Điều gì tạo nên hương vị đa dạng của một ly cà phê?

Cùng một loài cà phê, người ta có thể tạo ra những tách đồ uống mang hương hoa, trái cây, chocolate, caramel... Sự đa dạng này là kết quả của cả quá trình từ giống cây, môi trường, độ chín của quả, chế biến sau thu hoạch đến rang và pha.

Khi uống một tách cà phê, chúng ta có thể cảm nhận vị chua, ngọt, đắng, đậm, cùng những mùi hương gợi liên tưởng đến cam quýt, hoa, quả mọng... hay các loại hạt.

Đằng sau những cảm nhận đó là một hệ thống hóa học phức tạp gồm rất nhiều hợp chất khác nhau. Quá trình hình thành chất lượng cà phê chịu tác động đồng thời của di truyền và điều kiện sinh trưởng, trong khi thành phần hóa học của hạt tiếp tục thay đổi qua quá trình chế biến, rang và pha.

Giống cây, vùng trồng và thành phần của hạt

Hương vị của cà phê bắt đầu được định hình ngay từ quá trình cây sinh trưởng.

Hai loài cà phê được trồng và thương mại hóa phổ biến nhất là Coffea arabica (Arabica) và Coffea canephora (Robusta). Chúng có sự khác biệt về di truyền và quá trình chuyển hóa, từ đó tạo ra những khác biệt về thành phần hóa học của hạt và đặc tính cảm quan.

Theo Food Research International, các chất quan trọng trong hạt cà phê như caffeine, trigonelline, axit chlorogenic, sucrose và lipid chịu ảnh hưởng đồng thời của kiểu gen và điều kiện môi trường trong quá trình phát triển hạt. Sự tương tác giữa hai yếu tố này góp phần giải thích vì sao cà phê từ những giống hoặc vùng trồng khác nhau có thể có đặc tính rất khác nhau.

Điều kiện sinh trưởng của cây đóng vai trò đáng kể. Nhiệt độ, độ cao, ánh sáng, nước, dinh dưỡng và thời gian phát triển của quả có thể tác động đến quá trình tích lũy các chất chuyển hóa trong hạt. Các yếu tố trước và sau thu hoạch, như điều kiện môi trường, độ trưởng thành của quả và phương pháp chế biến, cũng có thể làm thay đổi thành phần hóa học của hạt, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của đồ uống.

Chẳng hạn, với hạt xanh Arabica, thành phần hạt bao gồm: carbohydrate, lipid, protein, axit chlorogenic, caffeine và trigonelline; tỷ lệ của những nhóm chất này có thể thay đổi theo giống, độ trưởng thành, khí hậu, vị trí địa lý và điều kiện dinh dưỡng.

Độ chín của quả cũng nằm trong chuỗi biến đổi này.

Trong quá trình phát triển, hạt tích lũy và biến đổi nhiều chất như: sucrose, axit hữu cơ, axit chlorogenic, caffeine, trigonelline, lipid và protein. Những chất này không tăng hoặc giảm theo cùng một hướng mà thay đổi ở từng giai đoạn phát triển.

Chính vì vậy, việc thu hoạch quả vào thời điểm thích hợp góp phần tạo ra nền tảng hóa học cho những biến đổi tiếp theo trong quá trình chế biến và rang.

Nói cách khác, trước khi hạt được đưa vào máy rang, một phần đáng kể “nguyên liệu” quyết định hương vị cuối cùng đã được hình thành trong quá trình sinh trưởng và phát triển của quả.

Sau khi thu hoạch, cách xử lý quả cà phê tiếp tục làm thay đổi thành phần hóa học của hạt.

Chế biến và rang biến đổi hạt cà phê

Các phương pháp chế biến và những quy trình lên men cũng là một mắt xích quan trọng trong chuỗi biến đổi hương vị. Trong một số phương pháp sơ chế, hoạt động của vi sinh vật có thể chuyển hóa đường và những chất nền khác thành axit hữu cơ, alcohol, ester cùng nhiều hợp chất khác. Những biến đổi này có thể ảnh hưởng đến thành phần hóa học của hạt trước khi rang.

Rang là giai đoạn làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học của hạt và hình thành phần lớn các hợp chất đặc trưng của cà phê rang.

Hạt xanh chứa nhiều tiền chất sẽ tham gia các phản ứng hóa học khi rang. Khi nhiệt độ tăng, các phản ứng diễn ra mạnh mẽ, trong đó có phản ứng Maillard, caramel hóa và nhiều quá trình phân hủy nhiệt.

