Proč se vám spíš vyleje káva bez pěny, než káva s pěnou?

„Nic vás neprobudí po ránu tak, jako čerstvě uvařená káva, kterou vylijete na klávesnici počítače,“ říká jedno ověřené přísloví. Káva s pěnou se nevyleje. Jak vytvořit optimální pěnu do kávy? (délka blogu 6 min.)

Káva se stejně jako většina ostatních tekutin musí nosit opatrně. Jeden prudký pohyb – a zaručeně se vyleje do podšálku nebo přímo šaty. Jistě jste si už všimli, že se to nestane, když dáte do kávy trochu napěněného mléka. Zato latte macchiato, které se vyznačuje silnou vrstvou mléčné pěny, se snad ani vylít nedá, rozhodně ne jednoduše. Stejně špatně se dá vypít, proto se často servíruje s brčkem nebo lžičkou. Brčkem se dostanete ke kávě, lžičkou odstraníte pěnu.

Zdá se, že pěna nápoj chrání před vylitím. Mechanismus „nevylité kávy“ funguje totiž i u ostatních tekutin. Na vině je samozřejmě – jak jinak - fyzika.

Povrch tekutiny v hrnku se při uvedení hrnku po pohybu také rozpohybuje. Protože není tekutina s hrnkem pevně spojená, začíná mít pohyb povrchu tekutiny vlastní charakter – začíná oscilovat nebo se v ní tvoří vlny. Přitom stačí i slabá vrstva pěny na to, aby se tento jev potlačil. Jen pět vrstev bublinek na povrchu se postará o snížení vln na desetinu jejich výšky, zjistili vědci, kteří jev zkoumali v laboratoři. Největší vliv a nejlepší ochranu přitom poskytují bublinky, které jsou pevně spojené s okrajem nádoby. Jejich kolegyně uprostřed hrnku vliv na vylévání kávy prakticky nemají.

Pokud tedy ráno svou kávu do klávesnice počítače vylít nechcete, zabráníte tomu nejlépe malou vrstvou pěny na jejím povrchu. Přitom neplatí známé pravidlo „čím víc, tím líp“. Vyšší vrstva pěny neochrání vaši klávesnici lépe než určité minimální množství.

Pěna z mléka

Každý milovník kávy s pěnou je zná. Úvahy o tom, jaký typ mléka je nejvhodnější, jaká teplota a který přístroj zaručí nejlepší výsledek. I tady může pomoci fyzika.

Pěna se dá fyzikálně vyjádřit jako souhrn malých bublinek plynu, které jsou obklopeny tenkou vrstvou tekutiny. Na výborné a dlouho pevné pěně se podílejí povrchově aktivní molekuly mléka, které musí mít optimální viskozitu a teplotu.

Bublinky se dostávají do tekutin dvěma různými způsoby. Jedním z nich je zavedení plynu do tekutiny pod vyšším tlakem. Druhý způsob je mechanický. Docílí se intenzivním promícháváním. Tvorbě bublinek musí navíc napomoci složení tekutiny. Pokud obsahuje povrchově aktivní látky (tzv. tenzidy a emulgátory), nestojí tvorbě pěny nic v cestě.

Tenzid je povrchově aktivní látka, která snižuje povrchovou či mezifázovou energii, a proto se samovolně koncentruje ve fázovém rozhraní – například na rozhraní tekutiny a plynu. Synteticky připravené tenzidy se také nazývají saponáty. Emulgátor nebo emulgační činidlo je organická látka, která zmenšuje povrchové napětí (je schopna absorpce a tvorby filmu) na rozhraní mezi dvěma nemísitelnými kapalinami, čímž umožňuje homogenní promísení emulze těchto dvou kapalin.

„Chemie“ v mléce

Tenzidy a emulgátory jsou látky, které mají speciální strukturu. Skládají se ze dvou částí – jedna z nich je hydrofobní a druhá hydrofilní. Znamená to, že jedna část se ráda otáčí směrem k vodnímu roztoku, zatímco druhá radši směřuje k plynu v bublince. Tyto molekuly se rozmístí na hranici mezi bublinkou a roztokem a tím ji stabilizují.

Ani tenzidy a stabilizátory ale nejsou všemocné. Jejich účinek snižuje jedna ze základních vesmírných sil, gravitace. Ta nutí tekutinu mezi bublinkami stékat směrem k zemi. Vrstva mléka mezi bublinkami se ztenčuje a s ní i vliv stabilizujících molekul. Pěna na mléce se tedy postupně ztrácí. Jak rychle se ztrácí, určuje viskozita mléka.

Viskozita je veličina charakterizující tření mezi částicemi roztoku. Větší viskozita znamená větší brzdění pohybu kapaliny samotné nebo těles, které se v ní pohybují.

Vzhledem k tomu, že je mléko přírodní produkt s poměrně komplikovanou vnitřní strukturou, liší se často svou kvalitou. Nedá se proto popsat jednotnou matematickou funkcí. Mléko, které se dostane až na náš stůl, navíc předtím prošlo různými procesy jako například pasterizací. Z tohoto důvodu se dá jen zhruba odhadnout, jak se bude chovat, když z něj budeme vytvářet pěnu. O úspěchu a neúspěchu rozhodují kromě těch výše zmíněných také takové efekty, jako vzájemný poměr proteinů a tuků, pH mléka a jeho teplota.

Jak vytvoříte co nejlepší pěnu?

Největší vliv na kvalitu pěny mají následující tři faktory.

Pasterizace, která snižuje počet choroboplodných zárodků, částečně narušuje strukturu proteinů v mléce. Zbytky narušených proteinů vykazují hydrofobní (vodu odpuzující) vlastnosti, podobné, jako mají výše zmiňované tenzidy. Pomáhají tedy vytvářet stabilnější pěnu. Pokud se ale mléko zahřeje na více než 90 °C, tato vlastnost se naopak zase oslabuje. Převařené mléko tedy vytváří méně stabilní pěnu než mléko čerstvé a pasterizované. Totéž platí pro trvanlivé mléko, které se běžně prodává v supermarketech. I to se totiž zahřívá na vyšší teploty.

Na zpevňování a stabilizaci pěny se podílí také tuky, které jsou obsaženy v mléce. Při laboratorních testech se zjistilo, že se malé tukové kapičky z mléka rády ukládají mezi jednotlivé bublinky vzduchu a tvoří mezi nimi dokonce jakési „můstky“. Pro výrobu pevnější pěny se mléko s větším podílem tuku hodí lépe než mléko odtučněné. Tučná pěna se udrží delší dobu a je jemnější, protože bublinky vzduchu v ní zůstávají malé a neslévají se do větších.

Čím čerstvější mléko použijete, tím lepší pěna se vytvoří, prokázaly experimenty. 16 týdnů staré a odtučněné mléko se například nenapění vůbec. Mléko by také nemělo být zkažené. Už i malé změny, které možná ještě na mléce nejsou vidět, pěnu zničí. Je sice pak velice pevná, ztrácí ale svůj krémovitý charakter. Napěněním mléka se totiž jeho už narušené proteiny denaturovaly, pěna se podobá spíše lepidlu a hrudkovatí. Kávu zaručeně znehodnotí.

Zdroje: http://dx.doi.org/10.1063/1.4907048, http://macau.uni-kiel.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dissertation_derivate_00001305/d1305.pdf;