Mức độ xay và hương vị cà phê

CFRR– Từng mức độ xay khác nhau sẽ cho hương vị cà phê khác nhau

Kích cỡ xay của bột cà phê có một vai trò quan trọng đối với chất lượng một ly cà phê. Tùy theo từng phương pháp pha chế với những quá trình chiết xuất khác nhau sẽ có những kích cỡ xay khác nhau để phù hợp.

Sự quan trọng của kích cỡ hạt cà phê xay

Sự phổ biến của cà phê được biết đến với công dụng kích thích hệ thần kinh trung tâm từ caffeine, các hương thơm dễ chịu, và gần đây người ta đã tìm ra những hợp chất có lợi cho sức khỏe (Jia và cộng sự, 2014; Hatzold, 2012).

Kích thước hạt là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình và kết quả của việc pha cà phê. Pha chế cà phê bao gồm việc xay hạt cà phê đã rang thành những hạt nhỏ và sau đó cho nước nóng đi qua bột cà phê để chiết xuất hương vị, caffeine, các chất hòa tan, không hòa tan và các hợp chất dễ bay hơi khác (Mayer và cộng sự, 2001).

Kích thước hạt cuối cùng của bột cà phê được xác định sau khi kết thúc quá trình xay; thông thường hạt xay sẽ có nhiều kích thước khác nhau do sự nghiền vỡ không đồng đều.  Sự phân bố kích thước hạt nhỏ làm tăng diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích so với các hạt lớn hơn. Sự gia tăng diện tích bề mặt này làm tăng năng suất chiết xuất hương vị (Clarke và cộng sự, 2008).

Do đó, cần duy trì sự cân bằng giữa xay cà phê quá mịn và quá thô để tránh tạo ra hương vị đắng rất mạnh hay hương vị rất yếu tương ứng. Bột cà phê quá mịn có thể làm giảm quá trình chiết xuất, dẫn tới lượng cà phê được chiết xuất thấp hơn do sự kết tụ tập trung và không đủ ướt của các hạt cà phê (Andueza và cộng sự, 2003).

Ngược lại, bột cà phê với những hạt thô làm giảm năng suất chiết xuất, dẫn tới việc chiết xuất yếu (under extracted), do diện tích bề mặt bột nhỏ không có khả năng giữ nước và không cho phép nhiều các hợp chất có trong cà phê được hòa tan và tạo nhũ (Schramm, 2006; Ahmed cà cộng sự, 2012).

Kích thước hạt có thể được coi là yếu tố then chốt đối với chất lượng cà phê, do đó có một mối liên hệ trực tiếp giữa hương vị mong muốn và kích thước hạt. Vì vậy, quy trình xay cà phê nên được nghiên cứu, thử nghiệm và điều chỉnh nhằm để đạt kết quả tốt nhất là ly cà phê đầy đủ hương vị tích cực. Muốn thực hiện được việc đó, cần đưa ra mức độ xay và phương pháp pha cà phê sao cho diện tích bề mặt tối đa tiếp xúc với tác dụng của nước (Andueza và cộng sự, 2003).

Tuy nhiên, quá trình xay hạt cà phê cũng là nguyên nhân chính làm mất mùi thơm dễ chịu của cà phê đã rang. Hương thơm tươi mới có cảm giác tích cực là những hợp chất dễ bay hơi và không ổn định do đó dễ dàng thoát ra trong quá trình nghiền thành bột cũng như trong lúc bảo quản (Mayer và cộng sự, 2001; Akiyama và cộng sự, 2003).

Việc xay hạt cà phê không chỉ làm vỡ các cấu trúc tế bào của hạt cà phê do đó đẩy nhanh quá trình giải phóng khí carbon dioxide (CO2) và mùi thơm dễ bay hơi; mà còn cho phép dễ dàng chiết xuất các hương liệu còn lại bằng cách hút ẩm từ không khí phê (Andueza và cộng sự, 2003).

Quá trình xay hạt cà phê bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như tính chất khác nhau của hạt cà phê (giống hạt cà phê), độ ẩm và mức độ rang. Các giống cà phê khác nhau ở các vị trí địa lý khác nhau, sự khác biệt về phương pháp chế biến (chế biến ướt hoặc khô); và quá trình phát triển trước và trong khi rang dẫn đến sự không đồng nhất về độ cứng trong toàn bộ hạt cà phê và mùi thơm cuối cùng (Andueza và cộng sự, 2003; Risticevic và cộng sự, 2008; Fisk và cộng sự, 2012).

