Cấu tạo giải phẩu của quả cà phê

Hạt cà phê là phần được sử dụng để pha chế thức uống cà phê và nó chứa tất cả các tiền chất tạo nên hương vị cà phê đặc trưng được phát triển trong các giai đoạn sau của quá trình rang. Quá trình sau thu hoạch nhằm mục đích loại bỏ các thành phần xung quanh hạt đậu, để hạt đậu có thể được sấy khô đến độ ẩm <12% để có thể bảo quản và vận chuyển mà không có nguy cơ hư hỏng do vi sinh vật. Vì vậy, trước khi giải thích các phương pháp chế biến khác nhau, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo giải phẫu của quả cà phê. Đây là những khái niệm cơ bản giúp các bạn hiểu được nguyên lý vì sao phải chế biến ướt cho cà phê chất lượng cao hơn khi chế biến khô. Các biến đổi hóa lý, khi rang cà phê hay các kiến thức về chiết xuất cà phê… quan trọng và cơ bản là mấu chốt nhé!

Lưu ý: Để việc nghiên cứu được chính xác nhất có thể, bạn nên hạn chế việc sử dụng các từ việt hóa như “vỏ ngoài”, “vỏ quả” hay “thịt quả”,.. vì chúng không hoàn toàn thể hiện đúng tính chất khoa học trong cấu trúc quả cà phê.

Cấu tạo giải phẫu quả cà phê

Điều mà ai cũng biết là “cà phê” mà chúng ta ta rang, xay và pha chế là hạt của một loại trái cây. Cây cà phê tạo ra quả cà phê, và hạt cà phê thì ở bên trong quả. Nhìn từ ngoài vào trong, một quả cà phê cơ bản sẽ bao gồm: Lớp vỏ ngoài cùng (outer skin), cùi quả (Pulp), lớp vỏ trấu (parchment), lớp vỏ lụa (silver skin) và nhân (bean). Các lớp cấu trúc này có thể chia làm hai phần chính bao gồm:

• Phần vỏ (Skin): Bao gồm vỏ ngoài (pericarp) và vỏ thịt (mesocarp)
• Phần hạt (Bean):  Bao gồm lớp vỏ trấu (endocarp), vỏ lụa (silver skin), và phần nhân hạt có chứa nội nhũ (Endosperm) và phôi (Embryo).

Trong một số tài liệu, cách phân chia cấu trúc có thể khác như: Phần vỏ sẽ bao gồm ba thành phần Vỏ ngoài (exocarp), thịt quả (mesocarp), vỏ trấu (endocarp); Trong khi đó phần hạt chỉ bao gồm: Vỏ lụa (Silver Skin) và nhân (bean) cà phê.

Quả cà phê thường được gọi là quả anh đào (cherry) hoặc quả mọng (berry), nhưng trên thực tế, nó là quả hạch (drupe) đặc trưng bởi lớp vỏ quả mềm bao bọc hạt cà phê có lớp vỏ cứng.

Marshall, (1985) Scielo.br

Phần vỏ (exocarp & mesocarp)

Lớp vỏ ngoài (exocarp): Tức bề mặt ngoài cùng của quả cà phê, được hình thành bởi một lớp tế bào nhu mô nhỏ (các tế bào sơ cấp có chứa lục lạp và có khả năng hấp thụ nước). Màu sắc của vỏ quả khi bắt đầu hình thành có màu xanh lá cây do sự hiện diện của lục lạp sau đó biến mất khi quả chín. Màu sắc khi trưởng thành còn phụ thuộc vào từng giống cà phê, nhưng phổ biến nhất là màu đỏ hoặc màu vàng. Màu da đỏ (Cà phê Typica) đến từ các sắc tố anthocyanin, trong khi màu vàng được quy cho luteolin (cà phê Bourbon).

