Distribuzione delle particelle di caffè decodificata: x50, picco principale e co.

Ami il caffè e cerchi la tazza perfetta? Allora probabilmente hai sentito parlare di macinatura. Ma quanto "bene" un macinacaffè macina effettivamente il caffè non dipende solo dalla finezza o dalla grana della polvere.

È qui che entra in gioco la distribuzione granulometrica (PSD) , un fattore cruciale per l'estrazione e quindi per il gusto del caffè. Negli ultimi anni, abbiamo testato rigorosamente oltre 70 macinacaffè, approfondendo il mondo dell'analisi delle particelle. In questo articolo, spiegheremo cos'è la distribuzione granulometrica, come la misuriamo e quali parametri chiave sono veramente importanti.

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Che cos'è la distribuzione granulometrica delle particelle (PSD)?

Quando il tuo macinacaffè macina i chicchi di caffè, non produce una singola granulometria, ma un intero spettro di particelle: da "fini" molto fini a "massi" più grossolani. La distribuzione granulometrica descrive esattamente questa miscela: quante particelle di quale dimensione sono presenti nel tuo caffè macinato?

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

1. Un picco fine con particelle di dimensioni molto piccole.
2. Un picco principale (picco nominale) che costituisce la maggior parte del materiale macinato e la cui posizione dipende fortemente dall'impostazione di macinazione impostata.

Questa distribuzione è fondamentale, poiché influenza significativamente il modo in cui l'acqua scorre attraverso il caffè durante l'infusione, quali aromi vengono estratti e con quale velocità. Una distribuzione non uniforme può portare a un'estrazione non uniforme: alcune particelle risultano sovraestratte (amaro), altre sottoestratte (acido).

Come misuriamo la distribuzione delle particelle? Il nostro protocollo

Per ottenere dati oggettivi e comparabili, collaboriamo a stretto contatto con il team del Coffee Excellence Center della Scuola Universitaria Applicata di Zurigo (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, affettuosamente soprannominato internamente "Kevin"). Le particelle di caffè vengono guidate attraverso uno scivolo e catturate da telecamere. A differenza della diffrazione laser, questo metodo ci fornisce non solo informazioni sulle dimensioni ma, teoricamente, anche sulla forma, sebbene la nostra attenzione qui sia rivolta alle dimensioni.
2. Campionamento : è essenziale disporre di un campione rappresentativo. Poiché le particelle più fini e quelle più grossolane possono separarsi nel contenitore, utilizziamo un divisore di campioni. Questo divide meccanicamente ed equamente il campione macinato, in modo da ottenere una quantità piccola ma rappresentativa per l'analisi.
3. Standardizzazione : tutti i macinacaffè vengono testati con lo stesso caffè (un caffè brasiliano lavorato naturalmente dalla cooperativa APAS) e secondo ricette definite (T4 = Espresso, T5 = Ristretto, T6 = Lungo, T7 = ritorno all'Espresso) per garantire la comparabilità.

Le misurazioni più importanti nel dettaglio

Dai dati di misurazione ricaviamo diversi indicatori chiave di prestazione. I tre più importanti per la valutazione di un impianto sono:

x50 (mediana):

x₅₀ (dimensione media delle particelle): questa è la dimensione media delle particelle in senso statistico. Più precisamente: il 50% delle particelle è più piccolo di x₅₀ e il 50% è più grande. x₅₀ è quindi anche chiamato mediana o D50. Per la macinatura dell'espresso, è tipicamente nell'intervallo di diverse centinaia di micrometri (ad esempio, 200-300 µm, a seconda del macinacaffè e delle impostazioni). x₅₀ può essere considerato una misura approssimativa della "dimensione media della macinatura ": si sposta verso sinistra (valori più piccoli) quando la macinatura è più fine e verso destra (valori più grandi) quando la macinatura è più grossa. Per l'estrazione, un x₅₀ piccolo significa: un'ampia superficie, una tendenza a un'estrazione maggiore (anche sovraestrazione) e una portata più lenta. Un x₅₀ più grande si traduce in una minore superficie, una minore estrazione (rischio di sottoestrazione) e una portata più veloce. Importante: x₅₀ da solo non descrive l'intera distribuzione, ma è un buon punto di partenza per confrontare le grind.

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

Contenuto fine (Qf <100 µm / picco fine):

Qui intendiamo il contenuto di particelle fini nel caffè macinato , in particolare la percentuale di particelle inferiori a 100 µm. Perché 100 µm? Perché in molte analisi dei macinacaffè, un punto minimo si trova all'incirca a questa dimensione tra il picco principale e il "picco delle polveri sottili". Tutto ciò che si trova a sinistra di questo valore è ciò che chiamiamo polveri sottili. Questo valore (spesso indicato come Q_<100 µm) indica quindi quanto è polveroso il caffè macinato. Ad esempio, il 30% <100 µm significa che quasi un terzo delle particelle di caffè è più fine dello spessore di un capello umano: si tratta di una notevole quantità di "polvere di caffè".

