Как управлять составом воды и раскрыть потенциал кофейного зерна

Как с помощью концентратов солей магния и карбонатов управлять балансом вкуса и подобрать воду под любое зерно? Разбираемся с научно-исследовательским проектом Law of Extraction.

В этой статье вы узнаете, какие соли в составе воды влияют на вкус напитка и как с помощью концентратов получить наиболее комплексную и сбалансированную вкусовую палитру любимого кофе.

Вступительное слово

Меня зовут Евгений Прохоров, по профессии я инженер-исследователь и больше трех лет изучаю процессы экстракции разных продуктов в горячей воде в рамках своего проекта Law of Extraction. За это время я провел больше сотни экспериментов и десятки дегустаций с профессионалами, работал вместе с «Кофеманией», государственными университетами и лабораториями. Сейчас мою работу продолжают студенты Росбиотеха.

Ниже — выжимка из моих исследований: почему магний и гидрокарбонаты определяют вкус кофе, как подобрать их концентрации под конкретное зерно и воспроизвести рецепты в кофейне или дома. Все мои тезисы вы можете самостоятельно проверить на практике. Таблица рецептов в конце — мой первый публичный свод точных рекомендованных значений. В статье для магния, кальция и гидрокарбонатов я использую единицу измерения мг-экв./л (миллиграмм-эквиваленты на литр). Это общепринятый в мировой практике подход, который лежит в основе большинства рецептов воды для кофе.

Роль разных солей в процессе экстракции кофе

Разные соли в составе воды влияют на вкус кофе через разные механизмы.

Общая минерализация, TDS. Любые растворенные соли делают воду плотнее или, другими словами, повышают ее осмолярность. Поскольку в воде уже растворены одни вещества, это снижает предел растворимости других веществ. То есть соли затрудняют выход вкусоароматических веществ из зерна в воду, готовый напиток получается менее ярким, но с более плотным телом.

Водородный показатель, pH. Помимо целых молекул H2O в чистой воде содержатся их составляющие — ионы H+ и OH-. При нейтральном pH они находятся в балансе, и в диапазоне pH 6,0–8,0 не влияют на вкус кофе.

Если pH ниже 6,0, значит в воде уже растворены кислоты, которые будут давать свой вкус и смещать вкусовой баланс кофе в кислотную сторону. Если pH выше 8,0, значит в воде уже растворены щелочи, которые будут вступать в химическую реакцию с кислотами из кофе и нейтрализовывать кислотную составляющую во вкусе.

Кальций, натрий, калий, кремний, сульфаты. Добавляют напитку свои минеральные дескрипторы и тело, но не меняют растворимость вкусоароматических соединений.

Хлориды. Придают воде солоноватый вкус, который является антагонистом вкуса горечи для наших вкусовых рецепторов. В низких концентрациях, до 20 мг/л, хлориды понижают уровень воспринимаемой горечи и делают другие вкусы более интенсивными. Более высокие концентрации оказывают положительный эффект, но только когда баланс во вкусе кофе сильно смещен в сторону горечи — в случае темной обжарки, долгого срока хранения обжаренного зерна или неправильного рецепта заваривания. Вкус правильно заваренного спешелти кофе хлориды, как правило, только портят.

Магний. Единственный элемент, который расширяет палитру вкусоароматических веществ, экстрагирующихся из зерна при заваривании. Ионы магния снижают поверхностное натяжение воды и улучшают растворение менее поляризованных соединений — это придает сладость и комплексность чашке. Магний влияет на процесс экстракции только в горячей воде, выше 80 °C, и его обязательно нужно добавлять в воду до заваривания. В cold brew (холодное заваривание) магний будет только добавлять свой минеральный дескриптор и тело ко вкусу кофе.

В воде с естественным природным составом, в том числе бутилированной и водопроводной, обычно содержится не более 50 мг-экв./л (12 мг/л) магния, то есть меньше, чем в рабочем диапазоне для кофе. Поэтому из зерна можно извлечь самую комплексную вкусовую палитру, только добавив нужное количество магния в воду.

Гидрокарбонаты. Химически связывают вещества кофе, которые уже вышли в настой, и камуфлируют их для наших вкусовых рецепторов. Они сильно снижают кислотность, чуть меньше горечь и еще чуть меньше терпкость кофе.

В диапазоне от 0 до 50 мг-экв./л они модулируют вкус кофе и позволяют достичь баланса, от 50 до 100 — кофе теряет яркость вкуса и аромата, от 100 до 200 — приобретает отчетливое содовое, мыльное послевкусие, а выше 200 мг-экв./л — у напитка появляется ярко выраженный привкус соды. Добавлять гидрокарбонаты можно до и после заваривания, они работают как в горячей, так и в холодной воде.

Гидрокарбонаты подбирают скорее под человека, чем под напиток, так как у каждого свое уникальное соотношение вкусовых рецепторов. Большинство участников дегустаций предпочитало 25 мг-экв./л. Более чувствительные к кислому и горькому вкусу — 50, менее чувствительные — 0. Поэтому эти три значения: 0, 25 и 50 — основные, с которыми стоит экспериментировать.

