Crema trong Espresso và những điều chưa biết

Cà phê Espresso được phân biệt với các loại cà phê được pha bằng kỹ thuật thủ công khác, không chỉ vì độ phức tạp trong kỹ thuật mà còn bởi một lớp bọt xốp dày mịn, còn được gọi là Crema, bao phủ trên bề mặt chiết xuất – đây là yếu tố cảm quan đặc thù chỉ có ở Espresso. Nhìn chung, crema chỉ chiếm khoảng 1/3 cốc và là khía cạnh cảm quan hấp dẫn nhất trong một cốc Espresso truyền thống, nhưng đồng thời sự lý giải về khoa học của crema cũng vô cùng khan hiếm.

Có nhiều thứ để nói về crema hơn là sự xuất hiện trực quan. Tuyên bố rằng một lớp crema tốt phải có màu nâu sẫm và có độ dày nhất định tuy không sai, nhưng có thể không khai thác hết tiềm năng mà crema có thể mang lại cho trải nghiệm cà phê.

Chúng ta biết gì về Crema

Ngày nay, thuật ngữ “Espresso” rất phổ biến. Nếu bạn yêu cầu một tách cà phê espresso trong một quán cà phê gần như ở bất kỳ đâu trên thế giới, thì khả năng cao là nhân viên pha chế sẽ hiểu bạn muốn gì và làm ra cho bạn một cốc Espresso có hình thức và hương vị như bạn kỳ vọng. Nhưng cà phê Espresso như “tất cả chúng ta” biết ngày nay được tạo ra lần đầu tiên bởi Giovanni Achille Gaggia vào những năm 1940 (xem thêm lịch sử máy Esoresso). Khi đó, Achille Gaggia, người phát minh ra máy pha cà phê Espresso hiện đại, đã đặt ra thuật ngữ “caffé crema” có nghĩa là “cà phê kem” trong tiếng Ý, để so sánh độ sánh đặc và lớp bọt dày đặc ở trên bề mặt đồ uống này như kem. Cái tên cà phê Espresso (caffé espresso) đã có trước caffé crema ít nhất vài thập kỷ, nhưng ngày nay, chúng ta vẫn chỉ sử dụng từ crema cho đến để mô tả lớp bọt dày đặc nằm trên cà phê espresso. 

Trong khi các chuyên gia cà phê sử dụng crema để đánh giá chất lượng của chiết xuất Espresso. Ví dụ, crema cho biết liệu tất cả các tham số ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất, chẳng hạn như thời gian khử khí, độ xay, cơ chế áp xuất có đúng khi trích xuất một cốc hay không. Đa phần người tiêu dùng thích sự hiện diện của một lớp crema đẹp mắt trên cốc, một số sẽ dùng muỗng khuấy nó vào cốc, và một số sẽ xoay cốc để dành crema cho ngụm cà phê cuối cùng. Tất cả các yếu tố cảm quan có được từ hình ảnh của crema được sử dụng để tạo ra sự kỳ vọng về hương vị của một cốc Espresso với sự cân bằng về hương vị đáng mong đợi.

Mặc dù lớp crema màu nâu sẫm hoặc da hổ và độ mịn của lớp bọt khí là “đặc trưng” của một cốc Espresso đáng mong đợi, nhưng chúng chỉ là dấu hiệu thứ yếu của một chiết xuất tốt và đứng sau trải nghiệm hương vị của cà phê.

Cuối cùng, đối với hầu hết các barista, sự hình thành của crema là một nghề thủ công chứ không phải là một khoa học. Một lớp cà phê được đặt gọn gàng trong basket cho phép dòng nước chảy với áp suất lớn đi qua cùng với carbon dioxide (CO2) có trong cà phê rang và carbonate có trong nước, là yếu tố chính thúc đẩy sự hình thành của crema.. Khá đơn giản, nhưng hầu hết Barista chọn cách điều chỉnh máy xay và thao tác kỹ thuật như grooming & tamping để tối ưu hóa quá trình chiết xuất đồng thời thu được lớp crema một cách tinh tế nhất.

Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là ảnh hưởng của màu sắc, kích thước bong bóng và số lượng crema đối với trải nghiệm cà phê là gì? Có một crema nào là tối ưu hay là đặc điểm của crema trong đánh giá cảm quan cà phê nói chung? Chúng ta cần trả lời những câu hỏi này trước khi có thể suy nghĩ về cách chiết tách tách Espresso hoàn hảo. Bước đầu tiên, điều quan trọng là phải hiểu các khía cạnh hóa lý của crema và làm thế nào chúng ta có thể tinh chỉnh các đặc tính của crema để tối ưu hóa chất lượng của nó. Để làm điều này, chúng ta cần phân biệt sự hình thành crema với sự ổn định của crema.

Crema trong Espresso

Về bản chất, crema được xem là hệ keo với sự phân tán của bọt khí trong pha liên tục là chiết xuất Espresso. Cụ thể hơn, pha khí bao gồm chủ yếu là CO2 được tạo ra trong quá trình rang cà phê sau đó bị giữ lại một phần trong cấu trúc tế bào của hạt. Pha liên tục là một hệ nhũ tương (bao gồm dầu và nước) trong đó các giọt dầu siêu nhỏ (nhỏ hơn <10 nm, tức là khoảng 0.00001 mm) phân tán trong dung dịch chiết xuất cà phê có chứa một số thành phần khác như đường, axit, protein,.. cũng như các mảnh tế bào cà phê rắn nhỏ (2-5 nm).

Crema Espresso có thể được phân loại là bọt siêu bền với tuổi thọ khá dài. Trong hầu hết các trường hợp, nó có thể tồn tại trọng 40 phút trước khi hoàn toàn biến mất (trung bình đối với bia là 2 phút). Khi crema già đi, tính chất của nó phát triển từ bọt mịn trong Espresso mới được pha chế trở thành bọt đa diện khô khi lão hóa. Lý tưởng nhất, crema nên chiếm ít nhất 10% thể tích của một tách Espresso với mật độ bọt 0,30 – 0,50 g/ml – theo The Craft and Science of Coffee

Trong sự hình thành crema, cần có một nguồn năng lượng để tạo ra một hệ phân tán của không khí, chất béo trong pha lỏng. Với cà phê, dạng năng lượng này đến từ áp xuất của máy Espresso.

Năm 1948, Achille Gaggia đã giới thiệu máy Espresso đòn bẩy sử dụng pít-tông lò xo vận hành bằng tay ép nước qua cà phê dưới áp suất khoảng 9 bar. Đây là lầu đầu tiên dầu và khí CO2 được nhũ hóa trong một cốc Espresso mà ngày nay chúng ta gọi nó là crema. Thật vậy, Gaggia đã quảng cáo đây là đồ uống hoàn toàn mới, với một cái tên mang tính cách mạng – “Crema caffè naturale”.

Crema được tạo nên từ đâu?

Đã có một vài nỗ lực để mô tả cách thức hình thành của crema trong cà phê Espresso. Và theo giới học thuật, đó là khi nước bị ép qua cà phê dưới áp lực lớn, nó gây nên sự nhũ hóa dầu cà phê trong chiết xuất – vì bản chất dầu không thể tan trong nước nhưng do áp xuất lớn, các giọt dầu bị phá vỡ đến kích thước siêu nhỏ và có thể phân tán trong nước. Hệ nhũ hóa này, kết hợp với một lượng khí CO2 (các khí này bị giữ lại trong cấu trúc tế bào của hạt trong quá trình rang và bị nén ra do áp xuất lớn) tạo nên lớp bọt crema mà ta đang nói đến.

Trên thực tế, khi cà phê càng tiếp xúc với áp lực lớn càng lâu, thì CO2 sẽ giải phóng càng nhiều và cho lớp crema càng dày. Tuy nhiên CO2 đồng thời cũng gây trở lực đối với dòng nước trong việc khuếch tán các hương vị có trong hạt. Do đó, trong toàn bộ quá trình bảo quản cà phê đến thao tác pha chế Espresso ta luôn cố cân bằng độ tươi của cà phê vừa đủ cho việc tạo crema.

Hiệu ứng sủi bọt (effervescence) này có thể quan sát được ngay sau khi pha Espresso và nó tương tự như lúc bạn khui bia hay sâm banh. Nhưng trong trường hợp của Espresso do thể tích nhỏ với chiều cao chất lỏng giới hạn khoảng 1,5-2 cm nên chỉ có thể hình thành các bong bóng nhỏ đặc trưng trong crema – thay vì bong bóng to như trong bia hay sâm banh.

