Hạt cà phê là một ma trận ba chiều phức tạp gồm các sợi cellulose được bao phủ bởi dầu và nhiều chất rắn khác. Những sợi này đan xen với nhau, tạo thành các khoảng trống chứa các tế bào nhân cà phê. Các nhà nghiên cứu ước tính một hạt cà phê điển hình có thể chứa khoảng một triệu tế bào.
Khi cà phê được xay, cấu trúc tế bào này bị phá vỡ và tạo ra các mảnh hạt có kích thước khác nhau. Những mảnh rất nhỏ thường được gọi là fine, hay hạt mịn. Tuy nhiên, không có một định nghĩa hoàn toàn thống nhất về fine.
Phần lớn tài liệu nghiên cứu xem fine là những mảnh cà phê không còn chứa một tế bào nguyên vẹn. Một số tài liệu khác lại sử dụng ngưỡng kích thước để định nghĩa fine. Chẳng hạn, Scott Rao trong Everything But Espresso (2014) đề xuất xem các hạt có đường kính nhỏ hơn khoảng 50 μm là fine, bởi tế bào cà phê sau khi rang thường có đường kính khoảng 20–50 μm và thành tế bào dày khoảng 5–10 μm. Một cách hiểu khác đơn giản hơn là xem fine là nhóm những hạt nhỏ nhất được tạo ra trong quá trình xay.
Thực tế, việc xác định một ngưỡng kích thước chính xác cho fine không quá quan trọng. Fine có nhiều hình dạng khác nhau và được tạo ra một cách khá ngẫu nhiên trong quá trình xay. Việc đo riêng nhóm hạt này cũng không phải lúc nào khả thi hay có ý nghĩa thực tiễn.
Nếu quan sát biểu đồ phân bố kích thước hạt, có thể thấy một nhóm hạt rất nhỏ nằm ở phía bên trái của phân bố. Nhóm này thường chiếm tỷ lệ không lớn về khối lượng, dù số lượng hạt có thể khá nhiều. Đặc biệt, khi thay đổi cỡ xay, tỷ lệ fine cũng thay đổi.
Fine không phải lúc nào cũng là “thành phần xấu” cần loại bỏ. Nếu các hạt fine bám vào những hạt lớn hơn, chúng có thể chiết xuất cùng với hạt lớn và đóng góp vào hương vị cũng như thể chất của cà phê. Vấn đề quan trọng hơn nằm ở cách fine phân bố trong lớp cà phê và cách chúng tương tác với dòng nước trong quá trình chiết xuất.
Fine ảnh hưởng thế nào đến quá trình chiết xuất?
Khi nước tiếp xúc với cà phê xay, những chất hòa tan nằm gần bề mặt hạt được chiết xuất rất nhanh. Một số nghiên cứu cho thấy chất rắn trên bề mặt có thể được chiết xuất vượt quá 30% chỉ trong vài giây. Ngược lại, các chất nằm sâu bên trong những hạt lớn phải di chuyển ra ngoài thông qua quá trình khuếch tán và cần nhiều thời gian hơn để được chiết xuất.
Fine có diện tích bề mặt rất lớn so với thể tích. Hầu hết chúng là những cấu trúc tế bào đã bị phá vỡ một phần, vì vậy nước có thể nhanh chóng tiếp xúc với lượng lớn chất hòa tan bên trong. Điều này khiến fine có xu hướng được chiết xuất nhanh và dễ dẫn đến chiết xuất quá mức.
Tuy nhiên, ảnh hưởng đáng chú ý hơn của fine không đơn giản nằm ở bản thân hạt fine mà ở động lực dòng chảy của nước qua lớp cà phê.
Khi có quá nhiều fine, chúng có thể lấp đầy khoảng trống giữa các hạt lớn và làm tăng lực cản đối với dòng nước. Đặc biệt với phương pháp lọc giấy, fine có thể gây tắc nghẽn cục bộ, khiến nước chuyển hướng và tập trung đi qua một số khu vực nhất định của lớp cà phê. Khi đó, một phần cà phê có thể bị chiết xuất quá mức trong khi những khu vực khác lại được chiết xuất chưa đầy đủ.
Fine cũng có thể di chuyển xuyên qua lớp cà phê theo dòng nước. Hiện tượng này thường được gọi là fines migration. Các hạt rất nhỏ có thể lọt vào khoảng trống giữa những hạt lớn hơn rồi di chuyển xuống phía dưới hoặc tập trung ở một số khu vực trong lớp cà phê. Nếu không bị giữ lại, chúng tiếp tục tham gia vào quá trình chiết xuất.
Điều này giúp giải thích tại sao việc đánh giá chất lượng xay không thể chỉ dựa vào số lượng fine. Một máy xay tạo ra ít fine chưa chắc tạo ra kết quả chiết xuất tốt hơn. Ngược lại, một máy xay tạo ra nhiều fine nhưng có phân bố kích thước tổng thể đồng đều hơn vẫn có thể đạt tỷ lệ chiết xuất cao.