В природной воде гидрокарбонаты составляют примерно половину от TDS. В кофейнях, где используют фильтры обратного осмоса с подмесом, при значении TDS 100 ppm — примерно 50 ppm будут составлять гидрокарбонаты, и именно они больше всего будут влиять на вкус кофе. Управляя TDS в таких фильтрах, мы на самом деле управляем прежде всего концентрацией гидрокарбонатов в воде.

Таким образом, самый чистый, многогранный и яркий вкус кофе мы получим, если добавим в деминерализованную воду (дистиллированную или после фильтра обратного осмоса) только нужное количество сульфата магния и гидрокарбоната натрия.

История рецептов воды для кофе

В пищевой промышленности два основных компонента, которые добавляют в воду для управления вкусом напитков, — это сульфат магния (MgSO4) и гидрокарбонат натрия (NaHCO3). Оба вещества присутствуют в природной воде, но чтобы получить напиток с определенным вкусом, нужно, чтобы в воде их было конкретное количество. Поэтому на производстве воду сначала очищают от всех солей, а потом добавляют сульфат магния и гидрокарбонат натрия в виде пищевых добавок E518 и E500.

В сульфате магния для нас самое главное — это ион магния (Mg2+), а в гидрокарбонате натрия — гидрокарбонат-ион (HCO3-). В мировом кофейном сообществе эти вещества получили известность в 2015 году, когда американский материаловед из MIT Кристофер Хендон и, на тот момент, двукратный победитель Чемпионата бариста Великобритании Максвелл Колонна-Дэшвуд провели совместные эксперименты и написали по их результатам книгу Water for Coffee. В книге они сформулировали, что такое «идеальная» вода для заваривания кофе с точки зрения пропорции магния и гидрокарбонатов.

С того времени кофейные деятели и организации экспериментировали с этими растворами и предлагали свои рецепты в качестве оптимальных для приготовления кофе. В первую очередь они были нужны для мировых кофейных чемпионатов — чтобы участники из разных стран могли готовиться в разных уголках мира и соревноваться на одной и той же воде.

Однако у всех рецептов было одно общее свойство — они были основаны на органолептическом анализе, то есть субъективной оценке вкуса, аромата и других характеристик напитка, и представляли собой не теорию, объясняющую, как происходит экстракция, а эмпирическое правило. Каждый из авторов позиционировал свой рецепт как оптимальный, в результате чего единого мнения по этому вопросу в сообществе не сложилось.

Эксперименты и новая теория экстракции

В 2021 году я начал свои эксперименты с магнием и гидрокарбонатами. Освоил теорию Кристофера Хендона, научился готовить водные концентраты солей по рецептам сообщества Barista Hustle и решил провести опыты с разными сортами чая.

Первый же эксперимент с зеленым чаем показал, что на разных концентрациях магния и гидрокарбонатов он раскрывается как три разных чая. Самый яркий и многогранный получился на очень мягкой воде, почти чистом обратном осмосе (5 мг-экв./л сульфата магния), а при добавлении 50 мг-экв./л гидрокарбоната натрия вкус стал наиболее сбалансированным по горечи и терпкости. Эксперименты с более ферментированными чаями показали, что их вкус раскрывается лучше на более высоких концентрациях магния.

В течение двух лет все эксперименты проходили в формате коллективных дегустаций с чайными мастерами. Каждый чай мы заваривали на разных концентрациях магния и голосовали за ту чашку, которая казалась вкуснее. В апреле 2023 года я придумал измерить электропроводность настоя с помощью кондуктометра и начал готовить пробы с шагом в 10 мг-экв./л магния. Кондуктометр — это то же самое, что и TDS-метр, только он измеряет непосредственно электропроводность настоя в микросименсах, а не пересчитывает микросименсы в ppm.

После обсуждения этих результатов с коллегами с кафедры технологии бродильных производств и виноделия Росбиотеха мы решили назвать это «пиками экстрактивности». Каждому пику соответствовала конкретная группа веществ, определенным образом меняющая вкусоароматическую палитру. Наиболее сложную палитру имели пробы, приготовленные ровно на последнем пике, который у чаев разного стиля обработки приходился на разные концентрации магния: 90 мг-экв./л у красных чаев, шэнов и улунов и 120 мг-экв./л у шу пуэра.

В мае 2023 года мы начали совместные эксперименты с департаментом бариста московской сети ресторанов «Кофемания». Их обжарщики готовили образцы зерна специально для каждого эксперимента, я строил графики по своей методике, а тренеры отдела бариста и Q-грейдеры оценивали вкус кофе на разных пиках экстрактивности на каппингах.

С «Кофеманией» мы провели больше 50 экспериментов и выяснили, что, независимо от страны происхождения зерна, технологии обработки ягоды, времени хранения после обжарки, размера помола и метода приготовления кофе, именно степень обжарки больше всего влияет на то, на какой концентрации магния «раскроется» то или иное зерно.

