Một cỡ xay, hai đỉnh kích thước: Vì sao thông số micron chưa kể hết câu chuyện?
Trên núm chỉnh máy xay, chúng ta thường thấy một con số: 12, 18, 25 hoặc một mức micron do nhà sản xuất công bố. Nhưng sau khi xay, bột cà phê không phải là một tập hợp những hạt có kích thước giống nhau.
Trong cùng một mẫu bột có thể tồn tại đồng thời những hạt rất mịn và những hạt lớn hơn đáng kể. Khi biểu diễn bằng đường phân bố kích thước hạt (Particle Size Distribution – PSD), nhiều mẫu cà phê xay cho thấy hai đỉnh rõ rệt. Hiện tượng này được gọi là phân bố hai đỉnh, hay bimodal distribution.
Bột cà phê xay không chỉ có một kích thước trung bình
Trong nghiên cứu về cà phê xay, nhóm hạt mịn thường được phân biệt với nhóm hạt thô. Một nghiên cứu công bố năm 2026 sử dụng mốc dưới 100 micromet (µm) để mô tả phần hạt mịn và trên 100 µm để mô tả phần hạt thô trong mô hình phân bố.
Mốc 100 µm trong trường hợp này là cách phân chia phục vụ mô hình nghiên cứu, không phải ranh giới tuyệt đối áp dụng cho mọi loại máy xay và mọi phương pháp pha.
Điểm quan trọng là hai nhóm hạt có thể tạo ra hai vùng tập trung khác nhau trên đường PSD. Nếu chỉ ghi một giá trị trung vị như D50, phần thông tin về tỷ lệ hạt mịn, nhóm hạt thô và vùng chuyển tiếp giữa chúng có thể bị bỏ qua.
Nghiên cứu năm 2026 đã đo những gì?
Bora và Briesen, thuộc Đại học Kỹ thuật Munich, công bố nghiên cứu trên Journal of Food Process Engineering ngày 17/06/2026. Nhóm nghiên cứu khảo sát bột cà phê được tạo ra từ bốn loại máy xay:
- Mahlkönig EK43 – máy xay sử dụng bộ lưỡi nghiền.
- Bosch TSM6A013B – máy xay dạng dao va đập.
- Comandante C40 Nitro Blade – máy xay tay.
- Comandante C60 Baracuda – máy xay tay có bộ lưỡi nghiền lớn hơn.
Ba mẫu hạt Arabica được sử dụng, trong đó có hai mẫu cùng nguồn gốc nhưng khác mức rang. Các mẫu được xay ở những mức chỉnh khác nhau, sau đó đo bằng phương pháp nhiễu xạ laser (laser diffraction). Mỗi mẫu được đo lặp lại ba lần.
Hệ thống đo có dải kích thước từ 9 đến 1.750 µm. Trong 30 mẫu ban đầu, hai mẫu có một phần hạt vượt ngoài giới hạn đo của thấu kính được chọn. Vì vậy, 28 mẫu được đưa vào so sánh mô hình; trong đó 22 mẫu có phân bố hai đỉnh rõ, sáu mẫu có dạng hai đỉnh yếu.
Máy xay và mức chỉnh ảnh hưởng đến đường phân bố ra sao?
Nhóm nghiên cứu thử mười mô hình kết hợp các hàm phân bố xác suất khác nhau để mô tả đồng thời vùng hạt mịn và vùng hạt thô.
Ba tổ hợp có kết quả phù hợp nổi bật là:
| Mô hình | Đặc điểm được ghi nhận |
|---|---|
| Lognormal – Weibull (LW) | Phù hợp hơn với một số phân bố có vùng hạt mịn rộng và mật độ đỉnh thấp hơn. |
| Weibull – Betaprime (WB) | Cho kết quả tốt ở nhiều mẫu, nhưng khả năng khớp thay đổi theo tỷ lệ hạt mịn và hạt thô. |
| Gamma – Weibull (GW) | Phù hợp hơn trong một số trường hợp vùng hạt mịn hẹp và đỉnh cao. |
Không có một mô hình duy nhất luôn tốt nhất. Kết quả khớp phụ thuộc vào loại máy xay, cơ chế phá vỡ hạt và mức chỉnh xay.
Trong các mẫu khảo sát, máy xay dạng dao va đập tạo ra xu hướng phân bố khác với nhóm máy xay sử dụng lưỡi nghiền. Khi tăng mức độ xay mịn, tỷ lệ hạt mịn cũng thay đổi, trong khi vị trí đỉnh của vùng hạt mịn không nhất thiết dịch chuyển tương ứng với vùng hạt thô.
