Matter教你做手冲：研磨咖啡加点水 味道更浓没静电 | Cell Press论文速递
物质科学
Physical science
你可能从来没想过要就冲咖啡这件事去请教数学家、物理学家和材料专家。但是，来自美国、英国、爱尔兰、澳大利亚和瑞士的一群研究人员对惯常的意式浓缩咖啡冲泡方法提出了挑战，他们发现，用更少的咖啡豆、更低的制作成本，可以做出同样提神强度的咖啡，而且每次冲泡的咖啡味道还能更稳定，关键就在于要使用粗磨咖啡豆。研究人员表示：“这听起来似乎有悖直觉，但是实验和建模的结果表明，只需使用较少的咖啡并将其研磨得更粗，就可以获得高质量且稳定的意式浓缩咖啡。”这篇研究于2020年1月发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter。
2023年12月6日，该研究团队又在Matter上发表了一篇题为“Moisture-controlled triboelectrification during coffee grinding”的文章。咖啡豆在研磨过程中会产生静电，导致咖啡颗粒聚集在一起，黏在研磨机上。该工作中研究人员发现含水分较高的咖啡豆产生的静电更少，这意味着咖啡的浪费更少，需要清理的杂物也更少。这种效果可以通过在咖啡豆研磨前加入少量水来模拟。研究小组还发现，在咖啡里加点水研磨，浓缩咖啡的口感更稳定、更浓。
▲长按图片识别二维码阅读原文
美国俄勒冈大学计算材料化学家、论文通讯作者Christopher Hendon说：“水分，无论是烘焙咖啡内部的残余水分，还是研磨过程中添加的外部水分，都决定了研磨过程中形成的电荷量。水不仅可以减少静电，还可以对饮料的强度产生重大影响，并可能帮助获得更高浓度的风味。”
研究人员表示，咖啡提取技术的这些改进可能会对咖啡产业产生巨大的经济影响，咖啡产业价值3432亿美元，占美国国内生产总值的1.5%。Hendon说：“将同样质量的干咖啡的浓度提高10%~15%，对节省成本和提高质量有巨大的影响。”
咖啡行业早就知道研磨咖啡会产生静电，这种静电导致咖啡结块，但人们对咖啡的不同属性是如何导致这种现象的，以及它是如何影响冲泡的，却知之甚少。为了确定咖啡研磨过程中产生静电的相关因素，Hendon与火山学家合作，研究了火山爆发过程中类似的带电过程。
论文第一作者、波特兰州立大学火山学家Joshua Méndez Harper说：“在火山喷发期间，岩浆会分解成许多小颗粒，然后从火山中喷出来，在整个过程中，这些颗粒相互摩擦，电荷能积累到产生闪电的程度。简单来说，这就像研磨咖啡一样，你只是把这些咖啡豆磨成细粉。”
研究人员测量了研磨不同的商业和室内烘焙咖啡豆时产生的静电量，这些咖啡豆因原产国、加工方法（天然、水洗或脱咖啡因）、烘焙颜色和水分含量等因素而有所不同。他们还比较了研磨粗糙度对静电量的影响。
研究发现，静电与咖啡的原产国或加工方法之间没有联系，但研究人员确实发现了静电与含水量、烘烤颜色和颗粒大小之间的联系。当咖啡内部水分含量较高时，或在较粗糙的环境中研磨时，产生的静电较少。轻度烘焙产生的电荷较少，而且这种电荷更有可能是正电荷，而深度烘焙——也往往更干燥——则带负电荷，也会产生更多的电荷。研究人员还表明，在相同的环境下，深烘焙的咖啡比浅烘焙的咖啡产生更细的颗粒。
图：研磨咖啡中的静电由含水量控制。
接下来，研究小组测试了用水研磨是否改变浓缩咖啡的冲泡方式。当比较了用相同的咖啡豆加水或不加水研磨时，他们发现加水研磨的浓缩咖啡提取时间更长，冲泡的咖啡更浓。加水研磨还能使每一杯浓缩咖啡的口感更加相似，从而克服咖啡师和量产咖啡面临的一个主要障碍。
虽然，他们只测试了浓缩咖啡，但研究人员表示，这些好处适用于许多其他咖啡。“在研磨过程中加水的主要好处是，由于结块较少，可以将咖啡压得紧实致密。”Hendon说，“该方法对浓缩咖啡的影响可能最大，但只有在把水倒在咖啡上或使用比乐蒂壶等类似冲泡方法时才有用，对像法式压滤壶这样的方法没有什么作用，在这种方法中，你把咖啡浸入水中。”
研究人员计划进一步研究如何调制出完美的咖啡。Hendon说：“既然我们知道了用什么研磨设置来制作可复制的浓缩咖啡，我们就可以开始尝试了解是什么因素导致了咖啡味道的感官差异。”
该研究还具有日常咖啡冲泡之外的意义，因为颗粒材料静电是材料科学、地球物理和工程学研究的一个重要领域。
“这可能有点像一个笑话——火山学家和咖啡专家走进咖啡吧，然后拿着一篇论文出来。”Méndez Harper说，“但我认为这种合作还有更多的方向，例如咖啡是如何破裂的、如何作为粒子流动的，以及如何与水相互作用的，我们还有很多要知道的。这些研究可能有助于解决地球物理学中的类似问题，例如山体滑坡、火山爆发、水如何渗透土壤等。”
相关论文信息
论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
▌论文标题：
Moisture-controlled triboelectrification during coffee grinding
▌论文网址：
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00568-4
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.11.005
▲长按图片识别二维码阅读原文
1974年，我们出版了首本旗舰期刊《细胞》。如今，CellPress已发展为拥有50多本期刊的全科学领域国际前沿学术出版社。我们坚信，科学的力量将永远造福人类。
CellPress细胞出版社
推荐阅读
▲长按识别二维码关注细胞科学