Flach oder kegelförmig: Die Filterkorbform ist bei der Filterkaffeemaschine ebenso wichtig wie die Mahlgröße – 25 Magazine, Issue 8

Flach oder kegelförmig: Die Filterkorbform ist bei der Filterkaffeemaschine ebenso wichtig wie die Mahlgröße – 25 Magazine, Issue 8

WWill man in einem Raum voller Kaffeekenner ein leidenschaftliches Argument auslösen, muss man nur eine einfache Frage stellen: Was ist die beste Form des Filterkorbs in einer Kaffeemaschine?

Der promovierte wissenschaftliche Mitarbeiter Dr. SCOTT FROST, Professor JEAN-XAVIER GUINARD und Professor WILLIAM D. RISTENPART haben erste Ergebnisse in einem laufenden Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit der SCA und der Breville Corporation.

Haben Sie sich in letzter Zeit nach einer neuen Kaffeemaschine umgesehen? Dann ist Ihnen sicher aufgefallen, dass moderne Maschinen entweder „halbkegelförmig“ sind oder einen „abgeflachten Boden“ (siehe Abb. 1). aufweisen. Fans der halbkegelförmigen Filterkörbe schwärmen vom verbesserten Fluss des Wassers durch den Kaffeesatz, der verbesserten Einheitlichkeit des Auszugs und dem daraus entstehenden besseren Geschmack. Verwirrenderweise zählen die Befürworter der abgeflachten Filterkörbe genau die gleichen Vorteile auf. Die Meinungen gründeten meist auf Anekdoten aus individuellen Geschmacksproben.

Abb. 1: Darstellungen eines abgeflachten oder halbkegelförmigen Filterkorbs

Bisher fehlten jedoch Daten, die diese Frage auf wissenschaftliche und rigorose Weise beantworten könnten.

2017 beauftragte die SCA das Davis Coffee Center der University of California mit Forschungsarbeiten, die das klassische Brühkontrolldiagramm für Filterkaffee erweitern und aktualisieren würde. Diese Forschungsarbeiten schreiten voran (mit spannenden ersten Ergebnissen), aber als anfängliches Auftaktprojekt (und um unsere eigenen leidenschaftlichen Argumente beizulegen), wollten wir uns an die Frage der abgeflachten und halbkegelförmigen Filterkörbe machen. Wir hatten das Glück, von der Breville Corporation unterstützt zu werden. Sie hat das ganze Projekt finanziert und ihre Precision Home Brewers zur Verfügung gestellt. Bei diesen Kaffeemaschinen lassen sich die abgeflachten und halbkegelförmigen Körbe im Nu austauschen. Es sollten alle anderen Variablen (Röstniveau, Wassertemperatur, Durchflussrate usw.) konstant gehalten werden, damit ganz spezifisch die Auswirkung der Filtergeometrie auf den fertigen Kaffee bewertet werden konnte.

Design des Experiments

Bevor man die Frage nach der besseren Form beantworten kann, muss man sich zuerst fragen, ob es überhaupt einen Unterschied gibt. Kaffeekenner mögen felsenfest daran glauben, aber es ist auch gut möglich, dass es sich gar kein wahrnehmbarer oder statistisch signifikanter Unterschied feststellen lässt. Für diesen Zweck verwendeten wir zuerst einen „diskriminativen Test“ oder „Dreieckstest“. In diesen Tests wurden den Kostern drei Tassen Kaffee vorgestellt. Zwei davon waren völlig identisch, eine unterschied sich. Die Aufgabe der Koster bestand darin, die sich unterscheidende Tasse zu erkennen. Nachdem bei jedem Koster eine 33-prozentige Chance bestand, per Zufall das richtige Ergebnis zu erlangen, müssten mehr als 33% unserer Koster die unterschiedliche Tasse richtig erkennen. Sollten sie dies nicht können, besteht auch kein erheblicher Unterschied.

Wir haben ein Gremium aus 45 Amateur-Kostern zusammengestellt, die den zubereiteten Kaffee in den sensorischen Trennkabinen an der UC Davis Coffee Center kosten sollten. Diese Kabinen unterscheiden sich sehr von den traditionellen Cupping-Tischen. Die Koster sind voneinander getrennt, um die Kontextverzerrung zu minimieren und die Kaffees vollkommen blind zu servieren. Die Kabinen werden darüber hinaus mit Rotlicht beleuchtet, um die Erwartungsverzerrung aufgrund der Dunkelheit des Kaffees zu minimieren.

Für unsere Dreieckstests haben wir das sogenannte „2 x 2“-Faktorendesign mit zwei Filterformen und zwei unterschiedlichen Mahlgrößen verwendet (mittlere und mittelfeine Körnung).  „Faktorendesign“ ist ein fachsprachlicher Begriff, der besagt, dass wir sechs verschiedene Dreieckstests mit allen möglichen Kombinationen aus Korbform und Mahlgröße durchgeführt haben (Tabelle 1). Zudem haben wir noch einen siebten Dreieckstest mit heller und dunkler Röstung vorgenommen. Dieser offensichtliche Geschmacksunterschied diente als interne Kalibrierung und Kontrolle. Im Mittelpunkt stand hier, die Auswirkungen der Filterkorbform und Mahlgröße zu bestimmen.

