Контроль влажности во время помола кофе

Эффект особенно выражен при приготовлении эспрессо, когда кофе должен быть мелко помолот

Лена К. Вен (Lena C. Wehn), Робин Э. Бамбо (Robin E. Bumbaugh), Йозеф Дуфек (Josef Dufek), Кристофер Х. Хендон (Christopher H. Hendon), и еще 6 авторов, Университет Орегона, США, Ён-Хён Ким (Yong-Hyun Kim), Корейский передовой институт науки и технологий, Южная Корея, опубликовали труд "Трибоэлектрификация с контролем влажности во время помола кофе" в журнале Matter, 06 декабря, 2023.

Трибоэлектрификация - процесс, при котором материалы приобретают поверхностный заряд в результате фрикционного взаимодействия. Накопление заряда является сложным и неясным в зернистых материалах, где столкновения достаточно энергичны, чтобы вызвать разрушение. Зарождение трещины заряжает частицы посредством переноса электронов и/или ионов на границе раздела горячей трещины. Электрификация химически сложных материалов (продуктов питания, древесины) представляет собой уникальные и сложные проблемы материаловедения. Хотя большая часть продуктов питания не подвержена растрескиванию, приводящему к образованию заметного электрического заряда, кофе является образцом материальной сложности, поскольку весь кофе измельчается, а химический состав цельнозернового кофе зависит от множества факторов (обжарки, происхождения). Эффект особенно выражен при приготовлении эспрессо, когда кофе должен быть мелко помолот, придавая большое количество статического заряда.

Обжарку проводили с использованием Ikawa Pro100. Цвет/степень обжарки и содержание воды внутри кофе как коммерческого, так и обжаренного самостоятельно измерялись с помощью Dipper KN-201 и Roastrite RM-800, соответственно. Roastrite компенсирует изменения температуры и влажности окружающей среды. Помол кофе осуществляли на кофемолке с плоскими жерновами Mahlkonig EK 43 с использованием стандартных жерновов для кофе. Кофе двойного помола получен путем первого помола со степенью помола 2,0, а затем со степенью помола 6,0. Лазерные измерения проводились на Malvern Mastersizer 2000 с системой подачи твердых частиц Scirocco 2000. Фотографические изображения собраны с использованием микроскопа Keyence VHZ-100UR.

Количественное определение Q/m проводили с использованием изготовленной по индивидуальному заказу чашки Фарадея, изготовленной таким образом, чтобы она соответствовала желобу измельчителя EK 43. Заряд частиц, попадающих в чашку измерялся электрометром Keithley 614, работающим в кулоновском режиме с настройкой диапазона 2 нКл. Кофе, собранный в чашку Фарадея, затем взвешивали на обычных лабораторных весах для определения его массы. Масса и заряд использовались для расчета отношения Q/m. Та же самая установка с чашкой Фарадея использовалась для измерения трибоэлектрического отклика цельных кофейных зерен, катящихся по вибрирующей рампе с различным покрытием.

Измерения полярности заряда частиц проводились с использованием электростатического сепаратора. Система состоит из 2 субпараллельных электродов длиной 1 м с разностью потенциалов 8,2 кВ. Электрическое поле разделяет частицы по полярности заряда, и частицы собирались в отрицательные, нейтральные и положительные бункеры в основании сепаратора. Водные растворы, используемые для снижения фрактоэлектрического заряда, приготовлены из воды обратного осмоса из Pentair Conserv 75E и минерализованы с использованием хлорида натрия, полученного от Sigma-Aldrich. Для введения воды в цельнозерновой кофе использовали пипетку, и кофе встряхивали в герметичном контейнере для обеспечения однородного распределения.

Эспрессо готовили с использованием кофемашины Victoria Arduino Black Eagle при статическом давлении воды 7 бар, с водой температурой 94C и фиксированным соотношением заваривания 18 г кофе для получения 45,0 г эспрессо. Основания были утрамбованы с помощью PUQpress Q1 с нагрузкой 196 Н, а сверху уплотненного слоя установлен рассеивающий экран Norcore толщиной 58,5 мм. Данные о расходе рассчитаны на основе гравиметрического изменения, измеренного на шкале.

