1. Einleitung
In seiner Präsentation vom März 2020 mit dem Titel Radiale Gleichmäßigkeit der Espressoextraktion untersucht Stéphane Ribes, ob der Kaffee über den gesamten Radius eines Espressopucks gleichmäßig extrahiert wird. Anstatt die Extraktionsausbeute des fertigen Getränks als den gesamten Kaffee beschreibend zu betrachten, unterteilt der Vortrag den gebrauchten Espressopuck in konzentrische Bereiche und misst die Extraktionsausbeute seines Zentrums, des mittleren Bereichs und des äußeren Bereichs.
Diese Unterscheidung ist wichtig, da eine zufriedenstellende durchschnittliche Extraktionsausbeute erhebliche interne Unterschiede verbergen kann. Ein stark extrahierter zentraler Bereich kann einen stark unterextrahierten Randbereich zahlenmäßig ausgleichen. Die Präsentation konzentriert sich daher auf beides:
Gesamtextraktionsausbeute des Espressos, gemessen am Getränk.
Lokale Extraktionsausbeute des Espressopucks, separat gemessen in konzentrischen Bereichen des Kaffeebetts.
Zwei praktische Maßnahmen werden verglichen: das Platzieren eines V60-Papierfilters unter dem Espressopuck und der Wechsel des Tampers von einem flachen Sockel zu einem konvexen „US-Curve“-Sockel. Die Präsentation schlägt anschließend eine Erklärung des verbleibenden Defizits am Rand vor, die auf die Geometrie des Brühsiebs zurückzuführen ist.
Die zentrale Erkenntnis lautet, dass unter den getesteten Bedingungen der Randbereich eines herkömmlichen Espressopucks deutlich weniger extrahiert ist als dessen Zentrum. Ein Papierfilter unter dem Puck verringert diesen radialen Unterschied erheblich, während eine konvexe Tamperbasis ihn verstärkt.
2. Gestellte Fragen
Stéphane versuchte, die folgenden Fragen zu untersuchen und zu beantworten:
Wie gleichmäßig ist bei einem Standard-Kaffee ohne Papierfilter unter dem Puck die Extraktionsausbeute von der Mitte bis zum Rand?
Verbessert das Platzieren eines V60-Papierfilters unter dem Puck die radiale Extraktionsgleichmäßigkeit und erhöht es die durchschnittliche Extraktionsausbeute?
Wie wirkt sich ein konvexer Tampersockel mit „US-Kurve“ im Vergleich zu einem flachen Tampersockel auf die radiale Extraktion aus?
Könnte die begrenzte Perforationsfläche eines Brühsiebs eine Unterextraktion am Rand erklären, und wäre eine Vergrößerung dieser Fläche eine vielversprechende Lösung?
3. Methode
Experimentelles Prinzip
Das Testprotokoll verfolgt zwei analytische Ansätze. Zunächst wird das Espressogetränk gesammelt und dessen Gesamtextraktionsausbeute bestimmt. Anschließend wird der Puck in drei konzentrische Bereiche unterteilt: Außenbereich, Mittelbereich und Kernbereich. Anschließend wird auch die Extraktionsausbeute der drei Puckfraktionen bestimmt.
Das folgende Radialdiagramm zeigt die Grenzen der drei Bereiche wie folgt:
Ausrüstung und kontrollierte Bedingungen
Ausrüstung und Zubehör: Decent Espressomaschine DE1PRO v1.1 (mit einer roten Cafelat-Silikondichtung (8,0 mm) und einem IMS SI 200 IM-Sieb ohne Distanzstück), Mahlkönig EK43 S-Mühle, ausgestattet mit SSP-Mahlscheiben der Serie „High Uniformity“, sowie ein 15 g VST-Brühsieb ohne Grat.
Wasser- und Kaffeezubereitung: Montille-Wasser, mit Natriumcarbonat und Bittersalz auf eine Alkalität von 50 ppm CaCO₃ und eine Gesamthärte von 125 ppm CaCO₃ eingestellt. Einzelportionen gefrorener Kaffeebohnen (12 g pro Kaffee) wurden in einen doppelwandigen Edelstahlbecher zu Kaffeepulver gemahlen.
