Liệu rằng vị ngọt có tồn tại trong tách cà phê? 

CFRR – Vị ngọt trong cà phê luôn là ẩn số khơi gợi người dùng tìm kiếm và thưởng thức

Vị ngọt trong cà phê vốn ít được biết đến hơn so với vị đắng và vị chua. Tuy vậy, chắc hẳn có không ít người dùng cảm nhận được vị ngọt nơi cuống họng khi thưởng thức cà phê. Vị ngọt sẽ xuất hiện, cân bằng lại vị đắng và vị chua trong cà phê. Vậy quá trình vị ngọt trong cà phê đến với các giác quan của người thưởng thức diễn ra như thế nào? Qua lăng kính khoa học, hành trình của vị ngọt cà phê xuất hiện và phát triển được giải thích như thế nào? 

Những chất tạo ra vị ngọt trong cà phê 

Tại sao cà phê có vị ngọt? 

Cacbohydrate là một trong những chất phổ biến tạo nên vị ngọt. Cacbohydrate (mono, di, oligo và polysaccarit) là thành phần quan trọng nhất trong hạt cà phê và chiếm khoảng 50% trọng lượng khô của hạt (Poisson và cộng sự, 2017) (Bảng 1). Theo Farah (2012), hàm lượng này được xác định bằng cách tính phần trăm khối lượng chất sau khi loại bỏ những thành phần không phải là đường như protein, chất béo, nước, tro và chất xơ: 

Một lượng nhỏ đường monosaccarit tự do (arabinose, fructose, glucose, galactose, mannose, mannitol, raminose, riboe và xylose), disaccarit (sucrose) và những oligosaccarit tan trong nước (raffinose và stachyose) được tìm thấy trong hạt cà phê. 

Polysaccarit có kích thước phân tử khác nhau tạo nên thành phần lớn nhất trong hợp chất carbohydrate của cà phê xanh (Oestreich-Janzen, 2019). Đường polysaccarit, bao gồm cả thành phần tan và không tan trong nước, chiếm khoảng 43% ở giống cà phê arabica và 54% ở giống robusta (Farah, 2012; Wei và Tanokura, 2015). 

Hàm lượng các loại cacbohydrate trong cà phê 

Trong quá trình phát triển của quả, cacbohydrate được hình thành bên trong lá và vỏ quả (Oestreich-Janzen, 2019). Trong giai đoạn đầu, đường glucose và fructose chiếm ưu thế với tỷ lệ lần lượt là 16,5% và 1,6% trên quả khô (Joët và cộng sự, 2009). Khi quá trình phát triển của hạt kết thúc, hàm lượng glucose giảm xuống còn 0.03% và fructose còn 0.04% (Wei và Tanokura, 2015). Như đã đề cập, tổng hàm lượng cacbohydrate chiếm đến khoảng 50% trọng lượng khô của hạt cà phê (Poisson và cộng sự, 2017). 

Bảng 1. Hàm lượng carbohydrate của hạt cà phê thô (%) (Portillo và Arévalo, 2022) 

Hàm lượng đường sucrose sẽ có sự khác biệt giữa các giống cà phê khác nhau (Campa và cộng sự, 2004). Hàm lượng sucrose trong cà phê arabica luôn cao hơn robusta (Wei và Tanokura, 2015), với lượng sucrose trung bình trong hạt cà phê arabica là 7.99-11.0% và robusta là 5.94 -6.47%, được xác định bằng kỹ thuật HPLC (Poisson và cộng sự, 2017) (Bảng 2).  

Bảng 2. Hàm lượng sucrose trong các loại cà phê (Campa và cộng sự, 2004) 

Theo Wei và Tanokura (2015) và Oestreich-Janzen (2019), cà phê robusta có xu hướng tích lũy đường sucrose ít hơn 30% so với giống arabica. Nhiều tài liệu chứng minh rằng trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển hạt, khả năng hoạt động cao của sucrose synthase và axit invertase ở giống robusta là nguyên nhân chính dẫn đến cà phê arabica có hàm lượng sucrose cao hơn. 

