Pumpendruck, viel hilft viel?

backyard coffee - Geschrieben am 24.11.2019

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Einleitung

Schaut man sich die Produktbeschreibungen der Hersteller von Espressomaschinen an, kann man den Eindruck erhalten, dass der maximal zu erreichende Pumpendruck das Kaufkriterium sein sollte. Doch stimmt das? Welchen Einfluss hat der Pumpendruck auf den Extraktionsvorgang eines Espressos? Ist ein möglichst hoher Druck gut? Wenn nein, wie hoch sollte der korrekte Druck sein? Lohnt sich die Anschaffung einer Espressomaschine mit variablen Druckprofilen?

Die Antwort ist, wie leider beim Thema Kaffee sehr oft, nicht so einfach. Wie Mahlgrad, Dosis, Brühzeit und Brühtemperatur ist der Druck eben nur ein weiterer Parameter, nicht die Lösung. Welche Rolle spielt der Druck und was kann man damit beeinflussen?

Warum denn Druck?

Klären wir kurz, warum wir überhaupt unter Druck Espresso brühen. Entstanden ist das Brühverfahren für Espresso aus dem Wunsch heraus, mehr Substanzen aus Kaffee lösen zu wollen. Ende des 18. Jahrhunderts hatte man bereits erkannt, dass eine längere Brühzeit eines normal gebrühten Kaffees nicht die Lösung ist. Man erhält zwar insgesamt mehr Inhaltsstoffe, das Getränk wurde jedoch bitter und herb und war so gar nicht das, was man sich erhofft hatte. Wie also mehr aus dem Kaffeepulver herauslösen, ohne zu lange zu brühen? Die Idee, mit Druck zu brühen, ist entstanden. Die damaligen technischen Möglichkeiten haben sich auf den Antrieb über Dampfkraft beschränkt, man konnte einen Brühdruck von 1 bar bis 1,5 bar erreichen, jedoch teuer erkauft. Ein Brühdruck von 1 bar erfordert es, das Wasser auf knapp 100°C zu erhitzen, für 1,5 bar sind sogar über 115°C notwendig. Das sind beides Temperaturen, die dem Kaffee aus geschmacklicher Sicht nicht gut tun. Auch zu hohe Temperaturen führen zu einer extremen Bitterkeit, zudem verlieren sich viele der feineren Aromen, die im Kaffee zu finden sind. Es dauerte noch einige Jahrzehnte, bis das Prinzip einer Handhebelmaschine entwickelt wurde, bei der der Brühdruck nicht über Dampf, sondern über eine vorgespannte Feder erzeugt wird. Der Druck lag hier bei 9 bar bis 10 bar. Dies ermöglichte es, die Brühtemperatur abzusenken, da der Brühdruck nun über eine Feder erzeugt wurde. Das Ergebnis war der erste Espresso. Obwohl Druck und Temperatur noch nicht so exakt gesteuert werden konnten, wie dies heute möglich ist, war dies bereits ein großer Schritt.

Druck und andere Einflussgrößen

Der gängige Brühdruck für Espresso liegt bei 9 bar. Ein Wert, der durch viele Versuche vor langer Zeit entstanden ist und sich in den Köpfen seither festgesetzt hat. Ebenso wie die gängigen Definitionen für Espresso, 14 Gramm Kaffeemehl sollen bei einer Brühzeit von ca. 25 Sekunden einen Espresso von 30 ml ergeben, fallen diese Werte aus der heutigen Zeit. Mit den damaligen Möglichkeiten, die aus heutiger Sicht und dem heutigen Verständnis heraus doch als sehr begrenzt anzusehen sind, war eine bessere Beschreibung nicht möglich. Die Definition eines Espressos ist heute nicht besonders klangvoll, dafür aber exakt: Ein Espresso ist ein Getränk mit einer Extraktion zwischen 18% und 22% und einer Brühstärke zwischen 8% und 12%. Das klingt etwas beängstigend. Extraktion beschreibt die Menge der gelösten Stoffe aus dem Kaffeepulver. 30% der Inhaltsstoffe des Kaffees sind löslich. Durch Testreihen weiss man, dass es richtig lecker ist, wenn man nur 18% bis 22% der Inhaltsstoffe löst. Gehen wir von einer heute üblichen Dosis für einen doppelten Espresso von 20 Gramm aus, bedeutet das, dass wir ca. 4 Gramm davon aus dem Kaffee herauslösen müssen. In einem Espresso sollen diese 4 Gramm nun einen Anteil von ca. 10% ausmachen. Das bedeutet, der Espresso sollte für dieses Beispiel 40 Gramm wiegen. Aus 20 Gramm Kaffee haben wir 40 Gramm Espresso gemacht. Betrachtet man dieses Beispiel genauer, so erkannt man das Verhältnis von 1:2, das Brew-Ratio genannt wird. Je 1 Gramm Kaffeemehl brüht man 2 Gramm Espresso.

