Количество кофеина в одной кофейной капсуле Starbucks (думаю, это большой секрет)

Не то чтобы это был неинтересный вопрос, но его главная проблема (а их несколько) заключается в том, что он требует конкретики в отношении общего, а не конкретики о чём-то конкретном. Это приводит к логической ошибке.

Да, фирменная смесь Starbucks® всегда готовится так, как в отрасли называют самотечной подачей или завариванием с самотечной подачей, как вы и предполагаете. Кроме того, как вы и предполагаете, можно ожидать, что содержание или уровень кофеина в одной порции будет средним. К сожалению, вы не уточняете, что подразумевается под размером порции, скажем, в унциях. Это проблема для вашего вопроса, потому что *смесь* в кофейном бизнесе неизменно означает, что используются два или более разных вида зёрен (например, оригинальный мокко). У каждого вида зёрен свои свойства, в том числе содержание кофеина. Из-за этого невозможно ответить на вопрос для каждого вида зёрен, тем более что Starbucks® держит в секрете, сколько разных видов зёрен входит в их фирменную смесь и, что ещё важнее, в каких пропорциях. Этого просто невозможно сказать.

Лабораторные исследования можно было бы провести (и, скорее всего, они уже проводились) на порциях (определённого размера) фирменного купажа Starbucks®, что позволило бы, конечно же, определить среднее содержание кофеина в одной порции. Зная вес в граммах молотого кофе, используемого (в среднем) для приготовления каждой такой порции, можно легко вычислить, сколько кофеина содержится в одной кофейной зёрне, потому что вес зёрен не отличается от веса молотого кофе, и потому что, как вы отметили, можно предположить среднее количество зёрен на объём молотого кофе (даже с большей точностью, чем вы указали). Нужно просто интерпретировать результаты вышеупомянутыми способами, то есть нельзя ожидать, что ни один один боб даст именно такие результаты, как если бы в каждой семье в среднем было 2,5 ребёнка.

В вашем вопросе, который, несмотря на довольно схематичное изложение математических выкладок, представляет интерес, кроется вопрос о том, какая часть полезных веществ из кофейных зёрен извлекается при обработке только под действием силы тяжести. Мне нравится, что вы считаете это важным, потому что это действительно так. Содержание кофеина в среднем кофейном зерне, выраженное в миллиграммах, может быть определено (и опубликовано соответствующим образом) только на основе химического анализа всего зерна, то есть большого количества зёрен. И поскольку даже самые эффективные системы заваривания (использующие пар и механическое давление в сочетании с очень мелким помолом) не могут извлечь 100 % эфирных масел из зёрен, вряд ли разумно полагать, что кипяток, пролитый на гораздо более крупный помол под действием силы тяжести, может сделать что-то большее, чем просто поцарапать поверхность в этом отношении. Короче говоря, я думаю, что ваши цифры значительно завышают количество кофеина, попадающего в чашку при тех условиях, которые вы описываете. Я бы сказал, что это не половина, а не более 20%.

Чтобы проверить это, рассыпьте использованные кофейные зёрна и дайте им высохнуть. Затем измельчите их до состояния для эспрессо и приготовьте в домашней кофемашине, чтобы сравнить крепость напитка с обычным эспрессо. Только обязательно используйте стандартную смесь, которая звучит ужасно, в качестве контроля, а не настоящую смесь/обжарку для эспрессо. Кроме того, если мои расчёты верны, из всей партии использованного молотого кофе должно получиться около 3 чашек кофе, по размеру и крепости (хотя и не очень хорошего на вкус) не отличающихся от тех, что вы получили при использовании капельной кофеварки, или чуть меньше, если учесть, что часть масел могла испариться (высушиться). Я сказал, что это 20%. Поэтому вы, возможно, спросите, почему я не сказал, что из вашего использованного молотого кофе должно получиться 4 чашки кофе, ведь 4 из 5 — это 80%. Ответ основан на том факте, что мы не можем рассчитывать на 100 % по причинам, указанным выше. Если, например, лучшая система может извлечь только 90 % эфирных масел из измельчённого сырья, то с учётом первоначальных 20 % останется собрать только 70 %. Это чуть больше, чем в 3 раза больше 20 %, то есть в 3 раза больше, чем в исходной чашке. Вычтите количество масел, потерянных при сушке, и этого будет достаточно. (Согласен, это почти педантично, но таков характер вопроса.)