Phân tích về hàm lượng polysaccarit của hạt cà phê thô cho thấy có 50% mannans and galactomannans, 22% arabinogalactans và 20% cellulose (Flament, 2001). Mặc dù có sự tương đồng về các polysaccarit, hàm lượng arabinogalactans trong cà phê robusta chiếm nhiều hơn 3% so với arabica (Wei và Tanokura, 2015). 

Hàm lượng cacbohydrate qua các quá trình chế biến cà phê 

Quá trình rang làm phân hủy polysaccarit và làm cho các phân tử đường thay đổi đáng kể. Các oligosaccarit và monosaccarit có thể bị hòa tan trong quá trình chiết xuất, tạo ra những profile cacbohydrate đặc trưng (Leloup và Liardon, 1993). 

Carbohydrate là tiền chất để tạo hương vị. Chúng phản ứng với các thành phần protein trong phản ứng Maillard đã được nghiên cứu. Quá trình này tạo ra những chất đóng góp thiết yếu cho hương vị cà phê hoặc tạo ra những hợp chất bay hơi có mùi đặc trưng (Grosch, 2001) và cả các hợp chất có vị không bay hơi (Clarke và Vitzthum, 2008). Phân tích các loại carbohydrate riêng lẻ trình bày theo tiêu chuẩn được quốc tế chấp nhận với độ chính xác cao hiệu suất sắc ký trao đổi anion (HPAEC) cung cấp profile của carbohydrate tự do và của tổng lượng carbohydrate (Girard và cộng sự, 2006). 

Quá trình chế biến cà phê bắt đầu từ cà phê xanh qua các giai đoạn chế biến, cuối cùng trở thành cà phê hòa tan như phân tích ở bảng 3 (Leloup, 2007). Hàm lượng các carbohydrate tự do và tổng hàm lượng của cacbohydrate trong cà phê sau khi rang medium được so sánh với cà phê xanh tương ứng. 

Bảng 3. Hàm lượng carbohydrate của cà phê arabica và robusta giữa cà phê xanh và cà phê sau khi qua các giai đoạn chế biến (rang, chiết xuất và sấy khô) (Leloup, 2007)

Sucrose của cà phê xanh sẽ biến mất hoàn toàn khi rang trong khi một lượng nhỏ monosaccarit và các disaccarit khác được giải phóng trong quá trình rang và chiết xuất (Oestreich-Janzen, 2019). Một lượng đáng kể các cacbohydrate sẽ được chuyển hóa thành chất hòa tan. 

Cơ chế cảm nhận vị ngọt của con người  

Bộ phận nào của vị giác cảm nhận vị ngọt? 

 Vai trò của vị giác là phát hiện các chất dinh dưỡng quan trọng trước khi ăn nhằm tránh các phân tử có vị đắng, có khả năng gây độc hại, chẳng hạn như dược liệu alkaloid (Laffitte và cộng sự, 2014). Trong số năm vị cơ bản là ngọt, umami, đắng, mặn và chua, vị ngọt là một trong những yếu tố chính có tác động đến hành vi lựa chọn trong chế độ ăn uống. Vị ngọt cho thấy sự hiện diện của carbohydrate giàu năng lượng, chẳng hạn như glucose, làm tăng hương vị của thức ăn và ảnh hưởng mạnh mẽ đến hành vi ăn uống. 

Trong khoang miệng, các hợp chất tạo ngọt tương tác với cơ quan phát hiện vị giác ở trên màng đỉnh của các tế bào cảm thụ vị giác. Những tế bào này có dạng tập hợp các cấu trúc hình củ hành, gọi là nụ vị giác (taste buds). Sự kích hoạt cơ quan thụ cảm vị ngọt trong nụ vị giác tạo ra một dòng thác tải nạp nội bào, dẫn đến quá trình khử cực của các tế bào thụ thể vị giác (Hình 2).  

Các sự kiện truyền tín hiệu chính đã được xác định. Sự liên kết các hợp chất tạo ngọt với thụ thể T1R2/T1R3 dẫn đến sự phân ly của protein dị trimeric G (a-gustducin, Gb3 và Gg13), làm gia tăng hoạt động của phospholipase C-b2 (PLC-b2). Điều này tạo ra thụ thể inositol 1,4,5-triphosphate (IP3), giải phóng Ca2þ qua trung gian loại 3 từ các kho dự trữ nội bào và mở ra một kênh ion tiềm năng tạm thời TRPMP5 (transient receptor potential cation channel subfamily M member 5) (Iwatsuki và Uneyama, 2012).

