Distribuzione delle particelle di caffè decifrata: x50, picco principale e altro.

Ami il caffè e aspiri alla tazza perfetta? Allora avrai sicuramente già sentito parlare della granulometria. Ma quanto "bene" macinato produce davvero un mulino dipende da molti più fattori di quanto il pulvere sia fine o grossolano.

È qui che entra in gioco la distribuzione granulometrica (Particle Size Distribution = PSD) – un fattore decisivo per l'estrazione e quindi per il gusto del tuo caffè. Negli ultimi anni abbiamo testato intensivamente oltre 70 mulinelli per caffè e abbiamo approfondito il mondo dell'analisi granulometrica. In questo articolo ti spieghiamo cosa c'è dietro la distribuzione granulometrica, come la misuriamo e quali parametri sono davvero importanti.

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Cos'è una distribuzione granulometrica (PSD)?

Quando il tuo mulino riduce in polvere i chicchi di caffè, non si crea una sola dimensione di particella, ma un intero spettro – da "fines" molto fini a "boulders" più grossolani. La distribuzione granulometrica descrive esattamente questo mix: quante particelle di quale dimensione si trovano nel tuo caffè macinato? Come si presenta questo spettro dipende fortemente dal meccanismo di macinazione, ad esempio se macini con un mulino a coni o a dischi.

In genere, nel caffè macinato per espresso osserviamo una cosiddetta distribuzione bimodale. Ciò significa che solitamente ci sono due "picchi" (Peaks) nella distribuzione:

1. Un picco fine (Fines Peak) a dimensioni di particella molto piccole.
2. Un picco principale (Nominal Peak), che rappresenta la maggior parte del caffè macinato e la cui posizione dipende fortemente dalla granulometria impostata.

Questa distribuzione è decisiva, perché influenza notevolmente il modo in cui l'acqua scorre attraverso il caffè durante l'infusione e quali aromi vengono estratti e con quale velocità. Una distribuzione non uniforme può portare a un'estrazione non uniforme – alcune particelle sono alors sovraestrate (amare), altre sottoestrate (acide).

Come misuriamo la distribuzione granulometrica? Il nostro protocollo

Per ottenere dati oggettivi e comparabili, lavoriamo a stretto contatto con il team del Coffee Excellence Center della Zurigo University of Teacher Education (ZHAW). Le nostre misurazioni seguono un protocollo standardizzato:

1. Dispositivo di misurazione: Utilizziamo un dispositivo di misurazione ad alta precisione basato sull'analisi dinamica delle immagini (un Retsch Camsizer X2, internamente chiamato affettuosamente "Kevin"). Le particelle di caffè vengono fatte passare attraverso uno scivolo e catturate da fotocamere. A differenza della diffrazione laser, in questo modo otteniamo non solo informazioni sulla dimensione, ma teoricamente anche sulla forma, anche se qui ci concentriamo sulla dimensione.
2. Campionamento: Un campione rappresentativo è essenziale. Poiché le particelle più fini e più grosse possono separarsi nel contenitore, utilizziamo un divisore di campioni. Questo divide meccanicamente e equamente il campione macinato, in modo da ottenere una piccola quantità rappresentativa per l'analisi.
3. Standardizzazione: Tutti i mulini vengono testati con lo stesso caffè (un brasiliano lavorato naturale della cooperativa APAS) e secondo ricette definite (T4 = Espresso, T5 = Ristretto, T6 = Lungo, T7 = ritorno a Espresso), per garantire la comparabilità.