Следующие утверждения представляют собой существенную правку, внесённую с учётом последующих замечаний, высказанных автором исходного вопроса, и никоим образом не направлены на то, чтобы отклониться от сути вопроса, заданного искренне.

Белая книга, в которой в некоторой степени раскрывается эта тема, представлена автором вопроса в разделе комментариев к этому ответу. Её можно найти здесь. Я говорю в некоторой степени, потому что, как и у всех исследований, у неё есть множество серьёзных проблем, и не последняя из них — то, что она слишком обширна. В ней делается попытка охватить слишком много тем в одном документе, что часто затрудняет чтение и интерпретацию. Сначала определяется базовое содержание кофеина в кофе путём отбора двух основных сортов (арабика и робуста), измельчения их в порошок и последующего лабораторного анализа. Затем в рамках исследования предлагается изучить степень/скорость экстракции кофеина из кофейного порошка в двух основных условиях: замачивание или перколяция. После этого предлагается изучить содержание кофеина в трёх местных сортах растворимого кофе, чтобы определить, насколько точно указана информация на упаковке. Как обнаружит любой, кто прочтёт исследование, вкрапление этой последней части в текст сильно затрудняет понимание.

Мы обязательно сосредоточимся на тех частях исследования, которые касаются работы с настоящим кофейным жмыхом (который в исследовании называется зёрнами), то есть с кофейным порошком. Вот краткий обзор двух изученных методов.

Замачивание
В рамках замачивания основное внимание уделяется тому, «как долго» порошок замачивается при температуре 100 °C. Затем в рамках того же исследования проводятся измерения при температуре воды ниже или равной 100 °C, то есть с шагом в десять градусов. Это позволяет провести ряд сравнений. Например,

... при замачивании при температуре 60 °C в течение 15 минут примерно 90 % кофеина
высвобождается из кофейного порошка по сравнению с температурой 90 °C.

Очевидно, что при использовании замачивания для заваривания порошкового кофе 15 минут при температуре воды 60 °C дают тот же результат, что и 15 минут при температуре воды 100 °C. В следующем предложении говорится следующее:

Таким образом, горячая вода (не кипяток) была достаточно эффективной для извлечения
кофеина из кофейного порошка.

Просачивающийся
Исследователи решили использовать только самую горячую воду (100 °C) для определения скорости экстракции кофеина из кофейного порошка при перколяции, но ограничили область исследования только сортами робусты. Они не объясняют, почему установили такое ограничение. Несмотря на то, что содержание кофеина в робусте в среднем выше, чем в арабике, скорость экстракции в зависимости от процентного содержания кофеина, по-видимому, не должна сильно меняться, по крайней мере при соблюдении всех остальных условий.

Следующее, что решили сделать исследователи, — это пять раз приготовить одну и ту же порцию кофе, каждый раз измеряя процентное содержание извлечённого кофеина в общей массе. К сожалению, они не смоделировали условия, максимально приближенные к реальным. Например, в реальных условиях кофе обычно не используется в виде порошка. Кроме того, не используется такое малое количество кофе (всего 5 г, что составляет менее пятой части унции), такое малое количество воды (более 30 мл, что составляет около 2 столовых ложек) или такое большое соотношение кофе и воды (1 г/6 мл) по сравнению с соотношением 1 г/16 мл как в домашних условиях, так и в других местах. Подробности настройки приведены в четвёртом абзаце раздела «Материалы и методы». Однако результаты представлены ниже в виде снимков и заслуживают отдельного обсуждения.

Из первого утверждения следует, что эффективность перколяции (в плане извлечения кофеина) составляет всего 90 % по сравнению с замачиванием в течение 15 минут при температуре 100 °C. Более поздние данные свидетельствуют о том, что это утверждение было ошибочным.

Второе утверждение является совокупным и вскоре будет упомянуто в связи с графиком, который привели авторы.

