粒度分布を読み解く

コーヒー豆を挽くとき、きれいに小さな塊にカットされるわけではありません。むしろ、さまざまなサイズの粒子に砕かれます。グラインダーの刃の間隔よりも大きい粒子は、さらに挽かれ続け、より小さな粒子になります。グラインダーから出てくるコーヒー豆は、目標サイズと同じサイズの粒子、大きな粒子（「岩」と呼ばれる）、そして小さな破片（「微粉」と呼ばれる）が混ざった状態になります（下図参照）。このようなサイズのばらつきを粒度分布（PSD）と呼びます。

ここで重要なのは、挽いた後のコーヒー豆の大きさが、実際に抽出される成分を決定するわけではないということです。大きさによって抽出される成分の順序と量が変わるだけです。風味の元となる成分はすべてコーヒー豆の中にあり、溶ける準備ができています。豆の大きさによって、水に溶けやすい成分の量が変わります。つまり、挽く工程の唯一の目的は、均一な大きさのコーヒー豆を作ることなのです。

粒度分布の重要性を理解するために、グラインダーが1x1x1 mmの立方体のコーヒー豆を99個と、10x10x10 mmの非常に大きな豆を1個生成すると想像してみてください（ここでは架空の単位を使用しています）。これは、コーヒー豆が非常に均一に挽かれていることを示しています（粒子の99%が1 mmのサイズです）。次に、コーヒーの密度を1 g/mm³（1立方ミリメートルの体積が1グラムに相当）と仮定します。すると、小さな豆はそれぞれ1グラムしかなく、大きな豆は1 × 10³グラム、つまり1,000グラムになります。したがって、99個の小さな豆の重さはわずか99グラムで、1個の大きな豆の質量の9.9%に相当します。言い換えれば、質量で考えると、この挽いたコーヒー粉には90%の10 mmの粒子が含まれていることになります。

実際の粒子サイズ分布では、粒子サイズの差は、ここで挙げた架空の例よりもはるかに大きい。一般的に、粉砕後の粒子サイズは、約0μmから1000μm（1000マイクロメートル＝1ミリメートル）の範囲です。典型的なエスプレッソコーヒーの場合、100μmより大きい粒子1個に対して、100μmより小さい粒子が1億個存在します。

粒子径分布の重要性

「粒度分布」という概念を定義し、粉砕時の粒度の均一性を求める場合、コーヒー豆が均一に粉砕されることを保証することは困難です。非常に大きな粒子もあれば、極めて小さな粒子もあります。粒度分布の大きい（様々なサイズの粒子が混在する）グラインダーを使用すると、問題が生じる可能性があります。つまり、1回の抽出で様々な風味が混ざり合ってしまうのです。

理想的な世界では、グラインダーはコーヒー豆を均一なサイズに挽くはずです。しかし、これは非現実的であるため、実際にはある程度の粒度分布が見られます。最高のグラインダーは、粒度のばらつきを最小限に抑えます。細かい粒子と粗すぎる粒子を取り除くことで、平均粒度を小さくし、豆からより多くの成分を抽出できます。目標抽出率は、理論上の限界である18～22%をはるかに上回り、先に述べた20～24%の閾値に達します。つまり、ほとんどの場合、平均粒度分布が小さいほど良い、つまり、すべての豆がほぼ同じサイズであるべきです。エスプレッソは唯一の例外かもしれません（これについては、エスプレッソのセクションで詳しく説明します）。

抽出工程（浸食と拡散を含む）は、コーヒー豆の表面から、各コーヒー豆内部の最大約100μm（人間の髪の毛に相当）までしか起こりません。一方、焙煎されたコーヒー豆内部の細胞の典型的なサイズは約20～40μmです。したがって、半径が100μmを超えるコーヒー豆は、抽出中に中心部が比較的影響を受けません。たとえば、V60フィルターコーヒーの場合、平均粒子サイズ分布は約500μmです。これは、水が各コーヒー豆の中心部に到達するには、12～13層の細胞を拡散する必要があることを意味します。しかし、実際には、熱湯はコーヒー細胞の約5層しか到達できません。そのため、フレンチプレスなどの一部の抽出方法では、平均粒子サイズがはるかに大きくなり、800～900μmになります。理論的には、これらのコーヒー豆の中心部は風味成分に寄与しません。

つまり、コーヒー豆が小さいほど、抽出率は均一になります。これは、均一に抽出可能な表面層と、ゆっくりと抽出される中心部からのわずかな寄与（中心部の寄与は表面よりも少ないため、両者の組み合わせはわずかに偏ります）から構成されているためです。逆に、コーヒー豆が大きいほど、抽出率は均一ではなくなります。これは、大きな豆の外層が内部層が追いつく前に過剰に抽出されてしまうため、平均的な抽出率が均一にならないためです。

粗挽きで球形のコーヒー豆が大量にあり、すべて同じ大きさだとしましょう。ここで、2つの選択肢があります。1つは、豆の周りの薄い外層だけを比較的均等に抽出して、中心部のコーヒーを大量に無駄にする方法。もう1つは、外層を最大限に抽出して、抽出工程にムラを作る方法です。隣の図は、挽き具合の違いが抽出時の風味に与える影響を説明するために使用しています。

この図は、ジョナサン・ギャニエ著『フィルターコーヒーの物理学』（2021年）に基づき、異なる粒度における抽出メカニズムを示しています。粗挽きのコーヒー豆の場合、2つの層（白と赤）の全体的なサイズはほぼ同じです。そのため、表面層と内層からの抽出量は比較的似通っています。しかし、より細かい豆の場合、表面層は内層よりも大きくなります。つまり、表面層からの抽出量は内層からの抽出量よりもかなり多くなります。このことから、同じ抽出率であっても、挽き具合の異なるコーヒー豆で淹れたコーヒーの風味が大きく異なる理由が説明できます。

理解を容易にするために、エスプレッソとフレンチプレスコーヒーを、どちらの方法でも全く同じ抽出率（Ey）で抽出できると仮定しましょう。エスプレッソは一般的に濃度が高いため、フレンチプレスと同じ総溶解固形分（TDS）濃度にするには希釈する必要があります。この2つの飲み物の味が全く同じにならないことは確かです。これは、エスプレッソのコーヒー豆は非常に細かく挽かれているため、溶解固形分のレベルが似ている（図に見られるような小さなコーヒーの粒子）のに対し、フレンチプレスコーヒーは、内側の層が溶解する前に表面層から過剰に溶解した結果生じるためです。