Các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất cà phê

CFRR – Các phương pháp chiết xuất cà phê đóng một vai trò quan trọng đối với sự đa dạng và tạo ra những trải nghiệm cà phê mới

Một tách cà phê ngon được đặc trưng bởi sự cân bằng tinh tế của hương thơm, hương vị và cảm giác miệng. Việc pha chế cho phép chiết xuất các chất tạo mùi và vị từ cà phê rang, xay vào tách cà phê pha. Có nhiều phương pháp pha chế khác nhau dựa trên nguồn gốc, văn hóa và sở thích của người dùng, các yếu tố này đóng vai trò mang lại một loại đồ uống có hương vị cân bằng.

Làm thế nào để xác định chất lượng của cà phê pha?

Yếu tố chính để đánh giá chất lượng của một tách cà phê vẫn phải là trải nghiệm cảm quan. Tuy nhiên, nhận thức cảm tính và sở thích cá nhân của người dùng vẫn còn mang tính chủ quan ở một mức độ nhất định. Để có nhiều phương tiện khách quan hơn cho việc mô tả đặc tính của cà phê pha, các thông số chính có thể được rút ra từ các phép đo hóa lý đơn giản. 

Độ mạnh (strength) hoặc nồng độ (TDS) của cà phê pha là chỉ số đầu tiên về hiệu quả chiết xuất. Nó có thể được đo bằng cách làm khô một lượng đồ uống cà phê và cân các chất rắn còn lại. Tổng chất rắn thu được hoặc chất khô so với thể tích cho biết độ mạnh của đồ uống (nồng độ chất hòa tan). Giá trị này cần được đặt trong bối cảnh trọng lượng cà phê đã sử dụng cho một thể tích cốc nhất định. Tiếp theo, đó là năng suất chiết xuất (EY), một tiêu chí về chất lượng pha cà phê vì nó phản ánh đúng tỷ lệ chất rắn và thể tích pha so với lượng cà phê ban đầu được sử dụng. Năng suất được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm khối lượng cà phê rang và cà phê xay (chất rắn) hòa tan trong quá trình pha, chiết xuất cà phê rang hoàn hảo, cân bằng nhất để có được hương vị tối ưu. Năng suất từ 18% đến 22% thường được coi là một phạm vi tốt trong một thời gian khá dài, khi nói đến chất lượng cà phê pha. Dưới 18% được coi là chưa được chiết xuất hoặc kém phát triển, vì về mặt cảm quan được coi là quá ngọt và chua. Các loại trên phạm vi này được cho là được chiết xuất quá mức, dẫn đến vị đắng và chất làm se được đánh giá là khó chịu (Lingle, 1996). Tuy nhiên, năng suất khai thác tối ưu đôi khi được báo cáo nằm ngoài phạm vi này đối với một số phương pháp chiết xuất (Lopez-Galilea và cộng sự, 2007; Navarini và cộng sự, 2009; Parenti và cộng sự, 2014), chủ yếu là với sự thay đổi về năng suất cao hơn. Chất lượng cà phê, màu sắc rang và kỹ thuật chiết xuất có thể ảnh hưởng đến phạm vi năng suất tối ưu và vẫn cần nghiên cứu kỹ về vấn đề này. Do đó, mặc dù các phạm vi năng suất hiện tại được ngành công nghiệp chấp nhận rộng rãi, nhưng chúng không được coi là cà phê ngon và thực sự có thể nằm ngoài các phạm vi này.

Bên cạnh độ mạnh và năng suất, sự cân bằng giữa các hợp chất được chiết xuất cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng đồ uống. Sự cân bằng này có thể được điều chỉnh bằng các điều kiện chiết xuất. Đầu tiên, thành phần hương vị của thức uống cà phê rất khác so với hạt rang. Khi ngửi bột cà phê mới rang và xay, người ta nhận thấy mùi thơm rất nồng bắt nguồn từ hợp chất tạo mùi được giữ bên trong hạt cà phê rang và thoát ra khi xay. 

Nước tiếp xúc với cà phê xay sẽ chiết xuất có chọn lọc các phân tử từ hạt cà phê. Do tính chất hóa lý của chúng, không phải mỗi phân tử đều được chiết xuất bằng cách giống nhau. Mỗi thông số chiết xuất cho phép điều chỉnh khả năng chiết xuất và do đó cân bằng hương vị cuối cùng trong cà phê. 

Mối liên hệ giữa cường độ và sự cần bằng

Cường độ và sự cân bằng đều liên quan đến chất lượng của tách cà phê là do sinh lý học nhận thức của con người. Các hợp chất hương vị, hoặc các phân tử mùi thơm và mùi vị tương tác với các thụ thể trong mũi hoặc trên lưỡi. Phản ứng của một hợp chất ở một nồng độ nhất định có trong cà phê pha phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó ngưỡng nhận thức là một yếu tố quan trọng với các phân tử hương vị. Nó mô tả nồng độ mà tại đó hợp chất được nhận biết về mùi thơm hoặc cảm giác vị của nó. Các hợp chất có trong đồ uống ở nồng độ trên các ngưỡng này được coi là các phân tử chính tạo nên hương vị cà phê. Mặc dù cà phê rang chứa hơn 1000 chất tạo mùi dễ bay hơi, nhưng chỉ có khoảng 35 chất được coi là chất tạo mùi chính, chịu trách nhiệm về hương vị cà phê (Blank và cộng sự, 1992; Semmelroch và Grosch, 1995).

Ở nồng độ dưới ngưỡng, những thay đổi về nồng độ rõ ràng không ảnh hưởng đến phản ứng cảm giác. Xung quanh phạm vi của ngưỡng phát hiện, phản ứng cảm giác tăng nhẹ trước tiên và sau đó chuyển thành mối quan hệ phản ứng tập trung tuyến tính với độ dốc lớn (vùng tác động). Ở nồng độ cao hơn nhiều so với ngưỡng, các thụ thể hương vị đi vào trạng thái bão hòa và phản ứng cảm giác không còn tăng theo nồng độ tăng dần (vùng bão hòa). Mặc dù mối quan hệ sigmoid được tìm thấy cho tất cả các hợp chất hương vị, nồng độ ngưỡng và độ dốc có thể khác nhau đáng kể giữa các phân tử hương vị khác nhau. Mối quan hệ phi tuyến tính là lý do chính giải thích tại sao sự cân bằng của các hợp chất cần được xem xét ít nhất bằng nồng độ của từng phân tử riêng lẻ.

