Was im Wasser landet

Zwei Kannen aus derselben Tüte

Zwei Kannen Filterkaffee, dieselbe Tüte, derselbe Wasserkocher, je 500 Gramm Wasser. Für die erste Kanne kommen 30 Gramm grob gemahlenes Pulver in den Filter, das Wasser läuft in zweieinhalb Minuten durch. Sie schmeckt sauer und dünn, und der Geschmack ist sofort wieder weg. Für die zweite kommen 42 Gramm, mittelfein, vier Minuten. Sie ist bitter und schwer, der Mund wird trocken. Die übliche Erklärung am Tresen lautet: Die erste ist unterextrahiert, die zweite überextrahiert. Das klingt nach einem einzigen Regler, der einmal zu weit links und einmal zu weit rechts stand.

Dieser Artikel zeigt, dass jede Tasse zwei Zahlen hat und dass die zweite Kanne gar nicht überextrahiert ist. Beide Zahlen sind klein: Eine gute Tasse Filterkaffee besteht zu etwa 98,7 Prozent aus Wasser. Alles, was du schmeckst, steckt in den restlichen 1,3 Prozent, und in der Frage, wie sie aus dem Pulver ins Wasser gekommen sind. Welches Gerät welche Mahlung braucht, wie man einen Espresso einstellt und wie Milch schäumt, gehört in die nächsten Kurse. Hier geht es um das, was alle Methoden gemeinsam haben: ein Korn Kaffee in heißem Wasser.

Ein Korn

Nimm ein einziges Teilchen aus einer mittelfeinen Filtermahlung. Es ist 0,7 Millimeter groß, etwa so groß wie ein Sandkorn. Die Zeichnung zeigt es im Schnitt und maßstabsgetreu, der Balken links unten ist ein halber Millimeter. Das feine Raster sind seine Zellen, jede etwa 25 Mikrometer breit, also ein Vierzigstel Millimeter. Die Punkte stehen für Stoffe, die sich in Wasser lösen können: grün die Säuren, rot das Koffein, braun alles andere, vor allem die Röststoffe, die der Tasse Farbe, Körper und den größten Teil ihres Geschmacks geben.

Nach zehn Sekunden ist der äußere Ring leer. Das sind die Zellen, die das Mahlwerk aufgeschnitten hat; das Wasser spült sie einfach aus. Dahinter liegen heile Zellen mit Wänden. Was in ihnen steckt, muss von Zelle zu Zelle nach außen wandern. Dieses Wandern heißt Diffusion, und es ist langsam: Die leere Zone frisst sich von außen nach innen, die Mitte ist nach vier Minuten noch fast voll. Die gelösten Punkte sammeln sich im Wasser um das Korn.

Der Balken unter dem Korn zählt mit. Nach vier Minuten hat das Korn 20 Prozent seiner Masse abgegeben. Diese Zahl hat einen Namen: die Extraktionsausbeute oder kurz Ausbeute. Sie sagt, welcher Anteil des Kaffeepulvers im Wasser gelandet ist.

Zieh die Zeit jetzt ganz nach rechts, auf zehn Minuten. Der Balken steht bei 25 Prozent, und auch nach einer Stunde käme er nicht über die Marke bei 30 Prozent. Mehr lässt sich aus geröstetem Kaffee mit heißem Wasser nicht herauslösen; rund 70 Prozent sind Zellwand, im Wesentlichen Zellulose, und die löst sich nie (Cameron et al. 2020). Heißeres Wasser ändert daran nichts, es macht das Wandern nur schneller. Bei gleicher Ausbeute und gleicher Stärke schmeckten Tassen mit 87 und mit 93 °C in einem Blindtest der Universität Davis praktisch gleich (Batali et al. 2020). Die Temperatur ist ein Tempo-Regler, kein eigener Geschmacksregler.

Der Mahlgrad

Die erste Kanne vom Anfang hatte grobes Pulver und nur zweieinhalb Minuten. Warum ist ein grobes Korn langsamer? In der Zeichnung sind zwei Gründe zu sehen, und der Regler darunter verändert beide.

Der erste Grund ist die Schale. Das Mahlwerk schneidet bei jedem Korn nur eine Zellschicht auf, egal wie groß es ist. Bei einem 1,2-Millimeter-Korn sind das 12 Prozent seines Volumens, bei 0,7 Millimetern 20 Prozent, bei einem Espresso-Korn von 0,3 Millimetern schon 42 Prozent. Je feiner, desto mehr ist sofort frei.

