CFRR- Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới thời gian pha chế và hương vị của ly cà phê, đặc biệt với cà phê chất lượng cao dùng để thưởng thức.
Nhiệt độ có thể tạo ra vị chua hoặc vị đắng nhiều quá mức và còn nhiều sự tác động khác nữa trong quá trình chiết xuất. Khi chiết xuất ở 94OC sẽ tạo ra tách cà phê với độ ngọt cao, đồng thời vị chua từ axit citric cũng ở mức cao nhất, và lượng axit malic gần như là thấp nhất.
Nhiệt độ pha chế cà phê
Nhiệt độ nước dùng trong chiết xuất và cảm quan được chia thành hai nhóm:
- Nhiệt độ nước pha chế (brewing temp) là nhiệt độ nước khi bắt đầu quá trình pha chế. Nhiệt độ pha chế tối ưu dành cho espresso từ 85-95OC (Scott Rao, 2008), và từ 92-96OC là lý tưởng cho các phương pháp pha chế như pour over, hay ngâm ủ (SCA, 2017).
Sử dụng nhiệt độ cao hơn 96OC sẽ đẩy nhanh tốc độ chiết xuất của các hợp chất hương vị tích cực và cả hương vị không mong muốn, các hợp chất axit cafeic và axit quinic được tạo thành nhiều hơn trong phản ứng phân hủy CGA. Việc kiểm soát chiết xuất ở nhiệt độ cao sẽ rất khó sẽ tạo ra một ly cà phê có nhiều vị đắng, khô.
Sử dụng nhiệt độ nước quá thấp dưới 85OC, các hợp chất chưa được chiết xuất đủ sẽ tạo ra một ly với vị chua mà bị thiếu các hương vị khác. Tuy nhiên phương pháp cà phê ủ lạnh là một ngoại lệ, với thời gian ủ kéo dài sẽ bù đắp lại cho nhiệt độ ngâm ủ thấp.
- Nhiệt độ chiết xuất (extraction temp) là nhiệt độ trong một ly cà phê hoàn chỉnh được xem là nằm ở ngưỡng an toàn đối với sức khỏe và cảm quan hương vị tốt từ 60-70OC (Lee H và cộng sự, 2002).
Nhiệt độ nước trong ly cà phê nói riêng và các loại đồ uống nóng nói chung ở mức nhiệt độ quá cao hoặc trong thời gian dài có thể bị bỏng biểu mô, phồng rộp của các tế bào trong miệng ở các điểm nhạy cảm tạo thành những cơn đau. Borchgrevink và cộng sự (1999) đã đưa ra kết luận nhiệt độ thích hợp cho đồ uống nóng nên được phục vụ từ 62.8-68.3OC.
Hương vị cà phê
Hương vị cà phê là hương vị của các hợp chất trong cà phê hòa tan trong nước được cảm nhận thông qua khứu giác và vị giác khi nếm, được mô tả thông qua các thuộc tính về độ chua, mùi thơm, độ ngọt, đắng hay body của nó.
World Coffee Research’s Sensory Lexicon và Coffee Taster’s Flavor Wheel đã liệt kê hơn 100 thuộc tính về cảm quan về mùi thơm và hương vị như socola, caramel, cam, dâu, cherry, trái cây nhiệt đới hoặc các hương vị không mong muốn như cao su, thuốc lá, nấm mốc.
Hình 1: Bánh xe hương vị trong thử nếm cà phê. Ảnh: SCA
Theo Clarke và cộng sự (1985), trong hạt cà phê xanh arabica có chứa polysaccharides 50-55%, lipid 12-18%, protein 11%, axit chlorogenic 5.5-8%, caffein 0.9-1.2%, trigonelline 1-1.2%. Trong hạt robusta có chứa polysaccharides 37-47%, lipid 9-13%, protein 13%, axit chlorogenic 7-10%, caffein 1.6-2.4%, trigonelline 0.6-0.8%. Một số hợp chất hóa học có trong cà phê trên đây đã góp phần tạo nên hương vị tổng thể của một ly cà phê.
