CFRR – Cảm quan hương vị trong phương pháp pour over liên quan mật thiết với cấu trúc phân tử các hợp chất có trong hạt cà phê
Chất lượng cà phê là yếu tố tạo nên giá trị của nó, các hợp chất hóa học ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất hương vị cho sản phẩm cà phê pha cuối cùng. Những người đam mê với phương pháp pour over thường pha chế một cách tự nhiên mà ít quan tâm đến quá trình chiết xuất hay hương vị sẽ xuất hiện ở thời điểm nào trong quá trình pha chế.
Các thành phần hóa học trong cà phê
Sự hình thành các thành phần hóa học này có thể bị ảnh hưởng bởi giống cây trồng, thổ nhưỡng, độ cao, quá trình chế biến và bảo quản. Để chuyển đổi từ các hợp chất trong hạt cà phê thành các chất hòa tan trong cà phê pha liên quan đến quá trình rang, xay và phương pháp pha chế chiết xuất
Thành phần cấu trúc phân tử và hàm lượng các chất hóa học dễ bay hơi và không bay hơi đóng góp vào hương vị trong sản phẩm cà phê pha, và tối ưu được các hợp chất cần thực hiện rất nhiều các nghiên cứu khoa học.
Hạt cà phê arabica được thị trường tiêu thụ cà phê đánh giá chất lượng vượt trội hơn hạt robusta. Sự khác biệt này nằm ở thành phần hóa học của hạt cà phê đáng kể là hàm lượng về các chất trigonelline, sucrose, caffeine, axit chlorogenic và lipid.
Hàm lượng đường sucrose, lipid và trigonelline được tìm thấy ở hạt arabica cao hơn đáng kể so với hạt robusta. Caffeine và axit chlorogenic góp phần tạo ra cảm quan hương vị se khô ở vòm miệng cao vượt trôi của hạt robusta so với arabica.
Các thuộc tính về hương thơm, hương vị, độ chua, độ ngọt, cảm giác miệng, sự cân bằng phụ thuộc vào chất lượng thành phần hóa học trong hạt cà phê, chất dễ bay hơi, và các hợp chất hương thơm được tìm thấy cao nhất ở mức rang nhạt.
Các thành phần hóa học dễ bay hơi tạo mùi thơm trong cà phê
Các chất bay hơi đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên hương thơm cho chất lượng cà phê pha. Trong quá trình rang, các chất dễ bay hơi được hình thành, mà sucrose là một tiền chất quan trọng cho các phản ứng maillard và caramel hóa.
Sau quá trình rang, người ta tìm thấy hơn 800 hợp chất dễ bay hơi bao gồm furan (38-45%), pyrazin (25-30%), pyridin (3-7%), pyrroles (2-3%), các andehyde, xeton, hợp chất lưu huỳnh và các hợp chất khác.
Các hợp chất tạo vị chua trong cà phê
Độ chua trong cà phê là một thuộc tính cảm quan rất quan trọng nó liên quan trực tiếp đến chất lượng cà phê. Độ chua cân bằng giữa hương thơm, hương trái cây, và hương hạnh nhân nhẹ được xem là đặc điểm nhận diện một loại cà phê ngon.
Trong cà phê có thể tìm thấy các axit hữu cơ không bay hơi như axit citric, axit malic, oxalic tartaric và pyruvic. Các axit dễ bay hơi như axit acetic, propionic, butyric và pentanoic.
Axit malic với hương vị táo nhưng trong đánh giá cảm quan thì thường được mô tả gần với hương mận, lê, hoặc mơ. Axit citric với hương cam chanh, axit photphoric cảm quan đến bưởi, axit tartaric cho cảm quan hương nho.
Độ chua từ axit citric và axit malic tạo ra vị chua tích cực, trong khi độ chua từ axit acetic, lactic, propionic, butyric tạo ra vị chua tiêu cực không mong muốn trong cà phê, hàm lượng axit tạo vị chua mong muốn được tìm thấy trong hạt arabica cao hơn so với hạt robusta.
Các hợp chất tạo vị ngọt trong cà phê rang
Quá trình rang có liên quan đến sự thay đổi của các hợp chất đường và polysaccharide trong hạt cà phê góp phần quan trọng trong vị ngọt của cà phê pha. Vị ngọt và độ chua bị ảnh hưởng bởi sự cân bằng giữa axit malic, citric với hàm lượng đường sucrose trong cà phê.
Các nghiên cứu chỉ ra rằng loại đường có trọng lượng phân tử thấp như glucose, fructose,… sẽ bị phân hủy phần lớn trong quá trình rang, chỉ một lượng nhỏ còn trong hạt, trong khi đó polysaccharide bao gồm galactomannans, arabinogalactan-protein, và cellulose, một lượng nhỏ polysaccharide pectic và xyloglucan mặc dù bị phân hủy nhưng vẫn còn giữ lại được một lượng lớn bên trong hạt.
Các hợp chất tạo vị đắng trong cà phê rang
Axit chlorogenic trong quá trình rang được chuyển hóa thành lacton làm cho cà phê có vị đắng, tiếp tục rang từ mức nhạt (light) – vừa (medium) – tối (dark) thì các lacton axit chlorogenic được chuyển hóa thành phenylindanes tạo ra vị đắng mạnh.
Caffein là một chất luôn được nhắc tới trong cà phê pha, nồng độ caffein sẽ khác nhau ở các giống hạt cà phê như robusta sẽ cao gấp đôi so với arabica. Và caffein được xác định là chiếm khoảng 10% vị đắng trong cà phê pha.
Các giai đoạn của quá trình chiết xuất
Brewing được coi là một quá trình trong đó diễn ra rất nhiều giai đoạn với vai trò khác nhau, trong đó có ba giai đoạn được nhấn mạnh đó là làm ướt, chiết xuất và thủy phân.
Làm ướt (wetting)
Đầu tiên, cà phê sẽ được xay thành một khối với sự phân bố các kích thước hạt, mật độ và vị trí của chúng trong luống cà phê. Cách rót nước sẽ ảnh hưởng đến tốc độ làm ướt, nếu có tác động bên ngoài vào (ví dụ như khuấy) trong giai đoạn này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ và độ đồng đều, và tốc độ thấm nước sẽ phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của cà phê xay, độ ẩm của hạt, độ xốp, khả năng hòa tan khí, áp suất.
Trong giai đoạn làm ướt, bã cà phê sẽ được nở phồng lên, sau khi pha xong thì nó sẽ giữ lại một lượng nước đã thấm vào trong bã tùy theo kích thước xay hạt. Sự nở cà phê liên quan đến các chất khí dễ bay hơi và khí CO2 bị dịch chuyển trong quá trình thấm nước và thoát ra bên ngoài mà có thể nhìn thấy bằng sự sủi.
Chiết xuất (extraction)
Quá trình làm ướt trước đó, CO2 và các chất dễ bay hơi đã được hòa tan hoặc mất đi, những phản ứng hóa học vật lý giữa nước tiếp xúc với các chất trong cà phê, và được hòa tan trong dung môi là nước, toàn bộ quá trình này được gọi là chiết xuất.
Các hợp chất có trong cà phê bao gồm các chất rắn hòa tan được trong dung môi là nước, và các chất rắn không thể hòa tan. Chiết xuất là các phản ứng chuyển các chất rắn hòa tan sang dạng nước theo thời gian tạo ra sản phẩm cuối cùng là cà phê pha.
Năng suất chiết xuất – extraction yield (%) là tỷ lệ phần trăm của năng suất các chất hòa tan so với lượng bột cà phê ban đầu được sử dụng để pha chế. Nó trở thành đơn vị có thể định lượng trong ngành công nghiệp cà phê, được thống nhất lý tưởng nằm trong khoảng 18-22%.
Trong cảm quan hương vị thì dưới 18% được xem là chiết xuất thiếu (under extraction), tạo ra cà phê pha với vị chua, mặn. Còn trên 22% là chiết xuất thừa (over extraction) cà phê mang hương vị đắng, se.
Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình chiết xuất được đề cập sau đây, tuy nhiên trên thực tế có thể trải qua nhiều phản ứng hơn, điều đó sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian hay sự khuấy động với bã cà phê.
Hòa tan
Các hợp chất được hòa tan vào trong nước và được chiết xuất vào cà phê pha có thể kể đến như caffeine, axit acetic, axit malic, axit chlorogenic và trigoneline, sự hòa tan các hợp chất này xảy ra tự nhiên khi nước tiếp xúc với lớp bột cà phê trong quá trình pha chế.
Khuếch tán
Sự hòa tan được phân bố không được đồng đều các chất hòa tan trong dung dịch. Vì vậy, các chất hòa tan sẽ có xu hướng khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn trong cà phê pha.
Thủy phân (hydrolysis)
Là phản ứng mà một chất hóa học khi tiếp xúc với nước sẽ tạo ra phản ứng để phân hủy hoặc làm biến đổi thành một chất khác, trong quá trình chiết xuất thì các hợp chất hòa tan thông qua phản ứng thủy phân chuyển thành chất lỏng gọi là cà phê pha, phản ứng này có vai trò góp phần chiết xuất các chất hòa tan trong cà phê, điển hình là các axit hữu cơ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất trong phương pháp pour over
Nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố chỉnh liên quan đến quá trình chiết xuất, khi nhiệt độ tăng lên việc chiết xuất sẽ tăng lên. Nhiệt độ nước dùng trong pha chế lý tưởng từ 90-96OC . Nhiệt độ quá cao (trên 96OC) dẫn đến việc chiết xuất các hợp chất có vị đắng và làm se tăng lên.
Như vậy, nhiệt độ có khả năng làm tăng tốc các phản ứng hóa học xảy ra đồng thời tăng độ hòa tan của một số hợp chất trong cà phê. Độ hòa tan cho thấy khả năng giảm đáng kể khi ở nhiệt độ phòng, hoặc trong tủ lạnh, thì cần bắt buộc phải kéo dài thời gian pha để có được chiết xuất hợp lý. Sản phẩm cà phê pha cuối cùng của hai phương pháp pha nóng và ủ lạnh sẽ khác nhau về thành phần hóa học.
Thời gian
Thời gian có liên quan mật thiết với nhiệt độ và ảnh hưởng đến lượng các chất được chiết xuất từ cà phê, một số hợp chất trong chiết xuất cà phê phụ thuộc vào thời gian. Đa phần thời gian chiết xuất tăng lên sẽ làm cà phê đậm hơn, vượt qua một mức nhất định nào đó tùy theo phương pháp pha có thể tạo ra những hương vị tiêu cực. Lý do của việc này là thời gian pha kéo dài sẽ chiết xuất thêm các hợp chất tiêu cực tạo ra một ly cà phê không còn thú vị.
Cà phê xay
Các chất rắn hòa tan không thể được chiết xuất mà không thực hiện xay nó. Xay càng mịn, kích thước hạt nhỏ, diện tích tiếp xúc tăng lên giữa bột cà phê và nước, xay hạt cà phê quá thô sẽ làm giảm năng suất chiết xuất, do diện tích bề mặt hạt giảm không có khả năng giữ nước và không cho phép nhiều hợp chất có trong cà phê hòa tan.
Khuấy động
Sự chuyển động của nước qua lớp bột cà phê hay sự khuấy động từ bên ngoài, điều này ảnh hưởng đến tốc độ chiết xuất. Việc khuấy động tạo ra lực tác động lên các phân tử cà phê và tăng khả năng chiết xuất các hợp chất. Cũng như yếu tố thời gian, khấy động tới một mức nào đó sẽ tạo ra những hương vị tiêu cực cho ly cà phê.
Chất lượng cà phê
Các quá trình thu hái, xử lý chế biến, độ tươi và hương vị trong cà phê là điều kiện thuận lợi để có thể chiết xuất các hợp chất độc đáo có trong cà phê. Chất lượng của hạt cà phê tốt sẽ mang lại những hương vị tốt và ngược lại.