Der zweite Grund ist der Weg zur Mitte. Diffusion braucht für den doppelten Weg nicht die doppelte, sondern die vierfache Zeit: Die Zeit wächst mit dem Quadrat der Strecke. Das grobe Korn hat bis zur Mitte etwa 0,57 Millimeter, das mittelfeine etwa ein Drittel Millimeter, also gut die Hälfte davon. Es ist darum ungefähr dreimal so schnell. Bei 0,7 Millimetern triffst du die 20 Prozent nach vier Minuten; mit dem groben Pulver der ersten Kanne kamen nach zweieinhalb Minuten nur 11 Prozent heraus.

Das erklärt, warum die erste Kanne dünn ist. Warum ist sie sauer? Säuren gehören zu den kleinen, gut löslichen Stoffen, sie sind früh draußen. Was später kommt, sind größere, schwerer lösliche Stoffe, und mit ihnen Noten, die als rund und süßlich beschrieben werden und die Säure überdecken. Die Verkostungen der Universität Davis zeigen genau das: Sauer und zitronig werden Tassen mit wenig Ausbeute, und das nimmt ab, je mehr sich löst (Batali et al. 2020; Frost et al. 2020). Die Barista-Faustregel „erst Säure, dann Süße, zuletzt Bitteres" ist trotzdem zu ordentlich. Als die Forscher einen Filterkaffee alle 30 Sekunden in eine neue Kanne laufen ließen, war die erste Portion die saurste und die bitterste, und die späten Portionen schmeckten süßer, obwohl in keiner Portion messbar Zucker war (Batali et al. 2020, zweite Studie). Bitter ist, was konzentriert ist. Dafür braucht es eine zweite Zahl.

Vom Korn in die Kanne

Die Ausbeute beschreibt das Korn, nicht die Tasse. Die zweite Kanne vom Anfang hatte mit mittelfeinem Pulver und vier Minuten eine ganz normale Ausbeute von 20 Prozent und war trotzdem bitter. Die Zunge misst etwas anderes: wie viel Gelöstes in jedem Schluck ist. Das hängt davon ab, auf wie viel Wasser sich die gelösten Gramm verteilen.

Mit 29 Gramm Pulver auf 500 Gramm Wasser landen 442 Gramm in der Kanne: 58 Gramm Wasser bleiben im nassen Kaffeesatz hängen, etwa doppelt so viel, wie das Pulver wiegt. Gelöst sind 20 Prozent von 29 Gramm, also 5,8 Gramm. Geteilt durch 442 Gramm Getränk ergibt das 1,3 Prozent. Diese Zahl heißt Stärke, im Englischen TDS, total dissolved solids. Im Hunderterfeld rechts ist sie gerade ein violettes Kästchen und ein Drittel eines zweiten. Ein Refraktometer misst sie in einem Tropfen, über die Lichtbrechung.

Das Verhältnis von Pulver zu Wasser heißt Brühverhältnis und wird als 1 : x geschrieben, hier 1 : 17,2. Der „Golden Cup" der Specialty Coffee Association, 55 Gramm pro Liter, ist etwa 1 : 18; übliche Filterrezepte liegen zwischen 1 : 15 und 1 : 17. Die zweite Kanne vom Anfang war 1 : 12. Alles zusammen passt in eine Zeile:

Stärke = Ausbeute × Kaffee ÷ Getränk

Damit gibt es zwei Regler. Das Brühverhältnis stellt die Stärke. Mahlgrad und Zeit stellen die Ausbeute.

Die Karte

Zwei Zahlen passen auf zwei Achsen. Genau das hat Ernest Lockhart 1957 am Coffee Brewing Institute in New York getan: die Ausbeute nach rechts, die Stärke nach oben. Jede Kanne ist dann ein Punkt. Die gestrichelte Linie sind alle Kannen, die man mit derselben Menge Kaffee und Wasser brühen kann. Auf ihr wandert der Punkt, wenn sich nur die Ausbeute ändert.

Tasse 1 liegt links unten: 11 Prozent Ausbeute, 0,78 Prozent Stärke. Mahl feiner und lass sie vier Minuten ziehen, und der Punkt rutscht auf seiner Linie nach rechts oben, bis 20 Prozent und 1,36 Prozent. Tasse 2 liegt senkrecht über der Mitte: 20 Prozent Ausbeute, 2,0 Prozent Stärke. Ein anderer Mahlgrad schiebt sie nur zur Seite. Erst weniger Kaffee kippt die Linie und holt den Punkt herunter; bei 29 Gramm liegt er mitten im Feld.