Ngoài ra, một thành phần quan trọng bậc nhất của cà phê là caffeine hỗ trợ cải thiện khả năng nhận thức, tập trung hơn, giảm sự mệt mỏi và buồn ngủ, kích thích các trung tâm của hệ thần kinh góp phần cho vị đắng đã giúp cà phê trở thành một loại đồ uống phổ biến (Borota và cộng sự, 2014). Mặc dù vậy thì caffein chỉ chiếm khoảng 10% vị đắng trong ly cà phê (Farah và cộng sự, 2006).
Định nghĩa việc chiết xuất- Chỉ số TDS, EY
Chiết xuất là quá trình chuyển các chất hòa tan trong cà phê từ dạng rắn (hạt cà phê) sang dung dịch chất lỏng để tạo ra chất lượng cà phê tốt nhất khi trong cà phê có hơn 1.800 hợp chất hóa học khác nhau (M. Petracco, 2008).
Lockhart (1957) đã có một công trình nghiên cứu và kết luận chất lượng ly cà phê phụ thuộc vào hai yếu tố dựa vào số liệu chính là brew strength đặc trưng cho tổng lượng chất rắn hòa tan – TDS và extraction yield – EY đặc trưng cho phần khối lượng của chất rắn được hòa tan trong chiết xuất cà phê được thể hiện dưới dạng phần trăm.
Trên biểu đồ được chia thành chín khu vực, với các ranh giới dọc được dán các nhãn strong (mạnh) hoặc weak (yếu), các ranh giới ngang sẽ là underextracted (chiết xuất kém) hoặc overextracted (chiết xuất quá mức).
Một khu vực ở trung tâm có chỉ số lý tưởng khi TDS từ 1.15-1.45% dành cho các phương pháp pha trọng lực (như pour over) hay ngâm ủ (như french press) theo đúng tỷ lệ cà phê: Nước, và cà phê espresso thì TDS sẽ từ 8-12% và EY từ 18-22%. Tỷ lệ này là thước đo cho các phương pháp pha chế được xác định là tiêu chuẩn Cúp vàng của Hiệp hội Cà phê Specialty (SCA).
Biểu đồ đã bỏ qua các thuộc tính về cảm quan có thể có trong cà phê mà chỉ tập trung vào các mô tả về chất lượng lý tưởng (idea), hay các thang đo cường độ strong – weak.
TDS – Total Dissolved Solids là tổng lượng chất rắn hòa tan trong ly cà phê. Trong khi đó strength(%TDS) là nồng độ chiết xuất của các chất hòa tan trong ly cà phê.
%TDS = Khối lượng chất rắn hòa tan/ Tổng khối lượng chiết xuất
Khối lượng chất rắn hòa tan = %TDS* Tổng khối lượng chiết xuấtVí dụ: Dùng 18gr cà phê bột trong pha espresso thu được 36gr lượng cà phê chiết xuất, đo được %TDS là 10% thì khối lượng chất hòa tan sẽ là:
Khối lượng chất rắn hòa tan = 10%*36g= 3,6g ( trong 36gr cà phê chiết xuất có 3,6gr là các chất hòa tan và 32,4gr còn lại là nước)
EY(%) – Extraction Yield : Tỷ lệ chiết xuất là tỷ lệ các chất hòa tan trong cà phê so với tổng lượng cà phê bột dùng trong pha chế.
EY(%) = Khối lượng chất hòa tan/ Khối lượng bột cà phê sử dụng = 3,6g/18g = 0,2 = 20%
Khi chia tổng lượng cà phê chiết xuất thành ba giai đoạn thời gian khác nhau thì ở một phần ba lượng chiết xuất đầu được xác định là đã lấy được khoảng 50% các thành phần trong cà phê (Lee và cộng sự, 1992), và một số hợp chất liên quan đến hương vị được chiết xuất ở lượng còn lại.
