Een onderzoeksteam van de Universiteit van New South Wales (UNSW Sydney) in Australië heeft onlangs een nieuwe espresso-extractiemethode ontwikkeld die gebruik maakt van ultrageluid in plaats van hoge temperatuur en hoge druk om ‘ultrasone espresso’ te maken. Het kan het energieverbruik tot 75% verminderen, terwijl dezelfde smaak en concentratie behouden blijven. Onderzoeksresultaten tonen aan dat deze extractiemethode bij kamertemperatuur niet alleen aanzienlijk energie bespaart, maar ook de productietijd aanzienlijk verkort, en naar verwachting praktische voordelen zal opleveren bij de productie van kant-en-klare koffie van industriële kwaliteit.

Volgens het traditionele proces moet, om een ​​kopje espresso met een hoge concentratie te verkrijgen, water worden verwarmd en onder hoge druk door fijngemalen koffiepoeder worden geleid. Het energieverbruik van dit proces komt voornamelijk voort uit het verwarmen van water, en vanwege de sterke warmteopslagcapaciteit van water kan het totale energieverbruik niet worden onderschat. Het UNSW-team ontdekte dat een soortgelijk extractieproces bij kamertemperatuur kan worden uitgevoerd met behulp van ultrageluid, waardoor de verwarmingsverbinding wordt omzeild en de energiekosten aanzienlijk worden verlaagd.

Het onderzoek werd geleid door dr. Francisco Trujillo van de School of Chemical Engineering van UNSW, die het nieuwe proces ‘ultrasone espresso’ noemde. “Het is een ander proces, maar je kunt in minder dan drie minuten dezelfde kracht en body krijgen als traditionele Italiaanse koffie”, zegt Trujillo. Traditionele methoden vereisen daarentegen continue verwarming van water en handhaving van hoge druk, terwijl ultrasone oplossingen voor extractie volledig water op kamertemperatuur gebruiken.

Het onderzoeksteam heeft eerder hetzelfde gepatenteerde ultrasone systeem gebruikt om cold brew koffie te maken, waarbij het koude zetproces dat oorspronkelijk uren of zelfs 's nachts duurde, werd gecomprimeerd tot slechts drie minuten. Nu passen ze deze technologie verder toe op espressokoffie die een hogere concentratie vereist, wat als een uitdagender doel wordt beschouwd. Vergeleken met cold brew is espressokoffie meer geconcentreerd wat betreft smaakintensiteit en cafeïnegehalte, wat hogere eisen stelt aan de extractie-efficiëntie en parametercontrole.

Wat het specifieke proces betreft, concentreerde het onderzoeksteam zich op het optimaliseren van twee belangrijke variabelen: de zetverhouding en de maaldikte. Onder hen bepaalt de zetverhouding (waterverbruik per eenheid koffiepoeder) direct de concentratie van de uiteindelijke drank. Overmatig water zorgt ervoor dat de smaak verdund wordt. Ze ontdekten ook dat het fijner malen van de bonen de smaakafgifte aanzienlijk kan versnellen, waardoor in minder tijd voldoende extractiekracht mogelijk is.

Wat de uitrustingsstructuur betreft, is de conventionele filterbekerkorf omgevormd tot een "ultrasone reactor". Hoogfrequente ultrasone golven worden gegenereerd door een interne transducer, waardoor de hele filtermand met koffiepoeder en water met hoge snelheid trilt. Dit proces veroorzaakt een fenomeen van "akoestische cavitatie" in de vloeistof, waarbij zich voortdurend kleine belletjes vormen die snel instorten. Wanneer dit instorten plaatsvindt in de buurt van koffiedeeltjes, worden er microscopisch kleine vloeistofstralen gevormd die het oppervlak van de koffiedeeltjes treffen en breken. Naarmate het deeltjesoppervlak uiteenvalt, komen smaakstoffen, oliën en cafeïne sneller in het water terecht, waardoor een efficiënte extractie mogelijk is zonder afhankelijk te zijn van hoge temperaturen.

