Carbohydrate (là một phân tử sinh học được tạo thành từ carbon (C), hydro (H) và oxy (O) chiếm khoảng 40-65% thành phần hóa học của cà phê. Trong hoá sinh học, các phân tử carbohydrate thường được gọi chung là saccharide và được chia thành bốn nhóm hóa học: monosaccharide, disaccharide, oligosaccharide và polysaccharide. Ba nhóm đầu tiên – gồm mono, di và oligosaccharide là những phân tử carbohydrate đơn giản nhất. Vì vậy, chúng có trọng lượng phân tử thấp và thường được gọi là đường. Trong khi đó, polysaccharide là những phân tử được cấu thành từ nhiều đơn vị monosaccharide, có trọng lượng phân tử cao và thường khó tan trong nước.
Carbohydrate là một trong những nhóm hợp chất đa dạng nhất trong hóa học hữu cơ. Trong cà phê nhân xanh, carbohydrate chiếm khoảng 40-50% khối lượng khô, bao gồm cả phần hòa tan và không hòa tan. Trong khi phần lớn carbohydrate tham gia với vai trò cấu trúc của hạt (cellulose), thì có một tỷ lệ không đáng kể khác giữ vai trò dự trữ năng lượng cho hạt (ở dạng đường & tinh bột). Nhìn chung, cà phê Arabica, có hàm lượng đường gấp đôi so với Robusta.
Có vô số phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử carbohydrate trong cà phê với nhau và với các phân tử hữu cơ khác qua hai nhóm phản ứng chính là Caramen hóa và Maillard. Phần lớn các chất hòa tan có trong cà phê sau khi rang được hình thành từ hai nhóm phản ứng này, phổ biến nhất là melanoidin. Trong một ly cà phê, melanoidin ước tính chiếm khoảng 29% (trên khối lượng chất khô). Có những suy đoán rằng chúng góp phần tạo nên vị ngọt cho cà phê, nhưng chúng ta biết chắc rằng chúng góp phần tạo nên màu nâu đặc trưng của cà phê.
Carbohydrate có trọng lượng phân tử thấp
Trong cà phê, carbohydrate có trọng lượng phân tử thấp tức các chuỗi phân tử chứa từ 2 đến 10 loại đường đơn, điển hình như sucrose, raffinose, maltodextrin hoặc cellodextrin và tinh bột, v.v… Trong số này, sucrose (hay saccharose) – một loại đường đôi (disaccharide) được hình thành từ hai loại đường đơn glucose và fructose là phổ biến nhất (chiếm đến 90% thành phần đường trong cà phê). Hàm lượng đường đơn (monosaccharide) trong cà phê tương đối thấp. Các giống cà phê thuộc loài arabica có xu hướng chứa lượng đường sucrose nhiều gấp đôi so với robusta. Hầu hết các nghiên cứu chỉ ra hàm lượng sucrose trong hạt robusta trong khoảng từ 0.9 – 4.85%, đối với arabica là từ 6.25 – 8.45%.
Trong quá trình rang, các oligosaccharide có trong cà phê sẽ bị phân hủy thành monosaccharide. Đến lượt mình, các phân tử monosaccharide (như glucose, fructose và galactose) sẽ bị phân mảnh hoặc tiếp tục tham gia vào các phản ứng Maillard, tạo ra nhiều hương vị phức tạp có trong cà phê, hoặc tạo thành các axit dễ bay hơi như axit acetic, axit formic, axit lactic.
Sucrose được coi là quan trọng đối với sự phát triển các đặc tính cảm quan của cà phê và Robusta có ít hơn đáng kể – chỉ khoảng 0.9% đến 4.85%, trọng lượng khô, so với 6.25 đến 8.45% được tìm thấy ở Arabica (chi tiết tại đây). Nhìn chung, hàm lượng đường cao hơn tương quan với chất lượng hương vị tốt hơn, và quan trọng nhất – hàm lượng sucrose sẽ tăng theo mức độ chín, cà phê được thu hoạch ở độ chín tối ưu sẽ có lượng đường tối đa.
Do rất nhiều đường bị mất đi trong quá trình rang nên việc thu hoạch cà phê chín đều sẽ đảm bảo lượng đường cao hơn so với cà phê chưa chín đều. Mặt khác, môi trường sống của cây cà phê đóng một vai trò lớn trong việc tối ưu hóa lượng đường, với hầu hết các loại cà phê, nhiệt độ ban ngày (trong khoảng 17–23°C) là yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình trao đổi chất của cà phê và lưu trữ đường trong hạt.
Carbohydrate có trọng lượng phân tử cao
Carbohydrate có trọng lượng phân tử cao (polysaccharide) nằm trong phức hợp thành tế bào khá dày, đặc của hạt cà phê và chiếm đến 50% khối lượng khô của hạt. Mặc dù nhiều loại polysaccharide khác nhau đã được tìm thấy trong thành phần của hạt cà phê, nhưng hiện nay người ta đã xác định được rằng nhóm polysaccharide chủ yếu của hạt cà phê bao gồm: Mannan và/hoặc galactomannan; arabinogalactan; và cellulose… là polysaccharide phong phú nhất trong hạt cà phê xanh, chiếm ít nhất 19% khối lượng của hạt cà phê điển hình. Chúng hoạt động như carbohydrate dự trữ để tạo thành một phần năng lượng cho quá trình nảy mầm của hạt, tương tự như vai trò của tinh bột trong các loại ngũ cốc.
Khoảng 12 đến 24% các phân tử polysaccharide bị phân huỷ trong cà phê rang nhạt và 35 đến 40% bị phân huỷ khi rang đậm. Nhóm polysaccharide dường như không góp phần đặc biệt vào việc hình thành hương vị của cà phê trong quá trình rang, bù lại chúng giúp truyền đạt các đặc tính cảm quan khác của cà phê, chẳng hạn như độ nhớt và cảm giác miệng (các yếu tố tạo nên thuộc tính “body” trong đánh giá cảm quan).
Tóm lại, đối với thành phần carbohydrate trong cà phê. Các phân tử monosaccharide và disaccharide rất dễ bị tác động bởi xử lý nhiệt. Chúng bị phân hủy trong vòng vài phút sau khi rang. Mặt khác, sự phân tách của các polysaccharide và sự tham gia của chúng trong quá trình hình thành hương vị phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, các siêu phân tử như cellulose và mannan hầu như không thay đổi.