Puckvorbereitung und Tampen: Das Brühsieb und das Duschsieb wurden vor jedem Kaffee mit einem sauberen Papiertuch getrocknet. Die Verteilung erfolgte mit einem Londinium WDT-Werkzeug und einem Fülltrichter von Decent (ohne vertikales Klopfen), gefolgt von einem sanften Glätten der Oberfläche mit einem Hog-Tool. Das Tampen wurde mit dem Force Tamper (58,5 mm, glatter flacher oder US-gebogener Sockel) durchgeführt, wobei zweimal hintereinander getampft wurde.
Messungen: Die Proben wurden extrahiert, in radiale Zonen (Zentrum, mittlerer Bereich, Außenbereich) unterteilt und zusammen mit dem fertigen Kaffee bewertet. Der Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS) und die Extraktionsausbeute (EY) wurden bei Raumtemperatur nach kräftigem Umrühren mit einem ungefilterten Atago PAL-Refraktometer (mit Testwasser auf Null gestellt) gemessen. Jeder erfasste Datenpunkt entspricht dem Durchschnitt von 3 bis 5 Messungen.
Für die Vergleiche mit Filtern und Tampern wurden die Dosierung, das Brühsieb, die Mahlgrad-Einstellung und das Verhältnis von 1:2,5 konstant gehalten. Dadurch sind die Vergleiche bei einem einheitlichen Mahlwiderstand aussagekräftig, auch wenn nicht ersichtlich ist, wie sich die jeweilige Konfiguration verhalten würde, wenn sie individuell auf ihr eigenes Optimum eingestellt würde.
Extraktionsprofil
Die Präsentation beschreibt ein hybrides „Lever-Blooming“-Profil, das als Mischung der Profile „Londinium“ und „Blooming“ erklärt wird. Der Durchfluss während der Extraktion beträgt 2,5 ml/s. Nachfolgend sind die einzelnen Schritte des Profils aufgeführt:
Der erste Schritt „Siebträger einrasten” (lock portafilter) ist optional. Er dient dazu, den Kaffeepuck vor der heißen Umgebung der Maschine zu schützen, während das Brühwasser seine abschließende Aufwärmphase durchläuft.
4. Resultate
Dank seiner Experimente ermittelte Stéphane die folgenden Ausbeuten:
1. Grundlegendes Extraktionsdefizit: Bei einem Standard-Kaffee erreichen die äußeren Ränder des Kaffeepucks (äußeres Viertel des Gesamtdosierungsgewichts) nur die Hälfte der Extraktionsausbeute des Kaffeepulvers im Zentrum.
2. Auswirkung von Papierfiltern: Das Einlegen eines V60-Papierfilters unter den Kaffeepuck verbessert die radiale Gleichmäßigkeit erheblich und erhöht die durchschnittliche Extraktionsausbeute von 21 % auf 24 %.
3. Auswirkung der Tamper: Ein konvexer Tampersockel (US-Kurve) verstärkt den Durchfluss zum Zentrum hin, was die radiale Ungleichmäßigkeit verschlimmert und die durchschnittliche Extraktionsausbeute im Vergleich zu einem flachen Tampersockel (21 %) auf 20 % senkt.
4. Auswirkungen der perforierten Oberfläche des Brühsiebs: Das Brühsieb Reneka Micro-Sieve (40 mm perforierter Durchmesser) weist eine um 33 % kleinere Oberfläche auf als Standard-Brühsiebe mit 49 mm Durchmesser (Decent, VST, IMS), was zu einem typischen Verlust von 3 Prozentpunkten bei der Extraktionsausbeute führt.
Eine Vergrößerung der perforierten Oberfläche bei Präzisionsbrühsieben von 49 mm auf 53 mm erhöht die aktive Lochabdeckung um +17 %, was vermutlich die radiale Extraktionsgleichmäßigkeit deutlich verbessert.
5. Schlussfolgerung
Die in dieser Präsentation vorgelegten Belege deuten auf eine spezifische strukturelle Schwäche bei der herkömmlichen Espressozubereitung hin: Der äußere Teil des Espressopucks wird deutlich weniger effektiv extrahiert als die Mitte. Hierbei handelt es sich nicht um einen unbedeutenden Grenzwert, da der betroffene äußere Ringbereich etwa ein Viertel der Dosis ausmacht.