Trong quả cà phê xanh chưa trưởng thành, exocarp hoạt động như một mô quang hợp và có thể góp phần cung cấp nhu cầu carbohydrate, đặc biệt là trong giai đoạn làm đầy hạt cà phê – (Vaast et al., 2006)

Bên dưới vỏ ngoài, là lớp trung bì (mesocarp) thường được gọi là cùi (pulp). Chất nhầy (tức mucilage) là lớp bên trong của cùi, ngoài ra còn có một lớp pectin bên dưới lớp màng nhầy, những lớp này chứa nhiều đường, rất quan trọng trong quá trình lên men. Chất nhầy nói chung, thường chiếm 15,5 – 22,0% trọng lượng quả tươi (Wintgens, 2004, trang 723) và thường dày hơn khi cà phê được canh tác ở khu vực có độ cao lớn hơn và dưới bóng râm (Renato D. De CastroI; Pierre Marraccini, 2006). Thành phần chính của chất nhầy bao gồm nước (84,2%), protein (8,9%), đường khử (4,1%), pectates (0,91%) và tro (0,7%) ( HD Belitz, W. Grosch, và P. Schieberle, 2009 ).

Trong quả cà phê chưa chín, mexocarp là các mô cứng gắn liền với vỏ ngoài của quả cà phê, khi quả trưởng thành, các enzyme pectolytic sẽ phá vỡ các chuỗi pectic tạo thành các hợp chất đường và pectin làm nên một cấu trúc mềm, mọng nước có độ nhớt cao nên thường được gọi là chất nhầy. Trong phương pháp chế biến ướt, lớp chất nhầy này được loại bỏ thông qua quá trình lên men có kiểm soát. Trong khi đó, với kỹ thuật chế biến khô, chất nhầy cùng với vỏ ngoài được giữ nguyên trong quá trình sấy khô.

Nếu nhiệt độ môi trường cao (nóng) hơn và lớp chất nhầy trên quả cà phê dày hơn, quá trình lên men xảy ra với tốc độ nhanh hơn. Vì lý do này, quá trình lên men cà phê Robusta thường nhanh hơn nhiều so với lên men cà phê Arabica, do robusta thường được trồng ở các vùng có độ cao thấp, nơi có nhiệt độ cao hơn.

Lưu ý về ‘pull’ và ‘mucilage’

Trên thực tế, không có nhiều “lớp vỏ” như vậy xung quanh hạt cà phê và rất khó để phân biệt loại tế bào nào của exocarp hay mexocarp. Vì vậy, “pulp” hay “mucilage“, cùi hay chất nhầy đều trông giống nhau và tạo ra thứ mà chúng ta gọi là quả cà phê (theo Emma Sage, CQI’s).

Cần biết rằng, trong ngành thực vật học “mesocarp” là một thuật ngữ chỉ tất cả các tế bào mô không được biệt hóa của quả (không hữu ích) – Vì vây, thật dễ hiểu khi trong ngành công nghiệp cà phê, “mesocarp” được đặt tên cho các mô chất nhầy cần bị loại bỏ.

Phần hạt (parchment, silver skin, endosperm)

Sau khi quả cà phê đã được làm sạch vỏ, cùi và lớp nhầy bằng cách chế biến khô hoặc ướt, hạt cà phê xanh có thể được giao dịch trên thị trường quốc tế. Những hạt cà phê này vẫn được bao phủ bởi lớp vỏ trấu (đôi khi lớp này cũng được loại bỏ) và lớp vỏ mỏng màu bạc của chúng. Trong một bước đánh bóng (tùy chọn) khác, lớp vỏ bạc này cũng có thể được loại bỏ và sẵn sàng cho quá trình rang, xay.

Lớp vỏ trấu (parchment): là lớp ngoài cùng của phần hạt, tiếp xúc trực tiếp với phần vỏ quả, parchment được hình thành từ ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng (tế bào sợi đóng vai trò chính trong thực vật) nên còn được gọi là vỏ trấu. Các tế bào cấu thành vỏ trấu sẽ cứng dần trong quá trình trưởng thành của quả cà phê, do đó hạn chế kích thước cuối cùng của hạt nhân cà phê, Trong cà phê Arabica, trọng lượng trung bình của vỏ trấu với độ ẩm khoảng 11% nằm trong khoảng 3,8% tổng trọng lượng quả cà phê (Wilbaux, 1961, as cited in Borém, 2008).