I parametri di misurazione più importanti nel dettaglio

Dai dati di misurazione deriviamo vari parametri. I tre più importanti per la valutazione di un mulino sono:

x50 (Mediana):

x₅₀ (dimensione mediana della particella): questa è la dimensione media della particella nel senso statistico. Più precisamente: il 50% delle particelle è più piccolo di x₅₀ e il 50% è più grande. Pertanto, x₅₀ è anche chiamato mediana o D50. Per le macinature di espresso si trova tipicamente nel intervallo di centinaia di micrometri (ad es. 200–300 µm, a seconda del mulino e dell'impostazione). x₅₀ può essere considerato come una misura approssimativa della "granulometria media" – si sposta a sinistra (valori più piccoli) quando maciniamo più finemente, e a destra (valori più grandi) con una macinatura più grossolana. Per l'estrazione, un x₅₀ piccolo significa: molta superficie, tendenzialmente estrazione più elevata (fino a sovraestrazione) e flusso più lento. Un x₅₀ più grande fornisce meno superficie, minore estrazione (rischio di sottoestrazione) e flusso più veloce. Importante: x₅₀ da solo non descrive l'intera distribuzione, ma è un buon punto di partenza per confrontare le macinature.

🔎 x50 In breve: Il valore x50 (in micrometri, µm) è il punto in cui il 50% del volume del caffè macinato è costituito da particelle più piccole di questo valore, e il 50% da particelle più grandi. Rappresenta la "dimensione tipica" delle particelle nel caffè macinato.

Frazione fine (Qf <100 µm / Picco fine):

Con questo intendiamo la frazione fine nel caffè macinato – in concreto la percentuale di particelle più piccole di 100 µm. Perché 100 µm? Perché in molte analisi di mulini, intorno a questa dimensione si trova un punto di minimo tra il grande picco principale e la "collina della polvere fine". Tutto a sinistra di questo lo chiamiamo fines. Questo valore (spesso indicato come Q_<100µm) dice quindi quanto polveroso è un caffè macinato. Esempio: 30% <100 µm significa che quasi un terzo delle particelle di caffè è più fine di uno spessore di capello umano – è già una buona quantità di "polvere di caffè".

Un'alta frazione fine può aumentare il corpo di un espresso (intensità; perché più particelle fini finiscono nella tazza), ma comporta anche il rischio di sovraestrazione e amarezza (le fines rilasciano molto rapidamente i composti del gusto e tendono a sovraestrarsi). Inoltre, ostruiscono gli spazi nel puck e aumentano la resistenza: i mulini che producono molte fines devono spesso essere impostati molto più grossolanamente per l'espresso, per ottenere comunque un shot che scorre. Al contrario, i mulini che hanno poche fines (le cosiddette distribuzioni unimodali con un solo picco) possono essere impostati molto più finemente senza che lo shot si blocchi – perché ci sono meno particelle che ostruiscono. Il picco fine quindi decide in modo decisivo come un caffè macinato si comporta e sa di: da vellutato e denso (molte polveri sottili) a limpido e leggero (poche polveri sottili).

🔎 Frazione fine in breve: Questo valore indica la percentuale volumetrica delle particelle che sono più piccole di 100 micrometri. Queste particelle molto fini sono spesso chiamate "fines" e formano il picco fine nella curva di distribuzione. Questo picco si trova spesso nell'intervallo di 30-70 µm.

"Larghezza del picco principale" (Larghezza picco grossolano al 60%):

Quando parliamo della larghezza del picco principale, intendiamo l'intervallo di dimensioni in cui il 60% di tutte le particelle grossolane (cioè più grandi di 100 µm) è contenuto. Le fines, cioè le particelle molto fini al di sotto di questa soglia, sono deliberatamente escluse. In questo modo si crea una visione chiara di ciò che un mulino produce nel suo "core business": le particelle medie e grosse che influenzano principalmente l'espresso.

Immaginiamo questo intervallo principale come un paesaggio montuoso senza nebbia: il picco principale è una cresta stretta e chiara, dove quasi tutte le particelle hanno una dimensione simile? O è una collina ampia circondata da piccole catene di colline? Esattamente questo mostra la larghezza del picco grossolano al 60% – descrive quanto strettamente o ampiamente il caffè macinato si distribuisce nell'intervallo principale.

Un valore piccolo significa: le dimensioni delle particelle sono vicine tra loro, il caffè macinato è uniforme. Un valore grande significa: la distribuzione è ampia – ci sono sia particelle più piccole che significativamente più grandi intorno alla media. La conseguenza: una parte del caffè si estrae più velocemente, un'altra più lentamente – questo può portare a un'instabilità nel gusto.