Cơ chế tải nạp này thường được sử dụng để phát hiện vị ngọt, vị umami và vị đắng. Nó dẫn đến quá trình khử cực màng tế bào, tạo ra điện thế hoạt động và dẫn đến giải phóng adenosine triphosphate (ATP) như một chất dẫn truyền để kích hoạt các chất hướng tâm vị giác.  

Mối quan hệ giữa khứu giác và vị giác đối với vị ngọt 

Khứu giác đóng vai trò chính trong nhận thức hương vị thực phẩm. Những người mất khứu giác thường báo cáo rằng thức ăn không còn mùi vị nữa. Hương vị được cảm nhận chủ yếu trên lưỡi trong khi mùi được cảm nhận ở phần trên của khoang mũi trực tiếp hoặc qua phía sau miệng. Theo Valentin và cộng sự (2006), sự tương tác giữa nhận thức mùi và vị do 3 yếu tố chính tác động là định hướng nhiệm vụ (task-driven), định hướng kích thích (stimulus-driven) và định hướng đối tượng (subject-driven). 

Tác động của các kích thích khứu giác đến nhận thức ở vị giác được giải thích theo thuật ngữ ‘tăng cường vị giác’ (khi cường độ về vị của hỗn hợp cao hơn cường độ về vị của từng hợp chất) và ‘ức chế vị giác’ (khi cường độ về vị của hỗn hợp thấp hơn cường độ về vị của từng hợp chất) (Tournier và cộng sự, 2007). Mức độ mà một mùi hương có vị ngọt được dự đoán là có khoảng 60% khả năng tăng cường hoặc ức chế vị ngọt do mùi hương đó gây ra (Valentin và cộng sự, 2006). 

Tournier và cộng sự (2007) nhận định ảnh hưởng của mùi hương đến nhận thức vị giác phụ thuộc vào bản chất từng mùi hương. Những nốt hương như dâu, caramel, chanh dây và vanilla tăng cường nhận thức về vị ngọt (Frank và cộng sự, 1993; Schifferstein và Verlegh, 1996; Stevenson và cộng sự, 1999; Labbe và cộng sự, 2006). Những nốt hương khác như wintergreen (Frank và cộng sự, 1993), eucalyptol (Stevenson và cộng sự, 1999) và ham (Schifferstein và Verlegh, 1996) không có ý nghĩa đối với nhận thức vị ngọt. Các hương khác như chocolate, damascene và angelica oil làm giảm nhận thức đối với vị ngọt (Stevenson và cộng sự, 1999; Cayeux và Mercier, 2003). 

Bảng 4. Tổng hợp các nghiên cứu về mối tương tác giữa mùi hương và nhận thức vị giác (Tournier và cộng sự, 2007)

Quá trình rang ảnh hưởng như thế nào đến vị ngọt và màu sắc hạt cà phê? 

Rang hạt cà phê là một quá trình biến đổi cơ bản, được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 200^oC. Hạt cà phê trở nên khô, nở ra về thể tích, chuyển sang màu nâu và giòn, đồng thời phát triển profile hương vị và mùi thơm đặc trưng (Oestreich-Janzen, 2019). Giai đoạn sấy khô ban đầu chủ yếu đặc trưng bởi các phản ứng thu nhiệt nhỏ dẫn đến mất nước tự do, chuyển sang màu nâu và tăng thể tích. Độ ẩm của cà phê rang dao động từ 1,5-5%, phụ thuộc vào mức độ rang đạt được (Buffo và Cardelli‐Freire, 2004; Farah, 2012; Seninde và Chambers, 2020). 

Đường sucrose trong hạt cà phê bị caramen hóa khi nhiệt độ bên trong đạt 130°C, giải thích cho màu vàng của hạt. Khi nhiệt độ tăng lên hơn 160°C, màu cà phê chuyển sang nâu nhạt và thể tích tăng thêm (Buffo và Cardelli‐Freire, 2004; Farah, 2012; Seninde và Chambers, 2020). Hương vị hình thành do các phản ứng thu nhiệt và tỏa nhiệt khi hạt cà phê đạt khoảng 190°C.  