Cà phê có độ ẩm cao được quan sát thấy tạo ra các hạt thô hơn khi xay, do đó việc kiểm tra và điều chỉnh hạt trước khi xay là cần thiết cho cà phê có độ ẩm cao để cải thiện kết quả xay (Baggenstoss và cộng sự, 2008). Theo như Redgwell và cộng sự (2002), trong quá trình rang, có sự gia tăng đáng kể về kích thước của hạt cà phê và độ giòn do tạo ra khí. Điều này dẫn đến sự cứng và giòn của hạt cà phê rang đậm so với mức rang nhẹ hơn, do đó dễ vỡ thành bột cà phê mịn hơn ( Illy và cộng sự,2005).

Ngoài ra, Viani (2004) nhấn mạnh rằng việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình xay là một trong những yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng của bột cà phê cuối cùng do có một số chất biến đổi vì nhiệt.

Cà phê espresso được sử dụng với bột xay mịn và dưới áp lực nước cao, do đó cần kiểm soát đúng mức độ xay để việc chiết xuất được hợp lý và tạo ra một loại cà phê có hương vị cao ( Illy và cộng sự,2005; Lingle, 1996). Một nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình xay đối với các đặc điểm hóa học và cảm quan của cà phê espresso cho thấy rằng năng suất chiết xuất và nồng độ tăng tỷ lệ nghịch với kích thước hạt (Andueza và cộng sự, 2003).

Thêm vào đó, ảnh hưởng của kích thước hạt cà phê xay đến quá trình chiết xuất caffeine đã được nghiên cứu bởi (Spiro và cộng sự, 1984; Bell, 1996). Clarke (1988) đã tiến hành nghiên cứu và khẳng định rằng ở kích thước hạt nhỏ của cà phê xay, việc chiết xuất các hợp chất hòa tan và dễ bay hơi là cao nhất.

Ngoài ra, các nghiên cứu đã được thực hiện để tìm hiểu ảnh hưởng của sự phân bố kích thước hạt, thời gian thấm qua và đặc tính chiết xuất trên máy pha cà phê espresso (Baggenstoss và cộng sự, 2008). Đa phần các nghiên cứu đều nêu rằng quy trình chiết xuất đầy đủ hơn đối với bột cà phê có kích cỡ nhỏ do sự gia tăng bề mặt tiếp xúc với nước. . 

Các kích thước hạt cà phê xay đặc trưng

Các kích thước xay hạt khác nhau sử dụng cho từng phương pháp pha khác nhau, sự kết hợp này sẽ cho phép diện tích tiếp xúc với nước tối đa để có lượng một tách cà phê pha chất lượng cao (Andueza và cộng sự, 2003).

Việc xay quá mịn dẫn đến chiết xuất các hợp chất hòa tan và dễ bay hơi cao hơn, có thể tạo ra tách cà phê đắng, mặt khác xay quá thô cũng có thể làm giảm khả năng chiết xuất do diện tích tiếp xúc bề mặt hạt quá nhỏ không đủ để giữ nước và hòa tan các hợp chất trong cà phê (Andueza và cộng sự, 2003).

Bell và cộng sự (1997), trong một nghiên cứu đã đưa ra kết luận rằng cà phê xay mịn hơn dẫn đến tổng lượng chất rắn hòa tan được chiết xuất cao hơn, và có hàm lượng caffein cao hơn đáng kể so với cà phê xay thô hơn. 

Cỡ xay	Kích thước hạt tính bằng milimet	Tính đồng nhất tương tự như	Phương pháp pha chế
Siêu mịn ( superfine)	0.1	Bột	Cà phê Thổ Nhĩ Kỳ
Mịn (Fine)	0.3	Đường cát mịn	Espresso
Mịn vừa ( Medium fine)	0.5	Muối ăn	Moka pot, Aeropress(2-3 phút)
Vừa (Medium)	0.75	Cát biển	Pour-over, Chemex, drip coffee
Thô (Coarse)	1	Muối biển thô	French press, bình pha cà phê Percolator, cupping
Rất thô (Extra coarse)	1.5	Tiêu sọ xay	Cold brew, Cowboy coffee

Cảm quan hương vị trong cà phê

Cà phê chứa hơn 800 chất bay hơi như axit, andehide, este, furan, xeton, pyrazin, các hợp chất phenol và lưu huỳnh (Buffo và cộng sự, 2004). Cảm quan hương vị được tạo ra từ các hợp chất không bay hơi như caffein, polysaccharides và axit chlorogenic góp phần vào vị đắng, chua và làm se (Brohan và cộng sự, 2009).

