إطلاق العنان لإمكانات القهوة: الفيزياء توفر طريقا لتحضير مشروبات أفضل.

تواجه قهوتك الصباحية تهديدًا متزايدًا. يؤثر تغير المناخ على محاصيل البن عالميًا، وخاصةً حبوب أرابيكا، المعروفة بمذاقها الرقيق وحساسيتها لتغيرات درجات الحرارة. وقد أدت هذه التحديات إلى ارتفاع حاد في أسعار حبوب أرابيكا، نتيجةً لأربع سنوات متتالية من سوء الأحوال الجوية. ويبحث باحثون في جامعة بنسلفانيا الآن عن حل غير مألوف: تحسين عملية التخمير من خلال الفيزياء. وتكشف دراستهم، المنشورة في مجلة "فيزياء الموائع"، أن تغيير طريقة التقاء الماء بثفل القهوة يمكن أن يجعل قهوتك أغنى مع استخدام كمية أقل من حبوب البن. وقد يساعد هذا الاكتشاف في تخفيف ضغوط الطلب العالمي على إنتاج البن.

فهم تأثير الانهيار الجليدي

عند تحضير القهوة، يلتقي الماء الساخن بثفل القهوة، مستخلصًا النكهات في فنجانك. ينطوي هذا الإجراء البسيط على فيزياء معقدة. يوضح أرنولد ماثيسن، الأستاذ المساعد في الفيزياء بجامعة بنسلفانيا، قائلاً: "هناك الكثير من الأبحاث حول ميكانيكا الموائع، وهناك الكثير من الأبحاث حول الجسيمات بشكل منفصل. ربما تكون هذه إحدى الدراسات الأولى التي نبدأ فيها بجمع هذه الأمور معًا". لكشف آلية التخمير تحت السطح، استبدل الفريق جزيئات هلام السيليكا الشفافة ببقايا القهوة المطحونة. باستخدام مخروط زجاجي، وصفيحة ليزر، وكاميرا عالية السرعة، لاحظوا تفاعل الماء مع الجزيئات أثناء عملية التخمير بالصب. لاحظوا شيئًا مذهلاً: عندما يتدفق الماء إلى طبقة القهوة، يُحدث اندفاعًا مصغرًا، يمتزج فيه الجزيئات بقوة. تُعزز هذه الحركة بشكل كبير عملية استخلاص النكهات. حتى الصب الخفيف يُحدث هذا الاندفاع، مما يُعزز استخلاص القهوة.

الحصول على قهوة أكثر من حبوب أقل

أشار اكتشاف الاندفاع إلى استراتيجية تخمير فعّالة. يقول الباحث إرنست بارك: "حاولنا إيجاد طرق تُمكّننا من استخدام أقل قدر ممكن من القهوة والاستفادة من ديناميكيات السوائل في عملية الصب". قدّم اختبار ارتفاعات صب مختلفة وسرعات مياه رؤى قيّمة. ساهم صب الماء من مستوى أعلى في تعزيز الخلط، مما حسّن عملية الاستخلاص. ومع ذلك، إذا سُكب الماء من مستوى مرتفع جدًا، تتفكك قطرات الماء في الهواء، مما يقلل من كفاءة الاستخلاص عن طريق إضافة فقاعات هواء غير مرغوب فيها. بعد ذلك، عاد الباحثون إلى استخدام بقايا القهوة الفعلية. أكد قياس المواد الصلبة الذائبة في القهوة نتائجهم. واكتشفوا أن الصب الأبطأ والأكثر تحكمًا يزيد من معدلات الاستخلاص بشكل ملحوظ. هذه الطريقة الدقيقة تعني أنه يمكنك استخدام عدد أقل من حبوب البن دون المساس بالنكهة. يؤكد بارك على أهمية استخدام المعدات المناسبة. ويشير إلى أنه "إذا كنت تستخدم غلاية ماء عادية، فسيكون من الصعب بعض الشيء التحكم في اتجاه تدفق الماء". أما الغلاية ذات العنق الإوزي فتنتج تدفقًا سلسًا ومتحكمًا فيه للمياه، وهو أمر ضروري لتحضير قهوة فعالة. يُطلق على هذا النوع من التدفق اسم "الصفائحي"، أي تيارات مياه سلسة ومتواصلة تزيد من ملامسة حبيبات القهوة.

