機械式エスプレッソの泡を科学する

(写真・ポンプ式エスプレッソ「ファーストクラス」)

ファーストクラスを科学する
ぼくが、大好きなエスプレッソがあります。「ファーストクラス」といって家庭用の機械式 エスプレッソでは珍しく泡がきれいにでるのです。それとなんといっても安い。(定価 19800円) なぜこのエスプレッソは、泡が立つのかを調べてみたいと思います。 ぼくは、もともとエスプレッソの泡はコーヒー豆が持っている炭酸ガスだと思っています。 深いりのコーヒーならば、エスプレッソ一回分で30ccほどの炭酸ガスを持っています。 これが、カップの中に泡となって落ちるわけです。一応、これがエスプレッソの原理だと 知っておいてください。
ファーストクラスは、ポンプ式といわれるタイプです。これは、ボイラーでお湯を 沸かしておき、コーヒーのはいっているホルダーには、ポンプを使って送る方式の ことです。これに対して蒸気式とは直火式のエスプレッソと同じでボイラーでお湯を 沸かし蒸気の圧力を使ってホルダーのほうへお湯を送る方式です。 どちらも、コーヒーの層を圧力をかけて通過させる意味では同じです。 ただし、抽出に使われるお湯の温度には、違いがあります。 これは、蒸気式では沸騰した蒸気の力を使うためお湯の温度が高くなります。 ポンプ式では、一定温度でお湯が保温されており蒸気式よりも低い温度で、 抽出が行われます。

(写真・抽出したてのコーヒー)

(写真・ビーカーに抽出)

なぜ、大量の泡がでるか
ビーカーに、どこまで泡が出るのか調べてみました。当然泡は、一つ目のビーカーで 終わるはずでした。ところが、どれだけ、抽出しても泡を含んでいるのです。 これは、泡が作られていると思いました。ちなみに、最後のビーカーでは、 泡が出来るのですがすぐに消えてしまいました。

(写真・ポンプで空気を送る)

泡の性質を調べる
三個のビーカーに濃さの違うコーヒーをいれて空気を送ってみました。 そうすると、濃いコーヒーは泡が消えにくく、薄いコーヒーは泡が消えやすいようです。 たぶん、濃いコーヒーは、粘性が高く泡が立ちやすく消えにくい。逆に、薄いコーヒーは 粘性が低く泡が立ちにくく消えやすい。ちょうど、ミルクを泡立てる時、温度をさげて 粘性を増すようにしたり、濃いミルクを使ったりするのと同じだと思いました。

(写真・右がファーストクラスのフィルター)

泡を作るなぞを調べる
コーヒーの持っている炭酸ガス以上に泡がでる以上泡をつくる部分が あるはずです。そこで、ファーストクラスのフィルター部分を調べました。 写真の左が普通のフィルターです。右がファーストクラスのフィルターです。 何が違うかというと、ファーストクラスのフィルターには、シリコンゴムのパッキンが 入っておりパッキンの真中に小さな穴が開いているのです。 (ステンレスカバーの内側にシリコンのゴムのパッキンがはいっている)
この構造だと、コーヒーは、パッキンを押しのけて出てこなければならず、小さな穴からコーヒー液が 勢いよくふきだすと思われます。

(写真上・ホルダーの真中に穴をあける)

ホルダーを調べる
ファーストクラスのホルダーは、内側に四枚の壁が出来ており、これが勢いよくふきだしたコーヒーを 飛び散らせないばかりか、ここにたまっているコーヒー液に勢いよくコーヒーをぷつけて 泡をつくっています。泡を伴ったコーヒー液は四ヶ所の隙間を通って二つの出口から流れ落ちます。 つまり、真中の小さな部屋にたまっているコーヒーに勢いよくコーヒーをふきつけることにより 泡を作っているのです。そこで、どのぐらいの勢いでコーヒー液が飛び出しているかを 調べるためにホルダーの真中に穴をあけることにしました。

写真左・シリコンゴムのパッキンのない普通のフィルター使用

写真右・ファーストクラス専用のフィルターを使用

(写真・ふきだしているコーヒーのアップ)

結論
真中に穴をあけたホルダーを使ってコーヒーを出してみました。写真では、コーヒーが ちょろちょろとひとすじ出ているように見えますが、ストロボを使って一瞬を切り取ったからで 本当は、すごい勢いで噴出しています。この圧力でホルダーの真中の部屋にはいって泡が 発生するんだなあと思いました。ちなみに、下にカップを置いて実験をしましたが これだけ離れているにもかかわらず泡がきれいにたちました。これがホルダーの小部屋で 距離が近いわけですから泡を作る力がもっと強いだろうと思いました。 このファーストクラスというエスプレッソは 泡が出来るようにうまく工夫がされている機械だと思いました。