Was sich an der Definition eines Espressos verändert hat, ist, dass man früher die technischen Parameter der Zubereitung beschrieben hat, heute jedoch die Eigenschaften des Getränks. Das ist exakter und vor allem losgelöst von den zuvor gemachten Parametern der Zubereitung.

Zurück zum Brühdruck. Der Brühdruck ermöglicht es, Wasser durch eine Menge Kaffee zu drücken, innerhalb einer vom Druck abhängigen Zeit. Abgesehen von dem Fall, dass der Durchfluss verstopft ist, fliesst bei höherem Druck mehr Wasser und bei niedrigem Druck weniger Wasser zu einer definierten Zeiteinheit. Die Menge an Wasser, die in einer bestimmten Zeit geflossen ist, nennt man Flussrate. Die Flussrate lässt sich durch viele Faktoren beeinflussen: Dosis, Mahlgrad, Temperatur und Brühdruck.

  • Eine höhere Dosis vermindert die Flussrate, eine niedrigere Dosis erhöht die Flussrate.
  • Ein feinerer Mahlgrad vermindert die Flussrate, ein gröberer Mahlgrad erhöht die Flussrate.
  • Eine höhere Temperatur vermindert die Flussrate etwas, eine niedrigere Temperatur erhöht die Flussrate etwas.
  • Ein höherer Brühdruck erhöht die Flussrate, ein niedrigerer Brühdruck vermindert die Flussrate.

Nach langen Ausführungen sind wir nun fast an den Punkt gekommen, der tatsächlich einen signifikanten Einfluss auf den Espresso hat. Nein, es ist auch noch nicht die Flussrate, sondern die sich aus dieser ergebende Kontaktzeit des Wassers mit dem Kaffeemehl, vom Eintritt in den Kaffeepuck bis zum Austritt aus dem Kaffeepuck. Die Kontaktzeit bestimmt, wie sehr das Wasser mit den löslichen Stoffen des Kaffees angereichert wird. Je länger das Wasser im Kontakt mit dem Kaffee ist, desto gesättigter ist es, es hat mehr Stoffe aufgenommen. Je kürzer, desto weniger.

Druck, wenn man es genau wissen möchte

Es gibt hierzu bereits einige Untersuchungen, wir haben dennoch ein paar zusätzliche Testreihen durchgeführt, um die Ergebnisse zu bestätigen. Was verändert sich, wenn man ausschließlich den Brühdruck verändert? Im Bereich von 6 bar bis 10 bar Brühdruck haben wir Espressos bezogen, jeweils in einem Abstand von 0,5 bar. Mahlgrad, Dosis, Temperatur und Tampdruck blieben gleich, sowohl die Dosis als auch die Shots wurden gewogen. Der Mahlgrad wurde so fein gewählt, dass ein Bezug von Espresso möglich ist, jedoch keine Klumpenbildung und dadurch eine ungleiche Verteilung des Kaffees im Siebträger erfolgt. Zwei Dinge haben sich gezeigt: die Brühzeit hat sich abhängig vom Druck verändert, ebenso wie die Brühstärke der Getränke. Die höchste Extraktionsrate lag unterhalb von 9 bar, im Bereich zwischen 7 bar und 8 bar. Im Schnitt lag die Brühstärke um 0,1% je 0,5 bar Druckreduzierung höher. Unterhalb von 7 bar hat sich das Bild nicht mehr so deutlich verändert. Die Brühzeit hat sich bei niedrigerem Druck verkürzt. Im Nachgang haben wir noch einige sensorische Tests durchgeführt, die die Ergebnisse bestätigen.