Để minh họa rõ hơn về sự phức tạp của phản ứng giác quan, chúng ta cần hình dung một thức uống cà phê ở một nồng độ nhất định và xem xét ba hợp chất hương vị khác nhau có thuộc tính cảm giác khác nhau (Hình A). Hợp chất 1 nằm ngay trên ngưỡng của nó, hợp chất 2 nằm trong phạm vi tuyến tính và hợp chất 3 đã ở mức bão hòa của thụ thể.

Nếu chúng ta thay đổi các điều kiện chiết xuất theo hướng có năng suất chiết xuất cao hơn (ví dụ: cỡ xay mịn hơn và nhiệt độ cao hơn), cả ba hợp chất sẽ kết thúc ở mức cao hơn trong cốc (Hình B). Bây giờ hợp chất 1 đi vào phạm vi tuyến tính của đường cong phản ứng với tác động cao đến phản ứng đối với phương thức hương vị này. Hợp chất 2 vẫn tăng tuyến tính và phản ứng cũng vậy. Ngược lại, hợp chất 3, mặc dù hiện có nồng độ cao hơn, không còn có thể tạo ra phản ứng cảm giác cao hơn do sự bão hòa của thụ thể. Do đó, cấu hình cảm quan sẽ dịch chuyển về phía ghi chú của hợp chất 1 trong khi cấu hình của hợp chất 3 bị giảm, mặc dù sự cân bằng của các hợp chất xét về nồng độ của chúng không thay đổi. Nếu hợp chất 1 là hợp chất có vị đắng thì điều này sẽ dẫn đến vị đắng tăng lên thường liên quan đến việc chiết xuất quá mức.

Trong một kịch bản khác, sự cân bằng giữa các hợp chất có thể thay đổi. Ví dụ, xay thô hơn sẽ làm giảm hiệu quả chiết xuất. Độ đậm của cốc, được xác định bởi tổng hàm lượng chất rắn, có thể được điều chỉnh theo lượng cà phê nhiều hơn. Tuy nhiên, sự cân bằng sẽ thay đổi. Các hợp chất hòa tan cao sẽ được chiết xuất hoàn toàn ngay cả khi xay thô hơn, trong khi các hợp chất ít hòa tan sẽ được chiết xuất ít hơn. Sự cân bằng giữa các hợp chất sẽ thay đổi. Trong nghiên cứu này, hợp chất 1 ít phong phú hơn và hiện diện dưới ngưỡng phát hiện của nó, trong khi hợp chất 2 hiện có nồng độ cao hơn với tác động mạnh đến giác quan (Hình C). Hợp chất 3 vẫn ở mức tương tự không gây ra thay đổi trong phản ứng cảm giác. Đây là một ví dụ điển hình cho cà phê chiết xuất kém. Các hợp chất hòa tan cao như đường hoặc axit sẽ phong phú hơn theo tỷ lệ, biến hương vị thành các nốt ngọt/ chua. Thực tế, các hợp chất còn phức tạp hơn bao gồm cả sự tương tác giữa các hợp chất và những thay đổi về chất lượng cảm quan với sự thay đổi nồng độ được tìm thấy được nhiều hợp chất thơm. Tuy nhiên, nó đưa ra một ý tưởng về sự tương tác của các hợp chất và những hồ sơ cảm quan để cho thấy tại sao pha cà phê vẫn được coi là một nghệ thuật đòi hỏi nhiều kinh nghiệm và bí quyết mặc dù máy móc hiện có giúp người tiêu dùng chưa có kinh nghiệm có được cảm giác ngon miệng.

Tóm lại, độ đậm nhạt của thức uống cà phê cũng quan trọng như sự cân bằng của các hợp chất. Sức mạnh chủ yếu ảnh hưởng đến nhận thức cá nhân của từng phân tử hương vị tùy thuộc vào ngưỡng nhận thức và mối quan hệ với liều lượng. Sự cân bằng giữa tất cả các phân tử hương vị mang lại cảm nhận tổng thể cuối cùng về mức độ phức tạp cao của các tương tác cần được làm chủ, để có được cấu hình cảm quan mong muốn. Mặc dù phát triển một tách cà phê cân bằng, nhưng nhận thức cảm tính của người pha chế là chìa khóa. Để điều chỉnh các biến số pha cà phê, một nhân viên pha chế giỏi có thể ghi chú chi tiết ở mỗi bước về kết quả hương vị thu được. Anh ta cũng có thể sử dụng một công cụ đo lường, chẳng hạn như khúc xạ kế hoặc tỷ trọng kế, để nhanh chóng đánh giá nồng độ và năng suất, có thể được sử dụng để hướng dẫn các điều chỉnh của anh ta một cách định lượng và giúp tái tạo các điều kiện pha chế trong tương lai dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nếm cà phê vẫn là yếu tố kiểm soát chính, khiến khả năng nếm trở thành một kỹ năng quan trọng đối với nhân viên pha cà phê.

Biến số để điều chỉnh hương vị trong tách cà phê?

Trên thực tế, một nhân viên pha chế có thể tiếp cận một loại cà phê với sự hiểu biết về các hương vị mà nó có thể chứa: họ có thể hiểu đó là một loại cà phê có đặc điểm hương vị “cổ điển”, như vị chanh-hoa nhài hoặc vị ngọt của dâu đen của cà phê Yirgacheffe. Ngoài ra, họ có thể dựa vào mô tả của người rang cà phê về các hương vị có trong cà phê. Trong mọi trường hợp, nhân viên pha chế tìm cách tối ưu hóa một số hương vị nhất định như độ ngọt, độ chua, chất thơm và vị đậm đà đồng thời giảm thiểu những hương vị mà họ cho là khó chịu. Nói chung, nhân viên pha cà phê xác định một phương pháp pha chế đã chọn và tạo ra một loại pha chế bằng cách sử dụng các thông số quen thuộc làm điểm bắt đầu. Sau đó, họ sẽ nếm thử cà phê một cách nghiêm túc, tự đặt câu hỏi: liệu cà phê có hương vị của việc chiết xuất quá mức? Liệu một loại cà phê “mạnh hơn” có nồng độ cao hơn có làm giảm cảm giác ngon miệng và cân bằng độ axit tốt hơn không? Trả lời cho những câu hỏi này có thể gợi ý những điều chỉnh cụ thể về liều lượng cà phê, cũng như lượng nước, nhiệt độ nước, khuấy cà phê, độ xay mịn và thời gian pha.

