1. Einleitung
Diese Studie von Stéphane Ribes (April 2020) untersucht die physikalischen und chemischen Auswirkungen der Durchflussraten bei der Preinfusion auf die Dynamik der Espressoextraktion unter Verwendung einer leichten bis mittleren Espressoröstung. Mithilfe der Plattform von Decent Espresso untersucht die Studie, wie sich unterschiedliche anfängliche Wasserdurchflussraten während der Preinfusion auf den Spitzenextraktionsdruck, die Espressoutbeute, den Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS) und die Extraktionsausbeute (EY) auswirken, während andere Variablen wie Mahlgrad und Temperatur konstant gehalten werden.
2. Fragen
Wie wirkt sich eine Änderung der Preinfusionsdurchflussrate auf den Spitzendruck und die Extraktionsgeschwindigkeit aus, wenn Dosis, Mahlgrad und Zielausbeute konstant gehalten werden?
Wie wirkt sich die Preinfusionsdurchflussrate auf die Extraktionsausbeute (EY) einer Espresso-Röstung aus?
Wie muss das Gewicht der Kaffeedosis bei unterschiedlichen Preinfusionsdurchflussraten angepasst werden, um einen konstanten Spitzen-Extraktionsdruck (~6 bar) aufrechtzuerhalten?
3. Methodik
Maschine und Einrichtung: Decent Espresso DE1PRO v1.1 mit einer Cafelat-Silikondichtung (8,0 mm) und einem IMS SI 200 IM-Duschsieb (ohne Distanzstück).
Mühle & Zubereitung: Mahlkönig EK43 S-Mühle mit SSP-Mahlscheiben „High Uniformity“. Für die Puckvorbereitung wurden ein doppelwandiger Edelstahlbecher, ein Londinium WDT-Werkzeug mit Decent-Fülltrichter, ein Hog-Puckvorbereitungswerkzeug auf einem vertikalen Ständer sowie der Force Tamper mit einer glatten, flachen 58,5-mm-Basis (zweimal verwendet) eingesetzt.
Wasser & thermisches Protokoll: Der Siebträger wurde in einem Wasserkocher auf 70 °C vorgewärmt; Brühsieb und Duschsieb wurden vor jedem Brühvorgang vollständig getrocknet. Remineralisiertes Montille-Wasser (50 ppm CaCO₃-Alkalität, 125 ppm CaCO₃-Härte). Die Extraktion erfolgte unter Verwendung eines hybriden „Lever-Blooming“-Profils bei 85 °C mit einer angestrebten Hauptdurchflussrate von 2,5 ml/s.
Kaffee & Verhältnis: Colombia Huila Tesoro Gigante (natürlich, Espressoröstung von OR Rösterei) VST-Brühsieb (15 g, geradwandig) mit einer Dosierung von 13 g, angestrebt wurden 30 g Kaffee in der Tasse (Brühverhältnis von 2,3) bei einer Zubereitungszeit von 33 Sekunden.
Messung: Atago PAL-Refraktometer, mit angepasstem Wasser auf Null eingestellt; alle Proben wurden bei Raumtemperatur ohne Filterung gemessen, wobei der Durchschnitt aus 3 bis 5 Messwerten pro Probe ermittelt wurde.
Nachfolgend sind die für das Hybrid-„Lever-Blooming“-Profil verwendeten Parameter aufgeführt:
4. Vorgehensweise
1. Durchflussraten-Durchlauf mit fester Dosierung: Es wurden fünf Durchflussraten für die Preinfusion getestet (2,4 ml/s, 3,0 ml/s, 4,0 ml/s, 6,0 ml/s und 8,0 ml/s) unter Verwendung einer identischen Kaffeedosis von 13 g, einem identischen Mahlgrad und einer identischen Zielausgabe (30 g in 33 Sekunden).
2. Druckprofil und Extraktionsausbeuteanalyse: Für jede Einstellung der Preinfusion wurden der entsprechende Spitzendruck (bar) und die Extraktionsausbeute (EY in %) gemessen.
3. Kalibrierung der Dosisanpassung: Es wurde eine zweite Testreihe durchgeführt, bei der das Dosiergewicht (+0,3 g bis -0,3 g) über die verschiedenen Preinfusion-Durchflussraten hinweg angepasst wurde, um einen Zielspitzendruck von ca. 6 bar zu normalisieren und zu erreichen.
