برشته کاری یا رُست قهوه یکی از مهم‌ترین مراحل در تولید این نوشیدنی محبوب است؛ فرایندی که نقش مهمی در شکل‌گیری عطر، طعم، رنگ و ترکیبات شیمیایی دانه‌های قهوه دارد. حالا پژوهشگران با توسعه فناوری جدیدی به نام برشته‌کاری الکتروحرارتی با کمک پلاسما (Plasma-Assisted Electrothermal Roasting)، روش متفاوتی برای رُست قهوه معرفی کرده‌اند که می‌تواند زمان این فرایند را تا ۸۱ درصد کاهش دهد.
نتایج این پژوهش که در مجله علمی Innovative Food Science & Emerging Technologies منتشر شده، نشان می‌دهد فناوری جدید علاوه بر افزایش سرعت برشته‌کاری، بر میزان برخی ترکیبات مهم قهوه مانند اسید کلروژنیک و مواد معطر نیز تأثیر می‌گذارد. این دستاورد می‌تواند در آینده مسیر تازه‌ای برای توسعه دستگاه‌های رُست قهوه و بهبود روش‌های تولید این نوشیدنی ایجاد کند.
فناوری برشته کاری قهوه با پلاسما چگونه کار می‌کند؟
در روش‌های معمول، دانه‌های سبز قهوه با استفاده از حرارت برشته کاری می‌شوند تا رطوبت آن‌ها کاهش پیدا کند و واکنش‌های شیمیایی لازم برای ایجاد عطر و طعم قهوه شکل بگیرد.
اما در فناوری جدید، از یک راکتور الکترو حرارتی مجهز به پلاسما استفاده شده است. در این دستگاه، دانه‌های قهوه به‌صورت هم‌زمان تحت تاثیر گرمایش الکتریکی و تخلیه الکتریکی پلاسما قرار می‌گیرند.
پژوهشگران برای ایجاد پلاسما از جریان متناوب با ولتاژ پیک ۱۳ کیلوولت و فرکانس ۳۰ کیلوهرتز استفاده کردند. توان مصرفی تخمینی این دستگاه حدود ۳۰۰ وات گزارش شده است.
ترکیب گرمایش الکتریکی و پلاسما باعث شده است دانه‌های قهوه در مدت کوتاه‌تری به تغییرات فیزیکی و شیمیایی موردنیاز برای برشته‌کاری برسند.
کاهش ۸۱ درصدی زمان رُست قهوه با فناوری جدید
مهم‌ترین نتیجه این پژوهش، کاهش قابل‌توجه زمان برشته‌کاری در مقایسه با روش معمولی است. محققان برای بررسی عملکرد دستگاه، دانه‌های قهوه عربیکا را در سه درجه رُست روشن، متوسط و تیره آماده کردند.
سپس با بررسی رنگ، ابعاد، میزان کاهش وزن و دمای دانه‌ها، میزان برشتگی نمونه‌های آماده‌شده با دو روش را مقایسه کردند.
نتایج نشان داد فناوری پلاسما می‌تواند در زمان بسیار کوتاه‌تری به درجه برشتگی مشابه روش معمولی برسد.
همان‌طور که مشاهده می‌کنید، بیشترین اختلاف در رُست تیره ثبت شده است. در این مرحله، دستگاه معمولی به ۳۰ دقیقه زمان نیاز داشته، درحالی‌که فناوری پلاسما توانسته است در کمتر از ۶ دقیقه به درجه برشتگی قابل‌مقایسه برسد.
این موضوع نشان می‌دهد فناوری جدید از نظر سرعت فرایند، ظرفیت قابل‌توجهی دارد؛ هرچند برای ارزیابی عملکرد آن در تولید صنعتی به آزمایش‌های بیشتری نیاز است.
تاثیر روست با پلاسما بر ترکیبات مفید قهوه
یکی دیگر از بخش‌های مهم این تحقیق، بررسی ترکیبات شیمیایی قهوه بود. پژوهشگران چهار شاخص شامل پلی‌فنول‌های کل، اسید کلروژنیک، اسید کافئیک و کافئین را در نمونه‌های آماده‌شده با دو روش اندازه‌گیری کردند.
نتایج نشان داد روش برشته‌کاری می‌تواند بر میزان این ترکیبات تاثیر بگذارد.
۱. حفظ بیشتر اسید کلروژنیک
اسید کلروژنیک یکی از ترکیبات پلی‌فنولی مهم قهوه است که به دلیل ویژگی‌های آنتی‌اکسیدانی مورد توجه پژوهشگران قرار دارد.
