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 sợi này đan xen vào nhau để tạo thành các khoảng trống – nơi chứa tế bào nhân cà phê. Các nhà nghiên cứu ước tính một hạt cà phê điển hình chứa một triệu tế bào như vậy. Nếu một mảnh vỡ từ nhân cà phê không còn chứa một tế bào nguyên vẹn – chúng có thể được gọi là “fine”, hạt mịn hoặc hạt siêu mịn.
Dù bằng cách gọi nào, thì vẫn có một số bất đồng về định nghĩa của fine. Trong khi đa phần các tài liệu nghiên cứu đều gọi fine là các mảnh vỡ không chứa tế bào nhân cà phê nguyên vẹn. Thì một số khác định nghĩa fine là các hạt có đường kính nhỏ hơn một kích thước nhất định, chẳng hạn như 50 μm – như Scott Rao đã đề cập trong cuốn Everything But Espresso(2014): “Các tế bào hạt cà phê sau khi rang có đường kính trung bình 20–50 μm và thành tế bào có độ dày trung bình 5–10 μm, các hạt có đường kính nhỏ hơn 50 μm hiếm khi chứa các tế bào nguyên vẹn. Do đó, như một tiêu chuẩn hợp lý, tôi sẽ coi các hạt có đường kính nhỏ hơn 50 μm là hạt mịn”. Mặc dù vậy, một số chuyên gia khác định nghĩa fine là các hạt nhỏ nhất, tách biệt với các hạt khác trong một mẻ cà phê xay (như minh họa bên cạnh).
Tuy nhiên, việc chọn một ngưỡng kích thước đường kính tùy ý để xác định fine không thực sự quan trọng đối với ý nghĩa của quá trình chiết xuất, vì fine có nhiều hình dạng khác nhau, và nó sinh ra một cách rất “ngẫu nhiên”. Hơn nữa, việc đo lường kích thước fine thường không khả thi và thiếu ý nghĩa thực tiễn. Tuy nhiên nếu quan sát với đoạn dốc nhỏ trên biểu đồ phân bố kích thước hạt (bên phải) và chú ý vào nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn 100 μm, chúng ta sẽ nhận ra nhóm hạt này chiếm không quá 20% tổng số hạt được sinh ra trong một lần xay.
Quay lại với tính đồng đều của hạt cà phê sau khi xay. Trong quá trình chiết xuất, chất rắn từ bề mặt của hạt xay (tức là tất cả những gì cóthểhòatantrênbềmặtcủatấtcảcáccỡ hạt khác nhau) sẽ bị chiết xuất vượt quá 30% trong vài giây. Trong khi đó, chất rắn bên trong cấu trúc các hạt lớn chỉ có thể chiết xuất bằng cách khuếch tán và sẽ mất vài phút để chỉ đạt tỷ lệ chiết xuất khoảng 20% . Do vậy, hạt fine chắc chắn sẽ gây nên chiết xuất quá mức và góp phần tạo ra vị đắng và se chát. Chúng rất nhanh chóng giải phóng ra tất cả hàm lượng chất hòa tan khi tiếp xúc với nước, vìhầuhếtchúngchỉlàcáctếbàocàphêbị vỡ một phần. Nhưng đây không phải là điểm quan trọng nhất bởi vì các hạt fine thường chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong cà phê. Như đã đề cập từ trước, khối lượng của fine là rất nhỏ ngay cả khi số lượng của chúng lớn hơn rất nhiều so với các hạt khác.
Một tác động đáng chú ý – và quan trọng hơn của fine là chúng ảnh hưởng đến động lực của quá trình thẩm thấu, tức là cách dòng nước chảy qua lớp cà phê. Quá nhiều fine sẽ dẫn đến sự tắc nghẽn cục bộ (nhất là đối với bộ lọc giấy), khiến cho dòng chảy không đều và dẫn đến chiết xuất quá mức ở những nơi dòng nước tập trung đi qua (ví dụ như bên thành của giấy lọc). Nhưng thậm chí quá trình này còn phức tạp hơn, bởi vì fine có thể lọt vào giữa các hạt cà phê lớn hơn và di chuyển xuyên qua lớp cà phê cùng với dòng nước (tiếng Anh: fines migration). Nếu các hạt fine cứ di chuyển và chúng không bị mắc kẹt ở bất cứ đâu trên đường đi, điều đó có nghĩa là chúng đã đi vào chiết xuất. Điều này không quá ngạc nhiên, vì chúng đóng một vai trò quan trọng trong kết cấu và cảm giác ngon miệng của đồ uống – nhất là đối với Espresso.