Un'elevata percentuale di fini può aumentare il corpo di un espresso (intensità, perché più particelle fini finiscono in tazza), ma comporta anche il rischio di sovraestrazione e amaro (i fini rilasciano composti aromatici molto rapidamente e sono soggetti a sovraestrazione). Inoltre, ostruiscono gli spazi all'interno del disco e aumentano la resistenza: i macinacaffè che producono molti fini spesso devono essere impostati su una macinatura più grossa per ottenere un espresso ragionevolmente uniforme. Al contrario, i macinacaffè che producono pochissimi fini (le cosiddette distribuzioni unimodali con un solo picco) possono essere impostati molto più finemente senza che la macinatura si ostruisca, perché ci sono meno particelle che ostruiscono. Il picco di fini, quindi, influenza significativamente il comportamento e il sapore di una macinatura: da vellutata e densa (molti fini) a chiara e leggera (pochi fini).

🔎 Frazione fine in breve: questo valore indica la percentuale in volume di particelle di dimensioni inferiori a 100 micrometri . Queste particelle molto fini sono spesso chiamate "fini" e formano il picco fine nella curva di distribuzione. Questo picco è spesso compreso tra 30 e 70 µm.

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

Quando parliamo di ampiezza del picco principale , intendiamo l'intervallo dimensionale che contiene il 60% di tutte le particelle grossolane (ovvero superiori a 100 µm). Le particelle fini, ovvero le particelle molto fini al di sotto di questa soglia, vengono deliberatamente escluse. Questo fornisce una chiara visione di ciò che un macinacaffè produce nella sua operazione "principale": le particelle medio-grossolane che influenzano significativamente l'espresso.

Immaginate quest'area principale come un paesaggio montuoso senza nebbia : la cima principale è una cresta stretta e nitida, dove quasi tutte le particelle hanno dimensioni simili? O una collina estesa circondata da catene montuose più piccole? Questo è esattamente ciò che mostra la larghezza approssimativa del picco del 60% : descrive quanto strettamente o ampiamente sia distribuito il materiale fresato nell'area principale.

Un valore basso indica che le dimensioni delle particelle sono ravvicinate, con conseguente macinatura uniforme. Un valore alto indica una distribuzione ampia: attorno alla media si trovano sia particelle più piccole che significativamente più grandi. La conseguenza: alcuni caffè vengono estratti più velocemente, altri più lentamente, il che può portare a incongruenze nel sapore.

Perché questo è importante? Perché una distribuzione stretta suggerisce un'estrazione più uniforme, con sapori equilibrati e puliti. Se la distribuzione è ampia, tuttavia, particelle di medie dimensioni e pezzi grandi ("massi") spesso si trovano uno accanto all'altro nel disco. Questi ultimi conferiscono pochissimo sapore: estraggono in modo insufficiente, mentre il resto è già estratto in modo ottimale o addirittura sovraestratto. Il risultato: acidità e amarezza si trovano slegati l'uno dall'altro, e la dolcezza va persa.

I nostri test con oltre 70 macinacaffè hanno rivelato che non appena la larghezza del picco principale supera circa 300 µm, gli espressi spesso hanno un sapore "sconnesso", privo di struttura e armonia. Una larghezza del picco più stretta, d'altra parte, è tipica dei macinacaffè moderni, con macinatura precisa e allineamento stabile. Producono costantemente una macinatura di alta qualità, la base per un espresso limpido e stabile durante l'estrazione.

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

Comprensione delle curve di distribuzione delle particelle

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

Importante: l' asse x in entrambi i diagrammi, ovvero la dimensione delle particelle, è in scala logaritmica. Ciò significa che la distanza tra 10 µm e 100 µm appare uguale alla distanza tra 100 µm e 1000 µm, sebbene quest'ultimo intervallo rappresenti una differenza dimensionale dieci volte superiore .

Perché è importante? Perché può facilmente ingannare i nostri occhi:

• Nella curva incrementale, l'area al di sotto dei 100 µm appare spesso più ampia di quanto non sia in realtà, anche se in realtà lo spazio è molto ridotto.
• Nella curva cumulativa, un forte aumento nell'intervallo 200-300 µm può apparire improvvisamente molto più drammatico perché la distanza appare piccola visivamente, ma è grande in termini di contenuto.

In breve: l'asse x non è lineare, ma segue una scala logaritmica – questo è necessario per rappresentare chiaramente sia le particelle fini che quelle grossolane in un unico grafico. Tuttavia, altera la nostra percezione di "area" e "peso". Chiunque interpreti la curva dovrebbe tenerlo a mente.

Esempio di distribuzione incrementale.

