Die Verborgene Welt des Espressos

Der Duft nach frisch gebrühtem Espresso gehört für viele Menschen zum perfekten Start in den Tag. Dabei ist Kaffee wissenschaftlich komplexer, als man zunächst vermuten würde. Forschende können heute bereits mithilfe der Spektroskopie die chemische Zusammensetzung von Sternen, die Milliarden Lichtjahre entfernt sind, bestimmen. Im Vergleich dazu ist die molekulare Zusammensetzung der über 800 flüchtigen Verbindungen im Röstkaffee jedoch noch immer Gegenstand intensiver Forschung. Ein besseres Verständnis dieser komplexen chemischen und physikalischen Strukturen ist daher ein zentrales Ziel der aktuellen Kaffeeforschung.

Hinter der dunklen Flüssigkeit verbirgt sich weit mehr als nur ein koffeinhaltiges Getränk. Forschende der Universität Freiburg zeigen, dass Espresso ein komplexes System aus mikroskopischen Strukturen ist: eine dynamische Mischung aus Öltröpfchen, Gasbläschen und kolloidalen Netzwerken, die Aroma, Geschmack und Mundgefühl entscheidend prägt.

Die Studie, die in enger Zusammenarbeit zwischen der Forschungsgruppe von Prof. Stefan Salentinig am Departement für Chemie der Universität Freiburg und dem Team von Prof. Chahan Yeretzian am Coffee Excellence Center der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) entstanden ist, steht beispielhaft für dieses neue Forschungsfeld. Die Kooperation verbindet Grundlagenforschung in der Kolloid- und Materialwissenschaft mit angewandter Kaffeeforschung und zeigt, wie interdisziplinäre Zusammenarbeit neue Perspektiven auf alltägliche Produkte eröffnet.

Kaffee gehört zu den meistkonsumierten Getränken der Welt. Dennoch wissen wir erstaunlich wenig darüber, welche mikroskopischen und kolloidalen Strukturen während der Extraktion aus gerösteten und gemahlenen Bohnen entstehen und wie sie im fertigen Getränk organisiert sind. Während die Chemie der Aromastoffe intensiv untersucht wurde, blieb die physikalische Struktur des Espressos und seiner nicht-flüchtigen Bestandteile lange weitgehend unerforscht.

Um diese verborgene Welt sichtbar zu machen, setzte das Forschungsteam moderne Methoden wie Kleinwinkel-Röntgen- und Lichtstreuung, konfokale Lasermikroskopie sowie Kryo-Elektronenmikroskopie ein. Mit diesen Techniken lassen sich Strukturen untersuchen, die millionenfach kleiner als ein Millimeter sind.

Die Analysen zeigen: Espresso ist eine hochkomplexe, strukturierte Flüssigkeit. Winzige Öltröpfchen transportieren viele aromatische Moleküle und sind von einer Hülle aus Proteinen und sogenannten Melanoidinen umgeben. Die Makromoleküle, die während der Röstung bei etwa 220 °C entstehen stabilisieren die Öltröpfchen im Getränk. Gleichzeitig lösen sich aus der Kaffeebohne Polysaccharide, die starre Strukturen bilden. Zusammen erzeugen diese Bestandteile ein dynamisches kolloidales Gefüge, das Konsistenz, Mundgefühl und die Freisetzung von Aromastoffen beeinflusst.

Besonders interessant ist, dass sich diese Strukturen während der Zubereitung verändern. Die ersten etwa 10 Milliliter eines Espressos enthalten besonders viele Öltröpfchen und polymere Strukturen. Dadurch ist diese Fraktion dichter und viskoser – genau das, was Kaffeeliebhaber als den «Körper» eines Espressos wahrnehmen. Kurze Espressi mit weniger als 25 ml wirken intensiver und cremiger als länger extrahierte. Der Grund dafür ist, dass die strukturgebenden Bestandteile vor allem zu Beginn des Brühvorgangs freigesetzt werden.

Espresso dient als Modell für viele komplexe Lebensmittel, die ebenfalls aus Öltröpfchen, Partikeln, Schäumen und Polymerstrukturen bestehen. Ein vertiefendes Verständnis solcher Struktur-Funktions-Zusammenhänge kann helfen, Textur, Stabilität und Aromafreisetzung gezielt zu steuern. Zugleich verdeutlicht die Studie, wie vielschichtig und faszinierend die Wissenschaft hinter alltäglichen Dingen sein kann.