La qualità di una tazza di caffè può essere prevista matematicamente grazie a un modello elaborato per correlare diversi parametri fisici della preparazione, come le dimensioni dei grani di caffè macinato e le caratteristiche delle macchine usate, con le sostanze presenti nella bevanda finale(red)

Caffè espresso all'italiana (Credit: Joe Raedle/Getty Images)

Rappresentazione schematica della preparazione del caffè: l'espresso (a sinistra) si ottiene facendo passare acqua bollente da alta pressione attraverso uno strato di caffè macinato finemente; nel caffè americano (a destra), l'acqua percola per caduta attraverso una macinatura molto più grossolana e non compattata, contenuta all'interno di un filtro (Credit: Kevin M. Moroney)

Il caffè è una delle bevande più consumate al mondo, e ogni zona del pianeta ha elaborato un proprio metodo di preparazione, da quelli tipici dell'area del Mediterraneo, da cui si ottiene la classica "tazzina", a quelli del mondo anglosassone che usano macchine elettriche per una bevanda molto più allungata. Tutti questi metodi hanno però in comune la tecnica di estrazione: si tratta sempre di far percolare acqua bollente attraverso una porzione di polvere di caffè ottenuta dai semi tostati e macinati – i “chicchi” - della pianta.Ma qual è la ricetta perfetta per fare il caffè? Chiaramente è questione di gusto, ma c'è chi, come ricercatori dell'Università di Limerick, in Irlanda, si è preso la briga di elaborare un modello matematico dell'estrazione della bevanda dai chicchi, che considera precise correlazioni dei parametri fisici della preparazione e delle materie prime con la qualità del prodotto finale, che contiene ben 1800 diversi composti chimici. Non è la prima volta in realtà che dei matematici si applicano al problema dell'estrazione del caffè, ma finora hanno dedicato poca attenzione al sistema di filtraggio.“I modelli di estrazione del caffè che si trovano nella letteratura scientifica non sono basati su specifici meccanismi, validati sperimentalmente”, ha sottolineato Kevin M. Moroney, primo autore dell'articolo pubblicato su "SIAM Journal on Applied Mathematics" . “Il nostro modello invece, descrive il flusso dell'acqua e il processo di estrazione in una dose di caffè macinato in funzione delle proprietà dei chicchi, ed è controllato sperimentalmente”.In un precedente articolo, pubblicato nel 2015 su “ChemicalEngineering Science” gli autori avevano presentato il modello nelle sue linee generali, considerando portata del flusso d'acqua, dimensione dei grani e pressione, ipotizzando che la temperatura rimanesse costante, nell'intervallo tra 91 e 94 gradi Celsius in tutto il processo, e che l'acqua saturasse tutti i pori presenti sulla superficie dei chicchi di caffè. Ora Moroney e colleghi si sono spinti oltre.“Il lavoro che abbiamo presentato l'anno scorso era matematicamente completo, ma era uno di quei modelli che possono piacere solo a un computer: un complicato sistema di equazioni differenziali che possono essere risolte solo per via numerica”, ha aggiunto William T. Lee, coautore dell'articolo. “Ora abbiamo prodotto un sistema ridotto di equazioni per cui è possibile trovare soluzioni approssimate”.Il modello considera anche le diverse fasi del filtraggio dell'acqua: inizialmente, il chicco è integro, e il passaggio dell'acqua bollente determina una rapida estrazione delle sostanze dalla superficie del chicco, tra cui la caffeina. Successivamente, quando gli strati esterni del chicco sono ormai esauriti, il processo di estrazione è dominato dalla lenta diffusione delle sostanze presenti nella parte più interna, che era inizialmente trascurabile.Ma la parte più interessante del lavoro riguarda le ricadute pratiche.“Il valore delle soluzioni trovate è nella possibilità di correlare le prestazioni del sistema di percolamento con le proprietà del caffè, dell'acqua e dell'apparecchiatura usata”, ha concluso Moroney. “Queste soluzioni dovrebbero permettere di prevedere la qualità del caffè in base alle specifiche configurazioni usate”.