علوم پایه مقالات

قهوه و فیزیک

coffee - قهوه
نوشته شده توسط سید محمد حسین خلیلی

قهوه یکی از نوشیدنی‌های پرطرفدار جهان است. بعد از نفت، دومین حجم معاملات جهان به قهوه اختصاص دارد. بر اساس گزارش اکونومیست، در ایران به ازای هر ۱ فنجان قهوه، ۹ فنجان چای نوشیده می‌شود. این آمار در سطح جهان، ۱ به ۳ است. گرچه تا قرن هجدهم میلادی، مصرف اصلی قهوهٔ دنیا به «جهان اسلام» مربوط بود، اما بعدها تحولات متعدد در فضای جهان، جغرافیای مصرف چای و قهوه را تغییر داد.
در رابطه با نقش قهوه و چای در پیشبرد علم باید رساله‌ها نگاشته شود. یک فنجان قهوه (چایی) همیشه همدم دانشمندان بوده است. در مورد روش‌های دم کردن و شیمیِ قهوه مطالعات زیادی انجام‌شده است؛ اما چیزی که در این نوشته درباره آن قرار است صحبت کنیم، قهوه‌های فوری است.
قهوه فوری پودری است که می‌توان با بازگرداندن رطوبت، آن را آماده مصرف نمود. در ایران، قهوه فوری را با نام نسکافه (نشانی تجاری برای نوعی قهوه فوری است متعلق به شرکت نستله) می‌شناسند. از مزایای قهوه‌های فوری می‌توان به سرعت آماده‌سازی، وزن و حجم کم جهت حمل‌ونقل در مقایسه با دانه قهوه و عمر مفید طولانی اشاره کرد.
روش کلی تهیه این محصول غذایی به این شرح است؛ پس بو دادن دانه‌های قهوه و آسیاب کردن آن، نوشیدنی قهوه را با روش‌های صنعتی تهیه می‌کنند. بعدازآن با خشک‌کردن مایع قهوه، پودری از آن به دست می‌آید که آن را به عنوان قهوه فوری می‌شناسیم. قهوه فوری را به‌صورت تجاری با یکی از روش‌های خشک‌کردن انجمادی و یا خشک‌کردن پاششی تولید می‌کنند.

خشک‌کردن پاششی
خشک‌کردن به روش پاششی یا اسپری کردن روشی برای تولید پودر از یک مایع است که مایع به سرعت توسط گاز داغ خشک می‌شود. در این روش به کمک یک نازل مایع موردنظر با فشار و سرعت زیاد در یک محفظه اسپری می‌شود و در آنجا با هوای گرم (حدود ۳۰۰ درجه) خشک می‌شود.

خشک‌کردن انجمادی
در این روش بدون استفاده از حرارت، ماده موردنظر را خشک می‌کنند. این روش برای موادی که به گرما حساس هستند و با گرم شدن تغییر حالت می‌دهند، استفاده خواهد شد. این روش در جریان جنگ جهانی دوم به سرعت رشد کرد. در این زمان سرم‌های خونی که توسط آمریکا برای کمک به متفقین ارسال می‌شد در مسیر فاسد می‌شد. آن‌ها از روش خشک‌کردن انجمادی برای رساندن سرم خون به جبهه‌های نبرد استفاده کردند.

Instant-Coffee-Wallpaper-Widescreen

قهوه تهیه شده از روش خشک کردن انجمادی در سمت رات و پودر قهوه‌ی بدست آمده از روش پاششی

برای تهیه پودر قهوه فوری از این روش، بعد از تهیه نوشیدنی قهوه آن ا منجمد می‌کنند و آن را خردکرده و در سینی‌هایی قرار می‌دهند. این سینی‌ها درون یک محفظه خلأ قرار می‌گیرید. با قرارگیری در فشار پایین آب درون قهوه یخ‌زده شروع به تصعید شدن می‌کند. از این طریق بدون اعمال گرما و تغییر طعم و رنگ قهوه آن را خشک می‌کنند.
نمودار فاز؛ یک نمودار در مباحث ترمودینامیکی است که اطلاعات حالت‌های مختلف ماده را در دامنه‌ای از فشار و دما را نشان می‌دهد. در زیر یک نمودار فاز مشاهده می‌کنید.

Phase-diag2.svg

اگر به این نمودار دقت کنید، ناحیه‌ای که ماده به صورت جامد است در سمت راست خط قرمز قرارگرفته و ناحیه‌ای که ماده به صورت بخار وجود دارد در سمت چپ و پایین منحنی قرمزرنگ قرارگرفته است. پس برای تغییر مستقیم فاز از جامد به گاز باید دما و فشار ماده در محدوده‌ای قرار داشته باشد که منحنی قرمزرنگ قرارگرفته است.
دستگاه‌های خلأ زیرساخت بسیار مهمی در صنعت و پژوهش هستند. دسترسی به پمپ‌های خلاء بسیار بالا برای انجام بسیاری از آزمایش‌های حساس ضروری است. دسترسی به تجهیزات خلأ بسیار بالا به دلیل کاربرد دوگانه این دستگاه‌ها چند سالی است محدودشده است. تکنیک خلأ کاربردهای بسیاری دارد، از کاربرد در صنایع بسته‌بندی و غذایی؛ صنایع فولاد تا کاربردهای آزمایشگاهی؛ امید است با توجه و سرمایه‌گذاری در این حوزه بتوانیم به خودکفایی برسیم.

درباره نویسنده

سید محمد حسین خلیلی