TDS und Extraktionsausbeute: die zwei Zahlen einer Tasse lesen

Was bedeutet ein TDS-Wert von 1,25 Prozent in der Tasse?

Er bedeutet, dass 100 Gramm Getränk 1,25 Gramm gelöste Substanz enthalten, also Zucker, Säuren, emulgierte Lipide, Koffein und Aromastoffe, dazu 98,75 Gramm Wasser. Der Nenner ist die Masse des Getränks, niemals die des Kaffeemehls. Genau das macht den TDS zu einer Konzentration und nicht zu einer Ausbeute.

Über die Qualität der Extraktion sagt dieser Wert nichts. Er sagt, wie dicht das Getränk ist. Espresso liegt zwischen 8 und 12 Prozent, Filterkaffee bei etwa 1,2 Prozent, ein Cold-Brew-Konzentrat über 2 Prozent. Diese Abstände bilden keine Rangfolge ab, sondern unterschiedliche Verhältnisse von Kaffee zu Wasser. Zwei Getränke mit identischem TDS können sehr verschieden extrahiert worden sein, und zwei identische Extraktionen ergeben je nach Wassermenge sehr verschiedene TDS-Werte.

Daraus folgt die erste Leseregel: Ein TDS-Wert allein lässt sich nicht deuten. Brauchbar wird er erst zusammen mit den beiden Massen, der des Kaffeemehls und der des Getränks, aus denen sich die Ausbeute ergibt.

Wie viel vom gemahlenen Kaffee landet wirklich in der Tasse?

Im Referenzfenster zwischen 18 und 22 Prozent, und niemals 100 Prozent. Eine Ausbeute von 20 Prozent bedeutet, dass aus 20 Gramm gemahlenem Kaffee 4 Gramm lösliche Substanz in die Flüssigkeit übergegangen sind; die verbleibenden 16 Gramm bleiben als Zellulose, Proteine und Fasern im Kaffeebett zurück.

Die Obergrenze ist keine Frage der Technik, sondern der Zusammensetzung: Rund 30 Prozent der Masse eines gerösteten Kaffees sind wasserlöslich. Eine Ausbeute von 100 Prozent hat also keinen physikalischen Sinn, und selbst 30 Prozent hieße, bis zu den letzten Fraktionen zu lösen, die erst am Ende einer Extraktion austreten und die niemand in der Tasse haben möchte. Das Fenster von 18 bis 22 Prozent beschreibt den Bereich, in dem die gesuchten Fraktionen heraus sind, ohne dass die letzten folgen.

Hier ist der Nenner die Masse des trockenen Kaffeemehls. Das trennt die Ausbeute vollständig vom TDS. Die Formulierung "18 bis 22 Prozent TDS" ist ein Fehler: Das Fenster von 18 bis 22 Prozent gehört zur Ausbeute, und ein Filterkaffee mit 18 Prozent TDS wäre fünfzehnmal konzentrierter als ein normaler Filterkaffee und fast doppelt so konzentriert wie ein Espresso.

Wie berechnen Sie die Ausbeute aus einem TDS-Wert?

Mit einer Multiplikation und einer Division:

Ausbeute (%) = TDS (%) × Getränkemasse (g) / Kaffeemasse (g)

Ein Faktor 100 kommt darin nicht vor. Er erscheint nur, wenn der TDS als Dezimalzahl eingesetzt wird, also 0,0130 statt 1,30; dann und nur dann muss das Ergebnis mit 100 multipliziert werden. Beide Schreibweisen sind im Umlauf, und aus ihrer Vermischung stammen die Ausbeuten von 0,2 Prozent oder 2080 Prozent, die man gelegentlich liest. Ein plausibler Wert liegt zwischen 15 und 25 Prozent.

Ein durchgerechnetes Beispiel: 20 Gramm Kaffeemehl, 320 Gramm gewogenes Getränk, gemessener TDS von 1,30 Prozent. Die Rechnung lautet 1,30 mal 320 geteilt durch 20 und ergibt 20,8 Prozent. Das Getränk wird gewogen und nicht aus dem Volumen abgeleitet. Die Näherung einer Dichte von 1 bleibt beim Filterkaffee vertretbar, wo die gelösten Stoffe wenig mehr als ein Prozent der Masse ausmachen, beim Espresso trägt sie nicht mehr, weil dort zusätzlich die Crema das Volumen unlesbar macht.