最終更新日:2016年 9月 28日 (水)

直火式エスプレッソの圧力

(写真・数気圧の空気を送り込むとコーヒーがふきだした)

直火式エスプレッソはどれぐらいの圧力で抽出されるか
ポンプ式のエスプレッソでは、10気圧以上のものもあります。しかし、 空気入れで3気圧ぐらい圧力をかけたら、一瞬のうちにコーヒーがふきだしてきました。 つまり、コーヒーを抽出するのには、強い圧力はあまりいらないのではないかと思ったのです。 ポンプ式のエスプレッソは、ボイラーで一定の温度のお湯をつくりそれをポンプでコーヒーの のバスケットに少しづつ送りこんでくるのです。だから、実際にコーヒーの層を通過するお湯は、 それほど、高圧ではないように考えました。

(写真・コーヒーがちょうど出始めた時)

そこで、実際に直火式のエスプレッソがどれぐらいの圧力で動いているか調べることにしました。 直火式エスプレッソのボイラー部分に穴をあけて、精度の良い微圧計 (1000mm/aq・水を1000mm押し上げる圧力)を取り付けました。あとは、エスプレッソ用にコーヒーを ひいてバスケットにつめ、通常と同じようにエスプレッソを動かしました。実際、コーヒーが出始めた 圧力は800mm/aqでした。一気圧が、1033mm/aqですから、約0.8気圧ということになります。 業務用のポンプ式のエスプレッソ(8-10気圧以上)とくらべると比べものにならないぐらいに 弱い圧力で動いていることがわかりました。

(写真・抽出の最中)

実験では、約1気圧でコーヒーが抽出されています。
コーヒーは、おいしく抽出されるかが、一番重要です。実験では、思ったほどエスプレッソの 圧力が上がっていないことがわかりました。しかし、おいしく抽出されるための圧力は まだ判っていません。その部分はもう少し、実験するつもりです。
現在わかっていることは、 高圧を作るには、高温にしなければならず、高温では苦味や嫌味が出やすいということです。 あと、高温では泡が消えやすいということです。

ボイラー圧力の変化を起こす要因
 ・コーヒーの粉の量とひきかた
 ・熱源の強弱(電熱器のワット数など)

最終更新日:2016年 9月 28日 (水)

直火式エスプレッソを科学する

(写真・エスプレッソを普通につかっている)

直火式エスプレッソはなぜ泡がでないか
エスプレッソ用のコーヒー豆(深いりの豆)は、 100gあたり250~500ccほどの炭酸ガスを持っています。 ドリップ式で最初にお湯をさしたときにコーヒーがふくらんでくるのは、 この焙煎時に吸着した炭酸ガスがはずれて泡としてででくるためです。
つまり、エスプレッソでも、ドリップでも同じコーヒーを使っているんだから 同じだけ泡がでなけれはおかしいということになります。 しかし、実際にコーヒーをだしてみるとあきらかに泡の量が少ないのです。 となると、泡がでたけれどすぐにきえたと考えるのが一番自然だと思います。 では、なぜ泡が、消えてしまったのでしょう。 それは、抽出液が高温すぎて泡が存在できないのではないでしょうか。
そこで、直火式のエスプレッソを改造して実験することにしました。

(写真・バルブから空気入れで空気を送っている)

エスプレッソのボイラー部分にバルブをつけてボイラー部分で蒸気ができるまでは、 バルブを開けておきます。 そして、蒸気が噴出すようになったら、バルブを閉めて抽出にはいるようにしました。 実際,蒸気が十分に噴出すようになってからバルブを閉めているのにもかかわらず。 すぐには、コーヒーがでできませんでした。 沸騰によって蒸気圧をあげるのには、思ったよりエネルギーが必要なようです。 そして、予想した通り泡の量は非常に少ないのです。 ただし、泡が高温のために消えているのではなくてすなおにででいないようなのです。 そこで、ボイラーにお湯を入れておいてバルブから、一気に空気を送り込んでみたのです。 そうしたら、きれいに泡がでました。 どうも温度よりもコーヒーの中を通過するスピードが問題のようです
となると、コーヒー豆の炭酸ガスが消滅することは当然ありませんので泡としてでなければコーヒーが でてくる前に気体の状態ででてくるんじゃあないかと考えました。 バルブを閉めてからコーヒーが出てくるまでけっこう時間がありました。 そのときに、コーヒーの香りだけが先に香ってきたのです。 つまり、バルブを閉めてコーヒーがでてくるまでの間に気体が出てくれば、 直火式のエスプレッソでは、泡が出ない理由になるんじゃあないかと考えました そこで今度は,直火式のエスプレッソの出口から、ホースをつないでどのぐらい気体がでてくるかを 実験してみました