Einer der schwierigsten Aspekte in der Ausführung des Experiments lag in den Details des Kaffeeservierens. Die Logistik, heißen, frisch zubereiteten Kaffee für die Dreieckstests zu servieren, hat es in sich. Sind beispielsweise zwei der Tassen heißer als die dritte, bemerken die Koster einfach einen Temperatur-, aber keinen Geschmacksunterschied. Wir mussten uns also ein Verfahren ausdenken, mit denen unterschiedlich zubereitete Kaffees mit genau der gleichen Temperatur serviert wurden. Außerdem wurde uns klar, dass wir den Pegel des Kaffees in der Tasse normalisieren mussten, da manche unserer Helfer mehr Kaffee in die Tassen gossen als andere. Die daraus entstehende unterschiedliche Menge der Schaumblasen auf dem Kaffee könnte einen visuellen Unterschied verraten. Wir verbrachten einige Zeit darauf, diese Details auszubügeln, um für eine rigorose Herangehensweise zu sorgen.

Berechnen der Ergebnisse

Die Mühen machten sich jedoch bezahlt, wenn wir erhielten aufregende – und kontraintuitive – Ergebnisse, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind. Aus der ersten Zeile erkennen wir, dass beim Vergleich zwischen der abgeflachten und halbkegelförmigen Filterform 25 von 45 Kostern die unterschiedliche Tasse erkennen konnten. Hierbei ist Folgendes wichtig: wir würden davon ausgehen, dass ein Drittel unseres Gremiums, also 15 Koster, durch Zufall das richtige Ergebnis erraten. Die Frage war also, ob eine Erfolgsquote von 25 Kostern statistisch signifikant oder nur Zufall war. Die Antwort auf diese Frage ermittelten wir anhand der sogenannten „binominalen Wahrscheinlichkeitsverteilung.“ Dies ist die Wahrscheinlichkeit, die auch eine Serie von Münzwürfen beschreibt (nur dass hier die „Münze“ nur zu 33 % auf Kopf oder Zahl landet). Anhand dieser Verteilung konnten wir die Wahrscheinlichkeit oder den „p-Wert“ ermitteln, mit dem die 25 Koster zufällig die richtige Tasse ermittelt haben. Hier liegt der p-Wert bei 0,004. Dies bedeutet, würden wir das Experiment 1000 Mal wiederholen, können wir davon ausgehen, dass die 25 Koster es nur in vier aus diesen 1000 Experimenten richtig raten würden.  Und das ist nicht sehr wahrscheinlich! Anders gesagt, ist das kein Zufall, sondern ein statistisch signifikanter, wahrnehmbarer Unterschied zwischen den beiden Zubereitungen. Auch für die feinere Mahlgröße konnten wir ein ähnliches Vergleichsergebnis zwischen abgeflachtem und halbkegelförmigem Filter beobachten. 23 aus 25 Koster identifizierten die richtige Tasse (bei einem p-Wert von 0,024).

Tab. 1: Vergleich des Kaffeebetts mit der Mahlgröße

Unsere Daten zeigen also, dass die Kaffeekenner recht hatten mit ihrer Behauptung, dass die Filterform den Geschmack beeinflusst.

Überraschenderweise zeigen unsere Dreieckstests jedoch auch, dass unser Gremium aus Amateuren den Unterschied in der Mahlgröße nicht erkennen konnte. Zeilen 3 und 4 in Tabelle 1 zeigen die Ergebnisse für die Dreiecke, die mit der gleichen Geometrie, aber unterschiedlichen Mahlgrößen zubereitet wurden. Bei der Kaffeemaschine mit dem abgeflachten Boden wählten nur 18 Koster die richtige Tasse, beim kegelförmigen Filter sogar nur 15. Das geht nicht über den Zufallswert hinaus. Und wir sprechen hier nicht über einen kleinen Unterschied. Unsere mittlere Körnung hatte eine mittlere Partikelgröße von 1065 Mikrons, während bei der mittelfeinen Körnung die mittlere Partikelgröße bei 799 Mikrons lag. Das ist ein Größenunterschied von 25 %. Ein interessantes Ergebnis für Kaffeekenner, die der präzischen Kontrolle der Mahlgröße eine große Bedeutung zumessen. Zumindest für Filterkaffee stellt sich heraus, dass normale Konsumenten den Unterschied nicht erkennen (jedenfalls bei diesen Mahlgrößen).

