Durch das Mahlen von Kaffee entstehen durch das Brechen und Reiben große Mengen statischer Aufladung. Ladung verursacht Partikelaggregation und -entladung, ein bekanntes Problem bei der industriellen Kaffeeproduktion. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Größe der Ladung vom Röstprofil und, was noch wichtiger ist, vom inneren Feuchtigkeitsgehalt des ganzen Bohnenkaffees abhängt.
Harper et al. zeigen, dass die Zugabe von externem Wasser gleichzeitig die Oberflächenaufladung und Verklumpung von gemahlenem Kaffee unterdrückt und zu deutlich unterschiedlichen Fließdynamiken in Espressoformaten führt, was wahrscheinlich zu deutlich unterschiedlichen Geschmacksprofilen und konzentrierteren Extrakten führt. Bildnachweis: Harper et al., doi: 10.1016/j.matt.2023.11.005.
„Feuchtigkeit, sei es Restfeuchtigkeit im gerösteten Kaffee oder äußere Feuchtigkeit, die beim Mahlen hinzugefügt wird, bestimmt die Ladungsmenge, die beim Mahlen gebildet wird“, sagte Dr. Christopher Hendon, Chemiker für computergestützte Materialien an der University of Oregon.
„Wasser reduziert nicht nur statische Elektrizität und sorgt so für weniger Schmutz beim Mahlen, sondern kann auch einen großen Einfluss auf die Intensität des Getränks und möglicherweise auf die Möglichkeit haben, höhere Konzentrationen vorteilhafter Aromen zu erreichen.“
„Diese Verbesserungen bei der Kaffeeextraktion könnten massive wirtschaftliche Auswirkungen auf die Kaffeeindustrie haben, die einen Wert von 343,2 Milliarden US-Dollar oder 1,5 % des US-Bruttoinlandsprodukts hat.“
„Eine Erhöhung der Konzentration um 10–15 % bei gleicher Trockenkaffeemasse hat enorme Auswirkungen auf die Kosteneinsparung und die Verbesserung der Qualität.“
Dass beim Mahlen von Kaffee statische Elektrizität entsteht, ist in der Kaffeeindustrie seit langem bekannt, wo diese Elektrifizierung zu Verklumpungen und gelegentlichen Stößen führt. Es war jedoch wenig darüber bekannt, wie verschiedene Eigenschaften des Kaffees zu diesem Phänomen beitragen oder wie es sich auf das Brühen auswirkt.
Um Faktoren zu identifizieren, die mit der Erzeugung statischer Elektrizität beim Kaffeemahlen zusammenhängen, arbeitete Dr. Hendon mit Vulkanologen zusammen, die ähnliche Elektrifizierungsprozesse bei Vulkanausbrüchen untersuchen.
„Während des Ausbruchs zerfällt Magma in viele kleine Partikel, die dann in dieser großen Wolke aus dem Vulkan austreten, und während des gesamten Prozesses reiben diese Partikel aneinander und laden sich auf, bis sie Blitze erzeugen“, sagte Dr . Joshua Méndez Harper, Vulkanologe an der Portland State University.
„Vereinfacht ausgedrückt ähnelt es dem Mahlen von Kaffee, bei dem man diese Bohnen zu feinem Pulver zerkleinert.“
Die Forscher maßen die Menge an statischer Elektrizität, die beim Mahlen verschiedener kommerziell und hausintern gerösteter Kaffeebohnen erzeugt wurde, die je nach Herkunftsland, Verarbeitungsmethode (natürlich, gewaschen oder entkoffeiniert), Röstfarbe und Feuchtigkeitsgehalt variierten.
Sie verglichen auch den Einfluss der Mahlfeinheit auf die erzeugte Strommenge.
Es gab keinen Zusammenhang zwischen statischer Elektrizität und dem Herkunftsland oder der Verarbeitungsmethode des Kaffees, aber die Forscher fanden Zusammenhänge zwischen der Elektrifizierung und dem Wassergehalt, der Röstfarbe und der Partikelgröße.
Es wurde weniger Strom erzeugt, wenn der Kaffee einen höheren inneren Feuchtigkeitsgehalt hatte und der Kaffee mit einer gröberen Einstellung gemahlen wurde.
Helle Röstungen erzeugten weniger Ladung, und diese Ladung war eher positiv, während dunklere Röstungen – die tendenziell auch trockener sind – negativ aufgeladen waren und insgesamt mehr Ladung erzeugten.
Die Wissenschaftler zeigten außerdem, dass dunkle Röstkaffees bei gleicher Mahlung deutlich feinere Partikel produzieren als helle Röstkaffees.
Als nächstes testeten sie, ob das Mahlen mit Wasser die Art und Weise, wie Espresso gebrüht wird, verändert.
Als sie Espresso aus identischen gemahlenen Kaffeebohnen mit oder ohne Wasserspritzer verglichen, stellten sie fest, dass das Mahlen mit Wasser zu einer längeren Extraktionszeit und einem stärkeren Kaffee führte.
Das Mahlen mit Wasser führte auch zu Espresso-Shots, die von Shot zu Shot ähnlicher waren, womit eine große Hürde für Baristas und industrielle Kaffeebrauer überwunden wurde.
Obwohl sie nur Espresso getestet haben, gelten diese Vorteile auch für viele andere Brühmethoden.
„Der wesentliche materielle Vorteil der Zugabe von Wasser beim Mahlen besteht darin, dass man das Bett dichter packen kann, weil es weniger zu Verklumpungen kommt“, sagte Dr. Hendon.
„Espresso ist der schlimmste Übeltäter davon, aber Sie würden den Vorteil auch in Brühformaten sehen, bei denen Sie Wasser über den Kaffee gießen, oder in kleinen Perkolationssystemen wie einem Bialetti-Herd.“
„Bei Methoden wie der French Press, bei der man den Kaffee in Wasser taucht, sieht man beim Brühen keinen Vorteil.“
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift veröffentlicht Gegenstand.
_____
Joshua Mendez Harper et al. Feuchtigkeitsgesteuerte Triboelektrifizierung beim Kaffeemahlen. Gegenstand, online veröffentlicht am 6. Dezember 2023; doi: 10.1016/j.matt.2023.11.005