Một số axit amin và peptit tự do được sử dụng trong quá trình phân hủy Strecker trong khi đó, các axit amin và sucrose khác tham gia vào phản ứng Maillard, khiến hạt cà phê thay đổi từ nâu nhạt sang gần như đen (Buffo và Cardelli‐Freire, 2004; Farah, 2012; Seninde và Chambers, 2020). Tại thời điểm này, không khí hoặc nước được sử dụng để làm lạnh nhanh hạt cà phê và do đó làm ngừng các phản ứng tỏa nhiệt. 

Oestreich-Janzen (2019) nghiên cứu về các chất trong cà phê đã nhận định, trong quá trình rang, các hợp chất thơm dễ bay hơi và sắc tố màu nâu polyme được hình thành trong hạt, trong khi nước và carbon dioxide được giải phóng. Các thành phần phản ứng nhiệt chính của hạt thô là monosaccarit, sucrose, axit amin tự do, axit chlorogen, trigonelline và các tiền chất mới hình thành của carbohydrate bị phân hủy và protein biến tính. Các phản ứng hóa học của các axit amin tự do với đường khử, một loạt các phản ứng ngưng tụ, phân cắt, sắp xếp lại, phân hủy và trùng hợp oxy hóa diễn ra song song. 

Các kết quả cho thấy sự thay đổi về thời gian của quá trình rang ảnh hưởng đến các đặc tính về cảm quan cũng như màu sắc hạt cà phê (Münchow và cộng sự, 2020). Dấu hiệu của mối tương quan về màu sắc và thời gian rang là tương tự nhau mặc dù màu sắc có mối tương quan chặt chẽ hơn so với sự thay đổi về cảm quan. Đối với hướng biến thiên của các mối tương quan, màu sắc (nghĩa là màu rang đậm hơn) có mối tương quan thuận với vị đắng và tương quan nghịch với vị ngọt, độ chua và vị trái cây. 

Bảng 5. Bảng hồi quy tuyến tính định lượng về sự thay đổi của các thuộc tính cảm quan theo tham số thời gian trong quá trình rang cà phê (Münchow và cộng sự, 2020) 

(n.s. p > 0,05; ∗ p < 0,05; ∗∗ p < 0,01; ∗∗∗ p < 0,001)

Đề cập đến ảnh hưởng của quá trình rang đến các mùi vị cơ bản, nghiên cứu cho thấy có một sự gia tăng nhất quán về độ đắng cà phê ở cả hai giai đoạn rang là ‘time to 1st crack’ và ‘development time’ (Bảng 5). Đối với vị ngọt, sự biến thiên nghịch chiều, nghĩa là đô ngọt giảm, thể hiện rõ rệt ở giai đoạn ‘development time’ trong khi sự thay đổi ở giai đoạn 1 lại không có ý nghĩa (Münchow và cộng sự, 2020) (bảng 5). 

Tham gia cộng đồng The life of coffee để khám phá thế giới thú vị của cà phê tại ‘Link‘

Nguồn tham khảo

Behrens, M., & Meyerhof, W. (2011). Gustatory and extragustatory functions of mammalian taste receptors. Physiology & behavior, 105(1), 4-13.  

Buffo, R. A., & Cardelli‐Freire, C. (2004). Coffee flavour: an overview. Flavour and fragrance journal, 19(2), 99-104.  

Campa, C., Ballester, J. F., Doulbeau, S., Dussert, S., Hamon, S., & Noirot, M. (2004). Trigonelline and sucrose diversity in wild Coffea species. Food chemistry, 88(1), 39-43.  

Cayeux, I., & Mercier, C. (2003). Sensory evaluation of interaction between smell and taste-application to sourness. In Flavour Research at the Dawn of the Twenty-first Century-Proceedings of the 10th Weurman Flavour Research Symposium, Beaune, France, 25-28 June, 2002 (pp. 287-292). Editions Tec & Doc.  

Clarke, R., & Vitzthum, O. G. (2008). Coffee: recent developments. John Wiley & Sons. 

Farah, A. (2012). Coffee constituents. Coffee: Emerging health effects and disease prevention, 1, 22-58.  

Flament, I. (2001). Coffee flavor chemistry. John Wiley & Sons.  

Frank, R. A., Van der Klaauw, N. J., & Schifferstein, H. N. (1993). Both perceptual and conceptual factors influence taste-odor and taste-taste interactions. Perception & psychophysics, 54, 343-354.  

Girard, P., StÖber, P., Blanc, M., & Prodolliet, J. (2006). Carbohydrate specification limits for the authenticity assessment of soluble (Instant) Coffee: statistical approach. Journal of AOAC International, 89(4), 999-1003. 

Grosch, W. (2001). Coffee: Recent developments. Chemistry III: Volatile Compounds, 68-89. 

Iwatsuki, K., & Uneyama, H. (2012). Sense of taste in the gastrointestinal tract. Journal of pharmacological sciences, 118(2), 123-128.  

Joët, T., Laffargue, A., Salmona, J., Doulbeau, S., Descroix, F., Bertrand, B., … & Dussert, S. (2009). Metabolic pathways in tropical dicotyledonous albuminous seeds: Coffea arabica as a case study. New Phytologist, 182(1), 146-162.  

Labbe, D., Damevin, L., Vaccher, C., Morgenegg, C., & Martin, N. (2006). Modulation of perceived taste by olfaction in familiar and unfamiliar beverages. Food Quality and Preference, 17(7-8), 582-589.  

Laffitte, A., Neiers, F., & Briand, L. (2014). Functional roles of the sweet taste receptor in oral and extraoral tissues. Current opinion in clinical nutrition and metabolic care, 17(4), 379.  

Leloup, V. (2007). Evaluation of the nutritive value of soluble coffee. In 21st International Conference on Coffee Science, Montpellier, France, 11-15 September, 2006 (pp. 80-92). Association Scientifique Internationale du Café (ASIC). 

Leloup, V., & Liardon, R. (1993). Analytical characterization of coffee carbohydrates. In COLLOQUE SCIENTIFIQUE INTERNATIONAL SUR LE CAFE (Vol. 15, pp. 863-863). ASIC Association Scientifique Internationale.  

Münchow, M., Alstrup, J., Steen, I., & Giacalone, D. (2020). Roasting conditions and coffee flavor: A multi-study empirical investigation. Beverages, 6(2), 29.  

Oestreich-Janzen, S. H. (2019). Chemistry of coffee. In: Comprehensive natural products II. Elsevier: Oxford; 2010. p. 1085-117. doi: 10.1016/b978-008045382-8.00708-5.   

Poisson, L., Blank, I., Dunkel, A., & Hofmann, T. (2017). The chemistry of roasting – Decoding flavor formation. In The craft and science of coffee (pp. 273-309). Academic Press.  

Portillo, O. R., & Arévalo, A. C. (2022). Coffee’s carbohydrates. A critical review of scientific literature. Revis Bionatura, 7(3), 11.  

Schifferstein, H. N., & Verlegh, P. W. (1996). The role of congruency and pleasantness in odor-induced taste enhancement. Acta psychologica, 94(1), 87-105.  

Seninde, D. R., & Chambers IV, E. (2020). Coffee flavor: A review. Beverages, 6(3), 44.  

Stevenson, R. J., Prescott, J., & Boakes, R. A. (1999). Confusing tastes and smells: how odours can influence the perception of sweet and sour tastes. Chemical senses, 24(6), 627-635. Tournier, C., Sulmont-Rossé, C., & Guichard, E. (2007). Flavour perception: Aroma, taste and texture interactions. Food, 1(2), 246-257.  

Tournier, C., Sulmont-Rossé, C., & Guichard, E. (2007). Flavour perception: Aroma, taste and texture interactions. Food, 1(2), 246-257.

Valentin, D., Chrea, C., & Nguyen, D. H. (2006). Taste-odour interactions in sweet taste perception. Optimising sweet taste in foods, 66-84.  

Wei, F., & Tanokura, M. (2015). Organic compounds in green coffee beans. In Coffee in health and disease prevention (pp. 149-162). Academic Press.