Кофейные деревья преимущественно растут в узком климатическом поясе — так называемом «кофейном поясе». Этот пояс охватывает регионы между примерно 25 градусами северной и 30 градусами южной широты. Там наблюдаются оптимальные условия для выращивания кофе — стабильные температуры, высокая влажность и отсутствие заморозков.

Глобальное потепление уже сократило площади плантаций в Бразилии, Колумбии и Эфиопии, а к 2050 году, по прогнозам, половина земель, пригодных для выращивания кофе, станет бесполезной. Это заставляет искать способы использовать зерна максимально эффективно: экономить сырье без ущерба для качества напитка.

В мире существуем множества способов приготовления кофе. Один из самых популярных методов — пуровер, когда горячую воду медленно льют через бумажный фильтр с молотыми зернами. Процесс кажется простым, но ученые десятилетиями спорят о том, как температура, скорость падения воды и форма чайника влияют на экстракцию кофейных масел. 

Статья по теме: Предложен идеальный способ приготовления вареного яйца

Команда американских физиков из Пенсильванского университета провела эксперимент, чтобы определить оптимальные параметры заваривания молотого кофе. Они выяснили, что ключевую роль играет высота струи воды. Чем выше расположен носик чайника, тем больше скорость потока, но здесь есть критический предел. Если струя становится слишком тонкой, она распадается на капли, которые неравномерно пропитывают кофейный порошок.

Идеальный вариант — толстая струя, сохраняющая ламинарное течение (плавное, без турбулентности). Такой поток создает эффект «лавины» в кофейной массе: частицы порошка перемешиваются, высвобождая больше ароматических веществ. Для этого подходят чайники с изогнутым носиком — так называемые «гусиные шеи», которые формируют стабильную струю даже при большом расстоянии до фильтра.

«Толстая струя воды буквально врезается в кофейный слой, заставляя частицы циркулировать. Это похоже на мини-водоворот, который вытягивает из зерен максимум вкуса», — объяснил Эрнест Парк (Ernest Park), соавтор исследования.

Статья по теме: Ученые приготовили фуа-гра без мучений птиц

Чтобы точно понять, как струя воды влияет на вкус и крепость кофе, исследователи провели параллельный эксперимент. Они заменили кофейный порошок прозрачными частицами (инертным синтетическим материалов) и подсветили их лазером. Это позволило детально рассмотреть, как вода проникает внутрь «‎кофейного слоя», а также отследить, как он двигается, перемешивается и как распределяются потоки.

Опыт показал, что при правильной высоте струи вода проникает глубже, равномерно распределяясь по всему объему. Это позволяет использовать на 10-15% меньше измельченных зерен для того же уровня крепости.

Ученые советуют любителям кофе экспериментировать с высотой струи и типом чайника. Главное правило — избегать брызг и добиваться плавного течения воды. Это позволит сэкономить кофе и получить насыщенный вкус.

Научная работа опубликована в журнале Physics of Fluids.