Die oben beschriebenen Dreieckstests zeigen einen wahrnehmbaren Unterschied, aber nicht, worin der Unterschied besteht. Im diese Frage zu beantworten, haben wir als nächstes eine Reihe detaillierter „sensorisch deskriptiver“ Experimente durchgeführt. Bei dieser Testart bitten wir ausgebildete Experten, die Intensität verschiedener Geschmacksattribute wie „rauchig“, „zitronig“, „bitter“ usw. zu bewerten. Wir haben außerdem die Koster mit den besten Ergebnissen (d. H. diejenigen, die die Dreieckstassen am häufigsten identifizierten) mit zum Expertengremium eingeladen, und sie im WCR-Geschmackslexikon mit den entsprechenden sensorischen Referenzen ausgebildet. Wir baten sie dann darum, 26 unterschiedliche Geschmacksattribute für 8 unterschiedliche Probegrößen in einem „2 x 2 x 2“ Faktorendesign zu bewerten: 2 Filterkorbformen, 2 Mahlgrößen, 2 Röstgrade Unser Expertengremium unterzog jede Zubereitung einer blinden Kostprobe in unseren sensorischen Trennkabinen und stuften die 26 Attribute nummerisch ein.

Zwölf Experten maßen je 26 Attribute in acht unterschiedlichen Proben, die jeweils als Dreieck präsentiert wurden. Daraus ergaben sich 12 x 26 x 8 x 3 = 7.488 Datenpunkte. Ein so großes Datenset darzustellen ist natürlich nicht einfach. Abb. 2 zeigt eine bildliche Zusammenfassung in einer sogenannten Hauptkomponentenanalyse. Dies ist eine fortschrittliche statistische Methode, die große Datensätze auf die bedeutungsvollsten „Hauptkomponenten“ reduziert, um zu erkennen, welche Populationen einander am meisten oder wenigsten gleichen.

Abb. 2: Die Diagramme der Hauptkomponentenanalyse. Das obere Diagramm gruppiert die ähnlichsten statistischen Ergebnisse. Daraus lässt sich schließen, dass die helle oder dunkle Röstung den größten Unterschied macht, aber auch, dass die Form des Filterkorbs einen bedeutenden Unterschied ausmacht. Das untere Diagramm zeigt die Geschmacksattribute für jede Gruppierung. Das obere Diagramm dient als Karte für das untere: der halbkegelförmige Filter für leicht gerösteten Kaffee ergab saure, zitrus- und beerenartige Noten, der abgeflachte Filter ergab Noten von Rosinen, getrockneten Früchten und süßen Blumen.

Aus den Diagrammen der Hauptkomponentenanalyse lassen sich mehrere Ergebnisse ablesen. Um einen ist es kaum überraschend, dass es zwischen der hellen und dunklen Röstung einen großen Unterschied gibt, wie aus der großen horizontalen Trennung der Röstungen abzulesen ist. Interessanter ist, dass sich für eine gegebene Röstung (z. B. die helle Röstung links) auch ein bedeutsamer Unterschied aus der Korbform ergab. Der abgeflachte Filterkorb ergab Geschmacksattribute, bei denen getrocknete Früchte und süße Blumigkeit als Geschmacksintensitäten in den Vordergrund traten. Beim kegelförmigen Filter herrschen zitronen- und beerenartige und saure Geschmacksnoten vor. Auch auf die dunkle Röstung hatte die Filterform einen Einfluss: beim abgeflachten Filter traten Schokoladen-, Kakao- und Holznoten mehr in den Vordergrund, beim Kegelfilter war die Bitterkeit intensiver.

Welche Filterform ist am besten?

Das ist eine wichtige Frage. Fassen wir als noch einmal zusammen: Mit genau dem gleichen Kaffee, Wasser, bei der gleichen Temperatur und Durchflussrate konnten wir das Geschmacksprofil des Filterkaffees auf sehr wahrnehmbare und statistisch signifikante Weise ändern, und das nur durch das Ändern der Geometrie des Filterkorbs.

Wir haben jetzt demonstriert, dass es einen Unterschied gibt, und wie dieser Unterschied aussieht. Die letzte Frage lautet jetzt: „Warum gibt es einen Unterschied?“ Die Geometrie des Filterkorbs wirkt sich auf die Art und Weise auf, wie die Flüssigkeit durch den Kaffeesatz läuft. Dadurch wird der Massenaustausch geändert, anhand dessen die Moleküle aus dem Kaffeesatz in die Flüssigkeit übergehen. Die zugrunde liegenden Prozesse sind kompliziert. Das UC Davis Coffee Center untersucht diesen und viele andere Aspekte der Kaffeezubereitung sehr gründlich.

Momentan möchten Sie aber vielleicht gerne wissen: Welche Filterform ist „am besten“? Die Antwort ist natürlich, welche Brühmethode Ihnen am besten schmeckt. Und das liegt an jedem Einzelnen. Zumindest haben Sie bei der nächsten Debatte der Vorteile von abgeflachten und kegelförmigen Filterkörben die harten Daten aus diesem Artikel zur Hand.

Professors WILLIAM D. RISTENPART und JEAN-XAVIER GUINARD sind die Ko-Leiter des University of California Davis Coffee Center, wo Dr. SCOTT FROST vor Kurzem zum promovierten wissenschaftlichen Mitarbeiter wurde.

Filterkaffee auf dem Prüfstand: Professor Ristenpart, Dr. Scott Frost und Mackenzie Batali werden auf der Specialty Coffee Expo in Boston (11. – 14. April) Vorlesungen über drei verschiedene Aspekte dieser Forschungszusammenarbeit halten. Das volle Programm finden Sie unter coffeeexpo.org.

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