Perché è importante? Perché una distribuzione stretta lascia presagire un'estrazione più uniforme – con aromi equilibrati e puliti. Se la distribuzione è invece ampia, spesso ci sono particelle di medie dimensioni e frammenti grossolani ("boulders") uno accanto all'altro nel puck. Quest'ultimi rilasciano poco gusto – sottoestrarsi, mentre il resto è già ottimale o addirittura troppo estratto. Il risultato: l'acidità e l'amarezza stanno una accanto all'altra senza collegamento, la dolcezza si perde.

Nei nostri test con oltre 70 mulini si è dimostrato: non appena la nuvola principale diventa più ampia di circa 300 µm, gli espresso spesso sanno di "disperso" – poca struttura, poca armonia. Una larghezza di picco inferiore, invece, è tipica dei mulini moderni con un taglio preciso e un allineamento stabile. Producono costantemente un caffè macinato di alta qualità – la base per un espresso limpido e stabile nell'estrazione.

🔎 In breve: La larghezza del picco grossolano al 60% non misura la larghezza al 60% dell'altezza della curva, ma l'intervallo di dimensioni in cui è contenuto il 60% della massa di particelle grossolane. È una misura oggettiva dell'uniformità della parte principale nel caffè macinato – e quindi un indicatore chiave della qualità del mulino.

Comprendere le curve di distribuzione granulometrica

Quando osserviamo i risultati della misurazione delle particelle, di solito vediamo due curve: una distribuzione incrementale e una cumulativa. Entrambe mostrano lo stesso campione di caffè macinato – ma da due prospettive diverse.

Importante: l'asse X in entrambi i diagrammi – cioè la dimensione della particella – è in scala logaritmica. Ciò significa: la distanza tra 10 µm e 100 µm appare grande quanto la distanza tra 100 µm e 1000 µm – anche se il secondo intervallo copre dieci volte più differenza di dimensione.

Perché è importante? Perché il nostro occhio si inganna facilmente:

• Nella curva incrementale, l'area sotto 100 µm spesso appare più ampia di quanto non sia in realtà – anche se in realtà c'è molto poco spazio.
• Nella curva cumulativa, un aumento ripido nell'intervallo 200–300 µm può improvvisamente apparire molto più drammatico, perché la distanza sembra otticamente piccola, ma concretamente è grande.

In breve: l'asse X non è lineare, ma segue una divisione logaritmica – questo è necessario per mostrare chiaramente sia le particelle fini che quelle grossolane in un grafico. Ma: cambia la nostra percezione di "area" e "ponderazione". Chi legge la curva dovrebbe tenere questo in mente.

Esempio di una distribuzione incrementale.

Distribuzione incrementale ("Incremental Share")

La distribuzione incrementale (Incremental Share) sembra una piccola catena montuosa. Mostra quante particelle si trovano in un determinato intervallo di dimensioni. L'asse Y indica quale proporzione (in percentuale) dell'intero caffè macinato si trova all'interno di uno stretto intervallo di dimensioni – ad esempio tra 240 e 250 µm. Più alto è un punto sulla curva, più particelle si trovano esattamente in questo intervallo. Subito si vede: dove si trova la "montagna" più alta? Quante fines ci sono? E quanto è ampio il tutto? Questo rende la distribuzione incrementale la mappa visiva della granulometria – ci dice dove si trova la maggior parte delle particelle, quanto è pronunciato il picco fine, e quanto il caffè macinato è omogeneo o disperso.

• La curva incrementale ti mostra quale percentuale del caffè macinato corrisponde a un determinato intervallo di dimensioni (ad es. quanto si trova tra 30-100 µm).
• Visualizza molto chiaramente i picchi – riconosci il picco fine e il picco principale e vedi se la distribuzione è bimodale. L'asse X (dimensione della particella) è spesso rappresentato in scala logaritmica qui, per rendere più visibile l'area fine.
• Se a 250 µm (asse X) c'è un valore del 2% sull'asse Y, significa: → Circa il 2% del caffè totale misurato è costituito da particelle che sono circa 250 µm grandi (più precisamente: nell'intervallo di misurazione intorno a 250 µm).