Chiết xuất kém (under extraction): Dưới 18% cà phê có xu hướng chua nhiều, thiếu độ ngọt, mất cân bằng, vì các chất được chiết xuất phần lớn là các axit và chưa đủ thời gian cho các hợp chất hương vị khác hòa tan.Chiết xuất quá mức (over extraction) trên 22%, cà phê chiết xuất cả những hợp chất không mong muốn, khai thác chiết xuất không hợp lý dẫn đến ly cà phê mang hương vị đắng gắt, hậu vị khô dẫn đến cảm nhận tiêu cực.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến chiết xuất
Ở phần trên đã chỉ ra TDS và EY được cho là lý tưởng lần lượt từ 1.15-1.45% và 18-22% dành cho phương pháp pha brewing, TDS từ 8-12% và EY từ 18-22% dành cho phương pháp pha espresso. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm với phương pháp espresso và phương pháp brewing để xác định sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới chiết xuất.
Phương pháp pha espresso
Andrew Easthope (2015) đã tiến hành các thí nghiệm trên máy pha espresso nhằm xác định ảnh hưởng nhiệt độ đến năng suất chiết xuất (extraction yield) với các chỉ số về kích cỡ xay, lượng cà phê, áp suất, thời gian là cố định, và nhiệt độ thay đổi từ 92-94-96-98OC, thu được kết quả như hình bên dưới.
Ảnh: Andrew Easthope (2015)
Kết quả này cho thấy ở nhiệt độ pha chế từ 92-94-96-98OC tạo ra các ly cà phê espresoo có EY tăng theo từ 18.95 -19.38 -19.40 -19.57%. Nhiệt độ thấp hơn sẽ cho ra năng suất chiết xuất thấp hơn, ở nhiệt độ cao nhất cho năng suất chiết xuất cao nhất.
Thêm vào đó, Andueza và cộng sự (2003) đã có thí nghiệm việc thay đổi nhiệt độ chiết xuất với phương pháp pha espresso ở các mức 88OC,92OC,96OC, 98OC và kết luận rằng lượng chất rắn hòa tan (TDS) tăng lên khi nhiệt độ tăng lên. Nhiệt độ nước tăng cao thì các phân tử nước di chuyển càng nhanh, đồng thời tăng sự tương tác với các hợp chất trong cà phê, quá trình chiết xuất các hợp chất cũng diễn ra dễ dàng.
Phương pháp brewing
Mackenzie Batali và cộng sự (2020) đã làm một thí nghiệm khi cùng dùng chung một loại cà phê, phương pháp pha pour over, cỡ xay, thời gian chiết xuất, liều lượng cà phê đều giống nhau. Nghiên cứu được thực hiện với 270 lần pha riêng biệt ở ba mức độ nhiệt 87OC-90OC-93OC thu được kết quả ở biểu đồ dưới đây:
Ảnh: Mackenzie Batali và cộng sự (2020)
Với các phương pháp brew mặc dù có sự thay đổi về chỉ số TDS và EY ở mức nhiệt độ nước pha 87-90-93OC khi nhìn vào ô trung tâm (tiêu chuẩn Cúp vàng) nhưng nhìn chung sự khác biệt là không quá nhiều. Các chỉ số này nằm ở khu vực giữa ô trung tâm rõ ràng hơn với nước pha ở nhiệt độ 87OC, và chúng có xu hướng xa ô Cúp vàng hơn với cà phê được pha bằng nước ở nhiệt độ 90OC và 93OC.
Theo Ted Lingle (1996) trong quyển The Coffee Brewing Handbook, xác định nhiệt độ pha chế ở 70OC-94OC-100OC có sự thay đổi về axit citric, malic và lượng đường được mô tả như hình bên dưới:
Ảnh: The Coffee brewing Handbook, 1996
Kết quả thu được cho thấy:
- Lượng axit citric tăng không đáng kể từ 131 mg/l ở 70OC lên cao nhất 137mg/l ở 94OC và giảm xuống thấp nhất với 122.5mg/l ở 100OC.
- Lượng axit malic cao nhất ở 70OC (86.33mg/l) và thấp nhất ở 94OC (77.33mg/l), ở 100OC chỉ số này tăng lên không đáng kể (80mg/l)
- Lượng đường được chiết xuất tối ưu ở 94OC (194.5mg/l) khi tăng vượt trội từ 121mg/l ở 70OC, và giảm một chút xuống còn 187.33mg/l ở 100OC.