Quota incrementale

La quota incrementale assomiglia a una piccola catena montuosa. Mostra quante particelle sono presenti in un intervallo dimensionale specifico . L'asse Y indica quale percentuale del materiale macinato totale si trova all'interno di un intervallo dimensionale ristretto, ad esempio tra 240 e 250 µm. Più alto è il punto sulla curva, più particelle si trovano esattamente in quell'intervallo. È possibile vedere immediatamente: dov'è il "picco" più alto? Quante particelle fini ci sono? E quanto è ampia la distribuzione complessiva? Questo rende la quota incrementale una mappa visiva della granulometria macinata : ci dice dove si trova la maggior parte delle particelle, quanto è pronunciato il picco delle particelle fini e quanto omogeneo o disperso appare il materiale macinato nel complesso.

• La curva incrementale mostra quale percentuale della polvere di caffè rientra in un intervallo di dimensioni specifico (ad esempio, quale percentuale si colloca tra 30 e 100 µm).
• Visualizza i picchi in modo molto chiaro: è possibile identificare il picco fine e il picco principale e verificare se la distribuzione è bimodale. L'asse x (dimensione delle particelle) è spesso visualizzato in modo logaritmico per rendere più visibile l'intervallo fine.
• Se il valore a 250 µm (asse X) è pari al 2% sull'asse Y, ciò significa: → Circa il 2% del caffè totale misurato è costituito da particelle di dimensioni pari a circa 250 µm (più precisamente: nell'intervallo di misurazione attorno a 250 µm).

Esempio di distribuzione cumulativa

Quota cumulativa

La quota cumulativa racconta la stessa storia, ma in modo diverso. Qui, l'asse y mostra quale percentuale di caffè è già stata elaborata quando sommiamo tutte le particelle fino a una certa dimensione . La curva inizia da zero a sinistra e poi sale costantemente, fino a terminare al 100% a destra. I cambiamenti di pendenza sono particolarmente interessanti: una sezione ripida significa che ci sono molte particelle in questo intervallo di dimensioni – è lì che il caffè è davvero attivo. Una sezione poco profonda significa: non c'è molto da fare qui, sono presenti solo poche particelle di queste dimensioni. Si potrebbe dire: la curva cumulativa mostra la velocità con cui il sacchetto di caffè si riempie quando aggiungiamo particelle da fini a grossolane.

• Questa curva mostra la proporzione totale (in percentuale) di tutte le particelle che sono più piccole o uguali a una certa dimensione.
• Aumenta sempre dallo 0% al 100%.
• Da questa curva è possibile leggere facilmente il valore x50 (dove la curva interseca 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 la questione si fa interessante: come si traducono queste caratteristiche di distribuzione in tazza? È qui che entrano in gioco sia l'esperienza empirica che le scoperte scientifiche. In primo luogo, i degustatori esperti notano rapidamente quando un espresso, ad esempio, ha un sapore sovraestratto e amaro a causa di troppe particelle fini, o rimane acquoso e acido a causa di particelle eccessivamente grossolane. In secondo luogo, analisi come quelle dell'astrofisico e ricercatore del caffè Jonathan Gagné hanno chiaramente dimostrato che quando si regola un espresso, si sta essenzialmente regolando la proporzione di particelle fini. In una valutazione di 24 macinacaffè per espresso della nostra serie di test, Gagné ha scoperto che diversi macinacaffè, se regolati in modo ottimale, producono quantità sorprendentemente simili di particelle fini, indipendentemente dal diametro medio delle particelle. In altre parole, i baristi regolano principalmente la macinatura fino a quando la quantità totale di particelle fini non è perfetta per ottenere la portata e la pressione desiderate.

Un macinacaffè che produce molti fini deve essere impostato su una macinatura molto più grossa (per evitare che troppi fini ostruiscano il disco), mentre un macinacaffè che produce meno fini può essere impostato su una macinatura molto fine (per creare una resistenza sufficiente nel disco). Questa interazione spiega perché, ad esempio , i macinacaffè unimodali (con pochi fini) spesso richiedono macinature molto fini , che poi forniscono note aromatiche eccezionalmente chiare – queste sono spesso definite "macine a basso contenuto di fini", enfatizzando acidi più brillanti e note floreali. Al contrario, i macinacaffè con un contenuto di fini deliberatamente più elevato spesso producono espressi più forti e corposi con una consistenza più densa – classicamente italiani con un carattere di cioccolato agrodolce più intenso, ma a volte anche con un'acidità più marcata. Anche l'ampiezza del picco principale si riflette sul gusto. Nei nostri test, abbiamo ripetutamente riscontrato che distribuzioni molto ampie (ampiezza elevata del picco principale) portano a combinazioni di sapori complesse : una certa irrequietezza nella tazza, si potrebbe dire, che abbiamo anche descritto come "dispersa". Una parte dell'estrazione è eccessiva (amaro, a volte con una nota metallica), un'altra parte rimane indietro (forte acidità) ed è difficile ottenere un sapore complessivo equilibrato.