Einen Teil der Fragestellung zum Thema Druck können wir hiermit beantworten. Zu viel Druck ist nicht gut, tatsächlich ergibt ein Brühdruck unterhalb der üblichen 9 bar oft ein besseres Ergebnis. Doch was ist mit Druckprofilen, also der Möglichkeit, den Druck während des Bezugs eines Espressos zu verändern?

Geht man weg von einem einheitlichen Druck, ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten. Eine der wichtigsten ist die Prä-Infusion. Bei einer Prä-Infusion wird der Brühvorgang bei einem niedrigen Brühdruck begonnen, der dann auf den normalen Brühdruck erhöht wird. Es gibt verschiedene technische Umsetzungen hiervon. Die einfachste ist, die Pumpe kurz anlaufen zu lassen, diese für eine gewisse Zeit zu stoppen und dann weiter laufen zu lassen. Eine Alternative hierzu ist in der Wasserzufuhr der Maschine ein Bauteil zu verbauen, das den von der Pumpe erzeugten Druck nicht gleich voll durchlässt, was zu einem sanften Druckaufbau führt. Beide Möglichkeiten sind problematisch. Die erste Variante baut zu schnell Druck auf, erlaubt es aber oft die Dauer der Prä-Infusion zu steuern. Die zweite Variante baut sanft den Druck auf, erlaubt hingegen aber keine zeitliche Steuerung. Eine echte Prä-Infusion ermöglicht beides, einen sanften Druck und eine frei zu definierende Zeit. Dies ist mit Espressomaschinen, die Druckprofile bieten, möglich.

Prä-Infusion beim Brühen von Espresso

Wozu taugt eine Prä-Infusion? Die Prä-Infusion kommt insbesondere den Anforderungen hellerer Röstungen nach. Die Löslichkeit der Inhaltsstoffe einer hellen Röstung ist geringer, im Vergleich zu einer dunkleren Röstung. Entsprechend wählt man für diese einen feineren Mahlgrad, um mehr der Inhaltsstoffe aufschließen zu können. Ist der Mahlgrad sehr fein und man startet den Brühvorgang unmittelbar mit dem normalen Brühdruck, führt das oft zu einer Verstopfung, es tröpfelt nur oder es kommt nichts aus dem Siebträger heraus. Eine Prä-Infusion schafft hier Abhilfe, indem das Wasser mit einem niedrigen Druck erste Stoffe aus dem Kaffee herauslösen kann. Hierdurch erhöht sich die Flussrate, der Espresso läuft danach unter vollem Brühdruck normal. Das Ergebnis ist, dass man aus dem Kaffee wesentlich mehr Inhaltsstoffe hat lösen können. Der Brühdruck kann und sollte unterhalb von 9 bar gewählt werden, wenn man mit helleren Röstungen arbeitet. Dem geringeren Lösungsverhalten solcher Röstungen tut es gut, wenn sich die Kontaktzeit mit dem Wasser erhöht. Gleiches gilt für das Ende eines Bezuges. Gegen Ende des Brühvorgangs befinden sich signifikant weniger Inhaltsstoffe im Kaffee. Verlangsamt man in dieser Phase die Flussrate, erhöht sich auch hier die Kontaktzeit und es kommt ein intensiveres Getränk heraus.

Grundsätzlich erlaubt es Pressure-Profiling, einen beliebigen Brühdruck zu jedem Zeitpunkt des Brühvorgangs zu erzeugen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass drei Phasen wesentlich sind: die Prä-Infusion, die Hauptbrühung und die Nachbrühung (Post-Infusion). Diese drei Phasen sind kontrollierbar, alles dazwischen ergibt oft nicht reproduzierbare Ergebnisse.

Fazit

Halten wir fest: viel Druck ist nicht so wichtig, denn der ideale Brühdruck liegt bei bis zu 9 bar, die Empfehlung geht jedoch zu einem geringeren Druck. Druckprofile sind insbesondere bei hellen Röstungen hilfreich. Sowohl bei Brühdruck als auch bei Druckprofilen sollte man sich immer Flussrate und Kontaktzeit vor Augen halten.