Káva dokonalosti: Studenti MIT odhalují vědu za perfektní šálkem

Elaine Jutamulia, studentka čtvrtého ročníku, ochutnala kávu s několika kapkami anýzového extraktu. Byl to její druhý pokus.

„Co si o tom myslíš?“ zeptal se Omar Orozco, stojící u laboratorního stolu v MIT Breakerspace, obklopený filtry, konvicemi a dalšími kávovými potřebami.

„Myslím, že když jsem to zkusila poprvé, bylo to pořád dost hořké,“ řekla Jutamulia zamyšleně. „Ale myslím, že teď, když to chvíli louhovalo – odstranilo to část hořkosti.“

Jutamulia a Orozco, student posledního ročníku MIT, byli součástí kurzu 3.000 (Káva: Využití Breakerspace k přípravě perfektní šálku), nového kurzu MIT, který se poprvé konal na jaře roku 2024. Kurz kombinuje přednášky o chemii a vědě o kávě s praktickými experimenty a skupinovými projekty. Jejich projekt zkoumal, jak doplňkové látky, jako je anýz, sůl a chilli olej, ovlivňují extrakci kávy – proces rozpouštění aromatických sloučenin z mleté kávy do vody – k vylepšení chuti a nápravě běžných chyb při přípravě.

Vedle ochutnávky používali infračervený spektrometr k identifikaci chemických sloučenin v jejich vzorcích kávy, které přispívají k chuti. Zjemní anýz hořkou kávu? Mohla by chilli olej vyvážit chuť?

„Obecně řečeno, pokud bychom mohli dát nějaké doporučení, to je to, co se snažíme najít,“ řekl Orozco.

Tříhodinový „objevný kurz“ určený k tomu, aby pomohl studentům prvního ročníku prozkoumat obory studia, byl velmi populární a zapsalo se do něj více než 50 studentů. Jeho úspěch byl poháněn nápojem, na kterém byl založen, a praktickým přístupem kurzu, který studenty vede k tomu, aby si kladli a odpovídali na otázky, které by si jinak nepoložili.

Pro studenty leteckého a kosmického inženýrství Gabi McDonald a McKenzie Dinesen byla káva lákadlem, ale kurz je povzbudil k experimentování a novému způsobu myšlení. „Je snadné přilákat lidi jako jsme my, kteří milují kávu, a říct: ‚Ó můj bože, je tu kurz, kde můžeme půlku času dělat kávu a zkoušet všechny možné druhy věcí?‘“ říká McDonald.

Prokvašování znalostí

Kurz kombinuje týdenní přednášky na témata, jako je chemie kávy, anatomie a složení kávového zrna, účinky pražení a proces přípravy kávy, s ochutnávkami – studenti ochutnávají kávu připravenou z různých zrn, pražení a mletí. V MIT Breakerspace, novém prostoru na kampusu koncipovaném a spravovaném Katedrou materiálových věd a inženýrství (DMSE), studenti používají zařízení, jako je digitální optický mikroskop k prozkoumání částic mleté kávy a rastrovací elektronový mikroskop, který na vzorky střílí paprsky elektronů, aby odhalil průřezy zrn v úchvatných detailech.

Jakmile se studenti naučí obsluhovat přístroje pro řízené úkoly, vytvoří skupiny a navrhnou si vlastní projekty.

„Hnací silou těchto projektů je nějaká otázka týkající se kávy, která vzešla z jedné z přednášek nebo ochutnávek, nebo prostě něco, co vždycky chtěli vědět,“ říká profesor DMSE Jeffrey Grossman, který kurz navrhl a učí ho. „Pak použijí jeden nebo více z těchto přístrojů, aby na ni vrhli světlo.“

Grossman vysvětluje původ kurzu svou počáteční vizí Breakerspace, laboratoře pro analýzu materiálů a společenské místnosti pro studenty MIT. Prostor, otevřený v listopadu 2023, poskytuje studentům praktické zkušenosti s materiálovými vědami a inženýrstvím, interdisciplinárním oborem kombinujícím chemii, fyziku a inženýrství k prozkoumání složení a struktury materiálů.

„Svět je tvořen věcmi a tohle jsou nástroje k tomu, abychom tyto věci pochopili a oživili,“ říká Grossman. Tak si představoval kurz, který by studentům dal „explorativní, inspirativní impulz“.

„Pak otázkou nebyla pedagogika, ale ‚Co je to háček?‘ V materiálových vědách je mnoho směrů, kam se můžete vydat, ale pokud máte jeden, který lidi inspiruje, protože ho znají a možná ho už i mají rádi, pak je to vzrušující.“

Šálek ambicí

Tímto háčkem byla samozřejmě káva, druhý nejvíce konzumovaný nápoj po vodě. Zaujala fantazii studentů a motivovala je k překonávání hranic.

Orozco přinesl do kurzu slušné znalosti o kávě. V roce 2023 učil v Mexiku prostřednictvím programu MISTI Global Teaching Labs, kde navštívil několik kávových farem a získal hlubší znalosti o tomto nápoji. Naučil se například, že černá káva, na rozdíl od obecného amerického názoru, není přirozeně hořká; hořkost vzniká z určitých sloučenin, které se vyvíjejí během procesu pražení.

„Pokud ji správně připravíte se správnými zrny, chutná to vlastně dobře,“ říká Orozco, student humanitních a technických oborů. O rok později, v kurzu 3.000, rozšířil své chápání přípravy dobrého nápoje, zejména prostřednictvím skupinového projektu s Jutamiliou a dalšími studenty na opravu špatné kávy.

Skupina připravila kontrolní vzorek „dokonale připravené“ kávy – na základě chuti, poměru kávy a vody a dalších standardů probíraných v kurzu – vedle kávy nedostačující a přeexponované. Nedostačující káva, připravená s vodou, která není dostatečně horká, nebo louhovaná příliš krátkou dobu, chutná štiplavě nebo kysele. Přeexponovaná káva, louhovaná s příliš velkým množstvím kávy nebo příliš dlouho, chutná hořce.

Tyto vzorky kávy dostaly přísady a byly analyzovány pomocí Fourierovy transformační infračervené (FTIR) spektroskopie, která měří, jak káva absorbuje infračervené světlo, aby identifikovala sloučeniny související s chutí. Jutamulia zkoumala měření FTIR provedená na vzorku s limetkovou šťávou, aby zjistila, jak kyselina citronová ovlivnila její chemický profil.

„Můžeme najít nějakou korelaci mezi tím, co jsme viděli, a existujícími známými měřeními kyseliny citronové?“ ptá se Jutamulia, která studovala výpočetní techniku a kognitivní vědy na MIT a v květnu minulého roku promovala.

Další skupina se ponořila do skladování kávy a zpochybňovala, proč konvenční moudrost radí proti zmrazování.

„Jen jsme se divili, proč tomu tak je,“ říká student elektrotechniky a informatiky Noah Wiley, nadšenec kávy se svým vlastním espressem.

Tým porovnával metody, jako je zmrazování uvařené kávy, zmrazené kávové sedliny a celá zrna mletá po zmrazení, a hodnotil jejich vliv na chuť a chemické složení.

„Pak se podíváme, které z nich chutnají dobře,“ říká Wiley. Tým použil klasifikační list pro recenzi kávy k zaznamenávání vlastností, jako je kyselost, hořkost, sladkost a celková chuť, a výsledky spojil s analýzou FTIR, aby zjistil, jak skladování ovlivnilo chuť.

Wiley připustil, že „dobré“ je subjektivní. „Někdy je tu skupinový konsensus. Myslím, že lidé mají rádi plnější kávu, ne řídkou,“ říká.

Další studentské projekty porovnávaly hladiny kofeinu v různých druzích kávy, analyzovaly vliv mikrovlnné trouby na kávu na její chemické složení a chuť a zkoumaly rozdíly mezi autentickými a padělanými kávovými zrny.

„Dali jsme studentům nějaké práce, aby si je prohlédli, pokud by je to zajímalo,“ říká Justin Lavallee, manažer Breakerspace a spoluučitel kurzu. „Ale většinou jsme jim řekli, aby se zaměřili na něco, o čem se chtějí dozvědět více.“

Kapka za kapkou

Kromě zodpovídání specifických otázek o kávě získali jak studenti, tak učitelé hlubší poznatky o tomto nápoji.

„Káva je složitý materiál. V zrnech jsou tisíce molekul, které se mění, jak je pražíte a extrahujete,“ říká Grossman. „Počet způsobů, jak můžete touto sbírkou molekul manipulovat – je to ohromující, od toho, kde a jak se káva pěstuje, přes to, jak se pak zpracovávají třešně, aby se dostalo ke zrnům, až po to, jak se zrna praží a melou, po způsob přípravy, který používáte.“

Dinesen se o tom přesvědčila na vlastní kůži a zjistila například, že tmavší pražení má méně kofeinu než světlejší pražení, čímž vyvrátila běžný omyl. „Kávu můžete tak snadno měnit – jenom pražením zrna, velikostí mletí,“ říká. „Je tak snadno ovladatelná, pokud to je slovo.“

Kromě toho, že se Dinesen a McDonald dozvěděly o vědě a chemii kávy, získaly nové techniky přípravy kávy, například pomocí přesýpacího kužele. Dvojice dokonce začlenila přípravu a testování kávy do svého studijního režimu a připravovala si kávu při řešení úloh z jiného kurzu.

„Dala jsem si přesýpací kužel do batohu s igelitovým sáčkem plným mleté kávy a šli jsme do studentského centra a vytáhli kužel, filtr a kávové zrna,“ říká McDonald. „A pak jsme si dělali kávu, zatímco jsme dělali úkoly. Zkoušeli jsme i různé množství vody. Byla to zábava.“

Tony Chen, student materiálových věd a inženýrství, uvažoval o názvu kurzu 3.000 – „Využití Breakerspace k přípravě perfektní šálku“ – a zda je možné připravit dokonalou šálek. „Nemyslím si, že existuje jeden dokonalý šálek, protože každý má své vlastní preference. Nemyslím si, že jsem se k tomu svému ještě dostal,“ říká.

Nadšení pro složitost kávy a proces objevování bylo přesně to, co Grossman doufal, že u svých studentů vzbudí. „Nejlepší částí pro mě bylo také jen vidět, jak si rozvíjejí vlastní smysl pro zvědavost,“ říká.

Vzpomněl si na okamžik na začátku kurzu, kdy studenti, po předvedení optického mikroskopu, viděli povrchovou texturu zvětšeného kávového zrna, skvrnité odstíny barev a plástev podobný vzor drobných nepravidelných buněk.

„Říkají si: ‚Počkejte chvilku. Co když přidáme horkou vodu na kávovou sedlinu, zatímco je pod mikroskopem? Viděli bychom extrakci?‘ Takže si vzali horkou vodu a nějaká mletá kávová zrna, a ejhle, vypadalo to jinak. Mohli vidět extrakci přímo tam,“ říká Grossman. „Je to jako by měli nápad inspirovaný učením a jdou si ho vyzkoušet. Viděl jsem, že se to stalo mnohokrát během semestru.“