Ob fruchtig-säurelastig oder lieber mit schokoladigen Röstaromen: Beim Kaffeegeschmack scheiden sich die Geister. Und doch lässt sich eine gute Tasse Espresso recht einfach von einer schlechten unterscheiden – unabhängig von der genutzten Bohne oder dem bevorzugten Röstgrad. Nun hat ein Forschungsteam um Fabian B. Wadsworth von der Ludwig-Maximilians-Universität in München wissenschaftlich untersucht, wie man zum perfekten Espresso kommt. Mithilfe der Perkolationstheorie haben die Fachleute dafür eine Formel ausgearbeitet, die sie im Fachjournal »Royal Society Open Science« vorstellen. Im Wesentlichen entscheidet ein einziger Aspekt über das Brühergebnis: der gemahlene und bereits verdichtete Kaffee innerhalb des Siebs, der sogenannte Puck.

Um einen Espresso zu brühen, muss man zunächst einmal die Bohnen mahlen, anschließend in ein Sieb geben, verdichten und in die Kaffeemaschine einspannen, damit das heiße Wasser durch den Puck hindurchläuft. Die Qualität des fertigen Espressos hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, etwa davon, wie fest das Kaffeemehl in den Siebträger gepresst wurde, wie lange das Wasser durchgelaufen ist und wie fein oder grob die Bohnen gemahlen wurden.

Um anhand dieser Eigenschaften vorherzusagen, wie der Espresso schmecken wird, haben die Forschenden Methoden aus der Perkolationstheorie genutzt – einem Forschungsbereich, der sich mit der Ausbreitung von Flüssigkeiten durch poröse Strukturen beschäftigt. Für ihre Arbeit griffen sie zunächst auf zwei verschiedene Bohnen zurück, ruandische Tumba-Bohnen und kolumbianische Guayacán-Bohnen, die sie in elf verschiedenen Mahlgraden untersuchten. Diese füllten sie in Behälter und analysierten sie mithilfe von Röntgen-Mikrotomografie, um ein 3D-Modell der einzelnen Kaffeepartikel und der dazwischen befindlichen Leerräume zu erzeugen.

Mit diesen 3D-Modellen führten sie Computersimulationen durch: Sie brühten virtuellen Kaffee auf ihren Rechnern. Das ermöglichte ihnen, die unterschiedlichen Flusseigenschaften des heißen Wassers durch die virtuellen Proben zu untersuchen, und führte sie auf folgende Formel für die Durchlässigkeit k des Kaffeepulvers:

Wie sich herausstellt, hängt die Durchlässigkeit nur vom Mahlgrad G und der Porosität des Kaffeepulvers ${\varphi }_p$ ab, da β, R₀ und α Konstanten sind. Die Dichte und Beschaffenheit des Pucks beeinflussen maßgeblich, wie lange das Wasser in Kontakt mit dem Kaffeemehl ist und dessen Geschmacksprofil annimmt. Der beste Weg für einen guten Espresso besteht darin, möglichst viel Wasser über die Oberfläche des Kaffeemehls fließen zu lassen. Und genau das lässt sich mit der obigen Formel realisieren.

Im Alltag bietet diese Formel zunächst wenig Hilfe: Schließlich ist es nicht möglich, ohne Weiteres die Porosität des Kaffeepulvers zu bestimmen. Aber künftige Kaffeemaschinen könnten diese Erkenntnisse nutzen, um individuellere Mahlgrade zu ermitteln, die noch bessere Brühergebnisse liefern.