Esempio di una distribuzione cumulativa

Distribuzione cumulativa ("Cumulative Share")

La distribuzione cumulativa (Cumulative Share) racconta la stessa storia – ma in un modo diverso. Qui l'asse Y mostra quale percentuale del caffè è stata già raggiunta se sommiamo tutte le particelle fino a una determinata dimensione. La curva inizia a sinistra a zero e poi aumenta costantemente – fino a raggiungere il 100% a destra. I cambiamenti di pendenza sono particolarmente interessanti: una sezione ripida significa che in questo intervallo di dimensioni sono presenti molte particelle – accade qualcosa di importante nel caffè. Una sezione piatta significa: qui non accade molto, solo poche particelle si muovono in questo ordine di grandezza. Si potrebbe dire: la curva cumulativa mostra come velocemente il sacco di caffè si riempie, se lo riempiamo da fine a grossolano con particelle.

• Questa curva mostra la quota totale (in percentuale) di tutte le particelle che sono minori o uguali a una determinata dimensione.
• Aumenta sempre dallo 0% al 100%.
• Da questa curva puoi facilmente leggere il valore x50 (dove la curva incrocia la linea del 50%) e anche la frazione fine (il valore Y a 100 µm sull'asse X).

Perché questi valori influenzano il gusto

Ora diventa interessante: come si riflettono queste proprietà di distribuzione nella tazza? Qui entrano in gioco sia esperienze empiriche che conoscenze scientifiche. Da un lato, gli assaggiatori esperti notano rapidamente quando un espresso, ad esempio, a causa di troppe fines sembra sovraestrato-amaro o a causa di particelle troppo grossolane rimane acquoso e acido. D'altra parte, analisi – ad esempio dell'astrofisico e ricercatore del caffè Jonathan Gagné – hanno chiaramente dimostrato che quando effettuiamo il dial-in di un espresso, fondamentalmente stiamo regolando la frazione fine. In un'analisi di 24 mulinelli per espresso della nostra serie di misurazioni, Gagné ha scoperto che diversi mulini a impostazione ottimale producono quantità di fines sorprendentemente simili – indipendentemente dal diametro medio delle particelle. In altre parole: i baristi girano principalmente la granulometria fino a quando la quantità totale di fines non è corretta, per ottenere il flusso e la pressione desiderati.

Un mulino "amante delle fines" deve quindi essere impostato molto più grossolanamente (in modo che troppe fines non ostruiscano il puck), mentre un mulino "avaro di fines" può essere impostato molto finemente (per creare abbastanza resistenza nel puck). Questa interazione spiega perché, ad esempio, i mulini unimodali (con poche fines) spesso hanno bisogno di shot molto fini, che poi offrono però note di gusto straordinariamente chiare – qui si parla volentieri di "Low-Fines Shots", che enfatizzano acidi più chiari e note floreali. Al contrario, i mulini con deliberatamente un po' più di fines spesso forniscono espresso più forte, robusto con texture più spessa – classico italiano con più carattere amaro-cioccolato, ma a volte un po' più ruvido nell'acidità. Anche la larghezza del picco principale si riflette nel gusto. Nei nostri test abbiamo notato ripetutamente che distribuzioni molto larghe (alta larghezza del picco principale) portano a combinazioni di gusto complicate: una certa inquietudine nella tazza, potremmo dire, anche descritta da noi come "dispersa". Una parte dell'estrazione va troppo lontano (amarezza, a volte una nota metallica), un'altra rimane indietro (acidità acuta), e è difficile ottenere un gusto globale equilibrato.