(写真・実験装置)

(写真・エスプレッソからでる気体を集めている)

(写真・メスシリンダーのアップ、集めた気体の量)

結論

粉量ガス量ボイラー空気量粉からのガス量
50g220cc110cc110cc以上

*本来ボイラーの中の空気は、抽出前にバルブから蒸気といっとょに抜いてしまっているので粉から でた炭酸ガスは220ccと考えてもいいように思います。
表をみても判るように大量のガスが抽出前にでているのが判ります。 つまり、コーヒー豆の内部の炭酸ガス(焙煎で吸着されるのはコーヒー50gにつき125cc~250cc)は、 ゆっくりお湯が上昇するときに先に押し出されて コーヒーが抽出されるときには、泡となる炭酸ガスほとんど残っていないので、直火式の エスプレッソでは、泡が少なくなってしまうのです。 もし、高圧で一瞬に抽出ができれば(空気入れで空気をおくった時のように)泡の浮いた エスプレッソが直火式でも飲めるはずです。 そのように考えるとアルミ製のエスプレッソよりもステンレス製のエスプレッソの方が 沸騰から抽出までの時間が短くておいしいエスプレッソができるような気がします

最終更新日:2016年 9月 28日 (水)

ボトルを使った氷出し珈琲

たぶん・・・・この氷出し珈琲が一番らくちんなパターンとなる気がします。
普通・・・ドリッパーに珈琲を入れてその上に氷をのせるとなるとけっこ氷を積むことがむずかしいものです。
それに対してこのボトルに氷を入れることはめちゃめちゃ簡単なわけです。

今までペットボトルの底を切って氷出し珈琲をやっていました・・・
それよりも今回のボトル式の方が楽だし衛生的です。

氷をボトルに詰めてその上に水出し珈琲用のパックをのせる・・・
中蓋を付けてからお湯をすこしかける・・・
少し時間をおいて珈琲に水がしみ込んだらそこでボトルをひっくり返す・・・・

後は氷が溶けて濃厚な珈琲が下にゆっくりたまっていくだけです。

この濃厚な珈琲をアイスにかけると・・・・・最高にうまいです。

珈琲急須その後・・・・

お湯を最初に急須にいれて珈琲の粉を浮かべる
たぶん・・・これが一番粉に対しては優しい浸漬法だと思います。
しかし・・これには弱点があるのです。
それは・・・珈琲の持っているガスが抜けるのに時間がかかりすぎるのです。
珈琲のガスが抜けなければ粉内部にお湯が入らず成分が溶けないのです。
そこで今回はお湯を急須に少し入れて急須を軽く振ってお湯となじませた後に・・・
電子レンジ500w10秒かけたあとお湯で満たす方法に変えました。

問題はこの方法でも浸漬法で起こる粉っぽさを消すことが出来るかなのです。
今までの方法とどれぐらいの味の違いが出てくるかが問題なのです。

少しお湯を入れて珈琲の粉を入れた後・・・急須を軽く振ってお湯となじませます。
次にレンジ500w10秒かけます

レンジで10秒かけた後の粉の様子

お湯を満たした状態
お湯を満たした段階である程度の粉が沈んでくれてある程度の濃さが出来るので普通にカップに注いで飲むことが可能です。

時間が経つほどに味もしっかりしてきておいしくなりました。

珈琲急須を使ってみた

クラウドファンディングで珈琲急須というものを見たことはあるんですが・・・
ぼくてきには全く興味がなかったのです。
珈琲をたてるという事をまったく考えていない・・・
つまり・・・コーヒーの抽出というものを理解していない人がつくったものだとしかおもえない感じがしたのです。

では・・・何故急に珈琲急須などどぼくがいいだしたかというとハリオのティーポットを使って色々と実験しているからなのです。これが結構優れもので気に入っているのです。

以前カリタのティーポットを薦めていたのですが廃盤となり使えるティーポットはないかと色々と調べていたのですがこのティーポットは使い勝手が良くて超お気に入りなのです。