Nói thêm về vỏ trấu, trước đây phần vỏ này không được sử dụng, do không có giá trị kinh tế. Nhưng gần đây, dự án Huskee đã sử dụng vỏ trấu để làm cốc uống cà phê

Lớp vỏ lụa (silver skin): Vỏ lụa được cấu tạo bởi một lượng lớn chất xơ (56–62%), có màu trắng bạc sau khi phơi khô, nên còn được gọi là vỏ bạc. Lớp vỏ này rất mỏng và có thể được bóc ra khỏi nhân trong quá trình đánh bóng hạt. Tuy nhiên, một số nhà chế biến cà phê thường để lại vỏ lụa trên hạt cà phê như một lớp bảo vệ tự nhiên, lớp vỏ này sau đó sẽ tự hủy trong quá trình rang cà phê.

Trong quá trình rang, hạt cà phê nở ra và lớp vỏ mỏng này bị tách ra, trở thành sản phẩm phụ của các ngành công nghiệp rang cà phê. Silver skin – so với các phụ phẩm cà phê khác, là một sản phẩm tương đối ổn định do độ ẩm thấp hơn (5–7%). Hiện nay nó đang được sử dụng làm để làm nhiên liệu, ủ phân và bón đất, hoặc khai thác cho mục đích mỹ phẩm và dược phẩm (MDPI 2018).

Nhân cà phê

Khi đề cập đến nhân cà phê – cũng chính là nói đến nội nhũ (Endosperm), đây là phần quan trọng nhất của quả cà phê, chịu trách nhiệm trích lũy chất dinh dưỡng cho quá trình nẩy mầm của phôi. Một quả cà phê thông thường có 2 nhân (cá biệt có 1 hoặc 3 nhân). Thành phần hóa học của nhân là vô cùng quan trọng vì đây được xem là tiền thân của các hương vị và mùi thơm sau này trong cà phê rang.

Các chất hóa học được phát hiện trong nội nhũ có thể được phân loại là hòa tan hoặc không hòa tan trong nước. Các hợp chất tan trong nước như caffeine, trigonelline, axit nicotinic (niacin), các axit hữu cơ (riêng chlorogenic acid đã có khoảng 18 đồng phân), các thành phần carbohydrate. Các thành phần không hòa tan trong nước bao gồm cellulose, polysacarit, lignin và hemicellulose, cũng như một số protein, khoáng chất và lipid.

So với phần thịt quả, nội nhũ có hàm ẩm khoảng 51% với lượng sucrose cao (8% trên khối lượng khô) và nồng độ monosacarit thấp, trong khi các axit hữu cơ phổ biến nhất (2,4%) là axit citric, axit malic và axit quinic. Ngoài ra, nồng độ trigonelline (1,0%) và caffeine (0,9%) trong nội nhũ cao hơn trong chất nhầy, trong khi nồng độ axit axetic thấp hơn (SCA, 2017) .

Mặc dù nhân cà phê sẽ bao gồm nội nhũ – Endosperm và phôi – Embryo, nhưng vì phôi nằm bên trong nội nhũ nên một số tài liệu gọi chung cả hai là nội nhũ, và sau khi rang bạn khó có thể phân biệt các thành phần này. Chúng trở nên dễ nhận thấy khi hạt bắt đầu nảy mầm – khi đó, trục phôi (hypocotyl) sẽ kéo dài và đẩy hạt lên trên mặt đất. Các lá mầm ban đầu sẽ ở dưới lòng đất ngay sau đo các lá mầm mới sẽ hình thành.

Bài viết với nhiều khái niệm và thuật ngữ khoa học, “tương đối là khó hiểu” nhưng các kiến thức nàysẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về quá trình sản xuất, chế biến và rang. Lần tới khi lựa chọn giữa cà phê được chế biến theo cách phơi khô tự nhiên và cà phê chế biến ướt, bạn có thể tự tin hơn khi biết điều đó có ý nghĩa gì và tác động của nó đối với tách của bạn. Để tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cà phê, bạn nên xem các thành phần hóa học của hạt cà phê.

---

Nguồn tham khảo:

• www.casabrasilcoffees.com/ Anatomy of the Coffee Fruit and Bean
• www. https://perfectdailygrind.com/ What Is a Coffee Bean? The Anatomy of The Coffee Cherry
• “A Review of Coffee By-Products Including Leaf, Flower, Cherry, Husk, Silver Skin, and Spent Grounds as Novel Foods within the European Union.” Novel Foods and Nutritional Function.
• Castro, R. & Marraccini, P. “Cytology, biochemistry and molecular changes during coffee fruit development” Brazilian Journal of Plant Physiology.