Tiến Trình Rang Cà Phê

Nội Dung Chính

Rang cà phê là quá trình gia nhiệt cà phê nhân thô trong một khoảng thời gian. Khái niệm quen thuộc này gợi nhắc bạn về hai yếu tố chính cần kiểm soát xuyên suốt quá trình rang là thời gian và nhiệt độ. Mỗi thay đổi nhỏ về một trong hai biến số này sẽ mang đến các khác biệt to lớn trong sản phẩm cuối cùng.

Để hiểu các nguyên tắc rang và sự khác biệt giữa các kỹ thuật rang, điều quan trọng là phải tìm hiểu tổng quan về những thay đổi hóa học và vật lý chính xảy ra trong quá trình rang. Từ các khái niệm cơ sở này, quá trình rang có thể được chia thành các giai đoạn tuân theo một mô hình riêng biệt. Sự tiếp cận như vậy rất hữu ích đối với các chuyên gia rang vì nó cho phép họ kiểm soát quá trình sản xuất và đạt được chất lượng nhất quán trong mỗi mẻ rang. Tuy nhiên, việc phân chia quá trình dựa trên cường độ của các biến đổi hóa học và vật lý có thể khiến chúng ta đơn giản hoá việc rang cà phê thành các công đoạn tách biệt.

Điều này không có nghĩa hạt cà phê sẽ dừng lại ở “trạm thứ nhất”, với những thay đổi nhất định,rồi mua vé cho “trạm thứ hai”(đây không phải một chuyến xe buýt ba chặng). Dưới tác dụng của nhiệt độ, hạt cà phê thường sẽ không quan tâm nhiều về cách người ta phân loại “sự cháy” của nó!

Chúng tôi sử dụng cách phân đoạn này – tương tự như các tài liệu rang truyền thống để giúp bạn có thể xắp xếp, hệ thống hoá các dữ liệu vô tận về biến đổi của hạt cà phê trong quá trình rang. Như vậy, khi bắt gặp một tài liệu khác, ở một nơi khác, phân chia tiến trình rang thành năm, hay thậm chí là tám bước, hãy bình tĩnh – điều này giống như việc bạn có nhiều tủ hồ sơ hơn trong một văn phòng, và bạn có nhiều cách để phân loại hồ sơ hơn.

Bằng việc kết hợp các kiến thức về biến đổi vật lý và hoá học mà chúng tôi đã nêu trước đó, toàn bộ quá trình rang có thể được hệ thống theo ba giai đoạn chính: làm khô, hoá nâu và phát triển. Đường cong trên đồ thị mô tả nhiệt độ bên trong trống rang (gần với nhiệt độ hạt) theo thời gian, đối với một mẻ rang điển hình. Khi cà phê xanh ở nhiệt độ phòng được đưa vào máy rang, nhiệt độ sẽ giảm xuống nhanh chóng nhưng ngay sau đó tại thời điểm này nhiệt độ bắt đầu tăng lên trở lại, điểm này được ghi chú là TP (viết tắt của “Turning point”).

1. Làm khô

Làm khô (hay sấy khô) là quá trình làm bay hơi nước có trong hạt cà phê nhân xanh. Chúng ta cần làm khô nó trước khi bắt đầu tạo nên các hương vị thực sự. Giai đoạn sấy thường kéo dài 4-8 phút với máy rang trống truyền thống. Hầu hết nước được loại bỏ trước khi hạt cà phê đạt 150°C, mặc dù một tỷ lệ nhỏ vẫn được giữ lại bên trong hạt cà phê ngay cả sau khi rang xong. Điều làm cho giai đoạn này bị tách biệt với toàn bộ quá trình rang vì đây là thời điểm hạt cà phê thu nhiệt, trong đó hơi ẩm được loại bỏ. Sau khi làm khô nước tự do, hạt cà phê mất từ 8 -10% so với trọng lượng ban đầu, tùy thuộc vào độ ẩm ban đầu của nguyên liệu thô. Theo quan điểm năng lượng, nhiệt độ còn quá thấp để có thể gây ra hiện tượng nhiệt phân, nên không có nhiều phản ứng hóa học xảy ra trong giai đoạn này của quá trình rang. Cần lưu ý, quá trình thoát hơi ẩm vẫn tiếp tục sau giai đoạn này, và trong suốt quá trình rang. Mùi thơm bắt đầu phát triển ở giai đoạn này, cũng như màu sắc (hơi nâu vàng) thông qua sự hình thành các hợp chất trung gian từ phản ứng Maillard và sau đó là melanoidin.