そして・・・このティーポットならば珈琲が上手にたてられそうだと思ったのです。

まず・・・急須で珈琲をたてるという事は何がポイントかというと浸漬法を使うという事なのです。
つまり・・・いかに刺激を与えずに珈琲の成分をとかすかなのです。
そのためにはお湯を入れたポットに粉を入れる方が珈琲に刺激を与えずに済むのです。
しかし、それでは珈琲の粉が浮いた状態で10分以上たっても成分が溶けてくれないのです。
そこで活躍するのが電子レンジなのです。
お湯を入れたポットに珈琲の粉をそっと乗せた状態でレンジに入れて500wで20秒これにより珈琲の粉がお湯と馴染んで抽出が早くなるのです。

適当に色が付いたらカップに注いで飲めばいいのです。

当然・・・ティーポットのフィルターなので微粉は入るのですが粉っぽさが全くないクリアでオイル感のある珈琲が楽しめます。

ちなみに・・・美味しく出すポイントは粉を湯面にそっと乗せた後、粉がある程度湿った後に電子レンジに入れると効果的です。これは湿っている方が水分子の振動が効果的に働くからです。

珈琲急須・レンジなし
急須珈琲・レンジかける

ディープドリッパーを使って感じたこと

ディープ27とたらちねという二つのドリッパーとハリオのV60をちょっと比較実験してみた感想です。
ただし、僕の場合は松屋式という抽出方法での検証で本来の抽出法とは異なるためこの検証は絶対でもないし意見もあっけなく覆るかもしれません。
実験方法 
ドリッパーを浮かせた状態でドリッパーの重さを量る。
・蒸らし後の重さを量る
・抽出中の重さを量る
・抽出時間を計る

ポイントとなるのは抽出中のひたひた感を合わせる・・・
その状態の時にドリッパーの重さと抽出時間を測定すること

これによって何がみえてくるかというと・・・
水の抜けやすさがわかるようになります。

ドリッパー蒸らし抽出
V6037.2g62.0g
deep2734.4g57.0g
たらちね37.4g68.0g

この実験ではお湯のたまりやすさを調べようと思ったわけです。
つまり、抽出時のドリッパーの重さが重いほどお湯の通りが悪いということです。
この3つのドリッパーではたらちねが落ちにくい状態となっています。
これはたらちねの出口部分が完全なる丸に近くペーパーのはめ込み方によっては粉の重さで隙間を埋めてしまってリブの効果を全く失わせてしまうためです。
らせんのリブの最後の部分をもう少し大きく作ると必ず水抜け用の隙間ができてリブがリブとしての効果を発揮して面白かったと思います。
ちなみに隙間をつくりたかったらペーパーの曲げ部分リブの最後ノブ部に合わせるような感じにすると隙間ができでフン詰まり感は解消されてリブの効果が多少は起こるようになります。
ただし、たらちねの場合はリブが水平に近い分リブの効果としてあまり期待できない感じがします。

たらちねの抽出後のペーパーは、リブの形が非常に弱くついています。
フン詰まり状態になってお湯がたまった状態になるとリブの跡がもっと弱くなります。
リブによって表面張力で引っ張る力は空気がリブの所になければ働かないからです。
このときは、リブを働かせるために折り曲げ部分によって隙間をつくりリブが効果的に働くように工夫しました。

ペーパーの先端がはまり込んでペーパーの外側の珈琲が流れにくくなっている状態
この状態がおきると抽出時間が伸びる。リブの効果が現れない。

フン詰まり状態では下の写真のようにリブの跡が非常に表れにくい

ディープ27のリブについて
ディープ27の場合は底部分に隙間ができるようになっています。
これにより珈琲層が厚い割に水の抜けが非常にいいのです。フィルターとペーパーの隙間に出た珈琲は素早く底部分の隙間を利用して素早く排出します。

このフラワードリッパーのリブはきっちり空間をつくるので表面張力を利用した引っ張る力が強く働いて上部のリブの部分にけっこう微粉がたまっています。つまり、まだ珈琲の層を通っていないお湯を引っ張りやすくて薄く抽出されやすい傾向があるということです。

この辺はハリオのv60などと同じ傾向があると思います。

松屋式の金枠のディープの場合

この場合は水の重さでおしだす傾向が強く全体として微粉がペーパーに詰まる感じは少ないように思えます。特に下の部分では縦の柱の跡が見えない感じになっています。

水圧は高さに依存するので珈琲の層が厚い状態では珈琲が濃くなりそうですが、実際には鋭角な分、ペーパーまでの距離が短く先端に到達する前に珈琲が絞りだされてしまって思ったほどの濃さにはなりません。そう考えると60度界隈のドリッパーは絶妙な気がします。