У всех образцов последний пик экстрактивности попадал на одно из четырех значений: 70, 80, 90 или 100 мг-экв./л магния, независимо от страны происхождения и метода обработки. На этом пике у каждого образца была самая комплексная вкусовая палитра. Однако заранее предугадать, на какое значение придется последний пик у конкретного образца, оказалось невозможно.

Сравнивая графики экстрактивности с результатами дегустаций, мы обнаружили, что можно подобрать концентрацию магния под любое зерно по вкусу, без сложных измерений. Для этого достаточно провести стандартный каппинг на четыре чашки, заваривая каждую своим составом воды. Так появилась методика «Четыре чашки» для подбора концентрации магния под любое зерно. Она сводится к следующему:

1. Приготовить четыре емкости с водой с разной концентрацией магния: 70, 80, 90 и 100 мг-экв./л.

2. Приготовить четыре чашки с одинаково намолотым зерном.

3. Заварить эти четыре чашки и провести каппинг.

4. Выбрать чашку с наиболее сложной вкусовой палитрой, в которой будет максимальная сладость и лучший баланс.

На 70 мг-экв./л у чашки более легкое тело и яркий вкус с преобладанием фруктовых и ягодных дескрипторов. По мере продвижения к 100 мг-экв./л кофе приобретает более тяжелое тело, кондитерские и даже горелые ноты. Это буквально обусловлено тем, что на этих концентрациях магния в воде лучше начинают растворяться группы веществ, дающие эти дескрипторы.

Вкус чашки, заваренной на последнем пике экстрактивности, сохраняет баланс и не «разваливается» при остывании. Отклонение от пика на 10 мг-экв./л магния в большую или меньшую сторону может сильно изменить вкус: могут появиться дескрипторы зрелых фруктов или незрелых, кондитерские ноты или горелые, по общей палитре — некоторые дескрипторы могут полностью выпадать.

Как приготовить воду для кофе с помощью концентратов Law of Extraction

За три года удалось построить более 100 графиков экстрактивности для самых разных продуктов. Главным результатом этой работы стала первая таблица точных рецептов магния и карбонатов для всех самых популярных напитков, которая дает гарантированный результат — самую яркую, комплексную и сбалансированную вкусоароматическую палитру.

Шкала в этой таблице синхронизирована со шкалой сообщества Barista Hustle и всех предыдущих исследователей этой темы, чтобы их можно было воспроизвести в любом уголке мира. А чтобы их было удобно воспроизводить дома или в заведении, я разработал водные концентраты сульфата магния и карбоната натрия с простым и точным способом дозирования.

Одного набора хватает для приготовления более 100 литров напитка, а шприцы сильно упрощают процесс дозирования, в отличие от пипеток. Размер капли у двух пипеток может отличаться на 15%, из-за чего одинаковое количество капель концентрата у них дает разное солесодержание. А инсулиновые шприцы производятся с гораздо более высокой точностью и позволяют без труда попадать в нужный рецепт. Для комплектов Law of Extraction они прошли лабораторные испытания и были сертифицированы как пищевые.

Главное

Разные соли в составе воды влияют на вкус кофе через разные механизмы. Хлориды воздействуют на наши вкусовые рецепторы: их солоноватый вкус снижает восприятие горечи. Гидрокарбонаты химически связывают вкусоароматические вещества, которые растворились из зерна в воде, камуфлируя для наших вкусовых рецепторов кислотность, горечь и терпкость. Магний влияет на поверхностное натяжение воды, за счет чего в ней начинает растворяться больше веществ из зерна, а во вкусе кофе появляются новые дескрипторы.

Деминерализованная вода + сульфат магния и гидрокарбонат натрия дают самый чистый и управляемый профиль.

Подобрать магний под любое зерно можно по методике «Четыре чашки». Одно из четырех значений, 70, 80, 90 или 100 мг-экв./л даст наиболее комплексный вкус, который не будет «разваливаться» при остывании. Гидрокарбонаты (0–50 мг-экв./л) подбираются под человека, в зависимости от того, как он воспринимает кислотность и горечь. Концентраты Law of Extraction с точным дозированием упрощают воспроизведение этих рецептов.

Пробуйте новые рецепты дома и в кофейне, экспериментируйте с составом воды и пейте только вкусный кофе!

Проверьте знания

Ответьте на пять вопросов, собранных по материалам статьи

Теги 1

• #Вода

Читайте также

Вкус кофе можно измерить в цифрах. Некоторых это удивляет, потому что обычно вкус считают чем-то субъективным, но в случае с кофе — существуют специальные параметры: TDS и уровень экстракции. Рассказываем, что это такое.

Вы могли слышать, что кофе лучше хранить в холодильнике. Это ошибка. Там есть и перепады температур, и свет, и, что самое вредное, посторонние запахи. Холодильник запросто испортит даже самое дорогое и качественное зерно. Кроме холодильника есть шкаф или морозилка. С ними не всё так однозначно, поэтому давайте разбираться.

Данные ученых о разнице в цвете и вкусе напитков