Trong nghiên cứu của Morresi và cộng sự (2019) đã dựa trên kết quả thu thập của thử nghiệm người dùng đánh giá hương thơm và hương vị trong cà phê pha dựa trên các mức độ xay: 0.65mm, 1.15mm và 1.65mm.

Nhìn chung, hương vị và tổng thể không có sự khác biệt quá lớn theo từng kích thước xay; tuy nhiên vẫn có thể kết luận rằng các hạt xay với kích thước thô hơn (1.65mm – aroma 4.57, flavor 3.63, overall 3.8) sẽ cho đặc điểm hương thơm được đánh giá cao hơn hạt nhỏ hơn (1.15mm- aroma 4.31, flavor 3.45, overall 3.68 & 0.65mm – aroma 4.12, flavor 3.47, overall 3.59). 

Kết quả phân tích hương vị theo kích thước xay hạt.

Kết quả có được bởi 72 mẫu với mức điểm từ 0 đến 15 điểm đánh giá trên mức cường độ tăng dần liên quan đến cảm quan hương vị cho thấy rằng ở các mức độ xay nhỏ hơn sẽ tạo ra vị đắng hơn, vị chua cao hơn khi xay hạt thô hơn,… cùng các cảm quan về hương thơm với ba mức xay cụ thể 0.65mm, 1.15mm, 1.65mm. 

• Kích thước xay 0.65mm thích hợp cho các phương pháp pha như aeropress/pour over/ drip coffee sẽ tạo ra tách cà phê với vị đắng cao, ít chua, và ít ngọt. Các nốt hương trong nhóm sô cô la, caramel, mật ong hay các loại hạt có cường độ tương đối cao hơn so với các nhóm mùi hoa và hương trái cây. Ngoài ra, mùi gỗ cũng được nhận ra ở mức cao nhất tại cỡ xay này; và đặc biệt, mức xay này mang lại vị đắng cao nhất.
• Kích thước xay 1.15mm thích hợp cho phương pháp pha french press hoặc cupping (thử nếm) có được sự cân bằng về hương như nhóm hương trái cây, nhóm caramel và sô cô la, riêng nhóm hương hoa và vanilla sẽ dễ dàng được cảm nhận tốt hơn. Cân bằng được về vị giữa vị chua và đắng, độ ngọt cao hơn so với hai mức xay còn lại. Tuy nhiên cảm giác khô miệng lại ở mức cao nhất với kích cỡ này.
• Kích thước xay 1.65mm thích hợp với phương pháp pha cold brew (cà phê ủ lạnh) thường cho cà phê với hương thơm nổi bật từ các loại trái cây họ cam quýt, hay thoảng hương hoa, vị chua cao, độ ngọt ở mức trung bình và ít đắng nhất. 

Kích thước xay và nồng độ caffeine và axit chlorogenic trong cà phê cold brew

Megan và cộng sự (2017) đã tiến hành thí nghiệm sự ảnh hưởng kích cỡ xay đối với cà phê cold brew và đưa ra kết quả:

Hàm lượng caffeine

Các mẫu hạt thô (coarse), cả rang vừa (medium) và rang tối (dark), cho thấy cold brew có nồng độ caffeine cao hơn nhiều so với pha nóng. Tại mức xay thô này, ở mức rang vừa, cold brew có hàm lượng caffeine là 1230 ± 60 mg/l so với 970 ± 70 mg/l của pha nóng; và ở mức rang tối, cold brew có hàm lượng caffeine là 990 ± 30 mg/l so với 840 ± 10 mg/l. Các mẫu hạt thô, với tỷ lệ hạt tương đối cao hơn trong khoảng 841 µm, không đạt được nồng độ ở trạng thái ổn định tương tự trong cả ủ nóng và pha lạnh.