Het team van Trujillo voerde ook een systematische test uit op de actietijd van de echografie. De resultaten toonden aan dat wanneer de duur van de echografie tussen de twee en een half tot drie minuten lag, er een kopje koffie met een evenwichtigere smaak en concentratie kon worden verkregen. Gedurende dit tijdsinterval komt de geëxtraheerde espresso sensorisch dichter bij de smaakkenmerken van traditionele extractie op hoge temperatuur en hoge druk.

Om de acceptatie van het nieuwe proces op consumentenniveau te evalueren, organiseerde het onderzoeksteam een ​​blind testexperiment met bijna 100 deelnemers. De proefpersonen waren allemaal gewone consumenten die minimaal één kopje koffie per week dronken. Bij het experiment werden vier koffiemonsters opgezet: traditioneel Italiaans, ultrasoon Italiaans, traditionele gefilterde koffie en ultrasone gefilterde koffie. Om onbevooroordeelde resultaten te garanderen, werden alle monsters tot dezelfde temperatuur gekoeld, in uniform ogende containers gegoten en in willekeurige volgorde geserveerd.

Deelnemers werd gevraagd om elk monster op een negenpuntsschaal te beoordelen in termen van aroma, smaak, bitterheid en algehele smaak. Uit de resultaten bleek dat consumenten geen significante verschillen konden proeven tussen traditioneel Italiaans en ultrasoon Italiaans. De twee hadden vergelijkbare scores qua smaak en algemene voorkeur. De ultrasone versie was in de blinde test niet duidelijk herkenbaar. In de filterkoffiegroep was de algehele beoordeling van ultrasone filterkoffie door de deelnemers aanzienlijk hoger dan die van de traditionele filterversie, vooral wat betreft de bitterheid.

“Deze resultaten laten zien dat het gebruik van ultrasone extractie bij kamertemperatuur de koffiesmaak niet aantast en in sommige gevallen zelfs het mondgevoel kan verbeteren,” concludeerde Trujillo. Dit betekent dat zelfs zonder de hoge temperatuurstappen die doorgaans gepaard gaan met het zetten van koffie, het eindproduct nog steeds aan de smaakverwachtingen van de consument kan voldoen of deze kan overtreffen.

Omdat de systeemstructuur relatief eenvoudig is, is het onderzoeksteam van mening dat deze ultrasone koffie-extractietechnologie in de toekomst de mogelijkheid heeft om toegepast te worden op thuiskoffiemachines. Vanuit een energiebesparingsperspectief kunnen de grotere potentiële voordelen echter voortkomen uit toepassingen op industriële schaal. Momenteel vertrouwen veel bedrijven die kant-en-klare koffiedranken op kamertemperatuur produceren nog steeds op traditionele hogetemperatuur- en hogedrukmethoden om concentraten te produceren. Als ze overstappen op ultrasone systemen, kunnen ze de verwerkingscyclus verkorten en een aanzienlijke vermindering van het energieverbruik bij grootschalige productie realiseren.

Trujillo wees erop dat voor bedrijven die koffieproducten op industriële schaal produceren, het ultrasone systeem het potentieel heeft om te worden opgeschaald om aan hun productiecapaciteitsbehoeften te voldoen, wat dubbele voordelen met zich meebrengt op het gebied van verwerkingstijd en energieverbruik. Op deze schaal is het energiebesparingspotentieel van maximaal 75% bijzonder cruciaal, en de drank die wordt verkregen door ultrasone extractie zelf heeft een Italiaanse geconcentreerde sterkte, die direct kan worden gebruikt als basis voor kant-en-klare producten, of kan worden getransporteerd in de vorm van geconcentreerde vloeistof, en vervolgens kan worden verdund en geformuleerd in verschillende dranken, zoals cold brew of melkkoffie, indien nodig.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het Journal of Food Engineering. Het onderzoeksteam is van mening dat naarmate de wereld meer aandacht besteedt aan doelstellingen op het gebied van energie-efficiëntie en koolstofreductie, dit soort nieuwe voedselverwerkingstechnologie die het energieverbruik vermindert en tegelijkertijd rekening houdt met smaak, steeds meer aandacht zal krijgen in de dranken- en bredere voedingsmiddelenindustrie.