La frattura e l'attrito dei chicchi di caffè durante la macinatura genera elettricità che fa sì che le particelle di caffè si aggreghino e si attacchino al macinino. I ricercatori riferiscono il 6 dicembre sulla rivista Matter che i chicchi di caffè con un'umidità interna più elevata producono meno elettricità statica, il che significa meno sprechi di caffè e meno disordine da pulire.
Questo effetto può essere simulato aggiungendo una piccola quantità di acqua ai chicchi immediatamente prima di macinarli. Il team ha inoltre dimostrato che macinando con un getto d'acqua si ottiene un espresso più consistente e intenso.
"L'umidità, che si tratti di umidità residua all'interno del caffè tostato o di umidità esterna aggiunta durante la macinatura, è ciò che determina la quantità di carica che si forma durante la macinazione", afferma l'autore senior Christopher Hendon, chimico computazionale dei materiali presso l'Università dell'Oregon.
"L'acqua non solo riduce l'elettricità statica e quindi riduce il disordine durante la macinazione, ma può anche avere un impatto notevole sull'intensità della bevanda e, potenzialmente, sulla capacità di accedere a concentrazioni più elevate di aromi favorevoli."
Secondo i ricercatori, questi miglioramenti all’estrazione del caffè potrebbero avere enormi implicazioni economiche per l’industria del caffè, che vale 343,2 miliardi di dollari, ovvero l’1,5% del prodotto interno lordo degli Stati Uniti. "Aumentare la concentrazione del 10%–15% per la stessa massa di caffè secco ha enormi implicazioni in termini di risparmio di denaro e miglioramento della qualità", afferma Hendon.
Che la macinazione del caffè produca elettricità statica è noto da tempo nell’industria del caffè, dove questa elettrificazione provoca aggregazioni e scoppi occasionali, ma si sapeva poco su come le diverse caratteristiche del caffè contribuiscano a questo fenomeno o su come influisca sulla preparazione della birra. Per identificare i fattori associati alla generazione di elettricità statica durante la macinazione del caffè, Hendon ha collaborato con vulcanologi che studiano processi di elettrificazione simili durante le eruzioni vulcaniche.
"Durante l'eruzione, il magma si rompe in tante piccole particelle che poi escono dal vulcano in questo grande pennacchio, e durante l'intero processo, quelle particelle si sfregano l'una contro l'altra e si caricano fino al punto di produrre un fulmine", dice First l'autore e vulcanologo Joshua Méndez Harper della Portland State University. "In un modo semplicistico, è simile alla macinazione del caffè, dove prendi questi chicchi e li riduci in polvere fine."
I ricercatori hanno misurato la quantità di elettricità statica prodotta macinando diversi chicchi di caffè tostati commercialmente e internamente che variavano in base a fattori tra cui paese di origine, metodo di lavorazione (naturale, lavato o decaffeinato), colore della tostatura e contenuto di umidità. Hanno anche confrontato l'impatto della grossolanità della macinazione sulla quantità di elettricità prodotta.
Non è stata trovata alcuna associazione tra l’elettricità statica e il paese di origine del caffè o il metodo di lavorazione, ma i ricercatori hanno trovato associazioni tra elettrificazione e contenuto di acqua, colore della tostatura e dimensione delle particelle. Veniva prodotta meno elettricità quando il caffè aveva un contenuto di umidità interna più elevato e quando il caffè veniva macinato con un'impostazione più grossolana.
La tostatura chiara produceva meno carica, ed era più probabile che questa carica fosse positiva, mentre la tostatura più scura, che tende anche ad essere più secca, si caricava negativamente e produceva una carica complessiva maggiore. I ricercatori hanno anche dimostrato che i caffè tostati scuri producono particelle molto più fini rispetto ai caffè tostati chiari se macinati alla stessa impostazione.
Successivamente, il team ha testato se la macinazione con acqua ha cambiato il modo in cui viene preparato l’espresso. Quando hanno confrontato l’espresso preparato con chicchi di caffè identici macinati con o senza un getto d’acqua, hanno scoperto che la macinatura con acqua comportava un tempo di estrazione più lungo e un infuso più forte. La macinazione con acqua ha inoltre permesso di ottenere dosi di espresso più simili da una dose all'altra, superando un grosso ostacolo per i baristi e i produttori di caffè industriali.
Sebbene abbiano testato solo l’espresso, i ricercatori affermano che questi benefici si applicherebbero a molti altri metodi di preparazione. "Il vantaggio materiale principale derivante dall'aggiunta di acqua durante la macinazione è che puoi compattare il letto in modo più denso perché ci sono meno grumi", afferma Hendon.
"L'espresso è il peggiore trasgressore in questo senso, ma si vedrebbero vantaggi anche nei formati di erogazione in cui si versa acqua sul caffè o in piccoli sistemi di percolazione come un piano cottura Bialetti. Dove non si noterà alcun beneficio durante la preparazione è per metodi come la French press, dove si immerge il caffè nell'acqua."
I ricercatori intendono proseguire con ulteriori indagini su come preparare il caffè perfetto. "Ora che sappiamo quali impostazioni di macinatura utilizzare per produrre un espresso riproducibile, possiamo iniziare a cercare di capire quali fattori danno origine alle differenze sensoriali nel gusto del caffè", afferma Hendon.
Il loro lavoro ha anche implicazioni che vanno oltre la routine quotidiana, poiché l'elettrificazione dei materiali granulari è un'area attiva di ricerca nella scienza dei materiali, nella geofisica e nell'ingegneria.
"È un po' come l'inizio di una barzelletta:un vulcanologo e un esperto di caffè entrano in un bar e poi escono con un articolo", dice Méndez Harper, "ma penso che ci siano molte più opportunità per questo tipo di collaborazione, e c'è molto altro da sapere su come si rompe il caffè, su come scorre sotto forma di particelle e su come interagisce con l'acqua. Queste indagini potrebbero aiutare a risolvere problemi paralleli in geofisica, che si tratti di frane, eruzioni vulcaniche o di come l'acqua filtra attraverso il suolo."
Ulteriori informazioni: Joshua Méndez Harper et al, Triboelettrificazione controllata dall'umidità durante la macinatura del caffè, Materia (2023). DOI:10.1016/j.matt.2023.11.005. www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00568-4
Informazioni sul giornale: Materia
Fornito da Cell Press
