Röstung, Extraktionsrate und Korngrößenverteilung

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Klassischer Kaffee: Die Zubereitung bestimmt den Röstgrad

Bis gegen Ende des letzten Jahrtausends galt als Daumenregel:

Espresso ist dunkel geröstet: Hauptsächlich kräftige Röstaromen, wenig feiner Kaffee-Eigengeschmack, wenig Säuren

Brühkaffee ist hell geröstet: Weniger kräftige Röstaromen, ausgeprägterer Kaffeeeigengeschmack mehr Säuren

Hintergrund ist der unterschiedliche zeitliche Verlauf der Extraktion für Säuren sowie Kaffeeinhaltsstoffe und Röstaromen. Spätere Untersuchungen der SCAE konnte das Quantifizieren: Ein Großteil der Säuren gelangt innerhalb von 10s in das Getränk. Der Säureeintrag ist dabei relativ unabhängig vom Mahlgrad. Die Kaffeeinhaltsstoffe und Röstaromen gehen stark abhängig vom Mahlgrad langsamer in Lösung. Siehe vimeo Präsentation von Paul Bonna.

Ziel der Zubereitung ist ein ausgewogenes Getränk, bei dem die Säuren geschmacklich gut in Kaffeeeigengeschmack und Röstaromen eingebunden sind.

Beim klassischer Espresso haben Kaffeemehl und Wasser nur ca. 25s Kontaktzeit. Mit einem feinen Mahlgrad und stärkeren Röstungen gelingt es trotzdem ein geschmacklich ausgewogenes Getränk herzustellen.

Handaufguss oder French Press haben eine längere Kontaktzeit, der Kaffee sollte also gröber gemahlen werden und weniger Röstaromen haben um die Säuren einzubinden, aber nicht zu überdecken.

Oder anders ausgedrückt:

  • Stark geröstete Kaffees brauchen eine kurze Kontaktzeit bis zur Säurebalance
  • Kurze Zubereitungsarten brauchen einen feinen Mahlgrad

und

  • Heller geröstete Kaffees brauchen eine längere Kontaktzeit
  • Lange Zubereitungsarten brauchen einen gröberen Mahlgrad

Eine sehr starke Röstung überdeckt Kaffeemängel, es können günstigere, fehlerbehaftete Kaffees verwendet werden.

INEI Esspresso

Die INEI wurde im Jahre 1998, im selben Jahr wie die SCAE gegründet. Als nationales, Italienisches Institut ging es ihr um die Festsetzung eines Standards für echten italienischen Espresso, wie er seit Achille Gaggias Handhebelmaschine von 1948 in den Bars des Landes ausgeschenkt wird.

Die INEI hat die Eckdaten für die Zubereitung und Eigenschaften eines Espressos festgelegt:

INEI-Zubereitung:

  • 7g Kaffee
  • 82°C Austrittstempertaur
  • 67°C ist die Temperatur des fertigen Getränks
  • 9 bar Zubereitungsdruck
  • 25 Sekunden Bezugszeit

INEI-Eigenschaften:

  • Viscosität: 1,5 mPa s
  • Fettanteil > 2 mg/ml
  • Koffein < 100 mg pro Portion
  • Volumen inclusive Crema 25 ml ± 2,5

Typische Geschmacksfehler sind

  • Zu kalte Bezugstemperatur: Die Crema bleibt hell, der Espresso dünn
  • Zu hohe Bezugstemperatur: Die Crema ist sehr dunkel und evtl. verbrannt
  • Unterextrahiert: Der Espresso schmeckt sauer -> feiner mahlen
  • Überextrahiert: Der Espresso schmeckt bitter -> gröber mahlen

Der Druck von 9 bar soll dabei über den Kaffeepuck abgebaut werden. Eine der Herausforderung für den Barista ist es, die Mühle so einzustellen, dass beim angelegten Druck von 9 bar die angestrebte Zubereitungszeit und die angestrebte Extraktion erreicht wird.

Die gelingt nur mit einer Espressomühle, die so konstruiert ist, dass die Korngrößenverteilung zwei Maxima hat: Ein Nebenmaximum mit kleinerer Korngröße und ein Hauptmaximum mit gröberem Mahlgut. In der Statistik wird eine Verteilung mit zwei Maxima als bimodale Verteilung bezeichnet. Typisch für eine Espressomühle sind

  • 25% Feinanteil
  • 65% gewünschte Korngröße, Hauptmaximum
  • 10% sehr grobe Anteile

Die feinen Anteile besetzen die Zwischenräume zwischen den groben Anteilen und machen den Druckabbau über dem Puck bei geringer Fließgeschwindigkeit erst möglich.