2. Hoá nâu

Từ khoảng 150oC, (thông thường) cà phê bắt đầu có mùi giống như bánh mì nướng và cỏ khô. Tại thời điểm này, các phản ứng Maillard đang diễn ra, hạt cà phê trở nên sẫm màu hơn và quá trình Caramen hóa đường bắt đầu trong hạt cà phê. Vì các phản ứng Maillard phụ thuộc vào sự hiện diện của một lượng ẩm nhất định, chúng bắt đầu chậm lại trong phần sau của giai đoạn hoá nâu khi độ ẩm giảm. Cần lưu ý, cả hai phản ứng Maillard và Caramen hóa đều là những con đường chính để hình thành màu nâu cho cà phê sau khi rang. Nhiệt độ tối ưu cho các phản ứng Caramen hóa diễn ra mạnh mẽ phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ của hạt cà phê. Nếu chỉ tăng vài độ (C) mỗi phút, quá trình chuyển hóa đường sucrose sẽ bắt đầu ở 160°C, nhưng tốc độ tăng nhiệt độ nhanh hơn có thể làm sự phân hủy của sucrose bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ trên 180°C. Tóm lại, nhiệt độ tăng càng nhanh thì nhiệt độ Caramen hóa mãnh liệt sẽ càng cao. Độ chua của cà phê thường tăng lên trong giai đoạn này vì Carbohydrate bị phân huỷ thành axit carboxylic (như axit acetic, axit formic). Vì sự phân hủy axit là không đáng kể trong nhiệt độ này, nên sự hình thành axit chiếm ưu thế. Các hợp chất bền nhiệt khác như trigonelline và axit chlorogenic cũng bắt đầu phân hủy. Trong giai đoạn cuối của quá trình hoá nâu, cà phê bắt đầu nứt vỡ lần đầu (first crack – theo đúng như cơ chế vật lý mà chúng ta đã đề cập), thường trong khoảng gần 190°C tùy theo các loại cà phê khác nhau, và phụ thuộc nhiều vào quá trình cũng như thiết bị rang.

Minh họa cho sự thay đổi hàm lượng đường sucrose (Hình A); Và các loại axit hữu cơ (Hình B) bao gồm axit citric, axit acetic, axit formic, axit lactic và axit malic trong quá trình rang hạt cà phê. Trục tung của đồ thị biểu thị sự thay đổi của các giá trị đo dựa trên cường độ tín hiệu trong phép đo cộng hưởng từ. Trục hoành biểu thị cho thời gian rang. Phỏng theo Coffee in Health and Disease Prevention, Victor R. Preedy, 2014.

3. Phát triển

Đây có thể được xem là giai đoạn khó khăn nhất với nhiều nhà rang, sự “phát triển” ngụ ý cho việc tích luỹ đầy đủ chất hoà tan tạo nên hương vị bên trong hạt.

Ngoài sự giảm trọng lượng do bay hơi ẩm, còn có sự giảm trọng lượng khô (từ 4% đến 6% tùy thuộc vào mức độ rang cuối cùng) do loại bỏ carbon dioxide, hơi nước, cộng với việc giải phóng các chất hữu cơ dễ bay hơi khác. Cần lưu ý rằng hầu hết nước được loại bỏ trong giai đoạn này không phải là nước tự do, thay vào đó, nó là kết quả của các phản ứng hóa học phân hủy các phân tử hữu cơ lớn thành các phân tử nhỏ hơn.

Tóm lại, đến thời điểm này, hạt đã hao hụt khoảng 16% tổng khối lượng. Tất cả khí đẩy ra khỏi hạt cà phê làm cho thể tích của chúng tăng lên, do đó tổng độ trương nở từ đầu đến cuối quá trình rang sẽ thay đổi từ 40% đến 60%. Trong trường hợp rang đậm (dark roast ), nhiệt độ rang cuối cùng có thể trên 230°C, thể tích hạt gần như đã tăng gấp đôi.

Cần lưu ý rằng đây là lúc các phản ứng tỏa nhiệt diễn ra mạnh mẽ – tức là hạt cà phê bắt đầu sinh nhiệt trong khi rang. Nói cách khác, để quá trình nhiệt phân diễn ra, cà phê cần rất nhiều nhiệt lượng, nhưng đồng thời nó tạo ra nhiệt do kết quả của sự biến đổi hóa học của chính nó. Khi xem xét toàn bộ quá trình rang, quá trình nhiệt phân tạo ra khoảng 11% nhiệt lượng cần thiết để nó xảy ra – như vậy, hạt cà phê đã tự cung cấp cho nó 1/10 nhiệt lượng cần thiết (vì vậy, không sai khi gọi đây là giai đoạn phát triển).

