Ngoại trừ một số phương pháp chiết xuất “lai” như Aeropress và Clever dripper, thì phương pháp ngâm (immersion) đề cập đến bất cứ cách thức pha chế nào cần bổ sung đủ 100% lượng nước cần thiết ngay khi bắt đầu. Cà phê sẽ được ngâm trong nước và ủ cho đến khi nó đạt được chiết xuất thích hợp và sẵn sàng để rót ra. Trong khi đó, phương pháp lọc (percolation) đề cập đến bất cứ cách thức pha chế nào có sử dụng trọng lực để hòa tan chất rắn trong cà phê. Do đó, có thể nói rằng, hầu như tất cả các phương pháp pha cà phê hiện nay đều dựa trên hai nguyên lý cơ bản của chiết xuất, đó là xói mòn và khuếch tán. Tuỳ thuộc vào ứng dụng, mà một dụng cụ hoặc phương pháp pha chế sẽ ưu tiên một trong hai quá trình: hoặc xói mòn hoặc khuếch tán; hoặc kết hợp cả hai.
Sự khác biệt giữa cà phê lọc và ngâm rất đơn giản: Cà phê lọc thực hiện quá trình chiết xuất với nước sạch – bổ sung liên tục. Trong khi đó, cà phê ngâm chiết xuất với môi trường nước ngày càng trở nên đậm đặc hơn bởi chất hoà tan. Do đó, tốc độ chiết xuất sẽ giảm nhanh hơn trong quá trình ngâm ủ (minh hoạ bởi biểu đồ 1 ở trang bên). Điều này phát sinh từ cơ sở vật lý của sự khuếch tán; Khi nồng độ một hợp chất (hoà tan từ cà phê) trong dung môi đậm đặc hơn thì nó sẽ khó chiết xuất chính hợp chất đó hơn – do sự chênh lệch nồng độ ngày càng thấp. Tuy nhiên, điều này chỉ giải thích tại sao quá trình ngâm sẽ chiết xuất chậm hơn, chứ không cho chúng ta biết vì sao có sự khác biệt tương đối lớn về cấu hình hương vị của các hợp chất hóa học trong mỗi phương pháp pha.
Trong phễu lọc, nước nóng liên tục được thêm vào cà phê, dòng chảy từ ấm rót sẽ đồng thời xói mòn và khuếch tán chất hoà tan khỏi hạt cà phê. Do đó tốc độ chiết xuất sẽ luôn duy trì ở mức cao miễn là chất hòa tan vẫn còn trong mỗi hạt cà phê. Như chúng ta có thể suy luận, điều này có nghĩa là các hợp chất chiết xuất nhanh sẽ được hoà tan quá mức trong quá phương pháp lọc. Nói cách khác, thành phần hóa học trong cà phê pha lọc sẽ tương quan rất chặt chẽ với tốc độ chiết xuất của chúng. Trong khi đó, quá trình ngâm sẽ tương quan chặt chẽ với mức độ phong phú của từng hợp chất hóa học trong hạt cà phê.
Nhưng có một mấu chốt quan trọng đối với cà phê ngâm. Đó là, ngay cả khi nước được cô đặc bởi một hợp chất cụ thể, thì điều đó cũng không ngăn nó chiết xuất các hợp chất khác một cách hiệu quả. Tương tự như việc bạn có thể hoà tan thêm đường vào một cốc nước muối gần bão hoà. Do đó, nếu có đủ thời gian, quá trình pha ngâm sẽ phản ánh rất chính xác thành phần hóa học ban đầu có trong hạt cà phê, vì mỗi hợp chất hóa học riêng lẻ trong cà phê sẽ khuếch tán đến khi cân bằng với hỗn hợp nước ngâm. Tuy nhiên chúng ta thường dừng quá trình pha trước khi mọi thứ được chiết xuất (để đảm bảo thức uống vẫn còn nóng để thưởng thức), các hợp chất chiết xuất chậm nhất sẽ không thể có mặt trong cà phê ngâm.
Để đánh giá hiệu quả chiết xuất, dựa trên biểu đồ 1, chúng ta sẽ thấy đường cong biểu thị tỷ lệ chiết xuất – hay lượng cà phê hoà tan của cà phê ngâm (màu đỏ) đạt được rất nhanh và rồi tăng chậm dần theo thời gian. Ngược lại, cà phê lọc (màu xanh) có tỷ lệ chiết xuất tăng đều theo thời gian và đạt mức tối đa vào cuối chu kỳ pha.
Mặt khác, khi xét đến tính phong phú của hương vị trong hai phương pháp pha (biểu đồ 2). Dựa trên việc định lượng khoảng ba mươi hợp chất tạo hương vị chính trong cà phê (mỗi chấm xanh/đỏ đại diện cho một hợp chất được chiết xuất từ cà phê). Hầu hết các hợp chất này đạt được tỷ lệ gần như cân bằng đối với phương pháp pha ngâm (nếu chúng ta tiếp tục ngâm, sự khác biệt này sẽ ngày càng nhỏ hơn). Trong khi đó phương pháp lọc thể hiện sự khác biệt đáng kể về nồng độ của mỗi hợp chất, các hợp chất ở góc bên phải có nồng độ cao hơn trong tách cà phê lọc, trong khi chúng không quá nhiều trong tách cà phê ngâm.
Nói cách khác, cà phê ngâm có sự chênh lệch thấp giữa các thành phần hoà tan và hầu hết chúng đạt được rất sớm, từ đầu chu kỳ pha. Trong khi đó, cà phê lọc có sự chênh lệch đáng kể giữa các thành phần hoà tan và các thành phần này được lấy đi ở những giai đoạn khác nhau trong chu kỳ pha.
Các phương pháp pha ngâm (như French press) và “phương pháp lai” (như Clever Dripper và Aeropress) đều có chung giai đoạn rút nước ở cuối chu kỳ pha chế – đây sẽ là chất lỏng mạnh nhất mà chúng có. Ngược lại, những giọt cuối cùng trong phương pháp pha lọc (như Chemex hay phễu lọc V60) sẽ là chất lỏng yếu nhất đóng góp vào quá trình pha.
Điều này giúp chúng ta tránh được một số sai sót thường gặp giữa cà phê lọc với pha cà phê ngâm. Các phương pháp pha ngâm thực sự dành nhiều thời gian hơn ở tỷ lệ chiết xuất cao hơn. Nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ngon hơn. Đây là chìa khóa làm nên sự khác biệt về cảm quan giữa hai phương pháp này, mặc dù chúng có thể cùng kết thúc ở một tỷ lệ chiết xuất. Nhưng khác biệt về cường độ hương vị là rất lớn.
Lưu ý, các thông số trên biểu đồ nhằm khái niệm hoá, và không đại diện cho phép đo thực tế. Phỏng theo The Physics of Filter Coffee, Jonathan Gagné, 2021.