Al contrario, se le dimensioni delle particelle sono più omogenee (picco più stretto) , il sapore si fonde solitamente in modo più armonioso: dolcezza, acidità e amarezza sono in equilibrio, nulla si distingue in modo sgradevole. Questo non significa che ogni macinacaffè con molte particelle fini o un'ampia distribuzione produca automaticamente un caffè cattivo. Il giudizio sul gusto dipende da molti fattori (varietà di chicchi, tostatura, ricetta, ecc.) e la tecnologia può compensare molti di questi fattori. Tuttavia, le tendenze sono chiare. I macinacaffè che producono una macinatura molto uniforme sono apprezzati da molti appassionati di caffè per i loro caffè chiari ed equilibrati. I macinacaffè che producono più particelle fini spesso producono caffè forti e densi, ma questi sono più difficili da bilanciare perfettamente. Anche il gusto personale gioca un ruolo: alcuni apprezzano l'intensità cioccolatosa di un espresso leggermente "sporco", altri amano le sfumature trasparenti di un espresso "pulito" – entrambi possono essere eccellenti a modo loro. Tuttavia, la distribuzione delle particelle ci fornisce gli strumenti scientifici per rendere tangibili tali caratteristiche di un macinacaffè e per lavorarci in modo mirato.

Naturalmente, questi tre valori sono anche correlati: i macinini con molti fini (alto contenuto di fini) spesso producono una distribuzione leggermente più ampia e un x₅₀ maggiore perché devono essere impostati più grossolanamente. Al contrario, i macinini con pochi fini spesso hanno un x₅₀ più piccolo (devono essere impostati più finemente) e un picco principale più stretto. Tuttavia, vale la pena considerare ogni parametro singolarmente per comprendere il quadro generale.

Conclusione: cosa possiamo imparare dall'analisi delle particelle per ottenere il caffè perfetto

Studiare la distribuzione delle particelle dimostra in modo impressionante che un mondo nascosto di scienza si cela dietro l'atto apparentemente semplice di macinare il caffè. Per noi amanti del caffè, questo significa che possiamo affrontare il processo in modo più consapevole. Capire che un macinacaffè non macina solo "fine" o "grossolano", ma crea piuttosto un'impronta digitale unica di particelle fini, medie e forse qualche sassolino , ci permette di personalizzare meglio le nostre ricette di caffè o di scegliere un macinacaffè che si adatti alle nostre preferenze.

Anche l'uso di dischi abrasivi diversi, della stessa dimensione e con geometrie diverse , come taglio, pre-rottura e strettezza dei taglienti, altera notevolmente la distribuzione delle particelle.

I risultati dell'analisi delle particelle vi ispirano a guardare più da vicino (o ad assaggiare) il vostro prossimo espresso: sento qualche indicazione che il mio macinacaffè stia producendo molti fini? L'espresso è vellutato, pesante, forse con un retrogusto un po' secco e aromi meno nitidi? Allora questo potrebbe essere un'indicazione di un'alta percentuale di fini.

Oppure è cristallino nella sua complessità, con le singole note del caffè che si distinguono, ma il corpo è un po' meno pronunciato e forse succoso piuttosto che pesante e denso? In tal caso, potrebbe essere segno di una macinatura molto omogenea con poche particelle fini.

In definitiva, la distribuzione delle particelle rivela quanto strettamente artigianalità e scienza siano intrecciate nel caffè. I risultati migliori si ottengono quando sfruttiamo entrambi: la curiosità e lo spirito sperimentale del barista casalingo e le conoscenze acquisite dalla ricerca. Il nostro viaggio nel mondo delle particelle di caffè ha dimostrato che dietro ogni tazza aromatica si nasconde una grande quantità di fisica e statistica, ma non preoccupatevi: non dovete essere un astrofisico per trarne beneficio (anche se persone come Jonathan Gagné possono certamente aiutare!).

Anche una conoscenza di base di ciò che accade nei fondi di caffè può aiutarci a prendere decisioni più consapevoli. Che si tratti di investire in un macinacaffè specifico o di perfezionare la nostra ricetta, misurazioni scientifiche come l'analisi delle particelle ci forniscono una base oggettiva per comprendere un po' meglio il mito e la magia dell'espresso.

In definitiva, è tutto una questione di gusto in tazza. La distribuzione granulometrica delle particelle non è un fine in sé, ma una chiave che ci aiuta a decifrare e controllare il sapore. Quindi, la prossima volta che parliamo di "grossolano" o "fine", ricordate: c'è molto di più: un intero mondo di particelle che aspetta solo di essere scoperto. Buona esplorazione e buon viaggio verso il caffè perfetto!