Như vậy, khi chiết xuất ở 94OC sẽ tạo ra tách cà phê với độ ngọt cao, đồng thời vị chua từ axit citric cũng ở mức cao nhất, và lượng axit malic gần như là thấp nhất.
Một nghiên cứu khác của Anduesa và cộng sự (2003) đã tổng kết rằng, trong pha chế espresso thì ở 92OC có khả năng chiết xuất được các hợp chất mùi thơm ketone và aldehyd cao hơn khi pha chế ở 88OC, khi nhiệt độ trên 96OC có khả năng phân hủy axit chlorogenic và trigonelline thành axit cafeic và axit quinic có vị đắng cao hơn. Trong khi đó, Italian Espresso National Institute (2006) (Viện Quốc gia Espresso Ý) đưa ra lời khuyên về nhiệt độ pha chế cà phê espresso nên từ 86-90OC.
Các thuộc tính như citrus, berry, sour, và fruity có cường độ tăng khi EY thấp; bitter, ashy và brown roast tăng theo hướng EY cao hơn (Mackenzie E và cộng sự, 2020). Khi chỉ số EY thấp ly cà phê có thể nghe rõ hương vị của trái cây cam quýt, trái cây nhiệt đới, vị chua. EY quá cao ly cà phê sẽ có vị đắng, mùi khói, cao su.
Cà phê trong ly được phục vụ có nhiệt độ từ 60-70OC được xem là phù hợp với cảm quan và độ đắng tăng lên khi nhiệt độ trong ly giảm xuống thấp (Steen và cộng sự, 2017; Chapko và cộng sự, 2019) Cảm quan hương vị cà phê không chỉ phụ thuộc vào các hợp chất được chiết xuất trong cà phê mà còn là nhiệt độ của cà phê pha trong ly thành phẩm (nhiệt độ chiết xuất). Và khi nói về hương vị cảm nhận được có thể là vị ngọt từ socola, vị đắng từ caffein hoặc hương thơm từ trái cây và hương hoa…. Là sự cảm nhận của khứu giác và vị giác kết hợp lẫn nhau. Tuy nhiên, nhiệt độ về sự cảm quan hương vị này sẽ thay đổi, bắt đầu là nóng và dần bằng nhiệt độ phòng sau một thời gian.
Dưới đây là nghiên cứu của Steen và cộng sự (2017), và Lipscomb và cộng sự,(2016) về cảm nhận hương vị của hạt cà phê bourbon caturra được đánh giá ở các điểm nhiệt độ:
– Ở 70OC các hợp chất dễ bay hơi về hương thơm được tìm thấy với cường độ cao (Steen và cộng sự, 2017), đây cũng xem như là điểm mà khứu giác bắt đầu cảm nhận được hương thơm.
– 70OC là điểm mà vị đắng bắt đầu được cảm nhận, và cường độ đắng sẽ tăng lên khi nhiệt độ trong ly giảm xuống, cường độ đắng cao nhất được phát hiện là ở 56OC (Steen và cộng sự, 2017).
– Từ 31-37-44OC là thời điểm mà các hương thơm sôcôla được cảm nhận cao nhất và ở 44OC vị ngọt nổi bật được phát hiện (Steen và cộng sự, 2017)
– Ở điểm nhiệt 28OC tính axit được biểu hiện ở vị chua sẽ được cảm nhận rõ nhất. (Green và cộng sự, 1987).Các dung dịch axit citric được cho là có cường độ mạnh hơn đáng kể ở 23OC (Lipscomb và cộng sự, 2016)
Sự thay đổi về cảm quan hương vị còn phụ thuộc vào cảm nhận của từng đặc tính riêng của cá nhân nếm thử, giống cây trồng, vùng trồng, các hợp chất có trong hạt cà phê. Thế nên các điểm nhiệt ở nghiên cứu trên không mang tính chất quyết định cho tất cả về cảm quan hương vị.
