Контроль влажности во время помола кофе

Контроль влажности во время помола кофе

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

приготовление эспрессо

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.

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.

08.12.2023