ĐIỀU GÌ SẼ XẢY RA KHI CHÚNG TA RANG CÀ PHÊ: NHỮNG BIẾN ĐỔI VẬT LÝ (P1) | PHƯƠNG NAM COFFEE

Điều gì đã xảy ra để biến hạt cà phê xanh (green beans) trong quá trình rang thành thứ mà hàng triệu người không chỉ Việt Nam, trên thế giới này phải ngất ngây, đắm chìm. Trong phần đầu tiên của loạt bài hai phần này, Cà phê Phương Nam sẽ cùng bạn đi tìm hiểu về những thay đổi vật lý của hạt cà phê bên trong máy rang bắt đầu từ sự thay đổi cấu trúc hạt, quá trình giải phóng hơi nước dẫn đến các tiếng nổ (crack) và sự thay đổi màu sắc hạt…để tạo ra hương vị tuyệt vời của tách cà phê.


Rang cà phê bằng công nghệ cao tại xưởng Phương Nam - Huế
Quá trình rang cà phê

Bạn đạng có mặt tại chủ đề đầu tiên (Phần 1) trong chuỗi 2 bài viết nói về các biến đổi trong quá trình rang cà phê:


NHỮNG BIẾN ĐỔI VẬT LÝ KHI CHÚNG TA RANG CÀ PHÊ

Hạt cà phê có mật độ và tính đa dạng tế bào cao nhất trong tất cả các loài thực vật cùng họ, chính yếu tố này là điều kiện tiên quyết cho mọi sự biến đổi hương vị của hạt cà phê mà chúng ta mong muốn. Sự biến đổi cấu trúc vật lý là điều kiện tiên quyết để sản phẩm cuối cùng chúng ta thu được là ngon, là chất lượng. Rõ ràng không có các biến đổi vật lý, các phản ứng hóa học cần thiết cho hương vị và mùi thơm sẽ không diễn ra.

Trong The Craft and Science of Coffee (ISBN: 9780128035580), Britta Folmer đã chỉ ra rằng bạn không thể rang “bột cà phê xanh’ tương tự như cách rang cà phê nguyên hạt (nghe rất hiển nhiên đúng không?). Điều này nhằm nhấn mạnh rằng hạt cà phê nguyên vẹn tương tự như một “lò phản ứng mi-ni” (minireactor) cho phép các phản ứng hóa học thiết yếu xảy ra. Mỗi hạt “cà phê nhân” nguyên vẹn – nghĩa là nó có đầy đủ tất cả các chất đúng như nó có thì khi rang sẽ môi trường phản ứng này sẽ đi theo “trình tự” – cái cách mà các tiền chất sẽ phân hủy, biến đổi kết hợp với nhau.

1. MÀU SẮC & CẤU TRÚC ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN HƯƠNG – VỊ

Sự thay đổi rõ ràng nhất, dễ nhận thấy nhất xảy ra trong quá trình rang là màu sắc. Trước khi rang, hạt cà phê có màu xanh. Sau đó vài phút nhiệt độ sẽ làm cho chất diệp lục có trong hạt chuyển sang màu vàng, trước khi kích hoạt một chuỗi các phản ứng hóa học tiếp theo để hạt cà phê chuyển sang màu nâu – đến nâu sẫm và cuối cùng là đen. Quá trình này được chịu trách nhiệm bởi hai nhóm phản ứng hóa học chính:

  • Thứ nhất: Sự hình thành melanoidin – sản phẩm của phản ứng Maillard (phản ứng hóa học giữa các axit amin và đường khử)
  • Thứ hai: Phản ứng caramel hóa các loại đường (sự phân hủy carbohydrates) tự nhiên trong hạt.
Melanoidin là những polymer hình thành khi đường và acid amin kết hợp dưới nhiệt. Chaff (mày hạt), hoặc silverskin (lớp vỏ bạc) – lớp biểu bì ngoài của hạt cà phê cũng sẽ được giải phóng (bong) ra trong quá trình rang – nó gây ra chút phiền toái khi chúng ta rang bởi vì chúng rất nhẹ, bay khắp mọi nơi.

Cấu tạo giải phẫu bên trong Hạt cà phê

Như đã nhắc ở phần trên, cấu trúc vi mô của một hạt cà phê là ma trận của các tế bào được cấu tạo thành từ cellulose (vì vậy hạt cà phê có tính chất của gỗ nhiều hơn đậu). Dưới tác dụng của nhiệt độ, cấu trúc celluose này sẽ mở rộng, làm cho hạt trương nở, khi đó cùng với nhiệt độ cao lớp vỏ (silverskin) sẽ tự bong tróc ra khỏi hạt (quạt hút sẽ mang chúng ra ngoài).

Coffee bean, SEM

Mặc dù màu sắc của hạt cà phê sẽ liên tục chuyển đổi từ xanh sang vàng, nâu, nâu sẫm đến đen. Nhưng do tiến trình chuyển từ vàng sang nâu diễn ra vào cuối quá trình rang với thời gian rất ngắn, mà việc phân loại theo thang đo màu sắc lại khá phức tạp, nên ta sẽ tóm gọn năm cấp độ chính như sau:

Cinnamon > Light Roasts > Medium  Roast > Medium-Dark Roast > Dark Roast

Vấn đề đầu tiên cần quan tâm tại đây, đó là sự phát triển hương vị bên trong hạt cà phê luôn tiến triển trễ hơn so với biểu hiện thay đổi màu sắc bên ngoài hat. Vì vây, một nghệ nhân khéo léo phải quản lý quá trình này và đảm bảo rằng chất vị bên trong được phát triển đầy đủ như màu sắc đạt đến của hạt của nó. Và cần lưu ý rằng, trong nửa đầu quá trình (Light roast) sự khác biệt giữa biểu thị màu sắc và sự phát triển bên trong hạt không đáng kể càng về cuối (Dark roast) thì biên độ chênh lệch này càng lớn

RANG CÀ PHÊ - CÔNG TY CÀ PHÊ SẠCH PHƯƠNG NAM

Thứ hai, ta cũng cần lưu ý rằng rang đậm (Dark roast) hơn không làm cho cà phê phát triển nhiều hơn. Mặt khác, rang nhẹ (light roast) không có nghĩa cà phê đã phát triển đầy đủ. Màu sắc chỉ là một phần biểu hiện cho hương vị. Do vậy, với sự phát triển đúng đắn, bất kỳ màu sắc nào của quá trình rang cũng có thể cho hương vị phong phú và đậm đà.

Trong cửa hàng tiện lợi, bạn có thể tìm thấy cà phê được rang Light hoặc Medium tùy ý, nhưng bạn sẽ khó sử dụng các ngôn từ này để mô tả cà phê tại một cửa hàng cà phê đặc sản (Specialty coffee) chính thống. Họ làm việc với những hiểu biết về nguồn gốc của mỗi hạt cà phê để từ đó tìm ra Roast Profile (hồ sơ rang) thể hiện được hết tiềm năng chất lượng của loại hạt đó.

2. ĐỘ ẨM VÀ KHỐI LƯỢNG HẠT

Xuyên suốt quá trình rang, cà phê sẽ đánh mất 12% – 24% trọng lượng riêng (lưu ý: trọng lượng này là trọng lượng của hạt cà phê được sấy khô đến độ ẩm 12 – 13%)  – tùy thuộc vào độ ẩm ban đầu (và mức độ rang khi kết thúc). Kể từ khi vết nứt đầu tiên xuất hiên, nó đánh dấu cho việc cà phê đã hao hụt 11% -13% khối lượng. Khoảng 30 giây sau khi vết nứt đầu tiên kết thúc, là khoảng 14% -16%. Và khi bắt đầu vết nứt thứ hai, cà phê đã mất 17% -18% khối lượng (*). Trong ngành công nghiệp cà phê đặc sản, với sự ưu tiên bảo tồn các chất vị bản địa của hạt cà phê, hầu hết các nhà rang xay cũng như Phương Nam chúng tôi luôn cố gắng giữ cho hạt cà phê “giảm cân” ở mức trung bình 14% -16% trọng lượng ban đầu của chúng. 

Với sự hao hụt cân nặng trên – nước chiếm tới 90% trọng lượng đã mất. Phần còn lại là chất hữu cơ bị thải ra ở dạng khí CO2, cũng như một lượng nhỏ carbon monoxide, nitơ, các hợp chất thơm và acid dễ bay hơi. Tổn thất về mặt chất hữu cơ tăng đáng kể hơn từ giai đoạn Medium roasts, với lượng chất hữu cơ hao mòn từ 5 – 8%, và lên tới tới 12% từ giai đoạn Dark roasts trở đi.

* Các ước tính này được Scott Rao tính toán từ độ ẩm ban đầu của cà phê xanh là 10% -12% và thời gian rang là 11 đến 12 phút, trong thực tế có thể thay đổi đáng kể.

Khi áp lực hơi nước trong hạt cà phê không ngừng gia tăng trong khoảng từ 100 – 160°C, áp lực hơi nước sẽ phá vỡ cấu trúc hạt để tạo ra “tiếng nổ” mà ta gọi là First crack. Tại thời điểm này, hạt cà phê có thể tăng gấp đôi về thể tích, tùy thuộc vào mức độ rang, độ ẩm trong hạt sẽ giảm từ 10-12% ban đầu xuống còn khoảng 3-5%.

Sau vết nứt đầu tiên, cấu trúc hạt cà phê trở nên giòn hơn sẽ tạo tiền đề cho vết nứt thứ hai (khoảng 225° – 230°C). Song ‘tiếng nổ thứ hai” không bắt nguồn từ việc giải phóng lượng nước tự do có trong hạt như đối với frist crack. Đó là vì lượng nước còn lại trong hạt đã tham gia phản ứng phân hủy đường, protein,.. Do vậy vết nứt thứ hai chủ yếu được tạo ra do sự giải phóng áp suất được gây ra bởi CO, CO2, NOx và các loại khí khác.

Hạt cà phê là một thành tế bào “cứng” nhất trong thế giới thực vật. Chúng có các vòng bên ngoài giúp củng cố tế bào, tăng độ cứng và sức mạnh. Khi cà phê được rang, nhiệt độ tăng và biến đổi nước thành khí như mình phân tích ở trên. Điều này tạo ra áp suất cao bên trong hạt cà phê, những điều kiện này thay đổi cấu trúc của các thành tế bào từ cứng nhắc sang cao su. Điều này xảy ra vì sự hiện diện của polysacaride (phân tử đường ngoại quan). Khi này vật chất bên trong đẩy ra các thành tế bào, để lại một khoảng trống chứa đầy khí ở trung tâm. Hình dung đơn giản thì lúc này hạt cà phê sẽ có sự giãn nở về thể tích khi chúng giảm khối lượng – lý do tạo nên tiếng “first crack(tiếng nổ đầu). Phần lớn khí tích tụ là carbon dioxide sẽ được giải phóng sau khi rang.

Khi rang, hạt cà phê giãn nở về thể tích, giảm dần về khối lượng

Rang cũng làm tăng độ xốp, làm cho cà phê ít đặc hơn và hòa tan hơn nhiều. Điều này, tất nhiên, là rất quan trọng để biến chúng thành một thức uống ngon.