Nhiệt độ pha ảnh hưởng đến chiết xuất caffeine
Caffeine có trong hạt cà phê thuộc chi Coffea phổ biến với hai loại hạt cà phê arabica và robusta. Hàm lượng caffeine trong robusta có thể cao hơn gấp đôi arabica (Clarke và cộng sự, 1985). Trên cây cà phê, caffeine được xem như là một chất có thể chống chọi lại với sâu bệnh và côn trùng gây hại giúp cây sinh trưởng tốt.
Hàm lượng caffeine trong cà phê chiết xuất ở 100OC cao hơn ở 90OC và thấp nhất là ở 80OC (Phan và cộng sự, 2012), ngoài nhiệt độ có thể tăng chiết xuất caffein thì thời gian chiết xuất càng lâu, cà phê tiếp xúc lâu hơn với nước sẽ cho được chiết xuất caffeine hoàn chỉnh hơn. Như trong một nghiên cứu của Ludwing và cộng sự (2014) khi kéo dài thời gian chiết xuất nhằm tăng thể tích trong cà phê espresso từ 22-23ml tăng lên từ 43-55ml, dẫn đến việc hàm lượng từ 0.152-0.174g lên từ 0.202-0.232g trong tách cà phê pha.
Hàm lượng caffeine cũng được xác định là từ 80OC đạt 180mg/ml và cao nhất ở 100OC đạt 670mg/ml trong thí nghiệm với phương pháp pha espresso của Prankerd và cộng sự (2007). Cùng với đó là khi giảm nhiệt độ từ 93OC xuống 88OC cũng xác định được hàm lượng caffein giảm (Salamanca và cộng sự, 2017).
Kết luận
Nhiệt độ nước là một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chiết xuất cũng như cảm nhận hương vị của cà phê. Sự thay đổi nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ dẫn đến hương vị quá chua, đắng khô mất cân bằng trong cà phê. Với phương pháp pha áp suất như espresso thì nhiệt độ ảnh hưởng đến chiết xuất và hương vị sẽ khác với phương pháp pha trọng lực như pour. Tuy nhiên, nhiệt độ nước chỉ là một trong nhiều yếu tố cần được quan tâm để có được một ly cà phê hoàn chỉnh.
Tham khảo
- Andrew easthope, 2015. Brew Temperature and its Effects on Espresso
- Andueza,S.etal.Influenceofextractiontemperatureonthefinalqualityofespressocoffee.J.Sci.FoodAgric.83,240–248(2003).
- Borchgrevink CP, Susskind AM, Tarras JM. 1999. Con- sumer preferred hot beverage temperatures. Food Qual Pref 10:117-121
- Borota, D.; Murray, E.; Keceli, G.; Chang, A.; Watabe, J.M.; Ly, M.; Toscano, J.P.; Yassa, M.A. Post-study caffeine administration enhances memory consolidation in humans. Nat. Neurosci. 2014, 17, 201–203.
- Brown, F., & Diller, K. R. (2007). Calculating the optimum temperature for serving hot beverages. Burns, 34(5), 648–654.
- Caprioli, G.; Cortese, M.; Maggi, F.; Minnetti, C.; Odello, L.; Sagratini, G.; Vittori, S. Quantification of caffeine, trigonelline and nicotinic acid in espresso coffee: The influence of espresso machines and coffee cultivars. Int. J. Food Sci. Nutr. 2014, 65, 465–469.
- Chapko,M.J.&Seo,H.S.Characterizingproducttemperature-dependentsensoryperceptionofbrewedcoffeebeverages:Descrip- tive sensory analysis. Food Res. Int. 121, 612–621 (2019).
- chemical attributes of Brazilian coffee. Food Chem. 2006, 98, 373–380, doi:10.1016/j.foodchem.2005.07.032
- Clarke, R.J. Chemistry. In Coffee, 1st ed.; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 1985; Volume 1, pp. 42–222.
- CoffeeStandards.SpecialtyCoffeeAssociation(accessed22Apr2020).https://sca.coffee/research/coffee-standards(2018).
- Farah, A.; Monteiro, M.C.; Calado, V.; Franca, A.S.; Trugo, L.C. Correlation between cup quality and
- Green, B.G. & Frankmann, S.P. (1987). The effect of cooling the tongue on the perceived intensity of taste. Chemical Senses, 12, 609–619
- Illy, A.; Viani, R. Espresso Coffee: The Science of Quality; Elsevier Academic Press: San Diego, CA, USA, 2005.
- Klotz,J.A.,Winkler,G.&Lachenmeier,D.W.Influenceofthebrewingtemperatureonthetasteofespresso.Foods9,36(2020)
- Lee H, O’Mahony M (2002) At what tem- peratures do consumers like to drink coffee? Mixing methods. J Food Sci 67: 2774–2777
- Lee, T. A., Kempthorne, R. & Hardy, J. K. Compositional changes in brewed coffee as a function of brewing time. J. Food Sci. 57, 1417–1419 (1992).
- Lipscomb, K., Rieck, J. & Dawson, P. (2016). Effect of Temperature on the Intensity of Basic Tastes: Sweet, Salty and Sour. Journal of Food Research, 5, 1.
- Lockhart,E.E.TheSolubleSolidsinBeverageCoffeeasanIndextoupQuality(CoffeeBrewingInstitute,NewYork,1957).
- Ludwig I.A., Mena P., Calani L., Cid C., Del Rio D., Lean M.E.J., Crozier A. Variations in caffeine and chlorogenic acid contents of coffees: What are we drinking? Food Funct. 2014;5:1718–1726. doi: 10.1039/C4FO00290C
- M. Petracco, Technology IV: Beverage Preparation: Brewing Trends for the New Millennium, Blackwell Science Ltd., Oxford, UK, 2008, pp. 140–164.
- Mackenzie E. Batali, William D. Ristenpart & Jean‐Xavier Guinard, 2020. Brew temperature, at fixed brew strength and extraction, has little impact on the sensory profile of drip brew coffee, https://doi.org/10.1038/s41598-020-73341-4
- Odello, L.; Odello, C. The Certified Italian Espresso and Cappuchino; Instituto Nazionale Espresso Italiano: Brescia, Italy, 2006.
- Pangborn,R.M.Influenceofwatercomposition,extractionprocedures,andholdingtimeandtemperatureonthequalityofcoffee beverages. Leb. Technol. 15, 161–168 (1982).
- Pham Phuoc Nhan và Nguyen Chan Phu. Effect of Time and Water Temperature on Caffeine Extraction from Coffee. 2012.
- Prankerd, R.J. Critical compilation of pKa values for pharmaceutical substances. In Profiles of Drug Substances, Excipients and Related Methodology; Brittain, H.G., Ed.; Academic Press: London, UK, 2007; Volume 33, pp. 1–33
- Salamanca, C.A.; Fiola, F.; González, C.; Saez, M.; Villaescusa, I. Extraction of espresso coffee by using gradient of temperature. Effect on physicochemical and sensorial characteristics of espresso. Food Chem. 2017, 214, 622–630.
- SCACertifiedHomeBrewerProgram.SpecialtyCoffeeAssociation(2017).
- Scott Rao, 2008. The Professional Barista’s Handbook.
- SensoryLexicon.WorldCoffeeResearch(accessed16Jan2020).https://worldcoffeeresearch.org/work/sensory-lexicon/(2017).
- Spencer, M., Sage, E., Velez, M. & Guinard, J.-X. Using single free sorting and multivariate exploratory methods
- Steen,I.,Waehrens,S.S.,Petersen,M.A.,Münchow,M.&Bredie,W.L.P.Influenceofservingtemperatureonflavourperception and release of Bourbon Caturra coffee. Food Chem. 219, 61–68 (2017).
- Ted Lingle, 1996. The Coffee Brewing Handbook
- Thi Thanh Dieu Phan, Vlastimil Kuban, Stanislav Kráčmar. DETERMINATION OF CAFFEINE CONTENTS OF COFFEE BRANDS IN THE VIETNAMESE MARKET . 2012.