Hạt cà phê rang

Giống cà phê xanh, nguồn gốc, quá trình chế biến và đặc điểm hương vị mong muốn trong cà phê pha sẽ quyết định điều kiện rang và màu rang cuối cùng. Trước khi được mang đi xay và pha chế, hạt cà phê rang phải được bảo quản tốt khỏi oxy nhưng cũng không được quá tươi. Hạt cà phê rang cần ít nhất 12 giờ để ổn định sau rang, hương vị bên trong hạt tiếp tục phát triển khi hạt giải phóng khí (CO2 và các chất bay hơi). Nhìn chung, đặc tính của cà phê ‘trưởng thành’ ít gắt hơn và phát triển hương vị cân bằng hơn. 

Chất lượng nước

Bên cạnh cà phê rang, nước là thành phần thiết yếu thứ hai để pha cà phê. Chất lượng của nó (độ cứng, độ axit và thành phần cation) có thể ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả cảm quan của cà phê pha. Độ ổn định của crema trên cà phê espresso cũng đã được chứng minh là bị giảm do độ cứng của nước (Navarini và Rivetti, 2010; Dold và cộng sự, 2011). Cơ chế này có thể được giải thích bằng sự thay đổi hàm lượng ion hoặc bằng sự tương tác giữa các cation và phức hợp protein/polysacarit, dẫn đến sự mất ổn định của cơ chế tạo bọt.

Điều gì xảy ra trong quá trình chiết xuất

Tỷ lệ đúng giữa lượng nước và trọng lượng cà phê là cần thiết để một mặt thu được năng suất phù hợp và mặt khác là cân bằng hương vị phù hợp. Cà phê đậm đà hơn (giả sử năng suất chiết xuất như nhau) có thể được pha chế bằng cách tăng tỷ lệ cà phê/nước. Loại đồ uống này không đắng hơn mà chỉ đơn giản là có nhiều chất rắn hơn. Điều này được phản ánh trong việc sẫm màu hơn và trong cảm giác miệng dày hơn có nguồn gốc từ chất rắn và dầu. Tuy nhiên, cảm giác trong miệng cũng phụ thuộc vào chất rắn lơ lửng (xay rất nhỏ, được gọi là “hạt mịn”), đặc biệt là trong cà phê espresso hoặc French press thay vì pha bằng lọc giấy.

Các thuộc tính cảm quan của đồ uống cà phê thay đổi khi nhiều nước hơn được phép đi qua lớp cà phê. Sự cân bằng giữa các phân tử trong tách thay đổi liên tục trong quá trình chiết xuất. Có hai yếu tố tác động đến sự cân bằng này. Một mặt, khả năng hòa tan của các phân tử hương vị là động lực để chuyển từ cà phê rắn rang sang cà phê pha lỏng. Độ tan giữa các hợp chất rất khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào độ phân cực của chúng. Nhưng các khía cạnh không gian (cấu trúc của các hạt cà phê cũng như cấu trúc hóa học của các hợp chất được chiết xuất) đóng một vai trò cản trở hoặc tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển từ cà phê xay sang nước pha.

Các hợp chất rất dễ hòa tan như caffeine, N-methylpyridinium (NMP) (Stadler và cộng sự, 2002), đường hoặc axit hữu cơ được chiết xuất rất hiệu quả trong những giây đầu tiên của quá trình pha chế và nhanh chóng đạt hiệu suất chiết xuất >90% ( Severini và cộng sự, 2015). Đó là lý do tại sao năng suất chiết xuất thấp hơn (cà phê chưa được chiết xuất) dẫn đến cấu hình cốc bị chi phối bởi các hợp chất rất dễ tan trong nước như đường và axit dẫn đến cấu hình axit ngọt. Trong cà phê nhỏ giọt, người ta ước tính rằng khoảng 90% caffeine được chiết xuất trong phút pha đầu tiên. Ngược lại, các hợp chất ít tan chỉ được chiết sau một thời gian (hoặc thể tích nước). Trong số các loại hợp chất này, một số chất tạo vị đắng hoặc làm se da được tìm thấy như phenylindanes (Frank và cộng sự, 2007), lactone axit chlorogenic (Frank và cộng sự, 2006), diketopiperazine (DKPs) (Ginz và Engelhardt, 2000; Stark và Hofmann , 2007) hoặc amit liên hợp (NPPA) (Stark và cộng sự, 2006a,b). Đặc biệt, phenylindanes được chiết xuất gần như liên tục theo thời gian. Như vậy, indanes nằm trong số các hợp chất được chiết xuất nhiều nhất theo tỷ lệ thuận với thời gian chiết xuất lâu hơn. Điều này giải thích tại sao cốc dài có xu hướng mạnh hơn và đắng hơn. Chiết xuất quá mức có lợi cho việc chiết xuất các hợp chất đắng và làm se ít hòa tan hơn. Kết quả là, tỷ lệ giữa axit hoặc đường được chiết xuất sớm với lacton đắng và indan sẽ thay đổi theo thời gian, làm mất cân bằng cấu hình cảm quan. Nó sẽ chuyển từ vị ngọt có tính axit sang vị đắng hơn, chát hơn. Có thể tránh chiết xuất quá mức bằng cách dừng quá trình lọc sau một thời gian đã định và sau đó thêm nước nóng vào nước pha thay vì đợi tất cả nước đi qua bã.

Nhiệt độ nước

Nhiệt độ nước là một thông số quan trọng trong quá trình chiết xuất cà phê rang để có được một ly cà phê cân bằng. Phạm vi nhiệt độ pha cà phê (nóng) được khuyến nghị là 91-94 độ C, đây là một sự thỏa hiệp để mang lại năng suất chiết xuất tốt và cấu hình cảm quan cân bằng (Andueza và cộng sự, 2003). Nếu nhiệt độ quá thấp, một số hợp chất chính sẽ không được chiết xuất hiệu quả và sẽ không thu được hương vị mong muốn. Nhiệt độ cao sẽ thuận lợi cho việc chiết xuất các hợp chất ít phân cực hơn. Như đã mô tả trước đây trong chương, các hợp chất phenol có vị đắng, làm se nằm trong số những hợp chất sẽ thu được nhiều lợi ích nhất từ nhiệt độ rất cao ảnh hưởng đến sự cân bằng hương vị dẫn đến cấu hình chiết xuất quá mức điển hình.

Điều này cũng giải thích tại sao cà phê được pha ở nhiệt độ nước thấp (ví dụ: pha lạnh) thường thiếu một số vị đậm đà do khả năng hòa tan của các hợp chất hoạt động tạo vị thấp hơn dẫn đến chất rắn tổng thể ít hơn. Tuy nhiên, điều này có thể được bù đắp một phần bằng thời gian ngâm ủ lâu hơn nhiều.

Nhìn chung, các hợp chất ít phân cực hơn cần nhiệt độ cao hơn để được hòa tan khỏi các hạt cà phê. Hầu hết các hợp chất đắng được tìm thấy trong số các hợp chất ít phân cực hơn. Đây là lý do tại sao chiết xuất quá mức do nhiệt độ quá cao dẫn đến vị đắng và se. Các hợp chất phân cực, chủ yếu mang lại vị ngọt và axit, rất dễ hòa tan ở nhiệt độ phòng và sẽ không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao hơn. Nếu cà phê được chiết xuất ở nhiệt độ quá thấp, độ chua và độ ngọt sẽ vẫn khá giống nhau trong khi một số mùi thơm và vị đắng sẽ bị thiếu. Kết quả là, một hồ sơ axit ngọt điển hình thu được đối với cà phê chưa được chiết xuất.

Đối với các hợp chất dễ bay hơi, tình hình phức tạp hơn một chút. Một mặt, quá trình chiết xuất chất tạo mùi từ hạt cà phê vào pha lỏng sẽ tương tự như đối với chất không bay hơi (Sanchez-Lopez và cộng sự, 2016). Tuy nhiên, một khi ở pha lỏng, độ hòa tan của khí cũng phụ thuộc vào nhiệt độ nhưng theo cách ngược lại. Theo định luật Henry, nhiệt độ tăng cao buộc các phân tử khí chuyển sang pha khí. Do đó, các chất tạo mùi cũng sẽ được giải phóng vào không khí trong quá trình ủ, và điều này sẽ được kích thích bởi nhiệt độ nước cao hơn. Tất nhiên, việc giải phóng hương thơm trong (và ngay sau đó) chiết xuất góp phần vào cảm nhận và trải nghiệm hương thơm tổng thể của người uống, nhưng làm giảm nồng độ trong cốc của những chất dễ bay hơi cao này. Do đó, độ hòa tan trong chất lỏng tốt hơn ở nhiệt độ thấp hơn so với các chất không bay hơi. Ngược lại, mùi thơm của cốc trên cao hơn khi nhiệt độ tăng. Sau khi phục vụ, cà phê bắt đầu nguội và hương vị cảm nhận tiếp tục thay đổi. Một số thay đổi này có thể là do sự phát triển hóa học liên tục trong đồ uống cà phê. Tuy nhiên, nhận thức cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và những người nếm thử sẽ cảm nhận được những thay đổi khi cà phê nguội đi: những người uống cà phê thường báo cáo rằng hương vị trái cây và axit tăng lên, đồng thời giảm chất thơm cảm nhận được khi nhiệt độ giảm. Ngoài ra, những người nếm thử quen thuộc với các hương vị trong cà phê, làm cho các hương vị khác dường như xuất hiện. Do đó, thưởng thức một ly cà phê mát lạnh là một trải nghiệm năng động, đa chiều.

Áp suất chiết xuất

Để pha cà phê espresso, lực bên ngoài được cung cấp bởi máy bơm (cho phép tạo ra áp suất cao hơn), trong khi đối với pha chế moka pot, áp suất thấp hơn một chút được tạo ra bởi buồng điều áp hơi nước. Trong máy pha cà phê nhỏ giọt, hầu như không có áp suất nào được tạo ra khi nước chảy qua lớp cà phê bằng lực hấp dẫn.

Bên cạnh các lực tác dụng lên luống cà phê, các đặc tính của luống cà phê thậm chí còn quan trọng hơn vì chúng quyết định khả năng thấm nước và cách nước chảy qua luống cà phê. Độ thấm của mặt đáy quá thấp có thể làm tăng (quá) áp suất khai thác cao, tốc độ dòng chảy tổng thể thấp và thời gian khai thác quá dài có thể dẫn đến khai thác quá mức (Corrochano và cộng sự, 2015).

Xay là một trong những thông số chính ảnh hưởng đến độ thẩm thấu của lớp cà phê, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi nó là yếu tố chính để điều chỉnh đối với một nhân viên pha cà phê. Tùy thuộc vào loại (và chất lượng) của máy xay và vào mức độ rang và pha cà phê, sẽ thu được các phân bố kích thước hạt khác nhau.

Mỗi phương pháp chuẩn bị yêu cầu kích thước xay tối ưu của riêng nó, với bột cà phê quá thô có thể cho hương thơm thấp hơn so với cà phê được xay mịn (Severini và cộng sự, 2015). Các hạt nhỏ làm tăng bề mặt tiếp xúc với nước, cho phép quá trình chiết xuất hiệu quả hơn, sự gia tăng áp suất dẫn đến độ nhớt của cà phê espresso cao hơn, liên quan đến sự gia tăng cường độ của thuộc tính body (Andueza và cộng sự, 2003). Tuy nhiên, bột quá mịn có thể cản trở sự phân phối và thấm nước hiệu quả qua luống cà phê, có thể dẫn đến việc chiết xuất quá mức. Mặt khác, không gian kẽ giữa các hạt nhỏ hơn, làm tăng áp suất lên mặt đáy và giảm tốc độ dòng chảy tổng thể của nước.

Độ thẩm thấu của lớp cà phê cũng thay đổi trong quá trình chiết xuất. Sự xâm nhập của nước ban đầu gây ra sự ẩm ướt của lớp cà phê, sau đó là sự hòa tan của các hợp chất trọng lượng phân tử thấp và dễ hòa tan hơn, cũng như các hợp chất thơm dễ bay hơi. Đồng thời, các hạt cà phê phồng lên, do sự hiện diện của các polysacarit không tan trong nước trong cà phê rang, và các hạt cà phê sắp xếp lại về mặt hình học do dòng nước hoặc áp suất (Navarini và cộng sự, 2009). Nói chung, phân phối càng mịn thì càng có nhiều hợp chất dưới dòng chảy. Do đó, người pha cà phê phải xay đủ mịn để cho phép khuếch tán hiệu quả các chất hòa tan từ các hạt cà phê nhưng không quá mịn để tránh tắc nghẽn hoặc thời gian chảy quá lâu. Mặt khác, một lượng cà phê quá nhiều sẽ không cho phép giãn nở đủ trong quá trình làm ướt, gây ra hiện tượng nén quá chặt, cản trở quá trình thẩm thấu và cuối cùng dẫn đến sự lắng đọng chất rắn trong tách cà phê espresso (Andueza và cộng sự, 2007).

Khía cạnh quan trọng nhất của áp suất có liên quan đến sự hình thành crema. Áp suất buộc một phần CO2 có trong cà phê xay thành pha nước, từ đó nó được giải phóng từ từ mang theo một số chất rắn để tạo thành một lớp crema dày đặc và ổn định trên mặt đồ uống. Tất cả các phương pháp pha cà phê thiếu áp suất đều không thể tạo thành bất kỳ lớp crema nào trên mặt đồ uống. Vì vậy, áp suất chắc chắn là rất quan trọng đối với sự hình thành lớp crema với các phương pháp pha espresso tiêu chuẩn.

Ngoài ra, các hợp chất tạo hương thơm không thể bay hơi khỏi lớp cà phê khi áp suất được áp dụng và đã được chứng minh là kết thúc trong tách ở mức độ cao hơn so với các phương pháp chiết xuất không áp suất hoặc áp suất thấp hơn (Sanchez-Lopez và cộng sự, 2016). Ngược lại, chất không bay hơi ít nhạy cảm hơn với áp suất như vậy. Đối với các hợp chất này, tầm quan trọng của áp suất chủ yếu liên quan đến quá trình chiết xuất đồng nhất và tốc độ dòng chảy ổn định. Tùy thuộc vào độ thấm của đáy, áp suất là rất quan trọng để có thời gian chảy phù hợp nhằm chiết xuất các chất không bay hơi một cách cân bằng. Một lần nữa, việc khai thác dưới mức và quá mức có thể xảy ra nếu tốc độ dòng chảy trở nên quá ngắn hoặc quá dài. Ở đây, áp suất là một yếu tố để tối ưu hóa tốc độ dòng chảy theo cấu hình mong muốn.Một tác dụng khác của áp suất tác dụng lên luống cà phê là quá trình chiết xuất chất béo. Vì lớp cà phê hoạt động giống như một miếng bọt biển giữ dầu cà phê bên trong các tế bào, áp suất buộc các giọt dầu nổi lên bề mặt, nơi chúng được hút cùng với nước để kết thúc trong cà phê pha. Vai trò của dầu chiết xuất đối với cơ thể và cảm giác miệng không hoàn toàn rõ ràng. Espresso thường không chỉ có hàm lượng dầu cao hơn so với các phương pháp không áp suất mà còn có độ mạnh cao hơn do thể tích cốc nhỏ hơn. Cả hai hiệu ứng có thể tác động lên body/cảm giác miệng (mouthfeel) được cảm nhận.

Tác động lẫn nhau của tất cả các liều lượng cà phê khác nhau, kích thước và hình dạng hạt, sự phân bố kích thước hạt, lượng nước, nhiệt độ và chất lượng, áp suất và thời gian chảy. Tất cả các biến số này đều có ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất và nhiều biến số sẽ ảnh hưởng lẫn nhau: ví dụ, tăng độ mịn của bột nghiền/xay thường sẽ làm tăng hiệu quả chiết xuất và kéo dài thời gian chảy, có tác động đến toàn bộ quá trình chiết xuất. Do đó, những điều chỉnh nhỏ và nếm thử thường xuyên là những phương pháp hay nhất, cũng như đo lường khách quan khi có thể. Những thay đổi về môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ và độ ẩm trong quán cà phê, cũng có thể ảnh hưởng đến các thông số chiết xuất và nhân viên pha chế làm việc trong cửa hàng có thể phải điều chỉnh một số biến nhất định trong suốt một ngày phục vụ.

Thông thường, nhân viên pha chế sẽ chọn các loại cà phê cụ thể phù hợp với các phương pháp pha chế cụ thể: một số loại cà phê để pha bằng máy lọc, một số khác để pha cà phê espresso, v.v. Tuy nhiên, đôi khi, nhân viên pha chế lành nghề có thể tối ưu hóa một loại cà phê nhất định cho nhiều phương pháp chiết xuất chỉ bằng cách điều chỉnh các biến.

Phương pháp pha chế và thông số chiết xuất

Các phương pháp chiết xuất thường được đặc trưng bởi các dụng cụ pha chế, nhưng cũng có thể được nhóm theo các thông số chính khác nhau ảnh hưởng đến cấu hình hương vị cuối cùng trong tách cà phê. Rất khó để liên kết một phương pháp pha chế cụ thể với một hướng cảm quan đối với một loại cà phê nhất định. Tất nhiên, áp suất cao hơn được sử dụng cho cà phê espresso sẽ tạo ra lớp crema đặc trưng, độc nhất cho phương pháp pha chế này. Cà phê pour over có xu hướng ít đậm đặc hơn, nhưng hương vị có thể cân bằng hoặc tinh tế hơn và ít bị pha quá mức. Một lần nữa, điều này có thể liên quan đến áp suất chiết xuất thấp, thời gian chiết xuất lâu hơn hoặc tỷ lệ nước trên cà phê cao hơn. Cà phê Thổ Nhĩ Kỳ hoặc pha chế moka pot có thể có đặc tính gắt do nhiệt độ chiết xuất cao. Tuy nhiên, để có thể cân bằng được bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và kích thước hạt xay.

Gloess và cộng sự (2013) đã có nghiên cứu so sánh các phương pháp pha chế thấy rằng, pha chế moka pot cho hiệu quả chiết xuất cao nhất so với các phương pháp pha chế espresso, pour over, hoặc French press. Điều này có thể liên quan đến nhiệt độ chiết cao hơn vốn có của phương pháp này. Tuy nhiên, hiệu quả chiết xuất cao này, liên quan đến cấu hình trong cốc cụ thể, có thể thay đổi đáng kể khi áp dụng tỷ lệ nước trên cà phê cao hơn hoặc thấp hơn. Chiết xuất cà phê áp suất thường cho phép chiết xuất các thành phần nhanh chóng từ lớp cà phê. Trong môi trường áp suất thấp, quá trình chiết xuất diễn ra chậm hơn, nhưng do thời gian chiết xuất dài hơn và tỷ lệ nước trên cà phê cao hơn nên hiệu quả chiết xuất (năng suất) đôi khi có thể lớn hơn so với pha chế cà phê espresso.

Cà phê đun sôi Thổ Nhĩ Kỳ

Phương pháp trọng lực/ pour over

Đối với kiểu pha cà phê pour over (hoặc cà phê nhỏ giọt), cà phê được xay ở kích thước hạt thô hơn để cho phép nước đi qua lớp cà phê bằng trọng lực. Cà phê xay được đưa vào giá đỡ có chứa thiết bị lọc. Các kích cỡ, hình dạng và vật liệu lọc khác nhau có sẵn trên thị trường. Kiểm soát kích thước hạt bằng cách điều chỉnh máy xay cho phép thay đổi tốc độ thẩm thấu và thời gian tiếp xúc giữa nước và cà phê. Quá trình thấm được thực hiện bằng cách sử dụng nước nóng, đôi khi được đo rất chính xác đến nhiệt độ tối ưu cho một loại cà phê cụ thể. Nước được rót bằng tay hoặc bằng máy lọc nhỏ giọt tự động, một số máy có thể được lập trình để cung cấp lượng nước cụ thể ở nhiệt độ cụ thể theo thời gian. Nước đi qua luống cà phê chủ yếu nhờ lực hấp dẫn. Nước nhỏ giọt vào một bình phục vụ và bã được giữ lại bởi bộ lọc.

Có nhiều cuộc thảo luận về hình dạng của bộ lọc và độ sâu của lớp cà phê, quyết định chất lượng chiết xuất. Giỏ lọc rất sâu, hẹp sẽ chiết xuất cà phê khác với giỏ lọc rộng, nông. Lý do là thời gian tiếp xúc giữa nước và cà phê. Nhiều hệ thống lọc cà phê sử dụng các bộ lọc hình nón, tạo ra một lớp cà phê hình nón. Những biến thể này sẽ có tác dụng tối ưu hóa việc chiết xuất một số hương vị nhất định, có ảnh hưởng đến quá trình ủ cuối cùng.

French press/ phương pháp ngâm ủ

Trong cách pha với dụng cụ Fench press, bột cà phê có kích thước hạt khá thô và nước nóng được trộn với nhau để tiếp xúc với nhau trong một khoảng thời gian nhất định (2-5 phút), tùy thuộc vào cường độ chiết xuất mà người pha cà phê ưa thích: chiết xuất lâu có thể làm tăng vị đắng và cường độ , chiết xuất ngắn hơn nhấn mạnh độ chua và ngọt. Sau đó, một pít-tông chứa thiết bị lọc được sử dụng để tách bã và cà phê pha. Đồ uống cà phê bây giờ có thể được rót vào ly. Do có sự hiện diện của “hạt mịn” trong cà phê xay và quá trình lọc bằng lưới kim loại tương đối kém hiệu quả, phương pháp pha chế này thường thu được mức cặn cao hơn so với phương pháp lọc nhỏ giọt. Quá trình ép cà phê cũng ép dầu ra khỏi lớp cà phê, làm tăng hàm lượng dầu trong quá trình pha cà phê cuối cùng (Zhang và cộng sự, 2012). Một loại ủ ngâm thay thế được gọi là Aero press, khởi đầu là ủ ngâm. Ở áp suất được thêm vào bởi một pít-tông để chiết xuất nhiều hơn từ lớp cà phê, và phần pha cuối cùng được lọc qua giấy để tạo ra các yếu tố của cả phương pháp lọc ngâm và lọc nhỏ giọt.

Espresso

Kích thước xay rất quan trọng đối với kết quả trong tách. Ví dụ, nó được hiển thị đối với cà phê espresso được pha chế bằng bột cà phê thô cho thấy mùi thơm thấp hơn so với cà phê xay mịn (Severini và cộng sự, 2015). Tuy nhiên, bột quá mịn có thể cản trở việc phân phối nước hiệu quả và thấm qua luống cà phê. Do việc chiết xuất khác nhau của các chất tạo mùi và vị khác nhau theo thời gian, sự cân bằng hương vị trong và trên tách cà phê thay đổi liên tục trong quá trình chiết xuất.

Moka pot

Moka pot là phương pháp pha cà phê gia đình phổ biến nhất ở Ý, được phát minh bởi Alfonso Bialetti vào năm 1933. Đây là một công cụ điều áp khác để pha cà phê, bao gồm một thiết kế ba ngăn. Khoang dưới cùng cung cấp nước/hơi nước có áp suất đi qua lớp cà phê nằm trong khoang giữa của hệ thống. Cà phê cuối cùng sau đó thu được ở phần trên. Áp suất thấp hơn đáng kể so với pha chế espresso và không thu được crema bằng phương pháp pha chế này. Mặc dù được sản xuất và hoạt động khá đơn giản, người ta đã chứng minh rằng hoạt động nhiệt động lực học của moka rất phức tạp so với các phương pháp pha cà phê khác (Navarini và cộng sự, 2009). Một số biến số ảnh hưởng đến quá trình khai thác và không dễ kiểm soát, dẫn đến việc khai thác quá mức nhanh chóng. Để tránh điều này, quan trọng là phải kết thúc quá trình chiết xuất kịp thời, tức là khi lượng nước đầu tiên chảy vào ấm trên cùng và khi thu được “chất lỏng giống như cà phê espresso”, có màu sẫm, sánh như xi-rô và gần như hoàn toàn mịn. Giai đoạn khai thác thường xuyên này được thúc đẩy bằng cách tăng áp suất hơi không khí trong buồng dưới cùng. Áp suất tăng không chỉ do tốc độ dòng nước tăng mà độ thẩm thấu của bánh cà phê cũng giảm theo thời gian (sự trương nở của hạt cà phê). Ở giai đoạn cuối cùng của quá trình chiết xuất, khi ít nước còn lại trong khoang dưới cùng, tốc độ dòng chảy và áp suất tăng thêm, bắt đầu một giai đoạn xảy ra quá trình chiết xuất hơi-lỏng-rắn, thường làm giảm chất lượng trong tách, giai đoạn này được thông báo bằng một âm thanh réo rắt nổi tiếng. Áp suất và nhiệt độ cao hơn sẽ hòa tan các hợp chất ít hòa tan (không mong muốn) hiệu quả hơn, làm tăng vị đắng và se. Ngoài ra, các chất tạo mùi khó chịu về mặt cảm quan và ít bay hơi hơn bị loại bỏ khỏi lớp cà phê và bị giữ lại trong đồ uống.

