Espressodruck: warum 9 bar Gewohnheit ist und kein Naturgesetz

Jede Espressomaschine auf einer Küchenzeile wirbt mit einem Druck, und 9 bar gilt als Definition des Getränks. Eine Naturkonstante ist das nicht. Es ist ungefähr das, was die Feder einer Hebelmaschine Ende der 1940er Jahre lieferte, und die Branche baut seither darum herum. Physiker der Universität Warschau stellten eine Gastronomiemaschine auf Messgeräte und beobachteten, was der Kaffeepuck tatsächlich tut, wenn sich dieser Druck ändert. Das Bett aus gemahlenem Kaffee verhält sich weniger wie ein Filter als wie etwas, das zurückdrückt.

Woher die Gewohnheit von 9 bar stammt

Die Autoren führen die Konvention auf die Kraft zurück, die die ersten hebelbetriebenen Maschinen aufbringen konnten, die Gaggia- und Faema-Maschinen aus den späten 1940er und frühen 1950er Jahren. Ein Barista zog einen Hebel, eine Feder trieb einen Kolben, und der Druck, der den Kaffee erreichte, war genau das, was diese Feder hergab. Pumpen kamen später und wurden gebaut, um diese Zahl nachzubilden, nicht um sie zu hinterfragen.

Das ist Konstruktionsgeschichte, kein physikalisches Argument. Nichts in der Chemie des Kaffees zeichnet die 9 aus. Es ist der Druck, den die Technik zufällig erzeugte, so lange wiederholt, bis daraus eine Spezifikation wurde.

Was die Messgeräte zwischen 1 und 12 bar sahen

Das Experiment, veröffentlicht in Physics of Fluids, lief auf einer Gastronomiemaschine mit einer festen Dosis von 18,50 g in einem Sieb von 58 mm, das im Siebträger saß, bei einem 14 mm dicken Bett, gemahlen auf einer Fiorenzato F64 EVO. Der Mahlgrad war auf die Durchlaufgeschwindigkeit eingestellt, die die Specialty Coffee Association bei 9 bar und einem Brühverhältnis von 2:1 empfiehlt, also 37 Gramm Flüssigkeit in der Tasse nach 32 Sekunden. Anschließend wurde der Druck im Sieb von etwa 1 bar bis 12 bar variiert.

Unterhalb von rund 5 bar sind die Ergebnisse Lehrbuchstoff. Der Durchfluss steigt proportional zum Druck, so wie es das Gesetz von Darcy für Wasser durch ein gepacktes Bett vorschreibt. Wer stärker drückt, bekommt mehr Flüssigkeit, und zwar nahezu linear.

Darüber biegt die Linie ab und endet dann. Der Durchfluss sättigt. Der schnellste Massenzuwachs in der Tasse trat bei einem Siebdruck von etwa 5 bar auf, nicht bei 9. Und rund um den Standarddruck berichtet die Arbeit etwas noch Merkwürdigeres: Ein höherer Druck führt zu einem geringeren mittleren Durchfluss, ein Befund, den frühere Arbeiten nahegelegt hatten und den diese Messungen bestätigen. Wie fein gemahlen wird, ist die andere Hälfte dieser Einstellung, und ob die Mahlscheiben konisch oder flach sind entscheidet darüber, was eine Zahl auf dem Rad überhaupt bedeutet.

Warum sich der Kaffeepuck nicht wie ein Filter verhält

Ein Filter ist starr. Ein Bett aus gemahlenem Kaffee ist es nicht. Unter Druck verdichtet es sich, die Poren verengen sich, und je stärker das Wasser drückt, desto enger wird der Weg, den es nehmen muss. Die Autoren nennen das Bett poroelastisch: Seine eigene Elastizität reguliert den Fluss hindurch, weshalb Druck und Widerstand keine getrennten Regler sind.

Das Lösen der Substanzen macht es komplizierter. Während lösliche Stoffe den Kaffee verlassen, verändert sich die Struktur noch während des Bezugs, der Widerstand ist also keine feste Eigenschaft, sondern etwas, das sich Sekunde für Sekunde mitverändert. Röntgenmikrotomographie von Pucks vor und nach dem Bezug zeigte genau diese Umlagerung, samt Rissen und sich lösenden Schichten. Die gesamte Espresso-Extraktion spielt sich in einem Material ab, das seine Form ändert, während es arbeitet.

Deshalb bringt mehr Druck jenseits eines bestimmten Punktes nichts. Die zusätzliche Kraft steckt im Zusammenpressen des Betts statt im Bewegen von Wasser.

Was tatsächlich in der Tasse landet

Der Durchfluss ist nur die halbe Geschichte. Das Team teilte Bezüge in Fraktionen von 5 Sekunden und las jede einzelne mit einem Refraktometer ab. Die ersten und konzentriertesten Tropfen maßen etwa 25% gelöste Feststoffe. Das hielt rund 20 Sekunden an, fiel danach ab und erreichte nach etwa 60 Sekunden nahezu null.

Der Anfang des Bezugs trägt somit das meiste von dem, was die Zunge erreicht, und das Ende trägt etwas, das Wasser deutlich näher steht. Die Espresso-Extraktion ist nach vorn gewichtet, und genau deshalb leistet die Extraktionszeit mehr, als nur die Tasse zu füllen. Es ist zugleich das Argument dafür, das Auslaufende zu wiegen, statt die Tasse volllaufen zu sehen, und das Verhältnis von Kaffee zu Wasser ist der einfachste Regler, an dem die meisten nie drehen.

Die eine Sache, die schon heute Abend hilft

Ein Befund lässt sich sofort anwenden. Als der Bezug mehrfach gestoppt und neu gestartet wurde, stieg der Durchfluss, ohne dass sich zusätzlich etwas löste. Mehr Flüssigkeit, nicht mehr Kaffee darin. Die Erklärung heißt Kanalbildung: Das Bett löst sich in Schichten, sobald der Druck abfällt, das Wasser findet beim nächsten Schub die Risse, und der Rest des Pucks bleibt unberührt.

Der Schluss der Arbeit ist deutlich. Jedes Brühverfahren mit einer vorübergehenden Pause oder einer wiederholten Druckanwendung ist anfällig für Kanalbildung und sollte vermieden werden. Das betrifft eine Präinfusion, die man durch An- und Ausschalten der Pumpe improvisiert, und es betrifft das Stoppen eines Bezugs, um nachzusehen, und das anschließende Neustarten.

Ein Blick auf das Manometer beim nächsten Bezug lohnt sich. Steht die Nadel weit über dem Punkt, an dem mehr Druck keine zusätzliche Flüssigkeit mehr bringt, arbeitet die Maschine hart für nichts, und das Bett fängt die Differenz auf.

Und was kommt ins Sieb?

Eine Maschine kann nur mit dem arbeiten, was bereits im Sieb liegt, und kein Druck rettet alten Kaffee. Santo Café ist ehrlicher mexikanischer Kaffee, 100% Arabica und immer frisch geröstet, also genau der Teil des Bezugs, den kein Manometer misst.