Was zeigt das Brewing Control Chart der SCA?

Es trägt die Stärke auf der einen und die Extraktionsausbeute auf der anderen Achse auf, wobei das Verhältnis von Kaffee zu Wasser als Schar schräger Geraden erscheint. Jede Zubereitung wird damit zu einem Punkt in einer Ebene, und der Abstand dieses Punktes zum mittleren Rechteck sagt, welche der beiden Größen danebenliegt.

Das Diagramm stammt aus dem Jahr 1957. Der Biochemiker E. E. Lockhart, erster Direktor des Coffee Brewing Institute, veröffentlichte damals The Soluble Solids in Beverage Coffee as an Index to Cup Quality und legte darin das mittlere Rechteck fest: 1,15 bis 1,35 Prozent TDS gegenüber 18 bis 22 Prozent Ausbeute. Die SCAA und später die SCA übernahmen diese Grenzen als Gold-Cup-Standard.

Das Rechteck ist keine physikalische Grenze, sondern die Vorzugszone eines amerikanischen Verbraucherpanels der späten fünfziger Jahre, das Handelsmischungen trank, deren Röstung und Frische mit heutigem Specialty-Kaffee nichts gemein haben. Spätere Erhebungen in Europa und Skandinavien verzeichnen eine Vorliebe für stärkere Getränke als die Obergrenze von 1,35 Prozent. Das entwertet den Rahmen nicht, es verschiebt das Rechteck, nicht die Achsen.

Inzwischen wurde das Diagramm neu erstellt. Eine Gruppe des Coffee Center der University of California, Davis veröffentlichte 2023 gemeinsam mit der SCA und der Coffee Science Foundation im Journal of Food Science ein neues Coffee Brewing Control Chart, gestützt auf geschulte Sensorikpanels und Verbrauchertests. Es grenzt nicht nur eine akzeptable Zone ab, sondern kartiert Geschmacksprofile: bittere und röstige Attribute sammeln sich dort, wo TDS und Ausbeute beide hoch sind, saure und fruchtige dort, wo der TDS hoch und die Ausbeute niedrig ist, Schwarztee-Noten dort, wo die Ausbeute hoch und der TDS niedrig ist.

Welche drei Zahlen braucht die Berechnung der Ausbeute?

Drei Angaben genügen, und der TDS-Wert ist nur eine davon. Die beiden anderen, die Masse des Kaffeemehls und die des Getränks, sind billiger zu bekommen und ebenso leicht falsch. Die Wahl des Messgeräts, seine technischen Daten und das Messprotokoll behandelt der Ratgeber zum Refraktometer; hier bleibt nur, was über die Gültigkeit der Rechnung entscheidet.

• Die Masse des Kaffeemehls wird trocken gewogen, vor dem Brühen, auf ein Zehntelgramm genau. Kaffee, der Luftfeuchtigkeit aufgenommen hat, wiegt mehr als seine tatsächliche Trockenmasse und senkt die berechnete Ausbeute unbemerkt.
• Die Masse des Getränks wird nach der Extraktion gewogen und niemals aus der eingegossenen Wassermenge abgeleitet. Das ist der häufigste und teuerste Fehler, weil er die Ausbeute beim Filterkaffee um rund zwei Punkte überschätzt.
• Der TDS-Wert wird an einer durchgerührten Probe genommen, die auf 20 bis 25 Grad abgekühlt ist, nach einer Nullung auf destilliertem Wasser. Zwei bis drei Messungen, von denen der Median gilt.

Drei Handgriffe entscheiden zusätzlich über die Brauchbarkeit: vor der Probennahme umrühren, weil eine geschichtete Kanne oben anders misst als unten; eine Espressoprobe filtern, weil schwebende Feinanteile das Licht streuen und den Wert erhöhen; und alle drei Zahlen gemeinsam notieren, weil ein TDS-Wert ohne Einwaage und Getränkemasse im Nachhinein nicht mehr in eine Ausbeute zurückgerechnet werden kann.