یکی از اتفاقات رایج در زمان برشته‌کاری، کاهش تدریجی اسید کلروژنیک بر اثر واکنش‌های حرارتی است. اما در این پژوهش، میزان این ترکیب در قهوه رُست‌شده با پلاسما بیشتر از نمونه‌های آماده‌شده با روش معمولی بود.
میزان اسید کلروژنیک در نمونه‌های پلاسما به این صورت گزارش شد:
- رُست روشن: ۱.۷ برابر بیشتر
- رُست متوسط: ۱.۴ برابر بیشتر
- رُست تیره: ۴.۳ برابر بیشتر
بیشترین تفاوت مربوط به قهوه با رُست تیره بود. این یافته نشان می‌دهد فناوری جدید می‌تواند به حفظ بیشتر اسید کلروژنیک در طول فرایند برشته‌کاری کمک کند.
البته این موضوع به‌تنهایی به معنای سالم‌تر بودن قطعی قهوه رُست‌شده با پلاسما نیست و برای اثبات چنین ادعایی به مطالعات بیشتری نیاز داریم.
۲. تغییر میزان پلی فنول و اسید کافئیک
پلی‌فنول‌ها از دیگر ترکیبات مهم قهوه هستند که به دلیل فعالیت آنتی اکسیدانی اهمیت دارند. در آزمایش انجام‌شده، میزان پلی‌فنول‌های کل در نمونه‌های رُست‌شده با پلاسما به‌طور کلی بیشتر از نمونه‌های معمولی بود. همچنین کاهش این ترکیبات در رُست تیره با روش پلاسما کمتر گزارش شد.
اسید کافئیک نیز یکی دیگر از ترکیبات مورد بررسی بود. این ماده بخشی از خود را از تجزیه اسید کلروژنیک به دست می‌آورد و میزان آن در طول برشته‌کاری تغییر می‌کند.
در روش معمولی، میزان اسید کافئیک در رُست متوسط به بیشترین مقدار رسید و سپس در رُست تیره کاهش پیدا کرد. اما در روش پلاسما، مقدار آن با افزایش درجه برشتگی روند افزایشی داشت.
پژوهشگران احتمال می‌دهند تفاوت در شرایط حرارتی و زمان برشته‌کاری باعث تغییر تعادل میان تولید و تجزیه این ترکیب شده باشد.
۳. آیا فناوری پلاسما میزان کافئین را تغییر می‌دهد؟
کافئین یکی از شناخته شده ترین ترکیبات قهوه است که در افزایش هوشیاری و تمرکز نقش دارد.
بر اساس نتایج پژوهش، میزان کافئین استخراج شده در نمونه‌های آماده‌شده با روش معمولی به‌طور کلی بیشتر از نمونه‌های رُست شده با پلاسما بود.
همچنین در رُست تیره، کاهش میزان کافئین مشاهده شد. البته باید توجه داشت که این آزمایش میزان کافئین موجود در نوشیدنی استخراج شده را اندازه‌گیری کرده است؛ بنابراین تفاوت مشاهده شده لزوما به معنای تغییر مستقیم میزان کافئین کل دانه‌ها نیست. تغییر ساختار دانه و قابلیت استخراج ترکیبات نیز می‌تواند در این نتیجه تاثیر داشته باشد.
آیا فناوری جدید عطر و طعم قهوه را تغییر می‌دهد؟
عطر قهوه از ترکیب مواد شیمیایی فراری ایجاد می‌شود که در طول برشته کاری شکل می‌گیرند. این ترکیبات در ایجاد رایحه‌های آجیلی، شیرین، کاراملی و برشته نقش دارند.
در پژوهش جدید، محققان چند ترکیب مرتبط با عطر قهوه را بررسی کردند. سه مورد از مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
- پیرازین: این ترکیب در شکل‌گیری رایحه‌های آجیلی و برشته قهوه نقش دارد. میزان پیرازین در نمونه‌های رُست‌شده با پلاسما، به‌ویژه در درجه تیره، کمتر از روش معمولی بود.
- متیل‌پیرازین: این ترکیب نیز در شکل‌گیری عطر قهوه نقش دارد. برخلاف پیرازین، میزان آن در نمونه‌های آماده‌شده با پلاسما به‌طور کلی بیشتر بود.
- فورفوریل الکل: این ماده از ترکیبات مرتبط با واکنش‌های شیمیایی قندها در زمان حرارت‌دهی است. در روش معمولی، میزان آن در رُست متوسط به بیشترین مقدار رسید و سپس کاهش پیدا کرد؛ اما در روش پلاسما، روند افزایشی آن تا رُست تیره ادامه داشت.
