Sprickbildningen och friktionen av kaffebönor under malning genererar elektricitet som gör att kaffepartiklar klumpar ihop sig och fastnar på kvarnen. Forskare rapporterar den 6 december i tidskriften Matter att kaffebönor med högre inre fukt producerar mindre statisk elektricitet, vilket innebär att mindre kaffe går till spillo och att det blir mindre smuts att städa upp.
Denna effekt kan simuleras genom att tillsätta en liten mängd vatten till bönorna omedelbart innan de mals. Teamet visade också att malning med en skvätt vatten ger mer konsekvent och intensiv espresso.
"Fukt, oavsett om det är kvarvarande fukt inuti det rostade kaffet eller extern fukt som tillsätts under malning, är det som dikterar mängden laddning som bildas under malning", säger seniorförfattaren Christopher Hendon, en kemist för beräkningsmaterial vid University of Oregon.
"Vatten minskar inte bara statisk elektricitet och minskar därför röran när du maler, utan det kan också ha stor inverkan på dryckens intensitet och potentiellt möjligheten att få tillgång till högre koncentrationer av gynnsamma smaker."
Dessa förbättringar av kaffeutvinning kan ha enorma ekonomiska konsekvenser för kaffeindustrin, som är värd 343,2 miljarder dollar eller 1,5% av USA:s bruttonationalprodukt, säger forskarna. "Att pressa upp koncentrationen med 10–15 % för samma torra kaffemassa har enorma konsekvenser för att spara pengar och förbättra kvaliteten", säger Hendon.
Att kaffemalning producerar statisk elektricitet har länge varit känt inom kaffeindustrin, där denna elektrifiering orsakar klumpar och enstaka zaps, men lite var känt om hur olika kaffeattribut bidrar till detta fenomen eller hur det påverkar bryggningen. För att identifiera faktorer som är associerade med statisk elektricitet under kaffemalning, samarbetade Hendon med vulkanologer som studerar liknande elektrifieringsprocesser under vulkanutbrott.
"Under utbrottet bryts magma upp i massor av små partiklar som sedan kommer ut ur vulkanen i den här stora plymen, och under hela den processen gnuggar dessa partiklar mot varandra och laddas upp till punkten att de producerar blixtar", säger först. författaren och vulkanologen Joshua Méndez Harper vid Portland State University. "På ett förenklat sätt liknar det att mala kaffe, där du tar dessa bönor och reducerar dem till fint pulver."
Forskarna mätte mängden statisk elektricitet som producerades när de malde olika kommersiellt och interna rostade kaffebönor som varierade med faktorer inklusive ursprungsland, bearbetningsmetod (naturlig, tvättad eller koffeinfri), rostad färg och fukthalt. De jämförde också effekten av malningsgrovhet på mängden producerad el.
Det fanns inget samband mellan statisk elektricitet och kaffets ursprungsland eller bearbetningsmetod, men forskarna hittade samband mellan elektrifiering och vattenhalt, rostfärg och partikelstorlek. Mindre elektricitet producerades när kaffe hade en högre inre fukthalt och när kaffe maldes vid en grövre inställning.
Ljusa stekar producerade mindre laddning, och denna laddning var mer sannolikt att vara positiv, medan mörkare stekar - som också tenderar att vara torrare - laddade negativt och gav mer total laddning. Forskarna visade också att mörkrostat kaffe producerar mycket finare partiklar än ljusrostat när det mals i samma inställning.
Därefter testade teamet om malning med vatten förändrade sättet att brygga espresso. När de jämförde espresso gjord med identiska kaffebönor malda antingen med eller utan en skvätt vatten, fann de att malning med vatten resulterade i en längre extraktionstid och en starkare bryggning. Att mala med vatten resulterade också i espressoshots som var mer lika från shot till shot, vilket övervann ett stort hinder för baristor och industriella kaffebryggare.
Även om de bara testade espresso, säger forskarna att dessa fördelar skulle gälla för många andra bryggningsmetoder. "Den centrala materialfördelen med att tillsätta vatten under malning är att du kan packa bädden tätare eftersom det blir mindre klumpar", säger Hendon.
"Espresso är den värsta förövaren av detta, men du skulle också se fördelen i bryggformat där du häller vatten över kaffet eller i små perkolationssystem som en spishäll Bialetti. Där du inte kommer att se en fördel under bryggning är för metoder som den franska pressen, där man sänker kaffet i vatten."
Forskarna planerar att följa upp med fler undersökningar om hur man lagar det perfekta kaffet. "Nu när vi vet vilka malningsinställningar vi ska använda för att göra reproducerbar espresso, kan vi börja försöka förstå vilka faktorer som ger upphov till sensoriska skillnader i kaffesmak", säger Hendon.
Deras arbete har också konsekvenser utöver den dagliga bryggningen, eftersom elektrifiering av granulära material är ett aktivt forskningsområde inom materialvetenskap, geofysik och ingenjörskonst.
"Det är ungefär som början på ett skämt - en vulkanolog och en kaffeexpert går in i en bar och kommer sedan ut med ett papper," säger Méndez Harper, "men jag tror att det finns många fler möjligheter för den här typen av samarbete, och det finns mycket mer att veta om hur kaffe går sönder, hur det flyter som partiklar och hur det interagerar med vatten. Dessa undersökningar kan hjälpa till att lösa parallella problem inom geofysik – oavsett om det är jordskred, vulkanutbrott eller hur vatten sipprar genom marken."
Mer information: Joshua Méndez Harper et al, Moisture Controlled Triboelectrification Under Coffee Grinding, Matter (2023). DOI:10.1016/j.matt.2023.11.005. www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00568-4
Journalinformation: Ärge
Tillhandahålls av Cell Press