Một ví dụ thường được nhắc đến là dữ liệu của Mahlkönig khi so sánh Mazzer Robur, Mahlkönig K30, EK43 và Anfim Super Caimano. EK43 tạo ra lượng fine đáng kể nhưng đồng thời tạo ra phân bố kích thước hạt hẹp hơn. Ở cỡ xay khoảng 300 μm, EK43 cho tỷ lệ chiết xuất lên tới khoảng 23,12%, trong khi Mazzer Robur chỉ đạt khoảng 19%.
Điều này có vẻ trái với quan niệm rằng cần giảm fine càng nhiều càng tốt. Thực tế, vấn đề không nhất thiết là có bao nhiêu fine, mà là fine được phân bố như thế nào và chúng tham gia vào quá trình chiết xuất ra sao. Nếu lượng fine quá ít, các hạt nhỏ có thể bị chiết xuất quá mức trong khi phần lớn các hạt còn lại vẫn chưa đạt mức chiết xuất mong muốn. Nhưng nếu lượng fine đủ lớn và được phân bố hợp lý, chúng có thể đóng góp đáng kể vào tổng lượng chất hòa tan được chiết xuất.
Vì vậy, thay vì chỉ tìm cách loại bỏ fine, một cách tiếp cận khác là kiểm soát phân bố kích thước hạt sao cho fine có thể tham gia vào quá trình chiết xuất một cách hiệu quả, trong khi các hạt lớn hơn vẫn duy trì được dòng chảy phù hợp.
Vì sao Fine đặc biệt quan trọng với Espresso?
So với cà phê lọc, Espresso sử dụng thời gian chiết xuất rất ngắn nhưng yêu cầu tỷ lệ chất hòa tan cao. Cà phê vì thế phải được xay rất mịn để tạo ra diện tích bề mặt đủ lớn cho nước tiếp xúc với cà phê trong khoảng thời gian thường chỉ vài chục giây. Ở đây xuất hiện một sự cân bằng quan trọng. Fine cung cấp diện tích bề mặt cần thiết để chiết xuất nhanh, trong khi các hạt lớn hơn tạo ra khoảng trống giúp nước có thể đi qua lớp cà phê.
Nếu toàn bộ cà phê đều được nghiền thành những hạt cực nhỏ, lớp cà phê sẽ trở nên quá chặt và cản trở dòng nước. Ngược lại, nếu các hạt quá lớn, diện tích bề mặt giảm và nước không thể chiết xuất đủ chất hòa tan trong thời gian ngắn. Do đó, Espresso cần một phân bố kích thước hạt nhất định. Fine không phải là thành phần cần loại bỏ hoàn toàn; chúng là một phần của cấu trúc giúp Espresso có thể đạt được mức chiết xuất cao trong thời gian ngắn.
Trong Espresso, quá trình chiết xuất ban đầu chủ yếu diễn ra thông qua sự xói mòn và rửa trôi các chất hòa tan gần bề mặt hạt, thay vì chỉ dựa vào khuếch tán từ bên trong hạt. Vì fine có diện tích bề mặt rất lớn, chúng đóng góp đáng kể vào quá trình này. Có trường hợp fine chỉ chiếm khoảng 10% thể tích bột cà phê nhưng có thể đóng góp tới khoảng 50% tổng diện tích bề mặt.
Tuy nhiên, điều này cũng tạo ra một giới hạn. Khi tăng mức độ xay mịn, diện tích bề mặt tăng và khả năng chiết xuất ban đầu cũng tăng. Nhưng nếu lớp cà phê trở nên quá cản trở dòng nước, nước có thể tìm những đường đi có lực cản thấp hơn thay vì phân bố đều qua toàn bộ bánh cà phê. Trong Espresso, hiện tượng này có thể dẫn đến dòng chảy men theo thành của basket hoặc tạo ra các vùng dòng chảy ưu tiên. Khi đó, việc xay mịn hơn không còn đồng nghĩa với việc tăng tỷ lệ chiết xuất một cách tuyến tính.
Nói cách khác, tăng diện tích bề mặt có thể giúp tăng chiết xuất trong giai đoạn đầu, nhưng nếu lượng fine quá lớn và làm thay đổi cấu trúc dòng chảy, hiệu quả chiết xuất tổng thể có thể giảm.
Đây cũng là lý do không thể đưa ra một tỷ lệ fine lý tưởng duy nhất cho mọi loại cà phê, mọi máy xay và mọi phương pháp pha. Fine vừa là một sản phẩm tự nhiên của quá trình xay, vừa là một thành phần quan trọng của hệ thống chiết xuất. Điều cần kiểm soát không đơn giản là “ít fine hay nhiều fine”, mà là sự cân bằng giữa phân bố kích thước hạt, diện tích bề mặt, độ thấm của lớp cà phê và dòng chảy của nước.