Se invece le dimensioni delle particelle diventano più omogenee (picco più stretto), il gusto solitamente si assembla più armonicamente – dolcezza, acidità e amarezza sono in accordo, nulla spicca in modo spiacevole. Ciò non significa che ogni mulino con molte fines o una distribuzione ampia produca automaticamente caffè cattivo. I giudizi di gusto dipendono da molti fattori (varietà di fagioli, tostatura, ricetta, ecc.), e si possono compensare molte cose con la tecnica. Tuttavia: i trend sono chiari. I mulini che macinano molto uniformemente sono apprezzati da molti appassionati di caffè per i loro shot limpidi e equilibrati. I mulini che producono più fines spesso forniscono shot potenti e densi, ma sono più difficili da perfezionare. Qui decide anche il gusto personale: alcuni amano la potenza cioccolatosa di un espresso leggermente "sporco", altri amano la sfumatura trasparente di un espresso "pulito" – entrambi possono essere eccellenti a loro modo. La distribuzione granulometrica ci fornisce tuttavia i rispetto scientifici per rendere tangibili tali caratteristiche di un mulino e lavorare deliberatamente con esse.

Naturalmente questi tre valori sono anche correlati tra loro: spesso i mulini con molte fines (alta frazione fine) producono una distribuzione leggermente più ampia e un x₅₀ più grande, perché devono essere impostati più grossolanamente. Al contrario, i mulini con poche fines hanno spesso un x₅₀ più piccolo (devono essere impostati più finemente) e un picco principale più stretto. Tuttavia, vale la pena guardare ogni parametro individualmente per comprendere il quadro completo.

Conclusione: cosa possiamo imparare dall'analisi granulometrica per il caffè perfetto

L'occuparsi di distribuzioni granulometriche mostra in modo impressionante che nel semplicemente atto di macinare il caffè si nasconde un mondo nascosto di scienza. Per noi amanti del caffè, ciò significa: possiamo affrontare la cosa in modo più consapevole. Se capiamo che un mulino non macinere solo "fino" o "grossolano", ma crea un impronta digitale individuale di fines, particelle medie e forse un paio di boulders, allora possiamo adattare meglio le nostre ricette di caffè – o fare la scelta del mulino che corrisponde alle nostre preferenze.

Diversi dischi di macinatura di stessa dimensione con geometrie diverse come taglio, prelavorazione, larghezza dei bordi di taglio cambiano molto fortemente la distribuzione granulometrica.

Le intuizioni dell'analisi granulometrica ci ispirano, al prossimo espresso, forse a guardare un po' più da vicino (o ad assaggiare): sento tracce che il mio mulino produce molte fines? L'espresso è vellutato, pesante, forse con una certa secchezza nel retrogusto e meno chiarezza nelle note? Allora potrebbe essere un indicatore di una frazione fine elevata.

O è limpido nella sua complessità e le note individuali del caffè risaltano – il corpo è comunque un po' meno pronunciato e forse succoso e non pesante e denso? Allora potrebbe essere un segno di macinatura molto omogenea, avara di fines.

In fin dei conti, la distribuzione granulometrica ci mostra quanto strettamente l'artigianato e la scienza sono collegati nel caffè. I migliori risultati si ottengono quando utilizziamo entrambi: la curiosità e la passione per l'esperimento del barista casalingo e la conoscenza della ricerca. Il nostro viaggio nel mondo delle particelle di caffè ha dimostrato che dietro ogni tazza aromatica si nasconde un sacco di fisica e statistica – ma non preoccuparti: non devi essere un astrofisico per trarne vantaggio (anche se persone come Jonathan Gagné sicuramente aiutano!).

Anche una comprensione di base di ciò che accade nel caffè macinato può aiutarci a prendere decisioni più consapevoli. Sia l'investimento in un particolare mulino che il perfezionamento della nostra ricetta – misurazioni scientifiche come l'analisi granulometrica ci danno una base oggettiva per comprendere un po' meglio il mito e la magia dell'espresso.

Alla fine si tratta del gusto nella tazza. La distribuzione granulometrica non è un fine in sé, ma una chiave che ci aiuta a decifrare e controllare il gusto. Quindi, la prossima volta che parliamo di "grossolano" o "fine", ricordiamo: c'è molto di più dietro – un intero mondo di particelle che aspetta di essere scoperto. Divertiti mentre continui a esplorare e sul cammino verso il caffè perfetto!