Cold brew

Cold brew thường đề cập đến việc pha chế đồ uống bằng nước lạnh (nhiệt độ phòng hoặc thấp hơn). Có tồn tại các kỹ thuật ủ lạnh kiểu nhỏ giọt và ngâm ủ. Cà phê được pha bằng nước lạnh, nhiệt sẽ bị thiếu để chiết xuất một số hợp chất phân cực thấp (chẳng hạn như dầu cà phê). Các hợp chất phân cực cao hơn không bị tác động nhiều từ những nhiệt độ thấp này và vẫn được chiết xuất khá tốt. Khả năng hòa tan của các hợp chất hương vị phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và khác nhau giữa các hợp chất. Do đó, nhiều hương vị được chiết xuất, nhưng thường cần thời gian chiết xuất lâu hơn, có thể đến 24 giờ, để cho phép chiết xuất đủ. Mặt khác, sự thất thoát các chất dễ bay hơi trong quá trình pha chế (làm bay hơi) ít hơn nhiều so với chiết xuất nóng, khiến các phân tử thơm này bị giữ lại bên trong đồ uống. Do đó, cách pha chế lạnh nói chung mang lại một loại đồ uống có thể khác biệt một cách đáng ngạc nhiên so với cà phê pha nóng, với điều kiện là thời gian cần thiết được cho phép để chiết xuất. Cà phê ủ lạnh thường nhấn mạnh vị đậm đà, vị ngọt và hương sô cô la, đồng thời có thể có đặc tính giống xi-rô. Thời gian pha lâu có thể dẫn đến hương vị bị oxy hóa trong tách, điều này có thể tránh được bằng cách kiểm soát việc tiếp xúc với không khí trong quá trình pha.

Kết luận

Mỗi ngày, các phương pháp chiết xuất cà phê mới được phát triển. Hầu hết là những biến thể về các loại cà phê cơ bản được trình bày chi tiết ở trên, nhưng những biến thể tinh tế về hương vị và kỹ thuật có thể tạo ra sự khác biệt lớn và dẫn đến các xu hướng trong kỹ thuật chiết xuất cà phê. Ví dụ, Aeropress, một sự kết hợp đơn giản giữa kỹ thuật ngâm và lọc, đã trở nên rất phổ biến trong thập kỷ qua. Pha chế cà phê espresso dành cho nhân viên pha cà phê đã phát triển từ việc sử dụng thiết bị dựa trên chiết xuất bằng hơi nước sang kỹ thuật chiết xuất tiên tiến có khả năng kiểm soát áp suất thay đổi chính xác.

Một khía cạnh khác cho tương lai, bên cạnh sự phát triển kỹ thuật, là sự phát triển của người tiêu dùng. Sở thích đang trong quá trình phát triển liên tục. Cà phê lọc là loại cà phê được tiêu thụ nhiều nhất trong lịch sử. Tùy thuộc vào văn hóa và sở thích, nhiều phương pháp sản xuất chiết xuất khác đang đạt được đà phát triển, cả ở nhà và ở quán cà phê. Ngày nay, những người đam mê cà phê sẽ không chỉ chọn những hạt cà phê để mang lại sự thay đổi trong ngày, mà các phương pháp pha chế cũng có thể đóng một vai trò quan trọng đối với sự đa dạng và tạo ra những trải nghiệm cà phê mới. Hơn nữa, nhiều người tiêu dùng uống cà phê với sữa. Tuy nhiên, sữa và bọt sữa sẽ ảnh hưởng đến nhận thức cảm tính. Các phương pháp chuẩn bị cần phải được điều chỉnh cho việc này. Là một loại cà phê cân bằng tốt khi uống đen không hẳn là một loại cà phê ngon khi thêm sữa. Có lẽ vẫn cần phải tối ưu hóa hơn nữa quá trình pha cà phê để tạo ra những cảm giác mới.

Nguồn tham khảo

Andueza, S., Maeztu, L., Dean, B., Paz de Pen ̃a, M., Bello, J., Cid, C., 2002. Influence of water pressure on the final quality of Arabica espresso coffee. Application of multivariate analysis. Journal of Agriculture and Food Chemistry 50, 7426-7431. 

Andueza, S., Maeztu, L., Pascual, L., Iba ́n ̃ez, C., Paz de Pen ̃a, M., Cid, C., 2003. Influence of extraction temperature on the final quality of espresso coffee. Journal of the Science of Food and Agriculture 83, 240-248. 

Andueza, S., Vila, M.A., de Pen ̃a, M., Cid, C., 2007. Influence of coffee/water ratio on the final quality of espresso coffee. Journal of the Science of Food and Agriculture 87, 586-592. 

Bhumiratana, N., Adhikari, K., Chambers, E., 2011. Evolution of sensory aroma attributes from coffee beans to brewed coffee. LWT e Food Science and Technology 44, 2185e2192. Blank, I., Sen, A., Grosch, W., 1992. Potent odorants of the roasted powder and brew of Arabica coffee. Zeitschrift fu ̈r Lebensmittel-Untersuchung und Forschung 195, 139-145. 