Deepドリッパーを考える

週刊フレーバーでフラワードリッパーのディープドリッパーを実験したんですが・・・
思ったよりもいい感じで ・・・ちょっと驚きました。

松屋の金枠で同じことをやった時には薄くなったのであまりいい結果にはならないだろうと思っていたのですが実際にやってみると美味しくはいるのです。
このディープ27で松屋式をやっても美味しくはいるのです。
ただし、ヒタヒタの水位にするために粉のひき方を細かめにしないと雑味が出るところまでわかってきました。
圧力は高さに依存するので粉の厚さがあるとお湯の通りがよくなるのです。
松屋式のように水位をヒタヒタまでに持ってくる抽出方法の場合あまりにも抜けがいいとけっこう困るのです。そこで粉の粒度で調整するかお湯をさすスピードで調整するかになるのです。
週刊フレーバーでは、ドリップ$を使ってしまったため、お湯をさすスピードが変えられずに通常の松屋式のひき方でやった時にはうまくいかなかったんだと思います。

こうなると次の実験は抽出時のドリッパーの重さを測定して水の抜けやすさを測定することとなります。

てなわけで忙しい仕事の合間15分で作ったそれ用のスタンドです。

このスタンドでサーバーを浮かせた状態をつくれば抽出時のドリッパーの重さが測定できることとなるわけです。

ちなみに・・・・たらちねドリッパーも購入して実験しようと思います

重さによるドリップバック抽出法

重さを使って珈琲を抽出する場合に重要となるのが豆の保水力です。
ドリップバックに10gの珈琲が入っていてそれにお湯をかけた場合その珈琲が何グラムの水を保持しているかということです。

実際に計ってみると
中煎りは16.9g
深煎りは21.2g
の水を保水しました。同じ10gの珈琲であっても深煎りの珈琲の方が体積が大きいのでその分水の保水力があるわけです。

蒸らしでは、30gお湯をかける
3分蒸らす
抽出で90gまでお湯をかける
ドリップバックとホルダーの隙間に140gまでお湯をさす

ポイントは、90gになったらドリップ$をずらしてホルダーとドリップバックの隙間にお湯をさして薄めることです。こうすることにより抽出と薄める作業を重複させてちょっとだけ時間を短縮させることが可能となるのです。

90gから140gまでお湯を入れるのはドリップバックとホルダーの隙間を使う

アップでやり方がわかるようにしてみた

パルスフロー抽出について

現在のマイブームがパルスフローです。実際には点滴抽出の延長としてのパルスフローなのです。
ぼくがこのパルスフローに興味を持ったのは節水蛇口の開発者の方の出ている動画がきっかけだったのです。皿のよごれを大量の水で洗い流す場合・・・実際によごれに当たっている水は一部でしかなく大半の水はよごれに触れることなく流れてしまうのです。そこで使われていた技術が水の球を連続でよごれに当てるという方法・・・これならばすべての水がよごれに当たって汚れ落としに活躍することになるわけです。このやり方だと今までの1/10の水でよごれが落ちるらしいのです。

【WEB番組初登場】町工場から世界へ!GAFAと並ぶ人気企業に学ぶデザイン思考【ガイアの夜明けも出演】

この考え方を珈琲に応用すると点滴抽出と水柱を使った抽出の違いが出る可能性を持つと思ったのです。点滴抽出の一滴の水は珈琲の粉に当たって広がる時に珈琲の成分をしっかり溶かすんじゃないだろうかと思ったのです。昔やっていた波打ち際理論的な感じとパルスフローは本来セットのものじゃあなかったんだろうかとも思いました。ある程度の高さから珈琲の粉に落とされた水球ははじけるときに
パルスを発生させます。そのパルスが抽出効率上げる可能性を持つ。
もしその仮説が正しかったら今までぼくの中では2杯程度の抽出でしかパルスフローの効果がでないという考えが間違いであることになるのです。球のお湯が珈琲の粉に当たった所だけにパルスフローの効果が表れるとなるとパルスフローの効果は表面の面積に依存することになって20g程度の抽出では効果があるけど200gぐらいの抽出では上部の粉の面積に対して粉量が圧倒的に多いので効果が表れにくくなってしまうということになります。

しかし、球状のお湯が珈琲の表面に当たってその時にできたパルスが水を伝わって内部の粉にも影響を与えるとしたらある程度の粉量でもパルスフローの効果が期待できると思うのです。

その辺の実験をやってみたいと思っています。

水柱で抽出する実験をするためのドリップ$

点滴抽出用ドリップ$

脈動流ができやすいドリップ$

脈動流ができにくい