Biểu đồ dựa trên dữ liệu do Mahlkönig thực hiện bằng cách phân tích hạt nhiễu xạ laser. So sánh kích thước hạt của bốn loại máy xay: Mazzer Robur, Mahlkönig K30, Mahlkönig EK43 và Anfim Super Caimano (trên cùng một cài đặt chế độ xay). Trục hoành của biểu đồ đại diện cho kích thước hạt, được đo bằng micromet. Trục tung là tỷ lệ phần trăm của mỗi cỡ hạt so với toàn bộ các hạt xay.
Phần đỉnh ở mỗi đường cong là kích thước hạt mục tiêu (phụ thuộc vào cách điều chỉnh máy xay).Khi bạn thay đổi kích cỡ xay, phần đỉnh này sẽ di chuyển sang trái hoặc phải, hướng tới kích thước hạt nhỏ hơn hoặc lớn hơn. Hầu hết các máy xay (trong thực tế) và được biểu diễn trên đồ thị đều có phần đỉnh nhỏ (được khoanh vùng là Fine) ở bên trái nhằm chỉ một lượng tương đối nhiều các hạt có kích thước nhỏ hơn kích thước mục tiêu, đây chính là các hạt fine. Điều cần lưu ý là chiều cao của đỉnh nhỏ – hay số lượng các hạt fine trong mỗi lần xay, sẽ phụ thuộc vào cỡ hạt mục tiêu. Nếu cà phê được xay mịn hơn, nghĩa là chúng bị cắt nhiều lần hơn, qua một khoảng cách nhỏ hơn giữa hai lưỡi dao trong máy xay, thì cả hai tác động này đều có xu hướng sản sinh ra nhiều hạt fine hơn.
Máy xay có ít fine nhất là Mazzer Robur (màu xanh), với khoảng một nửa trong số đó lớn hơn 460μm. Tuy nhiên, điều này không thực sự tốt, Mazzer Robur là máy xay có mật độ lan rộng nhất/kém đồng đều nhất (có một lượng lớn hạt đạt kích cỡ gần 2000μm). Máy xay hiệu quả nhất được thể hiện trên biểu đồ là EK43 (màu đỏ). Với cỡ hạt mục tiêu khoảng 300μm, máy xay EK43 giúp xay đều hơn nhiều so với các dòng máy còn lại (đồng thời nó tạo ra nhiều hạt fine nhất). Dữ liệu từ Mahlkönig cho biết cà phê được chiết xuất từ máy xay EK43 cho ra tỷ lệ chiết xuất cao nhất – lên đến 23.12%, không ngoài dự đoán, khi Mazzer Robur cho ra tỷ lệ chiết xuất kém nhất – khoảng 19%.
Theo lý thuyết, nếu số lượng hạt fine thực sự nhỏ, chúng ta có thể đạt được mức chiết xuất cao hơn nhiều. Các hạt trong phạm vi mục tiêu sẽ đáp ứng mức chiết xuất trung bình theo kỳ vọng, các hạt nhỏ nhất không bị chiết xuất quá mức để vượt qua mức trung bình đó. Tuy nhiên, kết quả từ biểu đồ có vẻ phản trực giác, vì máy xay EK43 cho ra nhiều fine nhất so với các máy xay khác trong nghiên cứu trên; tuy nhiên khi số lượng hạt fine đủ lớn, chúng sẽ đóng góp vào chiết xuất một cách đầy đủ hơn. Nói cách khác, thay vì “chiến đấu” với
các hạt fine (tìm cách giảm thiểu để tránh chiết xuất quá mức), chúng ta có thể đẩy tỷ lệ của chúng lên thật cao để chiết xuất từ fine một cách hiệu quả hơn và đồng đều.