Phản ứng Maillard là quá trình đường khử phản ứng với các hợp chất chứa nhóm amino dưới tác động của nhiệt, tạo ra nhiều hợp chất góp phần hình thành mùi thơm và màu nâu đặc trưng của cà phê rang. Melanoidin là một nhóm sản phẩm quan trọng liên quan đến quá trình này.

Trong khi đó, quá trình rang cũng làm biến đổi carbohydrate, axit amin, lipid, axit chlorogenic và nhiều hợp chất khác, tạo ra một hệ thống mới gồm các hợp chất dễ bay hơi và không bay hơi.

Nhiều hợp chất tạo mùi có thể tạo nên những cảm nhận như hương hoa, trái cây, hạt rang, caramel hoặc chocolate. Một số hợp chất thuộc nhóm pyrazine có thể góp phần tạo mùi hạt rang, cacao; trong khi một số hợp chất thuộc nhóm terpene như linalool và geraniol có thể góp phần tạo hương hoa, trái cây và cam quýt.

Tuy nhiên, không phải mọi hợp chất dễ bay hơi được phát hiện trong cà phê đều có vai trò như nhau đối với mùi thơm tổng thể.

Mức độ rang sẽ quyết định những hợp chất nào được giữ lại, hình thành hoặc phân hủy.

Khi rang sâu hơn, nhiều hợp chất liên quan đến mùi rang, khói và vị đắng trở nên nổi bật hơn. Vì vậy, cùng một loại hạt có thể cho những trải nghiệm rất khác nhau nếu thay đổi mức độ rang.

Một tổng quan về hóa sinh cà phê cũng cho thấy quá trình rang làm thay đổi đáng kể axit chlorogenic, trigonelline và nhiều hợp chất khác, đồng thời hình thành melanoidin và các hợp chất dễ bay hơi tạo nên mùi đặc trưng của cà phê rang.

Cà phê chứa nhiều axit hữu cơ và axit chlorogenic. Một nghiên cứu tổng quan và phân tích gộp, tổng hợp 129 công bố với 8.634 điểm dữ liệu, cho thấy quá trình rang làm giảm dần hàm lượng axit chlorogenic, trong khi hàm lượng của một số axit hữu cơ lại biến đổi theo những hướng khác nhau.

Một tách cà phê có thể tạo cảm giác sáng, thanh hoặc chua gắt tùy vào thành phần axit, mức độ rang và sự tương tác của chúng với nhiều hợp chất khác trong đồ uống.

Từ hạt rang đến tách cà phê

Hạt cà phê sau rang vẫn chưa trở thành đồ uống. Quá trình xay và pha tiếp tục quyết định những hợp chất nào được chiết xuất vào nước và với hàm lượng bao nhiêu.

Nhu cầu kiểm soát quá trình này đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều phương pháp, dụng cụ và máy móc pha cà phê qua nhiều thế hệ, từ những cách pha thủ công đến các hệ thống chiết xuất hiện đại với lịch sử phát triển hàng trăm năm.

Nhiệt độ nước, chất lượng nước, kích thước hạt xay, thời gian tiếp xúc, tỷ lệ cà phê và nước, áp suất, và phương pháp pha, tất cả đều góp phần làm thay đổi thành phần và hương vị của đồ uống.

Đây là một quá trình chiết rắn - lỏng phức tạp với rất nhiều biến số. Các hợp chất dễ bay hơi và không bay hơi không được chiết xuất đồng đều; nhiệt độ, áp suất nước, kích thước hạt xay, thời gian tiếp xúc, tỷ lệ cà phê/nước, áp lực nén bột... đều có thể ảnh hưởng đến hương vị cuối cùng của ly cà phê.

Điều này giải thích tại sao cùng một mẻ hạt rang có thể cho những trải nghiệm khác nhau nếu pha bằng espresso, pour-over, French press hay các phương pháp khác.

Với espresso, áp suất và thời gian chiết xuất cùng với kích thước hạt xay, tỷ lệ cà phê/nước và nhiệt độ góp phần tạo nên một đồ uống có nồng độ chất hòa tan cao. Trong khi đó, các phương pháp lọc có thể tạo ra những khác biệt về nồng độ, body, độ trong và cách biểu hiện của hương thơm.

Ngay cả khi sử dụng cùng một loại hạt, thay đổi mức xay hoặc nhiệt độ nước cũng có thể làm thay đổi lượng hợp chất được chiết xuất, từ đó khiến người uống cảm nhận tách cà phê khác nhau về độ chua, đắng, ngọt, đậm và hương thơm.

Vì vậy, một ly cà phê có hương hoa, trái cây hay chocolate không phải vì trong hạt tồn tại sẵn một “chai hương” tương ứng. Hương vị đó là kết quả của một chuỗi biến đổi kéo dài từ khi trồng cây đến tách cà phê trên tay bạn.