Việc chiết xuất nhanh hơn, nước nóng bị hạn chế phân tán, và có thể không cho phép chiết xuất hoàn toàn caffeine qua các hạt bán kính lớn hơn. Thời gian ủ lâu hơn đối với các mẫu cold brew dẫn đến chiết xuất caffeine nhiều hơn khi pha nóng trong thời gian ngắn

Các mẫu xay trung bình (medium) cũng cho thấy nồng độ caffeine cao hơn trong quá trình chiết xuất cold brew, tuy nhiên, sự khác biệt không đáng kể. Kết quả này cho thấy rằng hỗn hợp bột cà phê được xay ở mức trung bình, trong cả quá trình chiết xuất nóng và lạnh, trải qua quá trình chiết xuất gần như hoàn toàn trong thời gian ngâm tương ứng của chúng. Quá trình chiết xuất nóng làm bão hòa các lỗ hổng trong và giữa các hạt và tạo điều kiện cho cafeine khuếch tán nhanh (thời gian ngâm trong 6 phút) để tạo ra một chất lỏng khối lượng lớn với nồng độ cafeine gần bằng với nồng độ cafeine ủ lạnh được tạo ra trong 400 phút.

Hàm lượng 3- CGA (axit chlorogenic) 

Axit chlorogenic trong quá trình rang được chuyển hóa thành lacton làm cho cà phê có vị đắng dễ chịu (Moreira và cộng sự, 2012), 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 (Yang và cộng sự, 2016).

Đối với hạt xay thô, trong cả mẫu rang trung bình và tối, hàm lượng 3-CGA trong pha lạnh đều cao hơn pha nóng (rang trung bình: pha lạnh là 524 ± 40 mg/l, pha nóng là 460 ± 40 mg/l; rang tối: pha lạnh là 360 ± 20 mg/l, pha nóng là 340 ± 10 mg/l). Tuy nhiên, ở mức xay trung bình, hàm lượng của axit này lại ngược lại, pha nóng có nhiều 3-CGA hơn trong pha cold brew (rang trung bình: pha nóng là 510 ± 30, pha lạnh là 510 ± 20; rang tối: pha nóng là 430 ± 30, pha lạnh là 390 ± 10)

Sự phân bố kích thước hạt ảnh hưởng đến cả quá trình phân chia hạt trong bánh cà phê, các hạt lớn hơn có khoảng cách khuếch tán lớn hơn; đối với mạng lưới lỗ rỗng giữa các hạt, các luống hạt với kích thước nhỏ hơn có mạng lưới lỗ rỗng quanh co hơn.

Kết luận

Có thể thấy rằng, mức độ cỡ hạt cà phê khi xay có ảnh hưởng mạnh mẽ tới chất lượng ly cà phê sau khi chiết xuất. Đồng thời, mỗi cỡ hạt khác nhau trong cùng một phương pháp pha cũng có thể mang lại những hương vị khác nhau. Về cơ bản, mức xay thô sẽ mang lại cho ly cà phê nhiều hương hoa, trái cây với vị chua cao, trong khi đó, mức xay càng nhỏ càng tăng vị đắng kèm theo hương của sô cô la, caramel hay mùi gỗ. Ngoài ra, việc tối ưu hóa chiết xuất cà phê để lấy được hương vị tốt nhất có thể dựa trên quan điểm, càng nhiều bề mặt tiếp xúc giữa cà phê và nước càng tốt hơn. Như vậy không có nghĩa rằng càng xay mịn càng tốt, vì nếu bột cà phê quá nhỏ sẽ tạo độ chặt quá mức và ngăn nước thâm nhập vào những vùng kết tụ.

Nguồn tham khảo

Ahmed J and Rahman S 2012 Handbook of Food Process Design. John Wiley & Sons.

Akiyama M, Murakami K, Ohtani N, Iwatsuki K, Sotoyama K, Wada A, et al. Analysis of Volatile Compounds Released during the Grinding of Roasted Coffee Beans Using Solid-Phase Microextraction. J. Agric. Food Chem. 2003;51(7):1961– 1969. Available: http://doi.org/10.1021/jf020724p

Andueza S, de Peña MP, Cid C. Chemical and Sensorial Characteristics of Espresso Coffee as Affected by Grinding and Torrefacto Roast. J. Agric. Food Chem. 2003;51(24):7034–7039.