Изучив кофе как коммерческой, так и домашней обжарки, становится ясно, что многие факторы играют роль в определении величины заряда во время помола. Остаточная внутренняя влажность имеет эффект первого порядка при более легкой обжарке (>2% внутренняя влага), демонстрирующая положительный заряд. Более сухой кофе приводит к переходу к преимущественно отрицательному заряду. Затем величину полярности можно модулировать с помощью настройки помола, при этом более крупный помол дает меньший заряд, чем более мелкий помол. Зависимости от происхождения или метода обработки не наблюдалось. Можно предположить, что именно взаимодействие между цветом и содержанием влаги определяет заряд. После обжарки цвет может не сильно измениться, но внутренняя влажность будет зависеть от возраста, окружающей среды и т. д. Возможно, именно поэтому коммерческий кофе ведет себя менее предсказуемо, чем обжаренный из собственных образцов?

Более того, светлый, средний и темный кофе и профили его обжарки могут иметь совершенно разные режимы зарядки. Это подчеркивает, что современные методы обжарки являются в высшей степени кустарными и создают фундаментальные проблемы для использования коммерческого кофе в академических условиях. Это важно как в малых, так и в крупных масштабах, потенциально повышая контроль качества на предприятиях по обжарке. Точно так же можно представить себе использование заряда цельнозернового и молотого кофе в качестве маркера ряда химических и физических показателей качества. Можно ли обнаружить химические дефекты, наблюдая за электризацией целых зерен с помощью метода прокатки? Авторы продемонстрировали, что загрузка кофе в меньшей степени зависит от начального содержания воды в зеленом кофе и в большей степени от конечного содержания воды (как внутреннего, так и внешнего) в обжаренных зернах.

Благодаря добавлению небольшого количества внешней воды кофе эффективно распадается и подавляет зарядку во время помола. Тот же процесс открывает заманчивые возможности для введения ионов в кофейную гущу с помощью подсоленной воды. С этой целью продемонстрировано, что добавление воды в цельнозерновой кофе приводит к заметно различной динамике потока при заваривании эспрессо, что, несомненно, приводит к различиям в качестве чашки. Внимательному читателю предлагается поэкспериментировать с использованием техники добавления воды, но дополнительно включить в качестве переменных как массу кофе (контролируя соотношение заваривания и конечную крепость), так и настройку помола (контролируя ограничение потока и результирующее время контакта). Широкое внедрение может показать, что несколько простых струй воды решили проблемы комкования, образования каналов и плохой экстракции, одновременно помогая получить самый вкусный эспрессо.

Влияние добавления воды во время помола продемонстрировано при приготовлении небольшого количества эспрессо. При этом все параметры эспрессо поддерживались постоянными (18,0 г сухой массы использовали для получения 45,0 г жидкого кофейного экстракта, молотого при настройке 1,0, утрамбованного при 196 Н и заваренного с использованием воды с температурой 94°C, статического давления 7 бар с предварительной инфузией в течение 2 с), а время нанесения и скорость потока, следовательно, зависели от размера частиц и проницаемости слоя эспрессо.

Отмечено несколько физических отличий. Во-первых, время приготовления кофе с добавлением воды, увеличивается почти на 50%. Это связано с увеличением плотности пласта; поскольку мелочь и валуны не притягиваются друг к другу электростатически, средний размер частиц меньше. Во-вторых, несмотря на это, первые капли кофе добираются до чашки примерно в одно и то же время (10 с). В конце приготовления эспрессо, приготовленный без добавления воды к цельным зернам, дает концентрацию в чашке 8,2% общего количества растворенных твердых веществ, а добавление воды дает чашку с 8,9%. Возможно, увеличение концентрации можно просто объяснить увеличением времени контакта, однако порции с одинаковой степенью экстракции, но с разными временными параметрами должны иметь заметно разные вкусы.

08.12.2023

Комментарий:

Шнобелевская премия - 1995 - физика

Д. М. Р. Джорджет, Р. Паркер и А. Смит из Института питания, город Норидж, Англия, за тщательный научный анализ хлопьев для завтрака, опубликованный в отчете под названием - Исследование влияния водосодержания на состояние пшеничных хлопьев под давлением
подробнее

Шнобелевская премия 2014 медицина

В детский госпиталь Мичигана попала 4 летняя девочка с носовым кровотечением. У девочки была редкая болезнь, тромбастения Гланцманна, которая может привести к смертельным внутренним кровотечениям. Врачи поместил в нос тампоны - полоски из вяленой свинины
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист