Chiết xuất cà phê

Ảnh hiển vi điện tử của Caffeine – Photo by Annie Cavanagh. Công thức hoá học của Caffeine là: C8H10N4O2.

Bản chất của Caffeine trong thực vật họ Coffea là một Alkaloid dạng bột màu trắng gây nên một phần vị đắng (bitterness) cảm nhận được trong cà phê. Caffeine thường được tìm thấy trong lá và quả của hơn sáu mươi giống cà phê được canh tác trên toàn thế giới với vai trò là một chất chống côn trùng tự nhiên. Trong cà phê Arabica , Caffeine chiếm hàm lượng trung bình 1,2% trong khi Robusta cao hơn, vào khoảng 2,2%. Đây là một trong các yếu tố giúp cây cà phê Robusta để phát triển mạnh trong môi trường khắc nghiệt hơn và chống chịu sâu bệnh tốt hơn.

Hàm lượng Caffein trong các giống cà phê phổ biến — *Hàm lượng Caffeine trong các giống cà phê phổ biến*

Trái ngược với nhiều quan niệm phổ biến, Hàm lượng Caffeine hầu như không thay đổi trong quá trình rang cà phê. Do nhiệt độ phân hủy cao, Caffeine trong cấu trúc tế bào của hạt cà phê rất ổn định ngay cả hơn 200°C (400°F).

Ảnh hưởng: Giảm căng thẳng thần kinh, Tăng hưng phấn, Tăng huyết áp, Giãn nở phế quản, Lợi tiểu (từ 300 mg/ngày trở lên), Kích thích nhu động ruột, Mất ngủ..

Cơ chế hấp thụ Caffeine trong cơ thể

Bởi vì caffeine hòa tan tốt trong cả nước và lipid, vì vậy nó dễ dàng hấp thụ trực tiếp vào máu – nhanh chóng tác động lên toàn cơ thể cũng như não. Bên cạnh tác động trực tiếp lên hệ thần kinh, Caffeine có thể được phân giải trong gan nhờ hệ enzyme cytochrom P450 , đặc biệt, bởi isozyme CYP1A2 thành ba dimethyl xanthines (theo wikipedia), mỗi loại đều có tác dụng riêng lên cơ thể:

Paraxanthine (84%): Tăng lipolysis, dẫn đến tăng glycerol và mức acid béo tự do trong huyết tương
Theobromine (12%): Làm giãn mạch máu và tăng lượng nước tiểu.
Theophylline (4%): Làm dịu cơ trơn của phế quản, và được sử dụng để điều trị hen.

Các thành phần chính trong chiết xuất cà phê

Xét theo khối lượng phân tử, nghĩa là phân tử hương vị nào nhẹ hơn sẽ đi vào chiết xuất cà phê trước, tiếp đến các phân tử nặng hơn ta sẽ có lần lượt bốn nhóm chất sau:

Enzymatic hay Fruity Acids: Hương vị hoa quả, vị chua của axit trong cà phê, đây là những phân tử hương vị nhẹ nhất và được hòa tan sớm trong quá trình chiết xuất.

Maillards Compounds: Các thành phần do phản ứng Maillards (Phản ứng giữa Carbohydrat và Protein có trong hạt cà phê) sinh ra trong quá trình rang, phổ biến là hương vị hạt (Nutty), ngũ cốc nướng (Toasted grain), mạch nha (Malty) hay thịt xong khói (barbecued food), hay cả vị gỗ..
Browning Sugar/Caramels: Nhóm Đường và Caramel, đây là sản phẩm của quá trình phân hủy carbohydrat trong lúc rang. Được chiết xuất sau vị chua, và dễ cảm nhận qua các hương vị vanilla, chocolate, hoặc caramel..
Dry Disillates: (Không nên dịch là khô, hay chưng cất). Đây là sản phẩm của quá trình rang đậm (Dark roads) trong đó các phân tử Polyphenol liên kết chặt với Protein trong nước bọt của bạn khi uống, gây ra cảm giác khô, chát đắng. Đây là thành phần hương vị không mong muốn vì gây nên cảm giác cay, hăng của khói, tro rất khó chịu và kéo dài – May mắn là chúng sẽ được chiết xuất sau cùng.

Acid trong cà phê không nổi bật để có thể cảm nhận rõ như các loại quả, thay vào đó xét về tính phức tạp, độ chua của cà phê được tạo nên bởi một tập hợp rất đa dạng các loại axit hữu cơ và dễ và phụ thuộc vào nhiều yếu tố, từ giống loài, độ chín, phương pháp chế biến, độ rang … đều ảnh hưởng đến độ chua cuối cùng của cốc cà phê.

Acidity là một trong những đặc tính quan trọng của cà phê. Với cách thưởng thức cafe truyền thống, chúng ta hiếm khi cảm nhận được cường độ và sự đa dạng sắc thái của vị Chua như trong kỹ thuật Pour Over.

Một số loại acid phổ biến trong cà phê

Acid Chlorogenic (CGA) – Một trong những loại acid quan trọng nhất trong cà phê

Đặc tính của CGA là nhạy cảm với nhiệt độ, khi rang cà phê CGA sẽ phân hủy chậm với khoảng 50% để tạo thành caffeic và acid quinic gây nên vị đắng (bitterness) đáng kể trong cà phê.

Acid Acetic trong cà phê

Thường được gọi là giấm, là một trong nhiều acid hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong chất lượng cà phê. Nồng độ cao hay thấp còn phụ thuộc vào phương pháp chế biến ướt hoặc khô. Trong giai đoạn này các Carbohydrate trong cà phê như Sucrose bắt đầu phân hủy, dẫn đến sự hình thành các acid béo như acetic, formic…

Acid Citric

Trong cà phê xanh acid Citric chiếm một phần đáng kể trong tổng hàm lượng acid cà phê.Khi rang, acid Citric đạt mức tối đa khi rang nhạt rồi nhanh chóng giảm đi khi tăng dần độ rang. Một hạt cà phê rang vừa (Medium roasts) điển hình sẽ mất khoảng 50% nồng độ acid citric ban đầu.

Acid Quinic

Cũng trong quá trình rang, một phần acid Quinic sẽ tiếp tục phân hủy để tạo thành một số hợp chất thứ cấp bao gồm phenol, catechol, hydroquinone, pyrogallol và một số diphenols – là những tiền chất qua trọng cấu thành hương thơm của cà phê

Trong cà phê, acid Photphoric chiếm ít hơn 1% chất khô cà phê, tuy nhiên không giống như một số các acid khác, acid Photphoric có cường độ mạnh hơn 100 lần so với acid khác. Như vậy, nhiều nhà nghiên cứu tin rằng acid Photphoric tác động mạnh mẽ đến hương vị so các loại acid trong cà phê. Hiện nay những nghiên cứu về vai trò của acid Photphoric vẫn còn đang tiếp diễn.

Như đã nhắc đến, chiết xuất cà phê là tất cả những gì có trong cà phê được hòa tan trong nước bởi vô số cách pha chế khác nhau. Và khi làm quen với chiết xuất cà phê bạn sẽ bắt gặp hai khái niệm mang tính chủ chốt là Strength (nồng độ) và Extraction yield (tỷ lệ chiết xuất)

Nồng độ chiết xuất (Strenght)

Strength – Nồng độ chiết xuất là tỉ lệ (%) tổng số chất hòa tan có trong ly cà phê của bạn (Total Dissolved Solids – TDS) và đôi khi nồng độ hay đi chung với các từ chỉ mức độ: rich, watery, heavy & light…

%TDS = Khối lượng chất hòa tan (Extraction mass) / Tổng khối lượng chiết xuất (Brewed coffee mass)

Thông thường, một cốc cà phê Espresso có nồng độ trong khoảng 7% đến 12%. Nghĩa là ly cà phê ấy có 93% đến 88% là nước, còn lại là các hợp chất cà phê. Đối với các phương pháp pha chế thông thường như Pour Over, tỷ lệ này chỉ trong khoảng 1.2% đến 1.8% – bạn có thể thấy Espresso thực sự “mạnh” hơn rất nhiều.