Третье и четвёртое утверждения работают в связке. В первом утверждении недвусмысленно говорится о том, что при заваривании 5 г кофейного порошка 30 мл кипятка можно извлечь максимум 59 % содержащегося в порошке кофеина. Во втором утверждении этот показатель сравнивается с максимальным значением в 66,0 %, которое можно получить методом настаивания (как определено). Мы отмечаем, насколько хорошо это согласуется с первым утверждением в абзаце, поскольку 0,59 составляет примерно 90 % от 0,66, где последнее число соответствует словам «почти две трети». Но поскольку позже возникают проблемы с этим первым утверждением, его достоверность тоже ставится под сомнение.

Природа пятого утверждения не совсем ясна. Возможно, речь идёт о не совсем убывающей доходности или, другими словами, о том, что дальнейшие попытки перколяции могут, по крайней мере на какое-то время, привести к извлечению небольшого, но не пренебрежимо малого количества кофеина. Или же это может означать, что дальнейшие попытки перколяции не принесут ничего кроме незначительных результатов. Это отсутствие пояснений — один из многих подобных примеров, которые значительно снижают эффективность статьи, начиная с самого первого утверждения в аннотации (которая, будьте уверены, не содержит опечаток).

Стимулирующий эффект кофе в основном зависит от содержания в нём кофеина
.

Шестое и последнее утверждение выходит далеко за рамки наших общих возможностей для изучения. Однако мы можем воспользоваться графиком, который авторы предоставили в поддержку этого отрывка.

Из описания тестов мы знаем, что имеем дело с 5 г кофейного порошка. Из второго утверждения в отрывке, а также из того, что мы видим на этом графике, мы также знаем, что общее процентное содержание кофеина вряд ли превысит 3,5%. После пяти циклов заваривания мы видим, что совокупное содержание кофеина лишь немного превышает «3,15 % от сухого веса», при этом каждый новый цикл заваривания извлекает хотя бы некоторое количество кофеина. Но мы также наблюдаем резкое падение до 0,23 % и 0,16 % соответственно. Если руководствоваться здравым смыслом, становится ясно, что в лучшем случае мы можем ожидать ещё один набор показателей: 0,11 %, 0,08 %, 0,06 % и так далее вплоть до нуля. Итак, опять же, нельзя не обратить внимания на тот факт, что общее количество потребляемого кофеина составляет немногим более 3,5%, так как 3,15 + .11 + .08 + .06 + .04 + .03 + .02 + .01 = 3,5 с консервативной стороны. И поскольку процентное соотношение не зависит от какой-либо другой меры, это обязательно означает, что любая единица робусты содержит около 3,5% кофеина.

К сожалению, авторы не упомянули арабику, хотя фирменная смесь Starbucks® наверняка состоит из арабики. Тем не менее, если внимательно изучить цифры, которые авторы приводят в таблицах 2 и 3 (их обозначения), можно сделать экстраполяцию. В среднем экстракция арабики составляет 58,17 % от экстракции робусты при прочих равных условиях. Если применить это к известному содержанию кофеина в робусте, то мы увидим, что содержание кофеина в арабике составляет ровно 2% (потому что 2 — это примерно 58% от 3,5). Мы не можем сказать, какую робусту или какую арабику использовали авторы в своём исследовании. Так что эти цифры можно использовать с определённой долей уверенности. Но, по крайней мере, они дают представление о том, как всё устроено.

Итак, какой вывод можно сделать? Я вижу несколько моментов, которые заслуживают внимания в контексте исходного вопроса. Во-первых, обычные способы заваривания совершенно не подходят для извлечения всего кофеина из кофе. При использовании метода замачивания, как показано в таблицах 2 и 3, содержание кофеина в робусте никогда не превышает 2,08 % по сравнению с более чем 3,5 %, которые, как известно, содержатся в кофе, или, как позже утверждают авторы, составляют чуть менее двух третей от общего содержания кофеина. (На самом деле это ошибка с их стороны, поскольку 2,08 — это чуть меньше двух третей от 3,15, а не две трети от 3,5, что ясно показывает, что они не учли в своих расчётах оставшиеся, но не незначительные проценты, которые получились бы в результате перколяции № 6, 7, 8 и т. д. Таким образом, извлечение примерно на 66 % на самом деле составляет 59 %, то есть столько же, сколько мы получаем за один цикл перколяции.)

