Quando l’acqua
incontra il caffè.
Un percorso in tre livelli per capire cosa accade nel pannello, dalla prima goccia alla fisica del flusso.
Cosa succede quando l’acqua tocca il pannello di caffè?
Questa è la prima domanda da cui parte il nostro viaggio nell’estrazione dell’espresso: cosa accade al caffè macinato esattamente nel momento in cui l’acqua calda raggiunge il pannello?
Durante l’estrazione si verificano processi fisici e chimici complessi. Per comprenderli, il primo passo è osservare alcune caratteristiche della polvere di caffè macinato e il modo in cui l’acqua riesce a raggiungerla e attraversarla.
Il pannello di caffè è un mezzo poroso. Al suo interno esistono spazi vuoti tra i granuli e proprio attraverso questi spazi deve muoversi l’acqua. Due concetti diventano quindi fondamentali: la porosità e la permeabilità.
Lo spazio vuoto disponibile all’interno del pannello.
La capacità del mezzo di essere attraversato da un fluido.
Queste due caratteristiche sono strettamente correlate, ma non sono la stessa cosa. La struttura del pannello cambia in funzione della forma e della dimensione dei granuli, del grado di macinatura e della pressione esercitata durante la pressatura.
Anche il modo in cui l’acqua pervade inizialmente la polvere ha un ruolo cruciale. È qui che entra in gioco la pre-infusione: i primissimi istanti dell’erogazione nei quali l’acqua comincia a interagire con il macinato.
Capire questi primi secondi significa quindi iniziare a comprendere perché l’acqua non attraversa sempre il pannello nello stesso modo e perché piccole variazioni nella preparazione possono modificare il comportamento dell’estrazione.
Vuoi capire perché accade? Continua con l’Approfondimento →Dentro il pannello: porosità, permeabilità e macinatura
Per comprendere più precisamente il primo contatto tra acqua e caffè dobbiamo considerare il pannello come un mezzo poroso, la cui struttura condiziona il passaggio del fluido.
La permeabilità
La permeabilità assoluta è una proprietà intrinseca dei mezzi porosi, come la polvere di caffè, ed esprime la capacità del mezzo di essere attraversato da un fluido.
Nel processo di estrazione può variare anche in modo significativo in funzione della natura della miscela, del grado di macinatura, della curva di tostatura e della pressione esercitata in fase di pressatura. Anche modalità e tempi con cui l’acqua pervade inizialmente la polvere sono determinanti.
La porosità
La porosità è definita come il rapporto tra il volume dei vuoti, cioè i pori, e il volume totale del materiale considerato: nel nostro caso, il pannello di caffè macinato.
I pori possono essere classificati in macropori, mesopori e micropori. La loro presenza e distribuzione dipendono dalla forma, dalla disposizione e dalla dimensione dei granuli.
Che cosa modifica il pannello?
Determina la forma e la dimensione dei pori e dipende molto dal tipo di macina utilizzato e dal grado di macinatura.
È legata alla forma dei grani e al livello di pressatura. Una pressatura più forte compatta i granuli, riduce la porosità e ostacola il flusso dell’acqua tra gli strati.
Dipende dal grado di macinatura e influenza sia la porosità sia la permeabilità. Per l’Espresso Italiano, il documento indica normalmente un intervallo compreso tra 300 e 400 µm, con una frazione inevitabile di particelle estremamente fini, i cosiddetti fines.
La forza con cui si preme il pannello con l’apposito pressino (tamper) è determinante per creare il rapporto tra permeabilità e porosità.
La distinzione chiave
Possiamo quindi sintetizzare così: la porosità rappresenta il volume degli spazi vuoti disponibili; la permeabilità rappresenta la capacità del fluido di attraversare quegli spazi.
Quando l’acqua raggiunge il pannello, non incontra dunque una massa uniforme, ma una struttura complessa la cui geometria influenza il flusso. Per descrivere questo fenomeno con maggiore precisione dobbiamo entrare nella fisica della permeabilità.
Vuoi entrare nella fisica del fenomeno? Continua con il livello Tecnico →La fisica del flusso: permeabilità, viscosità e Legge di Darcy
Nel linguaggio tecnico, la permeabilità del pannello non descrive semplicemente la presenza di spazi vuoti, ma il comportamento del mezzo poroso rispetto al passaggio del fluido.
La permeabilità, a differenza della porosità, viene descritta nel documento come una grandezza vettoriale ed è il fattore geometrico della costante di proporzionalità che, secondo la Legge di Darcy, lega il gradiente di pressione alla portata del fluido.
I due elementi del passaggio del fluido
- La viscositàDipende dalle caratteristiche chimico-fisiche del fluido, nel nostro caso l’acqua a specifiche temperature e gradiente pressorio.
- La permeabilità intrinsecaÈ legata esclusivamente alla struttura del mezzo poroso, nel nostro caso la polvere di caffè.
La struttura microscopica
I fattori che condizionano la permeabilità assoluta dipendono strettamente dalla struttura microscopica del mezzo, tra cui la tortuosità e l’ampiezza dei pori.
La porosità è una grandezza scalare. La permeabilità viene invece descritta matematicamente come un tensore, poiché la resistenza al passaggio dell’acqua può variare a seconda della direzione del flusso.
Questa distinzione porta a un punto fondamentale: conoscere il volume degli spazi vuoti non è sufficiente. È necessario considerare anche la capacità del fluido di attraversarli e la direzione lungo la quale il flusso si sviluppa.
Dal primo contatto con la pre-infusione
Il documento sottolinea che le modalità e i tempi con cui l’acqua pervade inizialmente la polvere di caffè hanno un ruolo cruciale. Il fenomeno viene sintetizzato con il termine pre-infusione.
Da qui si apre il passaggio al tema successivo: quando l’acqua impregna la polvere, il comportamento del sistema richiede di considerare fluidi non newtoniani, materia soffice, anisotropia, temperatura e gradiente di pressione.
La pre-infusione e le trasformazioni del pannello
Prossimo argomento: i primi secondi dell’erogazione.
IN PREPARAZIONE
Lascia un commento