Blumberg, S., Frank, O., Hofmann, T., 2010. Quantitative studies on the influence of the bean roasting parameters and hot water percolation on the concentrations of bitter compounds in coffee brew. Journal of Agriculture Food and Chemistry 58, 3720-3728. 

Britta Folmer. 2017. The Craft and Science of coffee

Corrochano, B.R., Melrose, J.R., Bentley, A.C., Fryer, P.J., Bakalis, S., 2015. A new methodology to estimate the steady-state permeability of roast and ground coffee in packed beds. Journal of Food Engineering 150, 106-116. 

Dold, S., Lindinger, C., Kolodziejczyk, E., Pollien, P., Ali, S., Germain, J.C., Garcia Perin, S., Pineau, N., Folmer, B., Engel, K.-H., Barron, D., Hartmann, C., 2011. Journal of Agriculture and Food Chemistry 59, 11196-11203. 

Frank, O., Zehentbauer, G., Hofmann, T., 2006. Bioresponse-guided decomposition of roast coffee beverage and identification of key bitter taste compounds. European Food Research and Technology 222, 492-508. 

Frank, O., Hofmann, T., 2007. Structure determination and sensory analysis of bitter-tasting 4- vinylcatechol oligomers and their identification in roasted coffee by means of LC-MS/MS. Journal of Agriculture and Food Chemistry 55, 1945-1954. 

Ginz, M., Engelhardt, U., 2000. Identification of proline-based diketopiperazines in roasted coffee. Journal of Agriculture and Food Chemistry 48, 3528-3532. 

Gloess, A., Scho ̈nba ̈chler, B., Klopprogge, B., D’Ambrosio, L., Chatelain, K., Bongartz, A., Strittmatter, A., Rast, M., Yeretzian, C., 2013. Comparison of nine common coffee extraction methods: instrumental and sensory analysis. European Food Research and Technology 236, 607-627. 

Istituto Nazionale Espresso Italiano; http://www.espressoitaliano.org/en/.
Lee, J.-S., Kim, M.-S., Shin, H.-J., Park, K.-H., 2011. Analysis of off-flavor compounds from over- extracted coffee. Korean Journal of Food Science and Technology 43 (3), 348e360. Lopez-Galilea, I., Paz De Pen ̃a, M., Cid, C., 2007. Correlation of selected constituents with the total antioxidant capacity of coffee beverages: influence of the brewing procedure. Journal of Agriculture and Food Chemistry 55, 6110-6117.

Lindinger, C., Labbe, D., Pollien, P., Rytz, A., Juillerat, M.A., Yeretzian, C., Blank, I., 2008. When machine tastes coffee: instrumental approach to predict the sensory profile of espresso coffee. Analytical Chemistry 80, 1574-1581.

Lingle, T.R., 1996. Coffee brewing control chart. In: Lingle, T.R. (Ed.), The Coffee Brewing Handbook. A Systematic Guide to Coffee Preparation. Specialty Coffee Association of America, Long Beach.

Mestdagh, F., Davidek, T., Chaumonteuil, M., Folmer, B., Blank, I., 2014. The kinetics of coffee aroma extraction. Food Research International 63, 271-274.

Navarini, L., Nobile, E., Pinto, F., Scheri, A., Suggi-liverani, F., 2009. Experimental investigation of steam pressure coffee extraction in a stove-top coffee maker. Applied Thermal Engineering 29 (5e6), 998-1004.

Navarini, L., Rivetti, D., 2010. Water quality for Espresso coffee. Food Chemistry 122 (2), 424-428.

Parenti, A., Guerrini, L., Masella, p., Spinelli, S., Calamai, L., Spugnoli, P., 2014. Comparison of espresso coffee brewing techniques. Journal of Food Engineering 121, 112-117.

Petracco, M., 2001. Beverage preparation: brewing trends for the new millennium. In: Clarke, R., Vitzthum, O. (Eds.), Coffee: Recent Developments. Blackwell Science, Oxford.

Rao, S., 2013. Espresso Extraction: Measurement and Mastery. Self-publication, USA. Sanchez-Lopez, J.A., Wellinger, M., Gloess, A.N., Zimmermann, R., Yeretzian, C., 2016. 

Extraction kinetics of coffee aroma compounds using a semi-automatic machine: on-line analysis by PTR-ToF-MS. International Journal of Mass Spectrometry. http://dx.doi.org/10. 1016/j.ijms.2016.02.015. 

Sanchez-Lopez, J.A., Zimmermann, R., Yeretzian, C., 2014. Insight into the time-resolved extraction of aroma compounds during espresso coffee preparation: online monitoring by PTR-ToF-MS. Analytical Chemistry 86 (23), 11696-11704. 

Severini, C., Ricci, I., Marone, M., Derossi, A., De Pilli, T., 2015. Changes in the aromatic profile of espresso coffee as a function of the grinding grade and extraction time: a study by the electronic nose system. Journal of Agriculture and Food Chemistry 63, 2321-2327. 

Semmelroch, P., Grosch, W., 1995. Analysis of roasted coffee powders and brews by gas chromatography-olfactometry of headspace samples. LWTeFood Science and Technology 28, 310-313. 

Stadler, R., Varga, N., Hau, J., Arce Vera, F., Welti, D., 2002. Alkylpyridiniums. 1. Formation in model systems via thermal degradation of trigonelline. Journal of Agriculture and Food Chemistry 50, 1192-1199. 

Stark, T., Justus, H., Hofmann, T., 2006a. Quantitative analysis of N-phenylpropeonyl-L-amino acids in roasted coffees and cocoa powder by means of a stable isotope dilution assay. Journal of Agriculture and Food Chemistry 54 (8), 2859-2867. 

Stark, T., Hofmann, T., 2007. Structures, sensory activity and dose/response functions of 2,5- diketopiperazines in roasted cocoa nibs (Theobroma cacao). Journal of Agriculture and Food Chemistry 53, 5419-5428. 

Stark, T., Bareuter, S., Hofmann, T., 2006b. Molecular definition of the taste of roasted cocoa nibs (Theobroma cacao) by means of quantitative studies and sensory experiments. Journal of Agriculture and Food Chemistry 54, 5530-5539. 

Zhang, C., Linforth, R., Fisk, I., 2012. Cafestol extraction yield from different coffee brew mechanisms. Food Research International 49, 27-31.