На данный момент и по многим очевидным причинам трудно считать это исследование чем-то меньшим, чем фундаментальной ошибкой. Но даже если мы отнесёмся к некоторым его основным утверждениям как к достоверным, мы всё равно столкнёмся с непреодолимыми трудностями, когда дело дойдёт до применения полученных результатов к рассматриваемому вопросу. Для своего исследования авторы использовали порошок из зёрен робусты и «установили», что при первом проходе высвобождается не более 59 % всего доступного кофеина. (Поскольку они никогда не указывают, какова эта общая сумма и как она измеряется, мы не можем проверить их цифры.) Часть максимум явно указывает на то, что средний или типичный доход несколько ниже, вероятно, ближе к 50%. Если мы предположим, как, по-видимому, подразумевают авторы, что скорость экстракции арабики, которая была у них под рукой, не сильно отличалась от скорости экстракции робусты, которую они использовали [для своего исследования многократной перколяции], и если мы предположим, что смесь арабик в жидком виде будет содержать примерно столько же кофеина, сколько средняя арабика, и, наконец, если мы предположим, что мы проводим перколяцию с использованием арабики в порошок вместо обычного помола и при чрезвычайно высоком соотношении кофе и воды — 1 г на 6 мл — мы, возможно, сможем сказать, что при обычной однократной перколяции можно ожидать извлечения половины доступного кофеина? Проблема в том, что для такого вывода нужно соблюсти множество условий. И это только для кофе в виде порошка. Если использовать стандартный помол, то невозможно предугадать, насколько разными могут быть результаты. Короче говоря, мы не сильно продвинулись по сравнению с тем, что было до этого исследования.

Однако мы можем с достаточной долей уверенности сказать следующее. Чтобы успешно извлечь большую часть эфирных масел из кофе, нужно извлечь и большую часть кофеина. Тесты, которые я проводил (используя кофейную гущу один раз, высушивая её, измельчая до состояния для эспрессо, а затем постепенно обрабатывая), были в значительной степени направлены на то, чтобы воспользоваться этим преимуществом. По мере того как снижается интенсивность результата как с точки зрения цвета, так и с точки зрения вкуса, снижается и процент экстракции. Но опять же, если из этого молотого кофе вы сможете приготовить ещё три чашки кофе, которые по насыщенности и интенсивности вкуса будут равны исходной чашке (смешайте три чашки, чтобы получить среднее значение), то вы подтвердите мои ожидания относительно содержания кофеина в исходной чашке. Френч-пресс не подойдёт, потому что для него требуется ещё более грубый помол, чем обычно используется в условиях, о которых вы спрашиваете, не говоря уже о порошке, который использовался в лабораторных тестах, на которые вы ссылаетесь.

В одном кофейном зерне содержится от 4 до 12 мг кофеина. Примерно половина этого количества экстрагируется при заваривании в стандартной капельной кофеварке.

Вот расчёты: Общеизвестно, что в обычной чашке кофе из Starbucks объёмом 240 мл содержится 180 мг кофеина. Допустим, вы использовали кофемашину, которая вмещает 60 унций воды и имеет корзину стандартного размера, наполненную примерно 600 зёрнами (вы легко получите 600 зёрен, просто измельчив две порции зёрен в кофемолке [если у вас кофемолка стандартного размера, как в Starbucks]). В результате вы получите одну чашку с 7,5 порциями напитка (60 унций / 8 унций = 7,5 чашек).Итак, 180 мг x 7,5 = 1350 мг на банку, а в каждом зернышке было всего! 4 мг кофеина, значит, 600 зёрен x 4 мг = 2400 мг потенциального кофеина в банке, а 2400 мг / 1350 мг = 1,7. Таким образом, извлекается примерно половина кофеина.

Будет над чем поразмыслить в следующий раз, когда будете измельчать кофе для себя, хе-хе-хе!