3. SỰ GIA TĂNG “DẦU”

Sẽ rất thiếu sót nếu chỉ nhắc đến sự tham gia của nước trong quá trình rang mà quên rằng, 16% khối lượng khô của cà phê xanh là lipid (chủ yếu là triglyceride). Và vì chúng khó bay hơi nên trong quá trình rang, nên dưới áp suất cao trong hạt các hợp chất này di chuyển từ trung tâm tế bào ra phía bề mặt của hạt. Sự trùng hợp là chính nhờ lớp lipid mỏng bao phủ hạt , giúp giữ lại các hợp chất dễ bay hơi được giữ lại bên trong cấu trúc hạt, phần lớn trong đó rất cần thiết để tạo ra mùi hương của cà phê. Nói như vậy, có nghĩa là không có dầu sẽ không thể giữ lại được hương vị cà phê mong muốn.

Biến đổi màu sắc của Hạt cà phê khi rang theo thời gian..
Ở Dark roast – lớp dầu bóng trên bề mặt cà phê nhiều hơn

Càng rang lâu, các biến đổi cấu trúc càng rõ rệt. Mật độ giảm liên tục, nhiều khí được phát triển khi theo dòng chảy thời gian, và nếu bạn thử một lần Dark roast, bạn có thể thấy dầu di chuyển lên bề mặt của hạt như hình trên. Những phát triển này đi theo một cách nào đó để giải thích tại sao một loại cà phê rang đậm (Dark) có vị khác với một loại rang nhẹ (Light), nhưng cũng có những biến đổi hóa học quan trọng ảnh hưởng đến hồ sơ. Phương Nam Coffee sẽ phân tích kỹ sự biến đổi hóa học này trong phần hai của chuỗi bài viết.

Những biến đổi vật lý về cấu trúc hạt cà phê đi theo một phương diện để giải thích cho sự thay đổi từ cà phê xanh – đến cà phê rang xay, nhưng ở một phương diện (hay chính xác hơn là mặt trận khác) những biến đổi hóa học xảy ra trong quá trình rang mới là “cơ sở phân tử” hình thành nên các hương vị, thúc đẩy cho sự chuyển biến về mặt vật lý, đây cũng là một trong những lĩnh vực còn thiếu vắng sự am hiểu nhất của ngành cà phê.

#rangcaphe #rang_cà_phê


Xem thêm: Phần 2 – Những biến đổi hóa học để tạo thành hương vị khi rang cà phê (P2) 

Rang cà phê luôn là chủ đề khó nhằn, một phần do kiến thức chuyên ngành, mục tiêu thương mại, bí quyết nên ít ai chấp nhận chia sẻ (hoặc nếu có thì chỉ ở các khóa học vài triệu – mà kiểu cho có hay qua loa, cưỡi ngựa xem hoa thôi – nhưng cũng bạc triệu, $ không nhỏ đấy), phần còn lại là số ít cá nhân hội tụ đủ đam mê & tâm huyết, đủ kiến thức + thời gian viết lách + thích chia sẻ nữa. Vì vậy, Phương Nam Cà phê chỉ mong góp chút kiến thức nhỏ với hy vọng lớn sẽ đem đến một chuyên mục chuyên sâu về quá trình RANG CÀ PHÊ. Mong các bạn chia sẻ có Ý THỨC, với đầy đủ nguồn trích dẫn, tôn trọng người viếtCám ơn thật nhiều vì các bạn đã ghé thăm & dành thời gian với Phương Nam!
Have a nice day ! 

Link của bài viết hữu ích này: https://phuongnamcoffee.com/bien-doi-vat-ly-khi-ta-rang-ca-phe/


Nguồn tham khảo:

  • Britta Folme (2017). The Craft and Science of Coffee, Chap.11, p.245- 270. Academic Press. 

  • The Coffee Roaster’s Companion (Scott Rao, 2014)
  • www.perfectdailygrind.com/ What Happens During Coffee Roasting: The Physical Changes
  • https://primecoffe.com/cac-bien-doi-vat-ly-trong-qua-trinh-rang-ca-phe.html
  • www.beanscenemag.com.au/ The affect of roasting and grinding on cell structure
  • H. Schwartzberg, “Modeling Bean Heating during Batch Roasting of Coffee Beans. In Engineering and Food for the 21st Century”, CRC Press, pp. 871-890, 2002.

 

 

 

 

 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *