Sobre
a Percolação na Extração de café

Olá
pessoal,
Estava hoje
a procurer por algo que me desse mais explicações sobre como funciona a
percolação nas máquinas de café para espresso.
Nem no Google, nem no livro do Andrea Illy e Rinnantonio
Vianni, nem no Food Chemistry Reviews, nem na International Journal of Food
Science and Technology, encontrei algo do gênero, e me deparei com uma frase de
M. Petracco, que escreveu o Espresso coffee brewing dynamics:
development of mathematical and computational models, da ASIC, junto
com F. Suggi Liverani: "Attempts have
been made to formulate a law providing na explanation for this experimental
behaviour, but finding an exact analytical solution to the consequent system of
differential equations still remains a difficult, if not impossible, task."
Modelagem
matemática da percolação de café
Aparentemente, baristas podem resolver essa equação - empiricamente -
mas não de maneira analítica, como os engenheiros esperavam fazer. De alguma
maneira, entende-se que:
(VEJA EQ.1 NOS ARQUIVOS DEPOSITADOS)
Sendo:
V = volume
de bebida no copo;
T =
Temperatura dentro da torta de café;
t = Tempo
de Percolação;
∆p = diferença de pressão entre o topo e o fundo da torta de café;
R =
Resistência hidráulica da torta de café.
A torta de
café representa nesse caso a resistência hidrodinâmica ao sistema de
percolação. Em outras palavras, é o café moído no porta-filtro que irá segurar
a água para que ocorra a extração e permeação do café até as peneiras e até a
xícara de café. De certa maneira, o que o barista manipula nessa equação é a
função R[t,T(t)].
Manipulando
a Resistência Hidráulica do Café na percolação
Quando o
barista regula o moinho de café para o espresso, ele busca uma moagem de café
que seja fina o suficiente para que a torta ofereça boa resistência hidráulica.
Uma torta de café comporta-se como um leito de partículas grandes, com uma
porosidade conhecida. A moagem efetua a redução de partículas do grão em uma
determinada faixa de tamanhos denominada Distribuição de Partículas. Para
qualquer moagem efetuada de qualquer material, nunca teremos apenas um tamanho
específico, e sim uma faixa de tamanhos que buscamos. A moagem será mais
precisa quando tivermos uma média da faixa próxima ao valor que buscamos.
A
quantidade de material adensada no porta-filtro é relevante, pois será ela que
determinará a quantidade de material a ser percolada pela água na extração. O
formato da peneira, a quantidade de furos e o diâmetro dos furos também
influenciam na extração. A pressão de compactação do leito de café moído no
porta-filtro também deve ser considerado, tal como o formato da superfície da
torta, que atualmente pode ser efetuada do modo plano ou côncavo (com
compactadores convexos). As variáveis de pressão relacionadas à resistência
hidráulica da torta de café são:
PCOMPACT
- Pressão de compactação do leito de café no porta-filtro;
PBOMB
- Pressão hidráulica da bomba volumétrica do equipamento para realizar trabalho
sobre o leito de café no porta-filtro;
PTORTA
- Diferença de pressão entre a água em contato com o leito e o fundo do leito.
O tipo de
grão de café, seu tamanho e sua coloração (consequentemente, seu tipo de
torra), também mudam a vairável moagem, e aí o barista deve regular o moinho
novamente para obter os resultados desejados.
A água que irá entrar em contato com o café irá estabelecer a difusão do
material a ser solubilizado, que está contido nas partículas moídas para o
solvente, no caso, a água. A difusividade pode ser modelada pela Lei de Fick
para Difusividade, em que:
(VEJA EQ.2 NOS ARQUIVOS DEPOSITADOS)
Sendo que:
s -
quantidade de material solúvel de partícula sólida;
k -
coeficiente de difusividade;
T -
Temperatura absoluta da partícula;
η -
Viscosidade do solvente puro à temperatura T;
A- área da
seção transversal da partícula;
x - raio da
partícula;
C -
concentração de soluto no sólido;
c -
concentração de soluto no líquido;
t - Tempo
de contato do solvente com a partícula.
Nunca
atingimos o equilíbrio de extração no leito de partículas de café moído dado o
curto tempo de extração que conferimos ao espresso. A extração de material
solúvel é dada ,então, pelo contato com o solvente na superfície da partícula,
solubilizando o que está mais eminente e um pouco do material solúvel que está
mais próximo à superfície da partícula. Em outras técnicas, como o café
filtrado e o french press, atinge-se
o equilíbrio químico de extração. O tipo de café e o nível de torra influenciam
diretamente na quantidade de material solúvel oferecido e na sua difusividade.
Resumindo,
a variável R[t,T(t)] pode ser controlada por:
DP
- Diâmetro de partículas
ε -
Porosidade da torta de café
MC
- Massa de café no porta-filtro;
T(t) -
Temperatura em que a água permanece em contato com o leito, em função do tempo
de contato;
NF
- Número de furos na peneira do porta-filtro;
DPE
- diâmetro de furos da peneira do porta-filtro;
PCOMPACT
- Pressão de compactação do leito de café no porta-filtro;
(Mas é tudo
isso, companheiro!? - Realmente, o Petracco e Illy foram felizes ao afirmar a
dificuldade em modelar todas as variáveis...)
Resumo
da Ópera - como fazer para guiar isso?
Vamos
compactar tudo isso em uma frase:
PARA PREPARAR O ESPRESSO CORRETAMENTE, É
NECESSÁRIO ADEQUAR A TEMPERATURA DE EXTRAÇÃO E PRESSÃO HIDRÁULICA CORRETAS,
AJUSTAR A RESISTÊNCIA HIDRÁULICA PELA MOAGEM E PRESSÃO DE COMPACTAÇÃO CORRETAS,
ATÉ ATINGIR O VOLUME DE BEBIDA CORRETO, EXTRAÍDO NO TEMPO CORRETO.
Quem afirma
isso é o próprio M Petracco, no livro do Illy, de maneira bem decisiva.
Todavia, na resistência hidráulica, podemos manipular também as peneiras e, se
possível, as distribuições de partículas com lâminas e técnicas de moagem
distintas (como lâminas planas, lâminas cônicas, moinho de rolos, etc) que
ofereçam outro tipo de distribuição.Também para a resistência hidráulica, a
massa de café também é uma variável que podemos manipular facilmente, sendo ela
de certa relevância para uma economia de pó de café para a extração do
espresso.
Qualquer
dúvidas, deixem comentários!
No próximo
post, relatos sobre Torra de Café.
Abraços,
Palavras-chave: café, coffee, espresso, expresso, extração, percolação, percolation