Olej a voda: Problém, který espresso řeší

Voda a olej se nemíchají — alespoň ne bez pomoci. Kávová zrna obsahují přibližně 10–17 % lipidů v sušině, v závislosti na odrůdě a způsobu zpracování. U většiny metod přípravy velká část těchto olejů nikdy nedosáhne šálku. Papírové filtry při přelévání je zachycují. French press propouští některé, ale ty plavou jako film spíše než se mísí s tekutinou. Cold brew téměř žádné nesuspenduje.

Espresso dělá něco zásadně odlišného. Při 9 barech tlaku kávové oleje nejsou v přípravku pouze přítomny — jsou do něj emulgovány. Oleje jsou rozlámány na mikroskopické kapičky a udržovány ve stabilní suspenzi v celé tekutině. Výsledkem není olej ve vodě nesnadně koexistující, ale skutečná emulze oleje ve vodě: homogenní fáze s odlišnými fyzikálními a chuťovými vlastnostmi, které by sama voda ani samotný olej nedokázaly vytvořit.

Pochopení proč se to děje vyžaduje pohled na fyziku tlaku, roli přirozených povrchově aktivních látek v kávě a strukturální chemii, díky níž emulze přetrvává spíše než se separuje.

Co je emulze

Emulze je směs dvou nemísitelných kapalin — typicky oleje a vody — kde jedna je rozptýlena jako jemné kapičky uvnitř druhé. Dispergovaná fáze (olejové kapičky) a kontinuální fáze (voda) koexistují pouze proto, že třetí agens, nazývaný emulgátor nebo povrchově aktivní látka, sedí na povrchu kapičky a brání jejich splynutí.

Povrchově aktivní látky jsou molekuly s dvojí povahou: jeden konec je hydrofilní (přitahován vodou), druhý je hydrofobní (odpuzován vodou, přitahován olejem). Na rozhraní olej-voda se molekuly povrchově aktivních látek orientují s hydrofobním koncem zanořeným do olejové kapičky a hydrofilním koncem obrácením k vodě. Tím se vytváří stabilní skořápka kolem každé kapičky, snižující povrchové napětí na rozhraní a dělající splynutí energeticky nevýhodným.

Bez povrchově aktivních látek se emulze téměř okamžitě separují. Protřepejte olej a vodu — dostanete krátkou mléčnou směs, která se separuje během sekund, jak olejové kapičky rychle splývají do kontinuální fáze.

Espresso jako emulze oleje ve vodě

Espresso je klasifikováno jako emulze oleje ve vodě: olej je dispergovaná fáze, voda je kontinuální fáze. To je stejná klasifikace jako mléko a majonéza — třída emulzí, které mají tendenci být stabilní, homogenní a schopné nést na tucích rozpustné chuťové sloučeniny v celé tekutině.

Lipidová frakce espressa obsahuje směs diterpenů (cafestol a kahweol — tytéž sloučeniny spojené s účinky nefiltrované kávy na hladinu cholesterolu), triglyceridů a voskových esterů. Ve správně emulgovaném espressa jsou tyto přítomny jako kapičky typicky o průměru 1–10 mikrometrů. V tomto měřítku kapičky rozptylují světlo a přispívají k vizuální neprůhlednosti a viskozitě shotu.

Srovnejte to s kapkovou kávou, kde papírová filtrace zachycuje prakticky veškerý lipidový materiál. Filtrovaná káva typicky obsahuje méně než 0,6 mg diterpenů na šálek, zatímco espresso obsahuje 3–4 mg. Toto není jen zdravotní úvaha — je to chuťová a texturální úvaha. Na tucích rozpustné aromatické sloučeniny jsou neseny v lipidové fázi. Když je lipidová fáze přítomna a emulgována, tyto sloučeniny jsou distribuovány v každém doušku.

Proč 9 barů způsobuje rozdíl

Tlak je kritická proměnná. Při tlacích atmosferických metod přípravy (v podstatě 1 bar) není dostatek mechanické energie na rozlámání kávových olejů na kapičky dostatečně malé pro emulgaci. Oleje, které projdou French pressem nebo AeroPress, jsou z větší části hrubé kapičky a povrchový film — nikoli stabilní emulze.

Při 9 barech je voda nucena přes stlačený kávový puk rychlostí a tlakem dostatečnými k vytvoření intenzivní lokální turbulence a střihových sil uvnitř porézního kávového lůžka. Tyto střihové síly fyzicky fragmentují olejové kapičky na mikrometrovou škálu. Současně jsou povrchově aktivní látky přirozeně přítomné v kávě — především saponiny a proteiny — rychle adsorbovány na nově vytvořených rozhraních olej-voda a stabilizují kapičky dříve, než se mohou znovu spojit.

Mechanismus je analogický homogenizaci při zpracování mléka, kde je mléko nuceno přes úzký ventil při vysokém tlaku, aby rozlámalo tukové globule na kapičky příliš malé na splynutí. Fyzika se mírně liší, ale princip je identický: střih pod vysokým tlakem vytváří jemnou emulzi, kterou povrchově aktivní látky poté stabilizují.

Povrchově aktivní látky: Saponiny a proteiny

Káva obsahuje dvě hlavní třídy přirozených povrchově aktivních látek relevantních pro emulgaci.

Saponiny jsou glykosidy — molekuly s cukrovou (hydrofilní) částí a nepolárním (hydrofobním) terpenickým páteřním řetězcem. Kávové saponiny jsou koncentrovány v zeleném zrnu a přežívají pražení. Jsou zodpovědné za charakteristickou přetrvávající pěnu v uvařeném espressa a byly měřeny přibližně na 200–500 mg na litr v espressa. Jako povrchově aktivní látky jsou saponiny vysoce účinné ve stabilizaci rozhraní olej-voda a jejich hořká, mýdlová povaha přispívá při vysokých koncentracích ke komplexnosti espressa.

Proteiny a melanoproteiny (produkty Maillardovy reakce proteinů a cukrů) také fungují jako povrchově aktivní látky. Během pražení procházejí proteiny rozsáhlými modifikacemi a kombinují se s polysacharidovými řetězci za tvorby melanoproteinu s vysokou molekulární hmotností. Tyto velké molekuly mají hydrofilní i hydrofobní domény a jsou účinnými stabilizátory emulze. Jsou také klíčovou složkou struktury crémy, propojující emulgaci lipidů a stabilizaci bublin CO₂ do jediného systému.

Saponiny a melanoproteiny dohromady poskytují dostatečnou kapacitu povrchově aktivní látky ke stabilizaci objemu lipidů extrahovaných během 25–30sekundového tažení espressa.

Jak emulgace vytváří pocit v ústech a tělo

Senzorické důsledky emulgace jsou významné. Tělo v degustaci kávy odkazuje na fyzickou váhu a viskozitu tekutiny na patře — to, co specialty káva popisuje jako „plné”, „těžké”, „sirupové” nebo naopak „tenké” a „vodnaté”.

Tělo espressa pochází ze dvou zdrojů: rozpuštěných pevných látek (melanoidiny, cukry, kyseliny) a emulgovaných lipidů. Lipidová frakce přímo přispívá k vnímané tloušťce. Oleje jsou viskóznější než voda; při rozptýlení ve vysoké koncentraci jako jemné kapičky měřitelně zvyšují objemovou viskozitu emulze. Espresso má typicky TDS (celkové rozpuštěné a suspendované pevné látky) 8–12 %, ve srovnání s filtrovanou kávou na 1,15–1,45 %. Lipidová složka je smysluplnou frakcí tohoto rozdílu.

Pocit v ústech je příbuzný, ale odlišný — hmatový vjem v ústech nad pouhé tloušťky. Emulgované lipidy pokrývají ústní sliznici a vytvářejí hladký, přetrvávající vjem. Tento potahový efekt je zodpovědný za „dlouhý doznívání” zažívané v dobře extrahovaném espressa: na tucích rozpustné aromatické sloučeniny se pomalu uvolňují z lipidového povlaku na jazyku a patře i po polknutí.

Zaoblující efekt emulgovaných olejů také moduluje vnímanou kyselost. V správně emulgovaném espressa jsou jasné kyseliny vnímány jako méně ostré, protože jsou částečně tlumeny přítomností lipidové fáze. To je jeden z důvodů, proč espresso ze stejné kávy může chutnat méně kysele a vyváženěji než tatáž káva připravená jako filtr, a to i při identické extrakční výtěžnosti.

Stabilita emulze a teplota

Emulze nejsou trvalé. S dostatkem času nebo narušení olejové kapičky nakonec splývají a emulze se separuje. Pro espresso je praktická implikace citlivost na teplotu.

Horké espresso udržuje svou emulzi několik minut — povrchové napětí horké vody je nižší, povrchově aktivní látky jsou pohyblivější a systém je kineticky stabilizován. Jak shot chladne pod přibližně 55 °C, stabilita emulze klesá a lipidové kapičky začínají rychleji splývat. To přispívá ke známé kovové nebo žluklé poznámce, která se objevuje v espressa ponechaném vychladnout — je to částečně chuť separovaných lipidů oxidujících na povrchu.

Proto je espresso nejlépe konzumováno do 2–3 minut od extrakce a proto záleží na teplotě šálku: studený šálek způsobuje rychlý tepelný šok, který urychluje separaci emulze před prvním douškem.

Nápoje s mlékem to využívají: tuk a protein v mléce prodlužují a posilují emulzi espressa, čímž vytváří stabilnější kombinovaný systém. Flat white konzumovaný při 65 °C udržuje svou strukturu emulze mnohem déle než přímé espresso při stejné teplotě.

Další čtení

• Illy, A. & Viani, R. (2005). Espresso Coffee: The Science of Quality. Academic Press. Kapitola 6: Fyzikální a chemické vlastnosti espressa.
• Nunes, F.M. et al. (1997). „Melanoidins from espresso coffee.” Journal of Agricultural and Food Chemistry — role melanoproteinu jako povrchově aktivní látky.
• Spence, C. (2017). „Gastrophysics: The New Science of Eating.” Viking. Pocit v ústech a hmatové vnímání ve vědě o nápojích.