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理想的な一杯のコーヒーは、単なる日課ではなく、科学である。ペンシルベニア大学の研究者たちは流体力学を用いて、最適なハンドドリップ技術を解明し、わずかな工夫が風味を大きく左右することを明らかにした。注ぐ高さの最適化から湯の流れの重要性に至るまで、このギャラリーでは、コーヒーの味を最大限に引き出しつつ、無駄を最小限に抑える画期的な発見の数々を紹介している。
日常的にコーヒーを楽しむ人も、愛好家も、自分の一杯をさらに高めるためのヒントを得ることができる。続きをご覧あれ。
ペンシルベニア大学の研究者たちは、流体力学を用いて、最小限のコーヒー豆から最大限の風味を引き出す最適なハンドドリップの手法を解明することを目指した。
グースネックケトルを使用し、高い位置から湯を注ぐことで、コーヒー粉の中に「雪崩」のような現象が生じ、湯との接触が最大化され、抽出効率が向上し、より豊かな味わいのコーヒーが得られる。
この手法により、使用するコーヒー豆の量を抑えつつ、しっかりとした風味を引き出すことが可能となる。特に、コーヒー価格の上昇や家計の引き締めが求められる時期には有用である。
ブラジルやコロンビアなどのコーヒー生産国における悪天候や関税の引き上げにより、コーヒーの価格が高騰し、日々のコーヒーが日常というよりも贅沢品のように感じられるようになってきている。
この新たに発表されたコーヒー抽出法は、コーヒー粉をより有効に活用する手助けとなる可能性がある。これもひとえに、コーヒーを心から愛する好奇心旺盛な物理学者や流体力学の専門家たちの探求の成果である。
この着想は、研究室のコーヒーテーブルでの何気ない会話やカフェインブレイクの中で、最小限のコーヒーからいかにして最大の風味を引き出すかという疑問から、自然発生的に生まれたものである。
この研究成果は『Physics of Fluids』誌に正式に掲載され、「Pour-over coffee: Mixing by a water jet impinging on a granular bed with avalanche dynamics（ハンドドリップコーヒー：雪崩力学を伴う粒状層に衝突する水流による混合）」というタイトルで発表された。
他の人々がラテアートの美しさに目を向けるなかで、これらの科学者たちはコーヒー抽出の根本的な力学に注目し、見た目の美しさを超えて、味と効率の向上を追求した。
アーノルド・マティイセン教授は『USA Today』に対し、これらのコーヒー実験は、研究室内の共用コーヒーステーション、すなわち日々科学とカフェインが交差する実験台の一角で、気軽な形で始まったと説明している。
ハンドドリップの注ぎ方を何気なく試行錯誤することから始まった取り組みは、やがて体系的な実験へと発展し、カフェインを多く摂取した科学者たちの手によって、実験ノートに詳細に記録されていった。
研究チームは、注ぐ高さや湯の流れといった変数を正確に制御するため、より設備の整った実験台へと移動した。目的は明快であり、フィルター内部で何が起きているのかを明らかにすることであった。
コーヒー粉は不透明であるため、内部の観察が困難である。そこで研究者たちは、透明な素材でコーヒー粉を模擬し、さらに巧妙な光学的手法を用いて、内部で何が起きているのかを可視化する必要があった。
研究チームは、シリカゲルを詰めた透明なハンドドリップ用フィルターを作成し、レーザーシートで照らしながら高速カメラで注湯の様子を撮影し、流体の挙動を解析した。
研究チームは、カスタムで作成したPythonおよびMatlabのコード（※いずれもプログラミング言語および解析ソフト）を用いて、水流が模擬されたコーヒー粉層とどのように相互作用するかを解析した。目的は、流体の動きが抽出効率にどのような影響を与えるのかを明らかにすることであった。
研究の結果、注ぐ高さを上げることで、粒状の「雪崩」現象が生じ、コーヒー粉がかき混ぜられて、より多くの粉が水に触れることが明らかになった。これは風味の抽出において重要な要素である。
水とコーヒー粉との接触時間が長いほど、風味はより豊かになる。ただし、注ぎ方には注意が必要である。あまりにゆっくり注ぎすぎると、水が全体に均等に行き渡らず、抽出に偏りが生じる可能性がある。
極端に遅い注ぎ方は、抽出が足りなかったり、逆に過剰に抽出されたりする原因となる。バランスの取れたお湯の流れが、苦味や薄さではなく、豊かな味わいのコーヒーを作るために大切である。
高い位置から注ぐことで湯の速度が増し、粉の雪崩を引き起こす。この動きによってより広い表面積と接触し、より均等な抽出が実現する。
注ぎすぎたり、遅すぎたりすると、水流が滴に分かれてしまう。水流が途切れると雪崩が止まり、味の抽出が均等でなくなってしまう。
連続的な注湯を実現するには、滑らかで途切れのない「層流」を目指すことが重要である。これは雪崩現象を引き起こし、ハンドドリップにおける抽出効率を最適化するための鍵となる。
グースネックケトルは、注ぐ速度や湯の太さを細かくコントロールできるため、安定した層流を生み出すのに最適である。完璧なハンドドリップを実現するための最も手軽な方法のひとつである。
実験の結果、ゆっくりと制御された注湯が最も風味豊かなコーヒーを生み出すことが明らかになった。注ぐ湯の流れ方は、抽出の全工程に影響を与え、最終的な味わいを左右する。
抽出量を測定するために、科学者たちは淹れたコーヒーを蒸発させ、残った溶解固形分の重さを測定した。これにより、注ぎ方がカップにどれだけの成分が抽出されるかに直接影響を与えていることが明らかになった。
この研究室では通常、流体中における細菌の挙動などを研究対象としているが、今回の実験は「より美味しいコーヒーを淹れる」という、非常に親しみやすく、かつ味わい深い形で科学的知見を広げるものである。
新型コロナウイルスの流行により研究室が閉鎖された際、研究チームは食の科学へと方向転換した。キッチンでの実験によって探求心を保ち続け、最終的には料理における流体力学に関する研究を発表するに至った。
現在、この研究室ではコーヒー科学を通じて地元の学生たちに物理学への関心を促している。彼らの「キッチンサイエンス」アウトリーチプログラムは、身近な実験を通じて複雑な概念を楽しくわかりやすく伝えることを目的としている。
これまでの研究は、エスプレッソマシンやフレンチプレスにおける流体の挙動に主に焦点が当てられてきた。しかし、ハンドドリップに関する研究はほとんど手つかずのままであった。今回、コーヒーを愛する物理学者たちの手によって、ようやくその領域が切り開かれたのである。
チームの知る限り、ハンドドリップ技術を流体力学の観点から科学的に分析したのは、これが初めてである。あなたの朝の一杯は、これからきっと別物になるだろう。
出典: (USA Today) (New Scientist)
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理想的な一杯のコーヒーは、単なる日課ではなく、科学である。ペンシルベニア大学の研究者たちは流体力学を用いて、最適なハンドドリップ技術を解明し、わずかな工夫が風味を大きく左右することを明らかにした。注ぐ高さの最適化から湯の流れの重要性に至るまで、このギャラリーでは、コーヒーの味を最大限に引き出しつつ、無駄を最小限に抑える画期的な発見の数々を紹介している。
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