Thứ tự chiết xuất các hợp chất trong cà phê
Việc chiết xuất cà phê rang xay trên thực tế là một hoạt động rất phức tạp, nguyên tắc cơ bản về khoa học chúng rất khó để được làm rõ. Trong hầu hết các phương pháp pha chế bằng nước nóng đều có nguyên tắc chiết xuất chung là rót nước qua lớp cà phê xay và bắt đầu chiết xuất các hợp chất hương vị trong cà phê.
Các phương pháp pha chế khác nhau sẽ cho cường độ hương vị khác nhau nhưng nhìn chung thứ tự các chất được chiết xuất theo thứ tự chất béo và axit, kế tiếp là đường và cuối cùng là các hợp chất tạo ra vị đắng. Về mặt cảm quan hương vị thứ tự đó sẽ được mô tả như hương thơm, chua – ngọt – đắng
Đầu tiên các hợp chất dễ bay hơi và axit sẽ được chiết xuất góp phần tạo ra hương thơm và vị chua, về mặt cấu trúc phân tử thì các hợp chất này có liên kết yếu nhất nên có thể dễ dàng hòa tan vào trong nước. Các hợp chất dầu và chất béo có cấu trúc phân tử là các chất kỵ nước, chúng không hòa tan được trong nước và có thể dễ dàng bị nước rửa trôi trong giai đoạn này.
Các hợp chất đường có cấu trúc phân tử phức tạp hơn so với phân tử axit, vì vậy cần nhiều thời gian hơn để có thể hòa tan được trong nước. Cuối cùng là các chất có cấu trúc phân tủ phức tạp chuyển hóa thành các chất có vị đắng, và nước còn phá vỡ các phân tử chất xơ có trong hạt dẫn đến vị đắng, khô.
Điều chỉnh hương vị trong phương pháp pour over
Hương vị trong cà phê pha sẽ phụ thuộc vào các yếu tố mức độ rang, kích thước hạt xay, nhiệt độ nước, thời gian pha chế, tỷ lệ cà phê với nước, và các hợp chất hương vị được chiết xuất như thế nào.
Trong trường hợp pha chế lý tưởng, các hợp chất hương vị thơm ngon được chiết xuất trong tách cà phê pha, nhưng đôi khi cà phê pha mang hương vị tiêu cực, khó chịu như quá đắng hoặc quá chua thì cần phải điều chỉnh những biến số về kích cỡ xay, nhiệt độ nước, thời gian chiết xuất.
| Hương vị thực tế | Thời gian ủ | Nhiệt độ nước | Kích cỡ xay |
| Chua | Tăng | Giảm | Mịn |
| Đắng | Giảm | Nhiệt độ cao hơn | Thô |
- Với hương vị cà phê pha mang vị chua với cường độ cao, có thể xử lý bằng việc điều chỉnh kích cỡ xay hạt mịn hơn, giảm nhiệt độ xuống (khoảng 90OC), và tăng thời gian ủ lên.
- Với hương vị cà phê pha mang vị đắng với cường độ cao, có thể xử lý bằng việc điều chỉnh kích cỡ xay hạt thô hơn, giảm thời gian ủ xuống và dùng nhiệt độ cao hơn (khoảng 94OC).
Nguồn tham khảo
Kosowska, M., Majcher, M. A., & Fortuna, T. (2017). Volatile compounds in meat and meat products. Food Science and Technology, 37(1), 1–7.
Martinez, H. E. P., Clemente, J. M., de Lacerda, J. S., Neves, Y. P., & Pedrosa, A. W. (2014). Nutrição mineral do cafeeiro e qualidade da bebida. Revista Ceres, 61, 838–848.
Patrícia Fontes, Carlos Alexandre, Vanessa Moreira, Lucas Louzada. 2021. Chemical Constituents of Coffee
Yeretzian, C., Jordan, A., Badoud, R., & Lindinger, W. (2002). From the green bean to the cup 1370 of coffee: Investigating coffee roasting by on-line monitoring of volatiles. European Food 1371 Research and Technology, 214(2), 92–104.