Tỷ lệ chiết xuất (Extraction yield)

Tỉ lệ chiết xuất (Extraction Yield hay Solubles yield) là tỉ lệ các chất trong cà phê bị nước hòa tan so với tổng khối lượng cà phê ban đầu.

Nếu bạn đem 20g cà phê bột làm Espresso, được một cốc nặng 40 gam, và với dụng cụ đo nồng độ bạn thấy TDS = 10% (4 gam chất hòa tan trong cốc ấy), thì tỷ lệ chiết xuất (EY) của bạn là 4g/20g = 20% ; Trong khi đó nếu bạn dùng cà phê hòa tan thì (EY) hẳn là 99,99% luôn

Tỷ lệ chiết xuất (lượng cafe được hòa tan/tổng khối lượng cafe) tối ưu: 18 -22% – Theo EE.Lockhart tại MIT – Coffee Brewing Institute (1950)

Nếu cốc cà phê của bạn có tỷ lệ chiết xuất dưới 18% (Under-extraction) nghĩa là chưa khai thác hết thành phần hương vị mong muốn. Tỷ lệ chiết xuất càng thấp là có càng nhiều các chất hòa tan ở giai đoạn sau không có cơ hội để được chiết xuất, kết quả là hương vị không cân bằng. Ngược lại, nếu tỷ lệ chiết xuất hơn 22% (Over-extraction) sẽ rất đậm và đắng, vì các chất vị không mong muốn và khó tan cũng đã đi vào cà phê.
Mối liên hệ giữa Strength và Extraction yield
Không phải ngẫu nhiên mà ta có thể biết được tỷ lệ chiết xuất (Ey) hay nồng độ chiết xuất (TDS) trong một cốc Espresso là bao nhiêu, thông thường các Barista tạm tính các con số trên qua biểu đồ tỷ lệ pha chế Espresso Mặt khác, với một dụng cụ đo TDS (có thể đo bằng Brix kế – hay còn gọi là khúc xạ kế) để xác định nồng độ chất hòa tan có trong cà phê, sau đó tính ra tỷ lệ chiết xuất một cách chính xác hơn:

Extraction yield (% )= [ Brewed Coffee(g) x TDS(%) ] / Coffee Grounds(g)

Biểu đồ tỷ lệ pha Espresso Nguồn Sam Sgambellone of Coffee Kaizen — *Biểu đồ tỷ lệ pha Espresso ; Nguồn Sam Sgambellone of Coffee Kaizen – Tải về Bản gốc*

Với biểu đồ trên (được cung cấp bởi Sam Sgambellone of Coffee Kaizen bạn sẽ dễ dàng tính được EY từ TDS trong cốc với qua EBR (tỷ lệ giữa lượng cà phê bột/ lượng Espreso thu được). Giả sử bạn có một cốc Espresso khoảng 32g được chiết từ 16g cà phê bột, thì tỷ lệ pha (EBR) của bạn là 2:1, nhìn lên biểu đồ, đường xiên 2:1 bạn sẽ thấy với TDS = 9% (trục tung) thì tương ứng với EY = 18% (trục hoành).

Ý nghĩa của tỷ lệ chiết xuất

Bạn đã bao giờ nghe nói một cốc cà phê quá nhạt, hay ai đó nói Espresso quá đậm? dựa vào đâu để kết luận rằng cà phê đậm, nhạt hay cân bằng? hàng ngày chúng ta vẫn luôn đưa ra kết luận về hương vị cà phê dựa trên điều này, nhưng thực sự rất ít đi sâu vào nguyên lý của nó.

Những vấn đề cơ bản về chiết xuất cà phê — *Độ nhuyễn của cà phê là một trong các yếu tố chính ảnh hưởng đến tỷ lệ chiết xuất*

Nếu ly cà phê có Extraction yield nằm trong khoảng 18 – 22% thì có khả năng là “chuẩn” và “ngon”. Nhưng không phải đúng với mọi trường hợp. Vì mặc dù Extraction yield cao hay thấp được đánh giá dựa trên các hương vị được chiết ra (Arom and Flavvor) chứ không hẳn là cứ áp công thức để tính dựa trên Strength.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất cà phê

Tỷ lệ chiết xuất phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: nhiệt độ, thời gian pha chế và kích thước hạt xay và theo một cách phức tạp hơn, là phương pháp pha chế.

