超音波を使ってエスプレッソを抽出すると一体どんな効果があるのか？

高周波の超音波を使ってエスプレッソを抽出する手法を、ニュー・サウス・ウェールズ大学の上級講師であるフランシスコ・トルヒーリョ氏の率いる研究チームが開発しました。従来のエスプレッソマシンと比べ、同じ飲料濃度での消費エネルギーを約75％削減できる可能性が示されています。

Ultrasound enables espresso-strength coffee brewing in 2–3 minutes at low temperature with lower energy consumption - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0260877426002311

I used sound waves to make espresso. It could cut coffee-brewing energy use by 75%
https://theconversation.com/i-used-sound-waves-to-make-espresso-it-could-cut-coffee-brewing-energy-use-by-75-284929

トルヒーリョ氏はコーヒーやエスプレッソの抽出に関する研究を行っており、2024年には超音波を使って水出しコーヒーの抽出時間をわずか3分に短縮する技術を発表しています。

「超音波」で水出しコーヒーの抽出時間を24時間から3分に短縮する技術が登場 - GIGAZINE

今回、トルヒーリョ氏ら研究チームは水出しコーヒーのような冷たい水ではなく、20℃～30℃の水でエスプレッソの抽出時間を短縮することを試みました。エスプレッソは細かく挽いたコーヒー粉に、沸騰した水を加圧した状態で加えることで、通常のコーヒーよりも圧倒的に濃くなることが特徴です。


まず、研究チームは以下の装置を開発しました。エスプレッソマシンでコーヒー粉を詰めるコーヒーバスケットの側面に超音波を伝える「Ultrasonic Horn(超音波ホーン)」を取り付け、超音波によって水中に生まれた微小な気泡を崩壊させ、コーヒー粉の表面から香味成分やカフェインなどの抽出を促進するという仕組みです。

以下の図はシミュレーションの結果で、コーヒーバスケットの壁の振動変位を示しています。下部にあるホーンが接触する一点だけでなく、バスケット全体が振動しており、これによって超音波エネルギーが複数の場所からコーヒー粉へ伝わる構造になります。

実験では約22℃の水を使い、細かく挽いたコーヒー粉に100Wの超音波が3分間照射されました。その結果、総溶解固形分は最大9.86％に達し、一般的なエスプレッソの目安とされる8〜12％の範囲に入ったとのこと。抽出率も、超音波を使わない条件では十分に高まらなかった一方、超音波を使った細挽き条件では18.03％となりました。この値は、バランスのよい抽出の目安とされる18〜22％の範囲に到達しています。

実験でバスケットの下敷きに使われたアルミホイルの画像。Hで赤い点線に囲われている部分は、超音波を100Wで3分間照射した後のアルミホイルに見られた局所的な損傷です。研究チームは「バスケットの縁に近い部分で表面が荒れたり薄くなったりしているのは、バスケット内に発生した気泡が急速に崩壊したことを示している」と述べています。

超音波を使って抽出したエスプレッソは従来のものと比べても、カフェイン濃度・クロロゲン酸濃度・pH・色調には大きな差が確認されませんでした。また、香り成分の全体的な構成にも統計上の有意な差は見られず、低温抽出でも一定の品質を保てることがわかりました。

そして味を評価する官能評価は、週1回以上コーヒーを飲む100人が参加しました。超音波で抽出したエスプレッソと通常のエスプレッソを室温にそろえて提供したところ、香り・風味・苦味・総合的な好ましさにおいて、従来品と超音波抽出品の間で評価に有意な差はありませんでした。消費エネルギーの測定では、同じ飲料濃度にそろえた場合、超音波抽出システムの使用電力は従来のエスプレッソマシンの24.3％にとどまり、約75％少なかったことがわかりました。

また、フィルターコーヒーでは、超音波抽出品の方が従来のハンドドリップ品より好まれる結果となりました。研究チームは、超音波による抽出方法を使うことで、濃縮した低温コーヒーをボトル飲料やミルク入り飲料、コールドコーヒーの原料として使うことが可能になり、製造工程の省エネルギー化にもつながると主張しています。