Từ giai đoạn hoá nâu đến giai đoạn phát triển, quá trình Caramen hóa vẫn đang diễn ra. Mặc dù phản ứng này mang đến cảm nhận về hương vị ngọt ngào và dễ chịu đặc trưng của cà phê, nhưng đồng thời nó có thể tạo ra vị đắng nếu quá trình này kéo dài quá lâu. Độ rang càng đậm thì vị đắng càng cao. Trong khi ở giai đoạn đầu của quá trình rang, độ axit tăng lên, thì từ thời điểm này, hàm lượng axit sẽ giảm dần.

Cần nhấn mạnh rằng việc kiểm soát nhiệt lượng được cung cấp trong mỗi giai đoạn của quá trình rang sẽ tạo ra các kết quả phản ứng hóa học khác nhau và do đó quyết định chất lượng cảm quan trong sản phẩm. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải biết rằng một loại cà phê có thể có các mức độ phát triển khác nhau trong suốt quá trình. Bên trong hạt luôn trễ hơn bên ngoài khi rang vì nhiệt năng cần một lúc mới xâm nhập vào. Người rang phải khéo léo quản lý quy trình để đảm bảo rằng trung tâm hạt được rang vừa đủ – vào thời điểm bên ngoài đạt được màu sắc mong muốn.

Tất cả các phương pháp rang đều cần nhiệt để thực hiện. Các giai đoạn rang khác nhau được trình bày ở đây có các biến đổi hóa học và vật lý đa dạng, một số trong số chúng thu nhiệt và một số tỏa nhiệt, mỗi công đoạn đòi hỏi một mức năng lượng cụ thể để diễn ra. Do đó, dù kết thúc ở bất cứ giai đoạn nào, việc làm nguội nhanh hạt cà phê phải được thực hiện để ngăn chặn ngay lập tức các phản ứng hoá học diễn tiến tiếp tục. Các công ty sản xuất cà phê đặc sản có xu hướng sử dụng không khí mát để làm nguội cà phê thay vì hơi nước – trong quy mô công nghiệp, vì có thể làm tăng độ ẩm của hạt cà phê và thúc đẩy các phản ứng không mong muốn trong tương lai.

Những thay đổi trong thành phần hóa học của cà phê nhân trước và sau khi rang

Từ minh họa này, những thay đổi đáng kể nhất trong thành phần hạt cà phê sau quá trình rang là mất độ ẩm của hạt (độ ẩm giảm từ 8-12% xuống 0.5-2.5% khối lượng hạt) và sự phát triển của các chất khí bay hơi, chủ yếu là khí CO2. Gần như toàn bộ đường Sucrose trong hạt (khoảng 8% đối với arabica và 4% đối với robusta), các axit amin đơn giản cũng như một phần protein đã tham gia vào quá trình hình thành các sản phẩm Caramen hoá.

Cần lưu ý: Các con số trong minh họa đại diện cho các chỉ số ước tính. Hàm lượng của chúng không thay đổi nhiều trong quá trình rang, nhưng tỷ lệ của một số chất (như caffeine) với khối lượng hạt sẽ tăng lên – do sự mất nước; Tỷ lệ thực tế sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại cà phê nhân được sử dụng, mức độ rang và nhiều yếu tố khác. Phỏng theo Espresso Coffee The Science of Quality, Andrea Illy, Rinantonio Viani, 2004 và The Craft and Science of Coffee, Britta Folmer, 2016.

Minh họa các biến đổi của cà phê trong quá trình rang

Biểu đồ thể hiện sự tương quan của hai thông số chính trong quá trình rang: màu sắc (thang đo Agtron Gourmet) và nhiệt độ (oC). Mối liên hệ tương đối giữa các thông số này đối với các đặc tính cảm quan của cà phê như: mức độ phức tạp của hương thơm (Aroma complexity level), độ chua (acidity) và hàm lượng chất hoà tan (body: độ nặng và kết cấu tạo nên từ chất hoà tan trong cà phê).

Tuy nhiên, vì mỗi loại cà phê sẽ phản ứng khác nhau dựa trên các đặc tính hóa – lý độc đáo của nó. Để hiểu những đặc tính này và cách quản lý chúng, bạn có thể cần tích luỹ nhiều kinh nghiệm kiến thức hơn, riêng trong quyển sách này, chúng tôi buộc phải khuyên bạn nên tham gia một khoá học rang để bắt đầu sự nghiệp cà phê của mình.

Màu sắc trên minh họa phụ thuộc vào chất lượng in ấn, và có thể sai khác với thực tế.

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