Độ Ẩm Và Quá Trình Truyền Nhiệt Của Hạt Cà Phê

Nội Dung Chính

Trong tất cả các đặc tính của hạt cà phê mà chúng ta đã đề cập trong chương chế biến, độ ẩm có lẽ có ảnh hưởng lớn nhất đến cách rang cà phê. Độ ẩm ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt và tổng năng lượng cần thiết để rang cà phê. Sự bay hơi của độ ẩm là nguyên nhân gây ra sự tích tụ áp suất trong hạt cà phê, dẫn đến vết nứt đầu tiên (chúng ta sẽ đề cập ngay sau đây). Độ ẩm trong các giai đoạn khác nhau của quá trình rang cũng ảnh hưởng đến tốc độ của các phản ứng hóa học diễn ra.

Hạt cà phê xanh bước vào quá trình rang với độ ẩm điển hình khoảng 10-12%, tùy thuộc vào điều kiện rang, hạt rang có độ ẩm cuối cùng khoảng 2.5%. Mặc dù việc khử nước trong hạt cà phê diễn ra một cách ổn định và liên tục suốt quá trình rang, nhưng một số tài liệu về rang cà phê thường chỉ định một giai đoạn sấy (Drying phase) – diễn ra ở đầu quá trình rang, nhằm nhấn mạnh rằng hạt thường mất nhiều nước hơn trong giai đoạn rang đầu tiên. Tuy nhiên, vào cuối giai đoạn sấy, hạt cà phê bắt đầu chuyển màu nhờ phản ứng Maillard, phản ứng này chỉ có thể diễn ra khi có mặt của hơi ẩm. Hơn nữa, ngay cả khi kết thúc quá trình rang, hạt vẫn có độ ẩm từ 1-3% (tùy thuộc vào giống cà phê và điều kiện rang).

Độ ẩm trong cà phê thay đổi theo từng loại hạt và thậm chí chỉ trong một hạt cà phê. Nếu hạt cà phê có độ ẩm cao hơn khi bắt đầu rang, chúng có xu hướng mất độ ẩm nhanh hơn vào đầu quá trình rang. Vào cuối quá trình rang, độ ẩm của tất cả chúng sẽ cân bằng với hạt có độ ẩm thấp nhất. Luồng không khí cao hơn trong máy rang cũng làm tăng tỷ lệ mất ẩm từ hạt. Tuy nhiên, sự khác biệt này chỉ là đáng kể giữa các loại máy rang khác nhau – ví dụ, máy rang không khí (máy rang tầng sôi) và máy rang trống. Theo Scott Rao – tác giả của cuốn sách The Coffee Roaster’s Companion (2014), những thay đổi nhỏ trong cài đặt luồng không khí trên máy rang trống có ảnh hưởng không đáng kể đến tốc độ mất ẩm và độ ẩm cuối cùng.

Độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến tốc độ truyền nhiệt vào hạt cà phê. Cà phê có độ ẩm cao hơn cần nhiều nhiệt hơn trong quá trình rang vì nước cần nhiều năng lượng để làm nóng. Một mặt, nước có tác dụng làm dẻo, làm cho cấu trúc của cà phê nhân xanh dẻo hơn so với hạt đã rang. Tuy nhiên, hạt có độ ẩm cao hơn sẽ ít nở ra trong quá trình rang hơn so với hạt có độ ẩm thấp, dù cấu trúc tế bào của hạt có hàm lượng ẩm cao hơn sẽ đàn hồi hơn. Do đó, cà phê có độ ẩm cao vừa cho phép, vừa đòi hỏi phải sử dụng nhiều nhiệt hơn trong giai đoạn đầu của quá trình rang. Độ ẩm của cà phê nhân càng cao thì khả năng dẫn nhiệt càng tốt. Điều này giúp nhiệt truyền từ bề mặt hạt vào tâm của hạt trong thời gian đầu của quá trình rang, trước khi hơi ẩm bay hơi. Mặt khác, cà phê có độ ẩm cao hơn cũng có nhiệt dung riêng cao hơn – điều này có nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn để tăng nhiệt độ của hạt cà phê lên một khoảng nhất định.

Ảnh hưởng quan trọng nhất của độ ẩm là khi nó rời khỏi hạt cà phê dưới dạng hơi nước. Khi bắt đầu rang, nhiệt độ của hạt cà phê tăng nhanh nhất ở gần bề mặt hạt, và nhiệt truyền chậm hơn đến các lớp bên trong. Hơi ẩm gần bề mặt hạt sẽ bay hơi trước, tạo ra một lớp hơi nước ở phần ngoài của hạt. Do đó bề mặt liên tục thoát hơi nước sẽ ngăn cản nhiệt độ tiếp cận sâu hơn vào hạt. Khi lớp bề mặt mất độ ẩm, nó cũng trở nên kém hiệu quả hơn trong việc dẫn nhiệt vào trung tâm hạt.

Độ ẩm của không khí bên trong máy rang cũng ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt. Không khí ẩm có nhiệt dung riêng cao hơn không khí khô (có nghĩa là ở cùng một nhiệt độ, không khí ẩm mang nhiều năng lượng hơn). Do đó, không khí ẩm có thể truyền nhiệt năng cho hạt cà phê hiệu quả hơn. Nếu không khí bên trong máy rang có độ ẩm cao hơn, quá trình rang tiến triển nhanh hơn, và thông thường, máy rang tuần hoàn khí nóng thường có độ ẩm bên trong buồng rang cao hơn so với máy rang không tuần hoàn không khí.

Ảnh minh họa ảnh hưởng của hơi ẩm đến quá trình truyền nhiệt vào hạt cà phê (mặt cắt ngang của hạt cà phê), màu xanh là khu vực có nhiệt độ thấp nhất; màu đỏ là khu vực có nhiệt độ cao nhất). Ở lớp ngoài của hạt (1), cấu trúc hạt nở ra, xốp hơn và độ ẩm thấp nên không dẫn nhiệt hiệu quả đến các lớp bên trong (2). Trong khi đó, trung tâm của hạt (3) đặc hơn và có độ ẩm cao hơn lớp bề mặt, dẫn nhiệt hiệu quả hơn bề mặt, do đó tâm hạt có nhiệt độ thấp và đồng nhất hơn. Điều này khiến cho chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và phần tâm của hạt rất lớn. Tốc độ giãn nở khác nhau của lớp bên ngoài và bên trong của hạt gây căng thẳng cho cấu trúc hạt và có thể làm nứt, vỡ hạt.

Hãy là người đầu tiên chia sẻ bài đăng này!

Bài đăng mới

Máy Pha Cà Phê Espresso

Theo từ điển Merriam-Webster, Espresso được định nghĩa là “cà phê được pha bằng cách ép hơi nước hoặc nước nóng qua các hạt cà

Hạt Mịn (Fine)

Hạt cà phê là một ma trận ba chiều phức tạp của các sợi cellulose được phủ bằng dầu và các chất rắn khác. Những