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Warum liefern Wassermenge und Getränkemenge zwei verschiedene Ergebnisse?

Weil das Kaffeebett einen Teil des Wassers zurückhält und nur eine der beiden Rechnungen das berücksichtigt. Die Massenbilanz hinter der Ausbeute ist einfach, aber sie gilt unter einer Bedingung: Die eingesetzte Masse muss die des tatsächlich aufgefangenen Getränks sein, nicht die des aufgegossenen Wassers.

Ein Filterbett hält grob 2 Gramm Wasser je Gramm trockenem Kaffee zurück, wobei die realen Werte je nach Zubereiter und Mahlgrad zwischen etwa 1,5 und 3 Gramm liegen. Gießt man 360 Gramm Wasser über 20 Gramm Kaffee, bleiben rund 40 Gramm im Bett, es verbleiben 320 Gramm Getränk. Bei einem TDS von 1,30 Prozent ergibt der Weg über das Getränk 1,30 mal 320 geteilt durch 20, also 20,8 Prozent; der naive Weg über das Wasser ergibt 1,30 mal 360 geteilt durch 20, also 23,4 Prozent. Dieselbe Tasse, zweieinhalb Punkte Unterschied, und der höhere Wert ist der falsche.

Diese eine Auslassung erklärt einen guten Teil der unwahrscheinlich hohen Ausbeuten, die in Brühprotokollen kursieren. Sie ist zugleich der Grund, warum eine Rechnung über die Wassermenge immer nur eine Schätzung sein kann: Die Rückhaltung ist nicht konstant, und jedes Gramm Unsicherheit verschiebt das Ergebnis. Steht die Kanne auf einer Waage, stellt sich die Frage nicht. Andernfalls zieht man zwei Gramm je Gramm Einwaage ab und behandelt das Ergebnis als Näherung.

Für beide Formen gilt eine weitere Einschränkung. Das im Bett verbliebene Wasser nimmt gelöste Substanz mit, und diese erreicht das Refraktometer nie. Berechnet wird also die Ausbeute, die in der Tasse ankommt, nicht die gesamte aus dem Kaffeemehl gelöste Masse. Beide unterscheiden sich geringfügig, und stets in dieselbe Richtung.

Wo endet die Aussagekraft der beiden Zahlen?

Dort, wo aus einer Messung ein Urteil werden soll. Die Ausbeute wird nicht gemessen, sondern aus drei Zahlen berechnet, die jede ihre Unsicherheit tragen. Die des TDS-Werts überwiegt: Herstellerangaben digitaler Kaffeegeräte liegen in der Größenordnung von ± 0,03 Prozent. Da die Ausbeute den TDS mit dem Verhältnis der beiden Massen multipliziert, wird diese Unsicherheit mitmultipliziert. Im Beispiel mit 320 Gramm Getränk auf 20 Gramm Kaffeemehl beträgt der Faktor 16, aus ± 0,03 Prozent TDS werden also rund ± 0,5 Punkte Ausbeute.

Eine Ausbeute von 20,8 Prozent liest sich damit als Wert zwischen 20,3 und 21,3 Prozent, noch vor Wägefehlern und aufgenommener Restfeuchte. Zwei Rezepte, die einen halben Punkt auseinanderliegen, sind nicht unterscheidbar. Zwei Punkte Abstand sind dagegen ein klares Signal.

Diese Unschärfe entwertet die Zahl nicht, sie umreißt ihren Gebrauch. Immer gleich gemessen, mit demselben Gerät und derselben Probennahme, ist die Ausbeute ein ausgezeichnetes Vergleichsinstrument: Sie sagt, in welche Richtung und um wie viel eine Änderung von Mahlgrad oder Temperatur die Extraktion verschoben hat. Als exaktes Maß des Gelösten ausgegeben, beansprucht sie eine Genauigkeit, die das Verfahren nicht liefern kann. Was die Zahlen ohnehin nicht leisten, ist die geschmackliche Diagnose einer Tasse; die behandelt der Ratgeber zu Unter- und Überextraktion.