Nghiên cứu ghi nhận ảnh hưởng của loại máy và mức xay nổi bật hơn ảnh hưởng của mức rang trong tập mẫu được khảo sát. Tuy nhiên, không nên hiểu rằng mức rang không bao giờ ảnh hưởng đến quá trình nghiền. Kết quả chỉ phản ánh các mẫu và điều kiện cụ thể của thí nghiệm này.
Vì sao tỷ lệ hạt mịn có liên quan đến chiết xuất espresso?
Đây là điểm cần nối với một nghiên cứu thực nghiệm khác. Smrke, Eiermann và Yeretzian công bố nghiên cứu năm 2024 về vai trò của hạt mịn trong động học chiết xuất espresso.
Trong thí nghiệm đó, nhóm nghiên cứu chủ động thay đổi tỷ lệ hạt mịn trong bột cà phê và đo lưu lượng, thời gian chiết xuất, tỷ lệ chiết xuất cùng một số hợp chất hương. Kết quả cho thấy khi tỷ lệ hạt mịn tăng, độ thấm của bánh cà phê giảm, lưu lượng giảm và thời gian chiết xuất kéo dài hơn.
Điều này giải thích vì sao hai mẫu bột có cùng D50 vẫn có thể tạo ra dòng chảy khác nhau nếu tỷ lệ hạt mịn khác nhau. Một giá trị trung vị không thể mô tả toàn bộ cấu trúc của lớp bột.
Một nghiên cứu khác công bố năm 2026 đã dùng chụp cắt lớp vi tính tia X (X-ray computed micro-tomography) để nghiên cứu độ thấm của bánh cà phê. Mô hình của nhóm tác giả nhấn mạnh vai trò của thể tích lỗ rỗng liên thông và diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nước với hạt cà phê.
Ứng dụng trong kiểm soát chất lượng máy xay
Với quán cà phê hoặc cơ sở rang xay, không nhất thiết phải sử dụng các mô hình toán học phức tạp để vận hành hằng ngày. Tuy nhiên, nghiên cứu này gợi ra một cách đánh giá thiết bị tốt hơn:
- Không chỉ so sánh máy xay bằng mức chỉnh hoặc một giá trị micron trung bình.
- Nếu có điều kiện đo, nên lưu đường phân bố PSD và tỷ lệ hạt mịn bên cạnh D10, D50 và D90.
- Khi so sánh hai máy, cần sử dụng cùng mẫu cà phê, mức rang và quy trình lấy mẫu.
- Ghi lại thời gian chiết xuất, lưu lượng, TDS và tỷ lệ chiết xuất để xem sự khác biệt về bột xay có thực sự ảnh hưởng đến kết quả pha hay không.
- Không mặc định nhiều hạt mịn luôn xấu. Tác động của chúng cần được đánh giá trong mối quan hệ với phương pháp pha, độ thấm của lớp bột và mục tiêu cảm quan.
Cần phân biệt rõ: nghiên cứu Bora và Briesen năm 2026 tập trung xây dựng mô hình mô tả phân bố kích thước hạt, không phải một thí nghiệm nếm thử chứng minh trực tiếp mô hình nào cho tách cà phê ngon nhất. Mối liên hệ với dòng chảy espresso được hỗ trợ bởi các nghiên cứu thực nghiệm riêng.
Vì thế, khi đánh giá một chiếc máy xay, câu hỏi không chỉ là máy có thể xay mịn đến bao nhiêu micromet. Điều đáng quan tâm hơn là máy tạo ra phân bố hạt như thế nào, mức độ ổn định giữa các lần xay ra sao và phân bố đó có phù hợp với phương pháp pha đang sử dụng hay không.
Tham khảo thêm nội dung về pha chế và chiết xuất cà phê trong thư viện kiến thức.
Nguồn tham khảo
- Bora, M. & Briesen, H. (2026). Characterization of Bimodal Particle Size Distribution of Ground Coffee Powder. Journal of Food Process Engineering, 49(6), e70645. https://doi.org/10.1111/jfpe.70645
- Smrke, S., Eiermann, A. & Yeretzian, C. (2024). The Role of Fines in Espresso Extraction Dynamics. Scientific Reports, 14, 5612. https://doi.org/10.1038/s41598-024-55831-x
- Wadsworth, F. B. et al. (2026). A Model for the Permeability of Coffee Pucks Validated Using X-Ray Computed Micro-Tomography. Royal Society Open Science, 13(4), 252031. https://doi.org/10.1098/rsos.252031