины») зерна приобретают красивый коричневый цвет. Кроме того, обжарка высвобождает множество летучих ароматических молекул: более 800 различных соединений! Затем зерна измельчают, и полученный таким образом молотый кофе для извлечения ценных ароматов приводят в контакт с горячей водой. Как мы увидим далее, различные способы приготовления отличаются температурой воды, давлением, при котором происходит процесс, и продолжительностью контакта между кофейным порошком и водой.

Заварной кофе

Метод «вареного» кофе очень древний и до сих пор используется в Финляндии и на севере Скандинавии. Обжаренный кофе грубо измельчают, а затем заливают водой (10 г кофе на 150–190 мл воды). Затем эту смесь доводят до кипения и кипятят в течение примерно десяти минут. Кофе, не фильтруя, разливают по чашкам и дают несколько минут настояться, чтобы взвешенные крупинки под действием силы тяжести осели на дно. Мы не рекомендуем этот метод приготовления, так как ароматы кофе, обусловленные присутствием в напитке достаточно летучих соединений, во время кипения улетучиваются.

Кофеварка с бумажным фильтром

Капельные кофеварки с фильтром распространены в Америке, Северной Европе и Франции. Молотый кофе насыпают в конический бумажный фильтр. Затем фильтр помещается в специальную воронку над кофейником, обычно стеклянным, и в него поступает очень горячая вода. Вода проходит через кофейный порошок, насыщаясь при этом содержащимися в нем растворимыми веществами, затем полученный напиток проходит через фильтр и наконец попадает в кофейник. Преимущество такого метода заключается в том, что он почти не требует усилий: горячая вода обычно непрерывно подается электрическим устройством, к тому же такую кофеварку легче мыть (кофейный жмых выбрасывают вместе с одноразовым фильтром). Через 5–6 минут можно получить чашку, на взгляд авторов, довольно безвкусного кофе: только часть ароматических веществ, содержащихся в кофейном порошке, способна преодолеть бумажный фильтр в отсутствие давления. Обычно при таком способе приготовления используется около 6 г кофе на одну 140-миллилитровую чашку.

Кофе по-турецки

Турецкий способ приготовления кофе (распространенный также в Армении, Грузии, Греции, Сербии и других странах) выглядит так: кофе мелкого помола смешивают с сахаром, а затем высыпают в коническую емкость из металла, обычно меди или латуни, которая называется ibrik (джезва, турка) (илл. 2). Затем в джезву наливают холодную воду и нагревают – ставят в раскаленный песок, на газовую или электрическую плиту. Другой способ – засыпать кофе в джезву, уже заполненную кипятком.

2. Джезва – специальный сосуд для приготовления кофе по-турецки

При нагревании воды в джезве возникают конвективные токи (см. главу 7, «Конвекционный нагрев атмосферы Земли»), которые выносят мельчайшие частички молотого кофе на поверхность, где они образуют плотный слой. Когда температура воды приближается к температуре кипения, перемешивающие жидкость пузырьки начинают превращать этот слой кофе в пенку. На этой стадии джезву следует снять с плиты (или песка), потому что кофе кипеть не должен! Процесс повторяют дважды, чтобы получить толстый слой пены. Затем кофе разливают по небольшим чашечкам. Прежде чем попробовать напиток, нужно подождать несколько минут, чтобы он немного остыл и большая часть крупинок кофейных зерен осела на дно чашки. Кофе по-турецки обладает характерным вкусом, за что его очень ценят те, кто не боится проглотить немного кофейного осадка.

Гейзерная кофеварка (мока)