Een espressopuck is één seconde na de start nog vrijwel droog

Een espresso lijkt één gebeurtenis: de pomp start, de koffie loopt in het kopje. In het bakje zijn het er minstens twee. Een onderzoeksgroep met een draaiende röntgenscanner heeft de eerste nu gefilmd, en op die beelden staat een espressopuck die een volle seconde na de start nog grotendeels droog is, met water dat boven op de gemalen koffie blijft staan omdat het eronder niet snel genoeg weg kan.

Wat de röntgenscanner in het koffiebed zag

Het werk gebeurde met het roterende röntgensysteem van het Fraunhofer EZRT in Duitsland, waarbij bron en detector op een ring om het object heen draaien in plaats van andersom. Een zetapparaat zelf laten tollen zou het water door de middelpuntvliedende kracht alle kanten op slingeren. De bron stond op 160 kV, er gingen 1000 beelden per seconde doorheen tijdens één volledige omwenteling, en 30 seconden zetten werd opgeknipt in 30 reconstructies van één seconde.

Het apparaat was een doodgewone espressomachine voor thuis, een De’Longhi EC685 Dedica, ontdaan van de metalen delen die de reconstructie bedierven, zonder dat het zetten zelf veranderde. De koffie was 100% arabica, gemalen op een Demoka molen, 10 g in het bakje, met de hand aangedrukt tot een weegschaal eronder 12 kg aanwees.

De eerste druppels komen bijna nergens

Bij de fijne maling, geklokt vanaf het moment dat de eerste druppel het oppervlak raakte, gebeurde er weinig. Die eerste druppel zakte maar een klein stukje weg. De volgende 2 seconden spreidde het water zich uit over de bovenkant en bleef daar liggen, nauwelijks indringend. Vanaf seconde 4 drong het pas echt door, en bij seconde 7 was het bed helemaal nat. Het artikel, in januari 2025 verschenen in Physics of Fluids, legt een model op diezelfde meting: het water begint bij 0,823 s op het oppervlak te blijven staan en het bed is bij 6,669 s volledig verzadigd.

Noem het een opwarmrondje als je wilt. De auteurs doen dat niet: zij schatten die natmaakfase op tot een derde van de tijd die een shot kost, en merken op dat modellen van espresso extractie hem meestal overslaan.

Ponding is een woord uit de bodemkunde

Hydrologen gebruiken het voor regen op droge grond: de bodem slurpt eerst alles op, verliest dan het vermogen om bij te benen, en er vormt zich een plas. Een koffiebed doet precies hetzelfde. De pomp van dit apparaat verplaatste 317 ml per minuut, gemeten bij constante doorstroming zonder portafilter. Het bed, 9,975 mm diep in een bakje van 59 mm, haalt daar tijdens het vullen bij lange na niet aan, dus stapelt het water zich op in de 7,8 mm erboven.

Dat staande water is geen hinder, het is het mechanisme: hoe dieper het wordt, hoe harder het drukt, en die druk duwt het natfront omlaag door de koffie. De 15 bar die voor dit apparaat wordt genoemd is het cijfer van de fabrikant dat de auteurs aan hun model gaven, niet iets wat iemand gemeten heeft, en de druk die een apparaat adverteert zei nooit iets over wat het bed op seconde twee voelt.

Een grovere maling veranderde de vorm van het front

Het experiment liep twee keer, één keer met deeltjes grotendeels tussen 300 en 1000 micrometer en één keer met alles onder 300. Dezelfde 10 g, dezelfde 12 kg bij het aandrukken. Toch kwam het grove bed dieper en poreuzer uit, wat meteen opvalt: de maalgraad verandert de vorm van de puck al voordat er water bij komt.

Het water ging daarna sneller door dat grove bed, en ongelijkmatiger. Op seconde 5 liep het front langs de wanden van het bakje voor op het midden, ongelijk genoeg dat de auteurs hun eendimensionale model beperkten tot de fijne maling. Uit zulke vlekkerige bevochtiging ontstaat channeling, al doet dit werk die claim uitdrukkelijk niet. Molens verschuiven het beeld ook op andere manieren: bonen koelen voor het malen maakt de spreiding van deeltjesgroottes smaller zonder ze fijner te maken.

Wat de scans nog niet oplossen

De gefitte porositeit kwam uit op 0,322, wat de auteurs zelf aan de lage kant noemen tegenover de 0,4 tot 0,6 uit de literatuur. Één lezing van dat gat is dat een deel van de porieruimte in de deeltjes tijdens de natmaakfase helemaal niet volloopt, doordat het water er nog niet is of doordat die poriën ervoor gesloten zijn.

De literatuur over zwellen is het ook niet met zichzelf eens. Één studie die het artikel aanhaalt laat deeltjes met 15% zwellen, waarvan 60 tot 80% binnen 30 seconden. Een andere vindt niets noemenswaardigs tussen 30 seconden en 5 minuten. Ook de vorm van het front was een verrassing. Eerder werk ging uit van constante stroming of constante druk, wat een front zou geven dat rechtlijnig of als de wortel van de tijd beweegt. Dit front schoot eerst weg, vertraagde toen het bed tegendruk gaf, en versnelde weer voordat het de bodem haalde.

Let morgenochtend dus op het gat tussen het starten van de pomp en de eerste donkere druppels in het kopje. Een pre-infusie stand rekt precies die fase op, en niemand heeft hier gemeten wat dat in het kopje doet. Wat de scans wel laten zien is dat die seconden geen dode tijd zijn voordat de espresso extractie begint. De auteurs koppelen het vroege natmaken aan de eerste snelle afgifte van oplosbare stoffen, dus een deel van het shot valt al terwijl het halve bed nog droog is.

Verdient de koffie in het bakje die seconden?

Niets hiervan redt koffie die in de kast oud is geworden. Een bed geeft alleen af wat er nog in zit, en bonen die maanden geleden zijn gebrand hebben minder te bieden, hoe gelijkmatig het water ook aankomt. Santo Café is een single origin Mexicaanse arabica, vers gebrand, en dat is het deel van een shot dat geen enkele instelling op een apparaat rechtzet.