La scienza dei gesti quotidiani: il caffè con la moka

Un articolo che esplora fisica, chimica e passione di un gesto semplice e quotidiano come quello della preparazione di un caffè con la moka

repost di un articolo di Dario Bressanini per Le Scienze Blog

 

Non tutti sanno come funziona esattamente. Anzi, se chiedete come fa il caffè a uscire dalla colonnina è probabile che vi diano la risposta sbagliata, e cioè che sia l’ebollizione dell’acqua a spingerla attraverso il filtro.

Potrà sembrare strano ma un’analisi scientifica corretta, anche se parziale, del funzionamento di una Moka è stata pubblicata su una rivista scientifica solo nel 2007 [1], seguita nel 2009 da una indagine sperimentale completa [2]. In precedenza in letteratura si trovano solo spiegazioni parziali o addirittura errate.

Vediamone il funzionamento e contemporaneamente impariamo a preparare un buon caffè. Cominciamo dall’acqua.

Quale e quanta acqua?

photo: La Scienza Blog

Riempite la caldaia della caffettiera sino alla valvola di sicurezza. In una caffettiera classica da 3 tazzine sono circa 150 g di acqua. Non andate oltre: Sotto il filtro a imbuto si deve lasciare una piccola sacca d’aria (circa 20-25 cm^3) e il caffè nel filtro non deve toccare l’acqua sottostante. Questo è importante, come vedremo, per il funzionamento corretto dell’apparecchio.

L’acqua non deve avere troppi sali disciolti sia per non lasciare troppi residui nella caffettiera che, col tempo, potrebbero causare un malfunzionamento, sia per non alterare il sapore del caffè impartendo un sapore amaro. I valori suggeriti degli ioni disciolti sono: calcio < 60 mg/l, bicarbonato < 200 mg/l, magnesio < 15 mg/l.

Se l’acqua erogata dal vostro rubinetto rende il caffè amaro, o è ricca di cloro, potete utilizzare acqua in bottiglia con valori più bassi.

photo: Matt Hoffman via Unsplash

Quale caffè?

Ovviamente quello che vi piace. Esistono due specie di piante di caffè sfruttate commercialmente:

  • Coffea arabica, originaria dell’Etiopia, è coltivata nelle regioni montuose tropicali fino a 2500 metri e rappresenta i due terzi della produzione mondiale di caffè. Ha un gusto delicato, leggermente acido, aromatico e poco amaro. Una percentuale di caffeina (nei semi) tra lo 0,9% e 1,2%. Il chicco è di forma allungata e appiattita di un bel color verde. Il caffè arabica arrivò a Venezia agli inizi del ‘600 e da lì si diffuse in tutta Europa diventando la bevanda preferita degli intellettuali
photo: Diego Catto via Unsplash
  • La Robusta (Coffea canephora) rappresenta un terzo della produzione mondiale. È originaria dell’Africa occidentale e arriva in Italia solo nel ‘900. È coltivata tra i 200 e i 600 metri d’altezza ed è capace di sopravvivere nei difficili ambienti della foresta africana. Ha un gusto più astringente e amaro dell’arabica, più caffeina (1,6-2,4%) e un chicco tondeggiante con un solco dritto.

Quanto caffè?

In una “tre #tazzine” si usano circa 15 grammi di caffè macinato. Il caffè per la #Moka deve essere macinato con una grana più grossa rispetto a quello per una macchina da espresso dove la pressione più elevata (circa 9 bar) richiede uno strato di caffè compatto macinato più finemente.

photo: Elesban Landero Berriozabal via Unsplash

Riempite il filtro sino all’orlo senza creare una montagnetta. Premere o non premere? Non premete il caffè! Altrimenti rallentate la risalita dell’acqua. Ma non fateci nemmeno dei buchetti, altrimenti la facilitate troppo. In entrambi i casi alterereste il tempo di contatto ottimale tra acqua e caffè.

Coperchio aperto o chiuso? C’è chi tiene chiuso il coperchio e chi lo lascia aperto. Fate come preferite; vi sono molte leggende al riguardo, ma non fa alcuna differenza. Io, se sono in cucina, lo tengo aperto per controllare meglio quando spegnere il fuoco.

Accendiamo il fornello. Fiamma alta o bassa?

È meglio scaldare a fiamma bassa per far salire gradualmente la temperatura, ritardare l’ebollizione dell’acqua e far uscire lentamente il caffè dalla colonnina. Se avete fretta andate al bar 😉

Analizziamo ora passo passo cosa succede quando iniziamo a scaldare. Come dicono Navarini e collaboratori “è una credenza, tra gli utilizzatori della moka, che sia necessario raggiungere il punto di ebollizione dell’acqua per spingere il liquido fuori dal serbatoio inferiore e che l’aumento di pressione all’interno sia dovuto al raggiungimento dell’equilibrio termodinamico tra l’acqua e il suo vapore.