این نتایج نشان می‌دهند که فناوری جدید می‌تواند ترکیبات عطری قهوه را تغییر دهد و محصولی با ویژگی‌های شیمیایی متفاوت ایجاد کند. بااین‌حال، برای مشخص‌شدن تاثیر این تغییرات بر طعم نهایی، انجام آزمایش‌های حسی و بررسی نظر مصرف کنندگان ضروری است.
آیا رُست با پلاسما مصرف انرژی را کاهش می‌دهد؟
کاهش زمان برشته‌کاری لزوما به معنای کاهش مصرف انرژی نیست. محققان در این پژوهش مصرف انرژی دو دستگاه را نیز بررسی کردند.
بر اساس برآورد آن‌ها، مصرف انرژی ویژه دستگاه معمولی برای رُست روشن، متوسط و تیره به‌ترتیب حدود ۲.۳، ۳.۲ و ۷.۲ کیلوژول به ازای هر گرم قهوه بود. این مقادیر برای دستگاه پلاسما به‌ترتیب حدود ۴.۲، ۶ و ۶.۹ کیلوژول گزارش شد.
البته روش اندازه‌گیری مصرف انرژی در دو دستگاه یکسان نبوده است؛ بنابراین نمی‌توان این اعداد را مبنای مقایسه مستقیم و قطعی قرار داد.
در نتیجه، هرچند فناوری پلاسما زمان برشته‌کاری را به میزان قابل‌توجهی کاهش داده، هنوز نمی‌توان آن را از نظر مصرف انرژی اقتصادی‌تر از روش معمولی دانست.
آینده فناوری برشته کاری قهوه با پلاسما
فناوری برشته‌کاری الکترو حرارتی با کمک پلاسما می‌تواند یکی از مسیرهای جدید توسعه صنعت قهوه باشد. کاهش زمان رُست تا ۸۱ درصد، حفظ بیشتر اسید کلروژنیک و تغییر در ترکیبات عطری، این روش را به گزینه‌ای جالب توجه برای تولیدکنندگان قهوه و سازندگان تجهیزات تخصصی تبدیل می‌کند.
بااین‌حال، پیش از ورود گسترده این فناوری به بازار باید مواردی مانند عملکرد دستگاه در ظرفیت‌های صنعتی، مصرف انرژی واقعی، یکنواختی برشته‌کاری، ایمنی تجهیزات و کیفیت حسی قهوه بررسی شوند.
در حال حاضر نمی‌توان گفت قهوه رُست شده با پلاسما لزوما خوش‌طعم‌تر یا سالم‌تر است. آنچه این پژوهش نشان می‌دهد، امکان دستیابی به درجات برشتگی مشابه در زمان کوتاه‌تر و ایجاد تفاوت در ترکیبات شیمیایی قهوه است.
جمع بندی
پژوهش جدید درباره برشته‌کاری قهوه با پلاسما، چشم‌انداز متفاوتی از آینده تولید این نوشیدنی محبوب ارائه می‌دهد. محققان توانسته‌اند زمان رُست را تا ۸۱ درصد کاهش دهند و در عین حال، میزان برخی ترکیبات مهم مانند اسید کلروژنیک را در مقایسه با روش معمولی افزایش دهند. اگر مطالعات آینده بتوانند کیفیت حسی، بهره‌وری انرژی و امکان تولید صنعتی این فناوری را تایید کنند، احتمالا در سال‌های آینده شاهد ورود روش‌های پیشرفته‌تری به صنعت برشته‌کاری قهوه خواهیم بود.
سوالات متداول در مورد فناوری جدید روست قهوه
رُست قهوه با پلاسما چیست؟
روشی جدید برای برشته‌کاری دانه‌های قهوه است که در آن از ترکیب گرمایش الکتریکی و تخلیه الکتریکی پلاسما استفاده می‌شود.
رُست قهوه با پلاسما چقدر سریع‌تر است؟
طبق نتایج پژوهش، این فناوری زمان رُست روشن را ۴۲ درصد، رُست متوسط را ۴۴ درصد و رُست تیره را ۸۱ درصد کاهش داده است.
آیا قهوه رُست شده با پلاسما سالم تر است؟
در این روش میزان اسید کلروژنیک و برخی ترکیبات پلی‌فنولی بیشتر بوده است؛ اما برای اثبات سالم‌تر بودن آن به مطالعات تکمیلی نیاز داریم.
آیا رُست با پلاسما طعم قهوه را بهتر می‌کند؟
این فناوری ترکیبات عطری قهوه را تغییر می‌دهد، اما هنوز آزمایش‌های حسی کافی برای اثبات بهتر بودن طعم آن انجام نشده است.