ما وراء فنجان القهوة: آثار أوسع

على الرغم من استلهام هذه النتائج من تحضير القهوة يوميًا، إلا أنها قد تؤثر على ما هو أبعد من مجرد مشروبك الصباحي. تُسلّط ماثيسن الضوء على هذه النقطة بوضوح: "لم نكن نفعل هذا للمتعة فحسب. لقد استخدمنا أدوات من مشاريع أخرى، وأدركنا أن القهوة يمكن أن تكون نظامًا نموذجيًا أنيقًا لاستكشاف مبادئ فيزيائية أعمق". كشف عملهم على القهوة عن عمليات أساسية شائعة في الطبيعة والصناعة. تُشير يونغ إلى أن "هذا النوع من سلوك السوائل يُساعدنا على فهم كيفية تآكل الصخور تحت الشلالات أو خلف السدود بسبب الماء". تحدث تفاعلات مماثلة بين الجسيمات والسوائل أثناء معالجة مياه الصرف الصحي وترشيحها. تُطبّق بارك مبادئ ديناميكيات السوائل هذه على التكنولوجيا الطبية، حيث تعمل على أسطح مجهرية تستخدم المجالات المغناطيسية لتنظيف الأجهزة الطبية. في الوقت نفسه، تستكشف يونغ حركة السوائل في علم الأحياء. وتستخدم تقنية التصوير عالية السرعة نفسها لدراسة كيف تُساعد الهياكل الدقيقة الشبيهة بالشعر في الرئتين على التخلص من العدوى. تقول ماثيسن: "يمكنك البدء بخطوات صغيرة، كما في حالة القهوة، ثم اكتشاف آليات مهمة على المستويات البيئية أو الصناعية".

نصائح عملية لتحضير القهوة

لتطبيق هذه النتائج في المنزل، عدّل طريقة سكب الماء على قهوتك. اختر غلاية ذات عنق إوزة، مما يسمح بتدفق أكثر سلاسة وثباتًا. ابدأ الصب من ارتفاع معتدل لخلق انسياب خفيف، مما يمزج البن المطحون بفعالية دون إدخال فقاعات هوائية. تجنب الصب السريع جدًا للحفاظ على معدلات استخلاص عالية باستمرار، وجرّب ارتفاعات الصب وسرعات التدفق المختلفة للوصول إلى توازن النكهة المثالي. يمكن أن يؤدي القيام بذلك إلى تقليل كمية حبوب البن التي تستخدمها كل صباح بشكل كبير دون المساس بنكهة قهوتك أو قوتها. نظرًا لارتفاع أسعار البن والضغوط البيئية، قد تساعد هذه الاستراتيجية في توفير المال مع تقليل الطلب العالمي على البن. يؤكد يونغ أن هذه الأساليب تُحسّن الاستدامة. فمن خلال الاستفادة من كل حبة بن، يمكن لصناعة البن إدارة الموارد المحدودة بشكل أفضل، لا سيما في ظل تحديات المناخ المتزايدة.

منظور جديد لروتين مألوف

على الرغم من أن شرب القهوة ممارسة قديمة، إلا أن الرؤى الجديدة حول كيفية تحضيرها يمكن أن تكشف عن كفاءات جديدة. يوفر العلم طرقًا لتحسين العادات اليومية، مثل تحضير القهوة، مما يعود بالنفع على بيئتنا وجودة حياتنا اليومية. يلخص ماتيسن الأهمية الأوسع لبحثهم بوضوح قائلاً: "لقد استخدمنا الأدوات من مشاريع أخرى، وأدركنا أن القهوة يمكن أن تكون نظامًا نموذجيًا أنيقًا". إن بساطة تحضير القهوة تفتح الأبواب لفهم العديد من العمليات الطبيعية المعقدة. كما أنها تُبرز كيف يمكن للتغييرات الصغيرة في الروتين اليومي أن تُحقق فوائد جمة. بالنسبة لشاربي القهوة حول العالم، هذا يعني أن كل كوب يُحضّر بعناية لا يكون طعمه أفضل فحسب، بل يُساهم بشكل إيجابي في تحقيق أهداف الاستدامة. في المرة القادمة التي تملأ فيها فنجانك بالقهوة، فكّر في الفيزياء الكامنة وراء ذلك - فعملية تحضير صغيرة يمكن أن تدعم قضية أكبر بكثير.