چرا مایع بینابینی (Slurry) موجود در فیلتر کاغذی قهوه را می‌چرخانیم؟

در این مطلب، اینکه چرا چرخاندن دم‌افزار وی‌۶۰ (V60) حین دم آوری روش مفیدی به منظور دستیابی به یک عصاره‌گیری یکدست‌تر است را از نظر فیزیکی توضیح خواهم داد. در حالی که چرخش مایع بینابینی قهوه کارآمد می‌باشد، نباید آن را بیش از حد انجام دهید. انجام بیش از حد این عمل باعث می‌شود که ذرات ریز قهوه به سمتِ انتهای مایع بینابینی حرکت کرده و فیلتر را مسدود کنند. همچنین منجر می‌شود تا جریان آب در هنگام عصاره‌گیری کاهش یافته و طوری به نظر ‌رسد که گویا دم‌آوری با یک آسیاب بی‌کیفیت صورت گرفته است.

چرخاندن مایع بینابینی حین دم آوری یک وی‌۶۰ کمک می‌کند تا کانال‌سازی آب که می‌تواند منجر به یک عصاره‌گیری نابرابر شود را به حداقل برسانیم. دلیل این اتفاق را می‌توان با کمک گرفتن از علم فیزیک توضیح داد.

مایع بینابینی هنگام چرخش با نیروی گریز از مرکز مواجه می‌شود. این بدین معناست که به هر قطره آب و  هر ذره از قهوه نیرویی به سمت بیرون وارد می‌شود. در فیزیک، قدرتِ نیروی گریز از مرکز برای اشیای سنگین‌تر چشمگیرتر است. به همین دلیل، آب نسبت به قهوه بیشتر به سمت بیرون جابه‌جایی دارد چرا که آب سنگین‌تر از ذرات قهوه است.

دلیل اصلی کانال سازی هنگام دم‌آوری قهوه، ذرات خشک قهوه می‌باشند که بیشتر از ذرات خیس آب را دفع می‌کنند. فیزیک پشت این اثر به طور کامل قابل درک نیست: این موضوع مربوط به این است که مولکول‌های آب با هم پیوند برقرار کرده اما  ذرات خشک قهوه با آب چنین پیوندی برقرار نمی‌کنند. در ریزش اول، شاید آب عبور از یک حفره کوچک در سطح قهوه را شروع کرده و سپس ترجیح دهد تا دوباره از همان تونل عبور کند. زیرا قسمت‌های دیگر بستر هنوز خشک بوده و آب را دفع می‌کنند. در اغلب مواقع اگر مراتبی را برای جلوگیری از کانال‌سازی رعایت نکنید، بستر قهوه باعث بوجود آمدن تعدادی کانال می‌شود.

زمانی که بستر قهوه‌ای که در آن کانال‌سازی رخ داده را می‌چرخانید، توسط نیروی گریز از مرکز به آبی که به سمت پایین تونل‌های باریک جریان دارد، نیرویی به سمت بیرون تونل‌ها وارد می‌شود و آب برخی از ذرات خشک قهوه را خیس می‌کند. ترکیب دوباره‌ی سابه‌ی قهوه با آب در حالت افقی (هنگام چرخش) به طور کلی کانال‌سازی را کاهش می‌دهد.

چرخش بیش از حد نیز موجب بروز مشکلاتی می‌شود. همان‌طور که پیش‌تر مطرح کردیم، نیروی گریز از مرکز بر اجسام سنگین‌تر تاثیر بیشتری می‌گذارد. بنابراین ذرات بزرگ‌تر قهوه با نیروی کشش قوی‌تری به سمت دیواره‌های وی‌۶۰ هدایت می‌شوند. در مایع بینابینی که قهوه با آب ترکیب می‌شود، این اثر توسط نیروی اصطکاکِ آب اندکی کاهش می‌یابد. فرض کنید می‌خواهید بر روی آب دریا بدوید؛ نیروی اصطکاکِ آبی که به شما وارد می‌شود، حرکتتان را آهسته می‌کند. به خصوص اگر این کار را با ایجاد سطحی وسیع، به عنوان مثال پوشیدن شلواری بزرگ انجام دهید. هرچند نیروی اصطکاک آن قدر قوی نیست تا به طور کامل جابه‌جایی ذرات قهوه را بر اساس اندازه‌شان متوقف کند، در نتیجه ذرات بزرگ‌تر آن نیز به سمت بیرون فرستاده خواهند ‌شد.

این موقعیت، به ذرات کوچک قهوه فرصتی را ارائه می‌دهد: ذرات بزرگ‌تر از سر راه کنار می‌روند و ذرات ریز‌تر در انتهای وی‌۶۰ ته نشین می‌شوند؛ جایی که بدترین عملکرد در مسدود کردن فیلتر کاغذی را از خود نشان می‌دهند. این اتفاق به طور قابل توجهی جریان دم آوری را آهسته می‌کند.

به عنوان مثال، اخیرا چند وی‌۶۰ را به روش  پیش خیساندن (Prewetting) به همراه دو مرحله ریزش آب دم‌آوری کرده‌ام و دقیقا بعد از انجام مرحله پیش خیساندن و هر بار ریزش آب، چرخشی ایجاد کردم. در ابتدا به مدت و قدرت چرخشی که ایجاد کردم توجهی نداشتم، در نتیجه با عدم ثبات در مدت زمان دم آوری (تقریبا تا ۲۰ ثانیه) مواجه شدم، که به بی ثباتی در میزان عصاره‌گیری نیز منجر شد (تا ۰.۷%). تمام عوامل دیگر از جمله، ارتفاع ریزش، سرعت جریان، زمان‌بندی، اندازه آسیاب، دمای مایع بینابینی و … را تحت کنترل داشتم.

سپس تلاش کردم تا هنگام ایجاد چرخش، زمان آن‌ها را در نظر بگیرم. به دنبال آن متوجه شدم که چرخش‌های ۷ ثانیه‌ای موجب می‌شوند تا زمان پایین آمدن نوشیدنی قهوه (Drawdown) به ۵:۱۸ برسد، در حالی که چرخش‌های ۲ ثانیه‌ای منجر به زمان پایین آمدن بسیار کوتاه‌تری مانند ۴:۲۸ می‌شوند. این اتفاق نشان می‌دهد که اگر نوشیدنی را بیش از حد بچرخانید، ذرات ریز می‌توانند جابه‌جا شوند و فیلتر را مسدود کنند. اندازه آسیاب را به طور مناسبی تنظیم کنید تا میزان عصاره‌گیری را به حداکثر رسانده و از ایجاد حس گسی جلوگیری کنید. در نهایت متوجه شدم که چرخش‌های ۲ ثانیه‌ای باعث عصاره‌گیریِ قهوه‌های مطلوب‌تری می‌شوند.

به طور خلاصه، چرخش مایع بینابینی قهوه موجب از بین رفتن کانال‌سازی می‌شود  اما انجام بیش از حد این کار نیز مشکل‌ساز بوده و  باعث مسدود شدن انتهای فیلتر می‌شود.

منبع:

جاناتان گانیه (فوریه ۲۰۱۹)، وبسایت کافی آداسترا، چرا مایع بینابینی (Slurry) قهوه را می‌چرخانیم؟.