5. Ergebnisse
Hier sind die Ergebnisse der Experimente, zunächst mit einer konstanten Dosis von 13 g und anschließend mit einer Anpassung der Dosis nach oben oder unten:
Die folgende Tabelle zeigt alle Ergebnisse der Experimente auf einen Blick:
Diese Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie Preinfusionsdurchflussraten die Extraktionshydraulik und die Puck-Dynamik beeinflussen:
Nichtlineares Spitzendruckverhalten (feste Dosis von 13,0 g): Der maximale Extraktionsdruck folgt einem nichtlinearen, U-förmigen Verlauf, wenn die Preinfusionsdurchflussrate zunimmt. Bei niedrigen Durchflussraten (2,4\\mL/s) erreicht der Druck einen Spitzenwert von etwa 6,4 bar. Bei Durchflussraten im mittleren Bereich (3,0–4,0 ml/s) sinken die Druckwerte aufgrund einer geringeren frühen Verdichtung des Kaffeebetts auf niedrigere Spitzenwerte (etwa 4,6–4,8 bar). Hohe Durchflussraten (6,0–8,0 ml/s) führen zu einer raschen Füllung und Verdichtung des Kaffeepucks in der Anfangsphase, wodurch die Spitzenwerte des Extraktionsdrucks stark auf etwa 8,7–8,8 bar ansteigen.
Inverse Dosisanpassung zur Drucknormalisierung (Zielwert 6 bar): Um einen gleichmäßigen Spitzendruck von 6 bar aufrechtzuerhalten, muss das Dosiergewicht die Verdichtung des Kaffeepucks umgekehrt ausgleichen. Bei Durchflussraten im mittleren Bereich (3,0–4,0 ml/s) ist eine Kaffeezugabe (+0,3 g, insgesamt 13,3 g) erforderlich, um den Widerstand des Kaffeebetts auf etwa 6,2 bar zu erhöhen. Hohe Durchflussraten (6,0–8,0 ml/s) erfordern eine Verringerung der Kaffeemenge (-0,3 g, insgesamt 12,7 g), um den Widerstand zu verringern und den Spitzendruck auf etwa 6,0 bar zu senken.
Konstanz der Extraktionsausbeute (EY): Über alle Profile hinweg – ob mit fester Dosierung oder dosisanpassend – bleibt die Extraktionsausbeute nahezu konstant zwischen 19,5 % und 20,0 %. Dies bestätigt, dass die Durchflussrate während der Preinfusion in erster Linie als physikalischer Hebel zur Steuerung des Hydraulikdrucks und der Durchflussdynamik fungiert und nicht als chemischer Lösungsmittelantrieb.
6. Schlussfolgerung
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, wie die Durchflussraten während der Preinfusion den Widerstand des Kaffeebetts und die Kompression des Kaffeepucks beeinflussen, und legen die notwendigen Dosisanpassungen fest, um die angestrebten Extraktionsdrücke aufrechtzuerhalten.
Wie wirkt sich eine Änderung der Preinfusionsdurchflussrate auf den Spitzendruck und die Extraktionsgeschwindigkeit aus, wenn Dosis, Mahlgrad und Zielausbeute konstant gehalten werden?
Preinfusion-Durchflussraten im mittleren Bereich (3,0–4,0 ml/s) führen aufgrund einer geringeren anfänglichen Kompression des Kaffeebetts zu den niedrigsten Spitzen-Extraktionsdrücken (etwa 4,6–4,8 bar). Schnelle Preinfusion-Durchflussraten (6,0–8,0 ml/s) füllen und komprimieren den Kaffeepuck frühzeitig stark, wodurch die Spitzendrücke auf etwa 8,7–8,8 bar ansteigen.
Wie wirkt sich die Preinfusionsdurchflussrate auf die Extraktionsausbeute (EY) einer Espresso-Röstung aus?
Die Preinfusion-Durchflussrate hat praktisch keinen Einfluss auf die Extraktionsausbeute. Unter allen Testbedingungen – sowohl bei keiner Anpassung als auch bei einer Dosisanpassung – bleibt die Extraktionsausbeute in einem engen Bereich von 19,5 % bis 20,0 %.
Wie muss das Gewicht der Kaffeedosis bei unterschiedlichen Preinfusionsdurchflussraten angepasst werden, um einen konstanten Spitzen-Extraktionsdruck (~6 bar) aufrechtzuerhalten?
Bei moderaten Durchflussraten während der Preinfusion (3,0–4,0 mL/s) muss die Dosis um +0,3 g (13,3 g) erhöht werden, um einen ausreichenden Widerstand im Kaffeebett aufzubauen. Bei schnellen Preinfusionsdurchflussraten (6,0–8,0 ml/s) muss die Dosierung um -0,3 g (12,7 g) verringert werden, um den Widerstand zu reduzieren und hohe Spitzendrücke zu vermeiden.
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