Độ xay cà phê

Nếu cà phê xay mịn tổng bề mặt tiếp xúc lớn, nên khi gặp nước nóng các chất trong cà phê sẽ hòa tan nhanh hơn. Nhưng khi xay quá mịn, khoảng cách giữa hạt cà phê khít hơn nên nước thấm qua lâu hơn và cà phê sẽ bị đắng (Over-extraction). Ngược lại, nếu xay thô, bề mặt tiếp xúc lớn, các hạt cà phê sẽ cần nhiều thời gian hơn để chiết xuất chất. Đó là lí do tại sao French Press cần thời gian ngâm 4 đến 5 phút vì cỡ xay rất lớn, trong khi đó các máy Espresso với độ xay mịn chỉ cần thời gian chiết xuất từ 20-30s. Tuy nhiên khi xay quá thô, nước càng thấm qua cà phê nhanh hơn, thời gian chiết xuất ngắn hơn sẽ làm cà phê loãng và chua hơn.

Bạn có thể tham khảo hoạt động của mốt số máy Burr grinders trong clip dưới đây:

Kích cỡ xay đồng nhất (Particle Size Distribution – PSD) cũng rất quan trọng, vì nếu xay ra nhiều cỡ khác nhau trong cùng 1 lần, các hạt sẽ được chiết xuất khác nhau do đó rất khó đạt được hương vị mong muốn.

Tác động của nhiệt độ nước

Nhiệt độ, hay chính xác là nhiệt độ nước có tác động rất quan trọng đến tỉ lệ các chất hòa tan trong chiết xuất. Theo Kingston, (2015) nhiệt độ pha chế nên từ 91-96oc. Nếu nhiệt độ thấp hơn 90oc, một số chất hòa tan cấu thành các hương vị không được chiết xuất, dẫn đến ly cà phê bị nhạt. Nếu nhiệt độ quá cao, một số chất không mong đợi như vị đắng sẽ được chiết xuất nhiều.

Sự ảnh hưởng của thời gian

Cuối cùng, thời gian chiết xuất sẽ ảnh hưởng nhiều đến hương vị cà phê (nhất là đối với Espresso). Thời gian chiết xuất ngắn, cà phê sẽ chua, vị trái cây và hương hoa quả rõ hơn (nếu có). Còn kéo dài cà phê sẽ bị đắng. Do đó, nếu muốn bớt đắng, thì rút ngắn thời gian chiết xuất lại. Tuy nhiên nếu quá ngắn sẽ dẫn đến vị chua gắt

Dưới áp suất và nhiệt độ “khắc nghiệt” được tạo ra bởi máy Espresso, nước sẽ liên tục rữa trôi cho đến khi không còn gì trong cà phê có thể hòa tan được nữa. Đa phần Espresso trong các quán cà phê ngày nay sẽ được chiết xuất trong khoảng thời gian từ 22 đến 40 giây. Và hầu hết các máy hiện đại được lập trình ở đâu đó trong khoảng từ 25 đến 32 giây.

Một số yếu tố liên quan khác như:

Tỷ lệ pha Espresso:

Pour Over (Drip coffee) chúng ta được khuyến khích tỷ lệ 1:16 (theo SCA là 1:16-1:18) nghĩa là 1gam cà phê sẽ pha 15gam nước
Espresso sẽ phổ biến trong khoảng 1:1 đến 1:3.

Loại nước:

Nước cứng (có nhiều khoáng chất Ka, Ca,Na..)
Nước mềm (đã lọc khoáng chất). Các loại nước mềm sẽ có xu hướng dẫn đến cà phê có chiết xuất quá mức (over-extraction) nên cà phê cần xay thô hơn, và ngược lại với nước cứng, cà phê nên xay mịn hơn. (Theo SCAA)

Chiết xuất đúng cách sẽ cho cà phê một sự đa dạng trong hương vị – chứ không đơn thuần chát đắng. Biết và hiểu về chiết xuất cà phê như một cơ sở cho quá trình điều chỉnh và khai thác hương vị một cách tốt nhất.

VALEN

Tìm kiếm Blog này