Sobald du den Punkt bewegt hast, erscheint das grüne Kästchen. Das ist Lockharts „ideales" Feld: 1,15 bis 1,35 Prozent Stärke, 18 bis 22 Prozent Ausbeute. Darum stehen die Wörter, mit denen Verkoster die Ränder beschreiben. Sie kommen aus neuen Blindtests der Universität Davis mit einem geschulten Panel (Batali et al. 2020). Bitter, herb und „gummiartig" stiegen dort allein mit der Stärke. Sauer und zitronig war es bei hoher Stärke und wenig Ausbeute. Nach Schwarztee schmeckte es bei niedriger Stärke und viel Ausbeute. Bitter heißt also zuerst: Verhältnis prüfen.

Das Kästchen ist dabei nicht die eine richtige Tasse. Als dieselbe Gruppe 118 Leute 27 Kannen probieren ließ, zerfielen sie in zwei Lager: Die einen mochten kräftige, säuerliche Tassen, die anderen feine, leichte. Getrennt waren sie vor allem durch die Stärke (Cotter et al. 2021). Die neue Brühkarte von 2023 zeichnet darum keine Zielscheibe mehr, sondern eine Landkarte der Geschmäcker (Guinard et al. 2023).

Die Röstung

Die Karte hat stillschweigend angenommen, dass beide Kannen aus derselben Tüte kommen. Eine andere Tüte ist ein anderes Korn, weil der Röstgrad verändert, was in den Zellen steckt, bevor das Korn Wasser sieht.

Die grünen Punkte schwinden. Sie stehen für die Chlorogensäuren, die wichtigsten Säuren der Kaffeebohne: Roher Arabica enthält etwa 7 Prozent davon. Nach einer hellen Röstung ist noch ungefähr die Hälfte übrig, nach einer sehr dunklen fast nichts mehr (Moon et al. 2009). Darum schmeckt eine helle Röstung heller und saurer, eine dunkle weniger sauer und dafür bitterer, denn aus den zerfallenen Säuren und dem Zucker entstehen beim Rösten neue, braune Bitterstoffe.

Die roten Punkte bleiben. Koffein übersteht das Rösten fast unverändert (Ludwig et al. 2014). Eine dunkle Röstung ist also nicht „stärker" im Sinne von mehr Koffein; sie ist bitterer. Was sich noch ändert, ist das Gewicht: Die Bohne verliert beim Rösten 12 bis 20 Prozent ihrer Masse, vor allem Wasser, und bläht sich dabei auf. Ein Löffel dunkle Bohnen wiegt darum weniger als ein Löffel helle, und die Kanne wird dünner, obwohl „gleich viel" drin war. Ein Brühverhältnis ist erst in Gramm ein Verhältnis.

Eine Vereinfachung steckt in dieser Zeichnung: Das Modell lässt das Korn gleich schnell auslaugen, egal wie dunkel es ist. In Wahrheit wird eine Bohne mit jeder Röststufe poröser (Lindsey et al. 2024), was das Lösen wieder beschleunigt. Den Geschmack verschiebt die Röstung trotzdem vor allem über das, was in den Zellen liegt, nicht über das Tempo.

Das Wasser

Dieselben Bohnen, dasselbe Rezept, dieselbe Waage, aber im Urlaub schmeckt der sonst fruchtige Kaffee flach und stumpf. Der Grund ist die Zutat, die 98,7 Prozent der Tasse ausmacht. Leitungswasser ist nie nur Wasser. Es bringt Calcium und Magnesium mit, die beim Lösen helfen, weil sie sich an Geschmacksstoffe des Kaffees binden (Hendon et al. 2014), und es bringt Hydrogencarbonat mit, HCO₃⁻, das Säure abfängt.

Eine heiß gebrühte Tasse enthält rund 9 Millimol Säure pro Liter, gemessen als die Menge Lauge, die sie bis pH 6 braucht (Rao und Fuller 2018); an diesem Wert hängt, wie sauer sie schmeckt. Jedes Hydrogencarbonat-Ion nimmt einer Säure ihr Proton ab und zerfällt dabei zu Wasser und CO₂, das ausgast. Die Specialty Coffee Association empfiehlt Brühwasser mit etwa 49 Milligramm Hydrogencarbonat pro Liter, das sind 0,8 Millimol: Es fängt 9 Prozent der Säure ab. Münchner Leitungswasser hat 150 bis 250 Milligramm, in der Mitte 200 Milligramm oder 3,3 Millimol pro Liter, und nimmt der Tasse gut ein Drittel ihrer Säure.