SCAE Gold Cup Standard für Filter-Kaffee: EXT 18-22%

Der nächste Entwicklungsschritt war die Entwicklung des SCAE Gold Cup Standard für Filterkaffee.

Die bisherigen Kategorien unterextrahiert und überextrahiert sollten quantifiziert werden. Also: Wieviel Kaffeeauszug ist in Lösung gegangen und wo liegt das geschmackliche Optimum.

Dieser Frage wurde in langen systematischen Versuchsreihen mit Verkostung auf den Grund gegangen. Dazu wurden für jeden Bezug zweimal gemahlen. Eine Kaffeeportion wurde als Vergleich zur Seite gelegt, die andere kam in den Siebträger. Anschließend wurden beiden Protionen getrocknet und gewogen. Die Gewichtsdifferenz an Stoffen war offensichtlich im Kaffee gelöst worden.

So wurde die Extraktionsrate EXT% als Gewichtsdifferenz zwischen getrockneter extrahierter und nichtextrahierter Kaffemenge bezogen auf das Gewicht der nichtextrahierten Kaffeemenge festgelegt.

Am besten schmeckten die Zubereitungen zwischen EXT 18 % und EXT 22 %. Dieser Bereich wurde als Ergebnis der Verkostungsreihen als “SCAE Gold Cup Standard” festgelegt und ist erstmal unabhängig von der Dosierung.

Das Trocknen der Kaffeepucks und das Mitführen der zusätzlichen Vergleichsmenge ist sehr aufwändig, Grundsätzlich wäre es genauso möglich, die Konzentration der Lösung (TDS%) zu messen und zusammen mit der Flüssigkeitsmenge in der Tasse und der eingesetzten Kaffeemenge die Extratraktionsrate zu bereichnen.

Zur Messung von Lösungskonzentrationen, z.B. Zucker in Wasser gibt es schon lange sogenannte optische Refraktometer, die sich die Änderung des Brechungsindexes in Abhängigkeit von der Konzentration zu Nutze machen. Die Brechung ist stark temperaturabhängig. Wesentlich handlicher sind sogenannte digitale, temperaturkompeniserte Handgeräte, wie sie seit ca. 2000 im Handel sind. Sie messen die optische Brechung einer Lösung und geben sie auf einer für den Einsatzzweck geeigneten Skala aus. Am weitesten verbreitet und deshalb am günstigsten sind Refraktometer für Zucker mit der Ausgabe in Brix.

Erstmal gibt es keinen Zusammenhang zur massenmäßigen Kaffee-Lösungskonzentration (TDS%: Total Dissolved Solids ). Nach Experimenten von Randy Pope und anderen kann man im angestrebten Konzentrationsbereich näherungsmäßig 0,85 * °Brix = TDS % rechnen und so auch günstige Zuckerrefraktometer verwenden.

Damit wird die im Getränk gelöste Menge Kaffee D zu

D = TDS% * Masse Getränk = EXT% * Masse eingesetzer Kaffe

Oder Aufgelöst nach EXT%

EXT% = TDS% * Masse Getränk / Masse eingesetzter Kaffee

Statt mühsam Pucks zu trockenen und zu wiegen kann man mit einer Messung des (evtl. temperaturkompensierten) Refraktometers die Extraktionsrate bestimmen.

Bei Espresso gelangen auch noch Schwebstoffe in die Lösung und verfälschen die Messung der Brechung. Espresso muss deshalb vor der Messung gefiltert werden.

Kaffeegetränke mit gleicher Extraktionsrate sind aber (bei gleicher Röstung) nicht vollständig vergleichbar. Das Mahlgut besteht aus unterschiedlichen Korngrößen und die Verteilung der Korngröße verändert des Geschmacksergebnis bei gleicher Extraktionsrate.

Der SCAE Gold Cup Standard zusammengefasst:

  • Es gibt ein Geschmacksoptimum bei einer Extraktionsrate von 18-22%
  • Statt die Extraktionsrate mühsam über die Gewichtsdifferenz des getrockneten Pucks und seiner Vergleichsprobe zu bestimmen, kann ein die Konzentration der Kaffeelösung über den Brechungsindex bestimmt werden.