Der V60-Papierfilter unterhalb des Espressopucks ist die erfolgreichste der getesteten Maßnahmen. Er lässt die Extraktion im Zentrum im Wesentlichen unverändert, erhöht jedoch die Extraktion im äußeren Bereich von 13 % auf 22 %, reduziert die radiale Streuung um drei Viertel und steigert die Gesamtextraktion von 21 % auf 24 %. Im Gegensatz dazu verstärkt der konvexe Tamper die Konzentration auf den zentralen Bereich und reduziert die Extraktion am Rand auf nur 7 %.
Die Analyse der Perforation des Brühsiebs liefert eine schlüssige technische Erklärung, bleibt jedoch ein Vorschlag, der eines direkten Experiments bedarf.
1: Wie gleichmäßig ist bei einem Standard-Kaffee ohne Papierfilter unter dem Puck die Extraktionsausbeute von der Mitte bis zum Rand?
Unter den getesteten Bedingungen ist sie äußerst ungleichmäßig. Das Zentrum erreicht eine Extraktionsausbeute (EY) von 25 %, der mittlere Bereich 23 % und der äußere Bereich nur 13 %. Das äußere Viertel der Dosis wird daher nur zu etwa 52 % des Niveaus der Mitte extrahiert. Der angegebene Durchschnittswert von 21 % für das Getränk verbirgt eine radiale Streuung von 12 Prozentpunkten.
2: Verbessert das Platzieren eines V60-Papierfilters unter dem Puck die radiale Extraktionsgleichmäßigkeit und erhöht es die durchschnittliche Extraktionsausbeute?
Ja, in diesem Experiment sogar erheblich. Der Wert am Rand steigt von 13 % auf 22 %, während der Wert im Zentrum von 23 % auf 24 % steigt und der Wert im mittleren Bereich bei 25 % bleibt. Die Spanne zwischen Zentrum und Rand verringert sich von 12 auf 3 Prozentpunkte, und die Gesamtextraktionsausbeute steigt von 21 % auf 24 %. Die Verbesserung ist hauptsächlich auf die Wiederherstellung der Extraktion am Rand zurückzuführen und weniger auf eine weitere Extraktion im Zentrum.
3: Wie wirkt sich ein konvexer Tampersockel mit „US-Kurve“ im Vergleich zu einem flachen Tampersockel auf die radiale Extraktion aus?
Dies verschlechtert die radiale Gleichmäßigkeit. Die Ausbeute im Zentrum bleibt bei 25 %, während sie im mittleren Bereich auf 22 % und am Rand auf 7 % sinkt. Die Differenz zwischen Zentrum und Rand vergrößert sich von 12 auf 18 Punkte, und die angegebene Gesamtausbeute sinkt von 21 % auf 20 %. Die Daten stehen im Einklang mit einer stärkeren Konzentration des Durchflusses in Richtung Zentrum auf Kosten des Puckrandes.
4: Könnte die begrenzte Perforationsfläche eines Brühsiebs eine Unterextraktion am Rand erklären, und wäre eine Vergrößerung dieser Fläche eine vielversprechende Lösung?
Es handelt sich um eine plausible und geometrisch gut begründete Hypothese, die jedoch durch die Präsentation nicht bewiesen wird. Ein standardmäßiges Perforationsfeld von 49 mm endet fast genau dort, wo der unterextrahierte Außenbereich beginnt, und das Reneka-Feld mit 40 mm ist erheblich kleiner. Eine Vergrößerung des Lochdurchmessers von 49 auf 53 mm würde die aktive Fläche um etwa 17 % vergrößern und die Löcher bis in den gemessenen äußeren Ringbereich hinein ausdehnen. Ein kontrolliertes Brühsieb-Experiment wäre dennoch erforderlich, um den Einfluss des perforierten Durchmessers von der Lochdichte, der Lochform, der Brühsiebgeometrie und anderen Konstruktionsunterschieden zu trennen.
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