La física de la preparación del café: los investigadores desarrollan el proceso de preparación perfecto con menos granos
Con el aumento de los precios del café verde y la creciente presión sobre las zonas de cultivo debido al cambio climático, los métodos más eficientes de preparación del café adquieren cada vez mayor importancia.
¿Cómo puedes preparar una taza de café filtrado aromático utilizando menos café molido? Un equipo de investigación estadounidense se ha dedicado a abordar esta pregunta aparentemente cotidiana. Los físicos fueron más allá de los métodos de preparación convencionales y desarrollaron nuevos procesos que optimizan el sabor y tienen en cuenta los fenómenos de flujo natural.
Arnold Mathijssen, profesor adjunto de Física en la Universidad de Pensilvania
El equipo dirigido por Arnold Mathijssen, profesor de física de la Universidad de Pensilvania, utilizó cámaras de alta velocidad, luz láser y tecnología de medición precisa para investigar en detalle la dinámica del proceso de elaboración de la cerveza.
Más sabor con menos granos
Los investigadores se preguntaron cómo se podría mejorar el vertido de agua sobre los posos de café para obtener más sabor con menos granos. El equipo de investigación utilizó herramientas clásicas de la escena del café de especialidad (hervidor de cuello de cisne, báscula, molinillo de café), y las complementó con equipo científico.
Ernest Park, coautor y doctor en la Universidad de Pensilvania
El problema era que los procesos dentro del lecho de café eran difíciles de observar debido al polvo de café opaco. Para simular el proceso de elaboración de cerveza de otra manera, los investigadores utilizaron partículas de gel de sílice transparentes en un cono de vidrio.
Un disco láser y una cámara de alta velocidad permitieron ver cómo el agua desencadena pequeñas avalanchas en miniatura al impactar el lecho de partículas, lo que fue un descubrimiento clave para mejorar la extracción.
Por tanto, el agua vertida desde una posición más alta aumenta el efecto de avalancha. Controlar el chorro de agua es crucial, dice Ernest Park, coautor e investigador de doctorado en el laboratorio de Mathijssen. "Si se usara una tetera convencional, sería un poco difícil controlar el flujo de corriente. Y si la corriente no es lo suficientemente laminar, el café no se removería tan bien", dice Park.
“Cuando preparas una taza de café, obtienes todo el sabor y todas las cosas buenas de los posos del café a través del contacto entre estos y el agua”, explica Margot Young, coautora del estudio, explicando la importancia de la interacción agua-café.
Pero también hay límites: si el agua se vierte desde una altura demasiado grande, el chorro se rompe en gotas y transporta aire al lecho de partículas, lo que a su vez reduce la extracción. Por lo tanto, es importante que la altura de vertido, el espesor del chorro y la velocidad del flujo estén en equilibrio.
Conclusión del aroma
El trabajo del equipo también se basa en una amplia serie de experimentos con café real. Se documentaron con precisión la temperatura, el tiempo de extracción, el grado de molienda y el peso y se evaluaron para determinar el sabor. El resultado: una dinámica de agua constante y bien controlada a altura media garantiza un sabor óptimo con menos polvo.
Además del comportamiento de escaldamiento, los patrones de flujo observados también brindan información valiosa sobre los procesos geofísicos: "Este tipo de comportamiento de flujo nos ayuda a comprender cómo el agua erosiona la roca debajo de las cascadas o detrás de las presas", dice Young. Incluso los sistemas de tratamiento y filtrado de aguas residuales presentan una dinámica similar, añade Mathijssen.
Por un lado, el estudio es un homenaje al arte de preparar el café y, por otro, demuestra que las preguntas cotidianas pueden responderse con investigación básica. “Se puede empezar con algo pequeño, como con el café”, concluye Mathijssen, “y acabar descubriendo mecanismos importantes a escala ambiental o industrial”.
Referencia de la noticia:
Park, E., Young, M., & Mathijssen, A. J. T. M. (2025): Pour-over coffee: Mixing by a water jet impinging on a granular bed with avalanche dynamics featured. Physics of Fluids 37, 043332.