Zu Refraktometern:

  • Refraktometer messen die Brechung und stellen das Ergebnis auf einer für den Einsatzzweck angepassten Skala dar, z.B. Zuckerrefraktometer in Brix %
  • Refraktometer können keine verunreinigten Lösungen messen. Espresso enthält Schwebstoffe und muss vorher gefiltert werden. Brühkaffee kann direkt gemessen werden.
  • Die einfachsten Geräte sind optische Refraktometer.
  • Das optische Phänomen Brechung ist stark temperaturabhängig.
  • Es gibt am Markt temperaturkompensierte, digitale Refraktometer, z.B. Atago PAL-1 (für Zucker, in Brix, ca.EUR 300) oder Atago PAL-RI (Refractive Index nD, ca. EUR 500).
  • Die Smartphone-App MojoToGo kennt Berechnungen zu alle beteiligten Größen, und bietet auch eine Umrechnung des Brechungsindex nD nach TDS% an. Allerdings keine Umrechnung nach Brix, wie sie günstige Zucker-Refraktometer überlicherweise verwenden.
  • Es gibt am Markt nur ein Refraktometer für Kaffee mit Ausgabe in TDS% von der Firma VTS.
  • Verwendet man übliche Zucker-Refraktometer für Kaffee kann bei einer Umgebungstemperatur von 20°C als Näherung
    Brix% * 0,85=TDS%
    angenommen werden.

Coffee Shots, Korngrößenverteilung und die Mahlkönig EK43

Nach [1]

Mahlgut aus einer handelsüblichen Espressomühle besteht zwar hauptsächlich aus Mahlgut der gewünschten Korngröße aber die Korngrößenverteilung enthält auch unerwünscht feine (<250 Micron) und sehr grobe Anteile (größer 1mm).

Die großen Anteile enthalten übermäßig viel Häutchen (Chaff), die alleine extrahiert unerwünscht nach Popkorn, Grass und Schrot schmecken. Insgesmat werden die groben Anteile deutlich unterextrahiert (EXT13% im MIttel) und machen 10% des Mahlguts aus. Die groben Anteile bringen unerwünschte Säuren in den Kaffee. Die einfachste Möglichkeit, sie zu entfernen ist ein 1000 Micron (1mm) großes Sieb, mit dem der Barista eine Portion in wenigen Sekunden sieben kann.

Die feinen Anteile (fines) machen 25% des Gewichtsanteile aus. Die fines extrahieren sehr weit, z.B. EXT 27% und bringen bittere Noten in den Kaffee. Man sie auch mit einem 250 Micron Sieb aussieben, aber man schafft das auch mit Anstrengung kaum unter 5 MInuten. Nur einen Teil aussieben ist keine Option, weil es schwierig ist, den ausgesiebten Teil konstant zu halten. Letztendlich führen unterschiedliche Teilausiebungen zu inkonsistenten Bezügen, was das Ergebnis eher verschlechtert als verbessert. Das Aussieben der Fines ist also keine geeignete Vorgehensweise. Es gibt kommerzielle Siebapparate, aber die sind laut und für eine Bar nicht geeignet.

Was bleibt, ist nach der Mühle mit dem maximal uniformen Mahlgut zu suchen. Und das Ergebnis dieser Suche ist die EK43 mit Kaffeemahlscheiben. Auch diese Mühle hat noch fines, aber eben viel weniger. Und die groben Anteile lassen sich leicht aussieben.

Beim klassischen INEI-Espresso mit ausgeprägten fines findet der Druckabbau der 9 bar über die Höhe des Esspressopucks statt: Ganz oben im Puck herrscht Pumpendruck, unten ca. Umgebungsdruck.

Verwendet man Mahlgut mit weitgehend einer Korngröße in einer Espressomaschine, findet der Druckabbau im wesentlichen über Gicleur und die Löcher im Sieb statt. Ben Kaminski senkt folglich auch den Druck auf 8 bar ab und nennt das Ergebnis Coffeshot. Pressure Profiling ist hier kein Thema, da geschmacklich weitgehend ohne Einfluss.

Durch den geringen Anteil an feinen und groben Anteilen im Mahlgut und demnach unter- und überextrahierten Anteilen in der Tasse, kann man bei einem solchen Coffeeshot noch höhere Extraktionsraten anstreben, ohne Fehltöne zu bekommen. Ben Kaminski erzielt dabei über den Gold Cup Standard hinaus eine Extraktionsrate von 22-24%, wobei mit steigender Extraktionsrate insbesondere die Süße zunimmt. Die Einstellung der Mühle, die Dosierung und die Wahl der Bezugszeit erfolgt über die Messung der TDS% und die Bestimmung der Extraktionsrate.

Das Ergebnis ist ein coffee shot.

Der coffee shot zusammengafasst:

  • Fines werden überextrahiert und führen zu Bitternoten
  • Boulders (grobe Anteile) werden unterextrahiert und bringen saure Noten
  • Fines aussieben ist zu aufwändig
  • Die Mühle mit dem geringsten Anteil an Fines ist die Mahlkönig EK 43 mit Kaffemahlscheiben
  • Die groben Anteile werden mit einem 1000 Micron Sieb (1mm) ausgesiebt
  • Der Druck wird auf 8 bar agbesenkt
  • Alle Einstellungen erfolgen über die gemessene TDS% und die daraus errechnete Extraktionsrate