A fórmula do café perfeito, segundo uma nova pesquisa

Tá com vontade de tomar aquele cafezinho no ponto? Então anota aí a receita:

[
k = frac{2langle R rangle^2 exp[-2alpha langle R rangle]}{9(1 – phi_p)} , phi_p^{4.4}
= frac{2(beta G + R_0)^2 exp[-2alpha (beta G + R_0)]}{9(1 – phi_p)} , phi_p^{4.4}
]

Esse é o modelo matemático para um café espresso perfeito. Ou, melhor dizendo, é uma equação que baristas e entusiastas do café chiquérrimo podem usar para passar o café ideal com precisão e consistência.

Se parece indecifrável agora, vamos com calma. No final tudo vai fazer sentido.

A fórmula vem de um novo estudo publicado no início do mês no periódico Royal Society Open Science. Nele, os cientistas tentaram desvendar um dos fatores centrais que os cafeólogos levam em conta na hora de confeccionar suas bebidas: a permeabilidade. Isto é, a capacidade que a água tem de atravessar o pó de café. Para isso, a equipe recorreu à microtomografia de raios X e simulações de fluido feitas em computador.

Salvo exceções como os tipos pré-prontos ou coados a frio, qualquer método de fazer café envolve, essencialmente, passar água quente por grãos de café moídos. O jeito que a água faz esse trajeto, sua temperatura, assim como o tempo que ela passa em contato com o pó de café, é o que vai influenciar as características finais da bebida (amargor, acidez, doçura, etc.). E isso tudo depende de fatores como a grossura da moagem dos grãos e a compactação do pó dentro do filtro.

De fato, para a maioria de nós, reles mortais, esses detalhes não fazem tanta diferença no café do dia a dia, feito na cafeteira com o pó pré-torrado e moído (que também tem seus truques). Contudo, para os entusiastas, o barato do café “especializado” é justamente tentar extrair o máximo possível dos grãos de café, em sabor e complexidade. O processo é bem mais exato, e envolve uma infinidade de ajustes finos. Por isso, ele também vem acompanhado do seu próprio maquinário: mini-balanças, moedores de grãos e cafeteiras profissionais.

O estudo foca no espresso, que é feito passando água quente pressurizada pelo pó de café compactado. Pesa-se os grãos, que depois vão para a moagem num triturador num triturador (a grossura depende das configurações do equipamento). Despeja-se o pó no porta-filtros, pequeno compartimento com um cabo para segurar. Ali, o pó é prensado manualmente usando um tamper e fica bem compactadinho. O porta-filtros é acoplado à máquina de espresso, que injeta água pressurizada nesse compartimento. A água quente viaja pelos poros da pastilha, absorve os componentes químicos do café e cai dentro da xícara.

Em meio a tantas etapas, encontrar o café ideal para o gosto de cada um acaba envolvendo por muita tentativa e erro. A ideia dos cientistas, então, foi encontrar uma fórmula que ajudasse a regular cada uma dessas variáveis com mais precisão. O caminho para isso passava pela teoria da percolação, um campo da física que estuda como os fluidos se movem dentro das redes de túneis e pequenos espaços interconectados que se formam dentro dos materiais porosos. Assim, eles poderiam entender como a água viaja por dentro da pastilha de café antes de chegar no copo.

Os pesquisadores selecionaram duas variedades de café torrado – uma de Ruanda, outra da Colômbia – que foram moídas em 11 tamanhos diferentes, do mais fino ao mais grosso. Os pozinhos resultantes, então, foram inseridos em tubos de plástico, que foram escaneados usando microtomografia computadorizada de raios X. Assim, os cientistas conseguiram um modelo digital do pó de café – basicamente um mapa 3D dos vácuos dentro da pastilha compactada, que permitiu visualizar quantos desses espaços formavam túneis completos ou caminhos sem saída.

Daí, bastava passar um café eletrônico: no computador, os pesquisadores simularam como seria o fluxo da água dentro desse modelo 3D. Dessa forma, foram capazes de aferir como as diferentes grossuras de cada amostra facilitavam ou dificultavam a passagem de água – ou seja, a permeabilidade de cada meio.

Os pesquisadores encontraram algumas características principais que afetam o fluxo da água: a quantidade de poros conectados, a área total da superfície dos grãos, seu tamanho médio e o quão compactados eles estão.

A partir desses resultados, os pesquisadores desenvolveram fórmulas matemáticas que permitem calcular a permeabilidade do café. O ponto de partida foi a equação de Kozeny-Carman, um modelo matemático para meios porosos em geral:

[
k = frac{phi^3}{mathcal{W}, s^2}
]

Muita calma nessa hora. A partir daqui (a não ser que o leitor seja também matemático) essa matéria provavelmente vai parecer um conjunto de hieróglifos, então vamos decifrar só o que precisa.

A maioria desses símbolos corresponde a algum valor da vida real. Então esse ( k ) é a permeabilidade que a equação está tentando descobrir. Ela depende sobretudo de dois fatores: o quanto do material é composto apenas de espaços vazios – ou seja, a porosidade, que é representada pelo símbolo ( phi_p ) – e a área da superfície desse material (no caso, da superfície de cada grãozinho do pó de café) que vai entrar em contato com a água e dificultar a sua passagem – representada pelo valor ( s ).

Essa é a fórmula mais geral, e a vantagem dela é que dá pra adaptá-la de acordo com cada tipo diferente de material – basta substituir esse ( mathcal{W} ). Por exemplo, a fórmula-base assume que o fluxo de água só é interrompido completamente quando não existe nenhum espaço vazio no material. Porém, no caso do café, quando o pó fica muito compactado, alguns caminhos internos se desconectam e criam “ruas sem saída”, o que também pode interromper o fluxo.

Os cientistas precisavam, então, “pedir para a equação” levar isso em conta. Substituindo o ( mathcal{W} ) e mexendo um pouco na fórmula, ficou assim:

[
k = frac{2langle R rangle^2 exp[-2alpha langle R rangle]}{9(1 – phi_p)} , phi_p^{4.4}
= frac{2(beta G + R_0)^2 exp[-2alpha (beta G + R_0)]}{9(1 – phi_p)} , phi_p^{4.4}
]

Ok, não é exatamente uma receita de bolo, mas ela é feita de um jeito que facilita a vida dos baristas. Isso porque alguns desses símbolos correspondem diretamente a valores que você regularia nas máquinas de espresso.

O ( R ) é, grosso modo, o tamanho que os grãos de café ficam depois de serem moídos, e isso é ajustado diretamente no moedor. Então basta substituir o ( G ) pelo número indicado no disco de regulagem do moedor. (Os pesquisadores usaram de base um modelo da marca Mahlkönig).

Já o ( phi_p ) a porosidade, e o que determina isso é a compactação. Então o barista pode deixar o café mais ou menos poroso a depender da força que ele usa para prensar os grãos dentro do porta-filtro com o tamper. Essa é uma etapa manual, que depende bastante da sensibilidade da pessoa.

Não é uma fórmula que faz muitos favores para os baristas – o cálculo é complicado e algumas notações aí no meio só farão sentido para quem já tem algum entendimento bom de matemática. Por outro lado, ela pode ser muito útil para os fabricantes, ajudando, por exemplo, na criação de máquinas de café automatizadas.