Dasselbe Wasser ist mit 15,8 Grad deutscher Härte „hart"; das sind rund 280 Milligramm Kalk pro Liter, ein Vielfaches der 68 Milligramm, die der SCA-Standard nennt, und es verkalkt jede Maschine. Destilliertes Wasser ist trotzdem keine Lösung: Ohne Calcium und Magnesium wird die Tasse dünn und leer, darum hat der Standard auch eine Untergrenze. Die Antwort in München ist ein Kalkfilter, der das Hydrogencarbonat senkt und etwas Härte übrig lässt.

Koffein und Verkosten

Das Letzte, was im Wasser landet, ist kein Geschmack. Koffein steht nicht auf der Karte: Eine saure, dünne Tasse aus 30 Gramm Kaffee ist nicht unbedingt koffeinarm, und ein kleiner Espresso ist es auch nicht. In Café-Espressi wurden zwischen 48 und 317 Milligramm Koffein gemessen (Ludwig et al. 2014). Wie viel davon für dich zu viel ist, hängt an deinem Körper.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat 2015 für Kinder und Jugendliche 3 Milligramm Koffein pro Kilogramm Körpergewicht als unbedenklich eingestuft, und zwar auf einmal und für den ganzen Tag. Bei 50 Kilogramm sind das 150 Milligramm: ein Filterkaffee und ein Schwarztee passen hinein, eine Cola dazu nicht mehr. Die 400 Milligramm am Tag, die man oft hört, gelten für gesunde Erwachsene, und auch für sie höchstens 200 auf einmal. Nach etwa vier Stunden ist erst die Hälfte des Koffeins abgebaut, je nach Mensch nach zwei bis acht.

Darum wird in diesem Kurs auf entkoffeiniertem Kaffee geübt. Der ist nicht koffeinfrei, ein entkoffeinierter Espresso hat noch 3 bis 16 Milligramm (McCusker et al. 2006), aber er lässt Platz im Budget. Koffeinhaltigen Kaffee probierst du in kleinen Schlucken und spuckst aus, nie am Abend, und wer nicht mitmachen will, steigt ohne Begründung aus.

Die Wörter beim Verkosten sind die Achsen der Karte. Sauer, salzig, kurz heißt: zu wenig gelöst, also feiner mahlen oder länger brühen. Schwer und bitter heißt: zu stark, also mehr Wasser pro Gramm. Herb, trocken und hohl wie zu lange gezogener Tee heißt: zu viel gelöst, also gröber oder kürzer. Wässrig heißt: zu schwach. Probieren, die Achse benennen, eine einzige Größe ändern, wieder probieren.

Was das Modell weglässt

Die zwei Kannen vom Anfang waren zwei Punkte auf derselben Karte. Die saure brauchte einen anderen Mahlgrad, die bittere weniger Kaffee. Ein einziger Regler von „unter" nach „über" hätte die bittere Kanne gröber mahlen lassen und sie damit sauer und trotzdem schwer gemacht.

Das Korn in diesem Artikel ist eine Kugel aus gleich großen Zellen, und jede Mahlung besteht nur aus solchen Kugeln. Echte Mühlen machen zwei Sorten Teilchen: große Brocken und winzigen Staub unter 0,1 Millimeter, der in wenigen Sekunden ausgelaugt ist (Cameron et al. 2020). Die Geschwindigkeit, mit der Stoffe durch die Zellwände wandern, ist die eine Zahl in diesem Modell, die nicht gemessen, sondern angepasst ist: so, dass ein 0,7-Millimeter-Korn in vier Minuten 20 Prozent abgibt. Das Wasser um das Korn gilt als frisch, und es fließt überall gleich. In einem echten Espressokuchen tut es das nicht: Dort fanden Cameron und Kollegen, dass noch feineres Mahlen die Ausbeute senken kann, weil das Wasser sich Kanäle sucht und Teile des Pulvers gar nicht erreicht. Die Wörter auf der Karte schließlich sind Mittelwerte eines Panels, und Menschen mögen verschiedene Ecken.

Zum Weiterlesen: Lockharts Heft The Soluble Solids in Beverage Coffee as an Index to Cup Quality (1957); die Studien von Batali, Frost, Cotter und Guinard an der UC Davis (2020–2023) in Scientific Reports und im Journal of Food Science; die Modelle von Moroney (2015) und Cameron (2020), letzteres in Matter; Hendon und die Colonna-Dashwoods über Wasser (2014); das Koffein-Gutachten der EFSA (2015). Der nächste Kurs, Filterkaffee, legt Handfilter, Stempelkanne und AeroPress auf dieselbe Karte.