La fiamma sotto la caffettiera non riscalda solo l’acqua ma anche l’aria sovrastante che avevamo lasciato riempiendo la caldaia. Le misure sperimentali mostrano che la miscela aria/vapore non raggiunge mai l’equilibrio con l’acqua che si sta scaldando, rimanendo sempre a temperature più basse di circa 8 gradi.

All’innalzarsi della temperatura, secondo le leggi dei gas, l’aria aumenta la propria pressione ed espandendosi inizia a spingere l’acqua che risale nel filtro, bagnando il caffè. Aumentando la temperatura l’acqua inizia a evaporare e quindi anche la pressione del vapore contribuisce alla spinta dell’acqua verso l’alto.

La fase di estrazione regolare

Sino a quanto nella caldaia il beccuccio del filtro a imbuto rimane immerso nell’acqua, per circa 120 di quei 150 g iniziali di acqua, l’estrazione procede in modo regolare.

photo: La Scienza Blog

L’acqua calda, non ancora all’ebollizione, spinta prima dalla pressione dell’aria e poi dalla miscela aria/vapore, inizia a risalire nel filtro. Il caffè è completamente imbibito di acqua dopo che ne sono risaliti 40 grammi. In questa fase l’acqua passa attraverso il caffè senza grossa resistenza, sciogliendo le sostanze aromatiche più solubili. Gli esperimenti mostrano che l’estrazione comincia quando l’acqua è circa a 70 °C. Contemporaneamente, le particelle di caffè, assorbendo parte dell’acqua si gonfiano, diminuendo progressivamente la porosità del caffè e richiedendo, da questo punto, una pressione e una temperatura più elevate dell’acqua per poter diffondere nel filtro e risalire la colonnina.

La prima acqua calda, passando per il caffè nel filtro, si è un poco raffreddata e il primo caffè a risalire la colonnina ha una temperatura molto più bassa dell’acqua  nella caldaia.

Gli studi sulla chimica dell’estrazione delle sostanze aromatiche presenti nel caffè mostrano come a temperature diverse si estraggono con più o meno facilità componenti aromatiche diverse, alcune desiderabili altre no. La temperatura ottimale dell’acqua dovrebbe essere attorno a 90-93 °C. A temperature molto superiori vengono estratte anche componenti aromatiche indesiderabili, che portano note astringenti e bruciate. Temperature troppo basse invece non estraggono componenti fondamentali del caffè, che risulta meno complesso e più acido. A questo punto della nostra preparazione la fiamma del fornello dovrebbe essere la più bassa possibile per ritardare l’ebollizione dell’acqua.

La fase vulcanica

photo: La Scienza Blog

Quando il livello d’acqua nella caldaia scende al di sotto del beccuccio del filtro, inizia quella che possiamo chiamare fase vulcanica. La riduzione immediata di pressione manda in ebollizione istantanea l’acqua che, mista al vapore, esce sfiatando dalla caffettiera, spruzzando come fosse un vulcano sino a quando è esaurita. Questa fase andrebbe evitata assolutamente e l’ebollizione ritardata il più possibile.

A temperature troppo elevate l’acqua estrae sostanze presenti nel caffè tostato ma meno solubili a temperature più basse, ottenendo un caffè più amaro, astringente, col sapore di “bruciato” e a volte di “medicinale”. Se vi capita, non avete “bruciato” il caffè, ma estratto sostanze dal sapore sgradevole già presenti nel caffè #tostato e che lì dovrebbero rimanere.

Una strategia semplice per ridurre questo problema è di spegnere il fuoco quando il caffè scende lungo la colonnina e tende a staccarsi. Il caffè non deve gorgogliare e spruzzare dall’ugello. Un po’ di acqua rimarrà nella caldaia ma il vostro caffè sarà di qualità migliore.

Mescolare o non mescolare?

Il caffè ora è pronto, ma prima di versarlo nella tazzina è meglio mescolarlo. Il primo caffè uscito, quello a 70 gradi, è più acido e aromatico. A mano a mano che esce si stratifica il caffè più caldo ma anche più amaro. Poiché lo strato caldo è già in superficie non si attivano le correnti convettive che lo rimescolerebbero, come fanno invece in una pentola d’acqua per la pasta, e quindi va mescolato a mano. Ora il caffè è pronto per essere bevuto.

Scommetto che, come a me, vi sono venuti in mente alcuni esperimenti da fare e idee da mettere alla prova: possiamo variare la temperatura di partenza dell’acqua, per esempio, oppure usare un bagno termico per tenere la caldaia a una temperatura costante. Magari ne riparliamo.

Nel frattempo, buon caffè!

 

Bibliografia

[1] Gianino, C. (2007). Experimental analysis of the Italian coffee pot “moka”.American Journal of Physics, 75(1), 43-47.

[2] Navarini, L., Nobile, E., Pinto, F., Scheri, A., & Suggi-Liverani, F. (2009). Experimental investigation of steam pressure coffee extraction in a stove-top coffee maker. Applied Thermal Engineering, 29(5), 998-1004.

 

Foto di copertina: Elesban Landero Berriozabal via Unsplash


 

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