Một nghiên cứu khác cho thấy điều kiện siêu bão hòa CO2 trong cà phê là động lực khả thi cho sự hình thành crema trong cà phê Espresso. Cụ thể hơn, nồng độ CO2 có thể hòa tan trong nước ở áp xuất và nhiệt độ bình thường sẽ thấp hơn độ hòa tan CO2 trong quá trình chiết xuất ở áp suất cao (9 bar) và với nhiệt độ nước gần 100^oC.

Quá trình hòa tan CO2 trong nước ở áp suất và nhiệt độ cao này gây ra tình trạng quá bão hòa CO2 trong chiết xuất cà phê và dẫn đến sự tạo mầm của các bong bóng nhỏ sau khi chuyển pha từ áp suất cao sang áp suất môi trường (khi chiết xuất áp suất cao thoát ra khỏi cà phê và đi vào cốc).

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định crema

Sau khi crema được phát triển, sự mất ổn định thường xảy ra thông qua ba bước, trước khi nó hoàn toàn tan biến. Đầu tiên là sự kết hợp giữa các bong bóng gần nhau, xảy ra khi màng ngăn cách các bong bóng sụp đổ. Thứ hai, tuân theo quá trình chín Ostwald, do chênh lệch áp xuất, các bọt nhỏ áp sát và bị sát nhập vào các bọt có kích thước lớn hơn. Cuối cùng, trọng lực buộc chất lỏng tách ra khỏi bọt khí.

Điều này lần lượt làm cho crema mỏng dần. Mặc dù những hiện tượng này diễn ra như nhau trong bất kỳ cốc Espresso nào, nhưng do tác dụng của nhiệt độ cao & cách nó nguội dần từ trên xuống sẽ làm tăng thêm sự phức tạp để hiểu các hiện tượng vật lý trong sự hình thành và ổn định của crema.

Mặt khác, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàm lượng lipid cũng có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của bọt (như đã nói lipit vốn không thể tan trong nước, nó luôn tìm cách tách ra khỏi nước dẫn đến sự mất ổn định crema). Trong một tách Espresso thông thường (25 ml), tổng lượng lipid dao động từ 45-146 mg đối với cà phê Arabica và 14-119 mg đối với cà phê Robusta (hoàn toàn nguyên chất). Nói cách khác, Espresso từ cà phê Arabcia chứa hàm lượng tổng lipit cao hơn Espresso từ Robusta, và do đó khả năng mất ổn định bọt do lipid gây ra là cao hơn đối với Arabica.

Crema cho chúng ta biết điều gì về Espresso

Nếu có một điều mà crema có thể cho chúng ta biết, thì đó là cà phê của chúng ta tươi như thế nào. Hãy lần ngược lại các yếu tố giúp tạo nên crema để nhận ra: Sau khi cà phê được rang, càng để lâu thì CO2 thoát ra khỏi hạt cà phê càng nhiều một cách tự nhiên – và do đó cà phê sẽ nở ít hơn, hoặc ít crema hơn khi gặp nước. Theo cách tương tự, một shot được kéo bằng cà phê quá thô sẽ tạo ra ít crema hơn so với loại xay mịn hơn, điều này tương đối dễ hiểu vì xay càng mịn, hiệu quả chiết xuất (bao gồm cả CO2) sẽ càng cao.

Có một số điều khác cần lưu ý – đầu tiên và quan trọng nhất: Cà phê rang càng đậm thì càng có nhiều CO2 được tạo ra trong quá trình này. Điều này có nghĩa là cà phê rang đậm sẽ tạo ra nhiều crema hơn đáng kể so với cà phê rang nhạt. Hơn nữa, Espresso được chiết xuất với tỷ lệ nước lớn hơn thường sẽ tạo ra ít crema hơn so với việc sử dụng ít nước hơn. Một số nghiên cứu trước đây đã đề xuất rằng nhiệt độ tương đối cao của một cốc Espresso có thể tác động tiêu cực đến sự ổn định của rema. Lý do chính là nước bay hơi làm giảm khoảng cách giữa các bong bóng hơi và làm cho bọt nhanh tan vỡ.

Cuối cùng, độ ổn định của Crema trên cà phê espresso cũng được chứng minh phụ thuộc vào độ cứng của nước (The Craft and Science of Coffee). Trong đó, sự thay đổi hàm lượng ion hoặc sự tương tác giữa các cation và phức hợp protein/polysacarit sẽ dẫn đến sự mất ổn định của cơ chế hình thành bọt.

Đi sâu vào hoá học của crema

Không có nhiều nghiên cứu chi tiết đã được công bố cho đến nay về các hợp chất hóa học chịu trách nhiệm cho sự hình thành và ổn định của crema Espresso. Một số nghiên cứu cho thấy chất lượng crema phụ thuộc vào lượng protein nói chung trong chiết xuất. Độ ổn định cream được tìm thấy có liên quan đến các thành phần carbohydrate như polysacarit galactomannan và arabinogalactan. Các biến phụ thuộc khác được quan sát là tổng chất rắn hòa tan, độ pH, lipid, protein và hàm lượng carbohydrate.

Một mối tương quan chặt chẽ trong sự ổn định crema và các hợp chất có khối lượng phân tử cao: bao gồm các phức chất giữa polysacarit, protein và các hợp chất phenolic gây tạo nên bởi quá trình rang.

Britta Folmer

Các nghiên cứu thực nghiệm gần đây về các thành phần & hoạt tính crema trong cà phê đã đưa ra một số hiểu biết mới về cấu trúc phân tử của hợp chất chịu trách nhiệm hình thành crema. Qua đó, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nhóm Este sucrose (1) và nhóm các phân tử oligomers 4-vinylcatechol (2) là hai thành phần hoạt động chính của bọt trong crema của cà phê (dữ liệu của Kornas và Hofmann và cộng sự).

1. Este sucrose hoặc este axit béo sucrose là là sản phẩm tự nhiên trong cà phê xanh và bị phân hủy dần khi rang với thời gian rang tăng.
2. Axit caffeic là nguyên nhân chính tạo ra vị đắng dữ dội và đặc trưng của cà phê Espresso, trong quá trình rang, phản ứng phân hủy CGA bước đầu sẽ tạo thành axit caffeic đồng thời giải phóng 4-vinylcatechol. Dó đó có thể nói oligomers 4-vinylcatechol là sản phẩm thứ cấp được tạo ra khi thời gian rang kéo dài.

Và sau một số nghiên cứu phức tạp hơn nữa, chúng ta đã chứng minh rõ ràng các oligomers 4-vinylcatechol, chứ không phải là este sucrose, đóng vai trò chính trong việc xác định cấu trúc của crema trong một tách Espresso tốt. Những kết quả này chỉ ra rằng Robusta, giàu axit caffeic và axit chlorogenic hơn cà phê Arabica, do đó sẽ thúc đẩy sự hình thành các chất hoạt động bề mặt 4-vinylcatechol trong quá trình rang, kết hợp với vai trò của áp suất và CO2 có thể giải thích vai trò thúc đẩy bọt của cà phê Robusta trong hỗn hợp Espresso tốt hơn so với Arabica.

Tóm lại, chúng ta đã có cơ sở cho việc bổ sung một lượng cà phê Robusta vào Arabica khi chiết xuất Espresso, thứ nhất Robusta với hàm lượng axit cao hơn mang đến khả năng hình thành crema tốt hơn, thứ hai Robusta có ít dầu hơn nên khả năng ổn định crema dài hơn so với chiết xuất hoàn toàn từ cà phê Arabica.

Cuối cùng, đối lập với sự phổ biến của Espresso và sự hiện diện tương ứng của crema trên toàn thế giới, các kiến thức hóa học và vật lý có hệ thống về crema hiện khá khan hiếm. Những nghiên cứu gần đây và toàn diện nhất đã được Illy và Navarini công bố từ năm 2011 và có mặt trong The Craft and Science of Coffee, cho thấy tồn tại một khoảng cách khá lớn về sự hiểu biết phân tử trong việc hình thành và ổn định crema. Thêm vào đó, sự phức tạp của chiết xuất Espresso nói chung và crema nói riêng còn để mở về vai trò của crema đối với trải nghiệm người dùng cũng như cách crema tác động đến các khía cạnh thị giác, mùi và vị.

Nguồn tham khảo:

• The Craft and Science of Coffee by: Britta Folmer | Chapter 17: CremadFormation, Stabilization, and Sensation.
• www.clivecoffee.com/ What is Espresso Crema?