Ảnh hưởng của hạt mịn đến chiết xuất Espresso
Máy xay đóng một vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị cho một cốc cà phê Espresso. So với cà phê lọc, cà phê Espresso rất mạnh nhưng được pha trong thời gian rất ngắn. Điều này có nghĩa là cà phê xay cho Espresso cần có diện tích bề mặt rất cao để có thể chiết xuất đủ trong thời gian cho phép, nhưng nó cũng cần cho phép nước chảy qua lớp cà phê, ngay cả khi các hạt cà phê được xay rất mịn và nén chặt lại với nhau. Để đạt được hai mục tiêu này đòi hỏi cà phê được xay với kích thước đa dạng, trong đó các hạt mịn cung cấp đủ diện tích bề mặt để chiết xuất trong thời gian cho phép, nhưng các hạt lớn hơn cho phép nước chảy qua lớp cà phê trong một khoảng thời gian hợp lý. Điều này đi ngược lại với phương pháp pha cà phê lọc, trong đó kết quả tốt nhất thường đến từ cà phê được xay với kích thước đồng đều nhất có thể, sao cho các hạt chiết xuất với tốc độ ít nhiều giống nhau.
Do thời gian chiết xuất quá ngắn để việc chiết xuất có thể xảy ra theo con đường khuếch tán. Thay vào đó, hương vị trong Espresso chủ yếu đến từ quá trình xói mòn, hoặc “rửa trôi” các chất tan gần bề mặt của các hạt. Bởi vì quá trình xói mòn phụ thuộc vào diện tích bề mặt hạt (tổng diện tích bề mặt càng lớn, càng cải thiện khả năng chiết xuất). Do đó vai trò của fine là rất quan trọng, chúng đảm bảo tất cả chất hòa tan đều tiếp xúc trực tiếp với nước và có thể bị rửa trôi nhanh chóng – vì vậy, dù đóng góp khoảng 50% tổng diện tích bề mặt, nhưng fine chỉ chiếm khoảng 10% thể tích bột cà phê.
Mặc dù một số lượng hạt mịn nhất định cần được duy trì để có thể thu được chiết xuất Espresso tốt (nhưng, tỷ lệ hạt mịn lý tưởng là bao nhiêu? Tất nhiên, không ai biết). Trong khi các hạt mịn cung cấp bề mặt chiết xuất cần thiết, thì các hạt lớn hơn đóng vai trò duy trì tốc độ dòng chảy phù hợp qua lớp cà phê khi chiết xuất một cốc Espresso. Sự kết hợp của các cỡ hạt khác nhau trong cà phê Espresso là cần thiết để duy trì dòng chảy qua lớp cà phê. Nếu không có các hạt lớn hơn, khối hạt mịn sẽ bị nén chặt với nhau và chặn dòng chảy của nước.
Nhưng đôi khi việc xay mịn hơn lại không làm tăng hiệu quả chiết xuất tổng thể. Có một mối quan hệ phi tuyến tính giữa việc xay mịn hơn và tăng tỷ lệ chiết xuất đối với cà phê Espresso (so với cà phê lọc). Một cách dễ dàng để hình dung điều này, hãy nghĩ đến việc đổ đầy một phễu lọc với cà phê xay rất mịn. Với bộ lọc giấy, khi mà lớp bột cà phê gây nên quá nhiều lực cản, nước có thể thoát ra theo bề mặt tiếp xúc với giấy lọc. Mặt khác, phễu lọc của Espresso chỉ có lỗ ở đáy chứ không có lỗ ở hai bên như bộ lọc giấy. Do đó, với các cạnh bằng thép không gỉ nhẵn bóng của phễu lọc sẽ tạo cơ hội cho nước chuyển hướng men theo các thành bên của phễu lọc, thay vì đi đúng hướng.
Nói tóm lại, tăng diện tích bề mặt hạt giúp tăng chiết xuất trong 15-40 giây đầu khi làm Espresso. Nhưng sau đó, tỷ lệ chiết xuất bắt đầu giảm dần do nước đã thoát ra dọc theo thành của phễu lọc trong những giây cuối.