Baggenstoss J, Perren R, Escher F. Water content of roasted coffee: impact on grinding behaviour, extraction, and aroma retention. Eur. Food Res. Technol. 2008;227(5):1357–1365. Available:http://doi.org/10.1007/s00217- 008-0852-8

Baggenstoss, J., Perren, R. & Escher, F. Water content of roasted coffee: Impact on grinding behaviour, extraction, and aroma retention. Eur. Food Res. Technol. 227, 1357–1365 (2008).

Bell LN, Wetzel CR, Grand AN. Caffeine content in coffee as influenced by grinding and brewing techniques. Food Res. Int. 1996;29(8):785–789. Available:http://doi.org/10.1016/S0963- 9969(97)00002-1

Clarke R, Vitzthum OG. Coffee: Recent Developments. John Wiley & Sons; 2008.

Clarke RJ, Macrae R. Coffee: Physiology. Springer Science & Business Media; 1988.

Fisk ID, Kettle A, Hofmeister S, Virdie A, Kenny JS. Discrimination of roast and ground coffee aroma. Flavour. 2012;1(1): 14. Available:http://doi.org/10.1186/2044- 7248-1-14

Hatzold, T. Coffee: Emerging Health Effects and Disease Prevention. In Coffee: Emerging health effects and disease prevention (John Wiley & Sons 2012)

Illy A, Viani R. Espresso Coffee: The Science of Quality. Academic Press; 2005

Jia, H. et al. Coffee intake mitigated inflammation and obesity-induced insulin resistance in skeletal muscle of high-fat diet-induced obese mice. Genes Nutr. 9 (2014).

Lingle TR. The Coffee Brewing Handbook: A Systematic Guide to Coffee Preparation. Specialty Coffee Association of America; 1996.

Mayer F, Grosch W. Aroma simulation on the basis of the odourant composition of roasted coffee headspace. Flavour Fragr. J. 2001;16(3):180–190. Available: http://doi.org/10.1002/ffj.975

Megan Fuller & Niny Z. Rao. (2017). The Efect of Time, Roasting Temperature, and Grind Size on Cafeine and Chlorogenic Acid Concentrations in Cold Brew Cofee. Scientific Reports.

Moreira, A.S.P., Nunes, F.M., Domingues, M.R., & Coimbra, M.A. (2012). Coffee melanoidins: structures, mechanisms of formation and potential health impacts. Food & Function, 3(9), 903–915. DOI: 10.1039/ c2fo30048f. 

Morresi, Angela, “The Effect of Grind Size and Brew Time upon Antioxidant Potential, Sensory Profile, and Consumer Likability of Cold Brew Coffee” (2019). Theses, Dissertations and Culminating Projects. 270. https://digitalcommons.montclair.edu/etd/270

Redgwell RJ, Trovato V, Curti D and Fischer M. Effect of roasting on degradation and structural features of polysaccharides in Arabica coffee beans. Carbohydr. Res. 2002;337(5):421–431. Available:http://doi.org/10.1016/S0008- 6215(02)00010-1

Risticevic S, Carasek E, Pawliszyn J. Headspace solid-phase microextractiongas chromatographic-time-of-flight mass spectrometric methodology for geographical origin verification of coffee. Analytica Chimica Acta. 2008;617(1-2):72– 84. Available:http://doi.org/10.1016/j.aca.2008. 04.009

Schramm LL. Emulsions, Foams, and Suspensions: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons; 2006

Spiro M, Selwood RM. The kinetics and mechanism of caffeine infusion from coffee: The effect of particle size. J. Sci. Food Agric. 1984;35(8):915–924. Available:http://doi.org/10.1002/jsfa.27403 50817

Viani R. Espresso Coffee: The Science of Quality. Elsevier; 2004.

Wang, X., William, J., Fu, Y. & Lim, L.-T. Effects of Capsule Parameters on Coffee Extraction in Single-Serve Brewer. Food Res. Int. 89, 797–805 (2016)

Yang, N., Liu, C., Liu, X., Degn, T.K., Munchow, M., & Fisk, I. (2016). Determination of volatile marker compounds of common coffee roast defects. Food Chemistry, 211, 206–214. DOI: 10.1016/j. foodchem.2016.04.124