Nếu một hạt cà phê rang được đặt trong nước, đủ nóng và khuấy đủ lâu, thì cuối cùng các nguyên liệu tạo nên hương vị sẽ được chiết xuất từ hạt. Rõ ràng, nếu thực hiện chiết xuất cà phê theo cách đó sẽ đòi hỏi quá nhiều thời gian. Tuy nhiên, nếu ta cắt đôi hạt cà phê trước khi pha, nước sẽ tiếp xúc với hai bề mặt mới của hạt. Nếu những mảnh này lại bị cắt làm đôi, bốn bề mặt mới sẽ được tạo ra. Theo Ted R. Lingle – tác giả của The Coffee Brewing Handbook(SCA), bằng cách tiếp tục phân chia một hạt cà phê như thế, từ nguyên hạt đến xay mịn (tức khoảng 0.38mm), ta sẽ có hơn 4.000 mảnh vụn và tăng 16 lần diện tích bề mặt trên một đơn vị so với hạt cà phê ban đầu.
Việc cắt hạt cà phê làm tăng diện tích bề mặt lớn hơn nhiều, cho phép giải phóng khí carbon dioxide (CO2) và hấp thụ nước nóng. Đồng thời, nó rút ngắn khoảng cách từ tâm của mỗi hạt đến bề mặt, nhờ đó giảm đáng kể khoảng cách (và thời gian) mà các nguyên liệu tạo hương cà phê di chuyển để đến được chiết xuất cà phê. Diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn cũng làm tăng lượng chất béo và các hạt siêu mịn tạo thành huyền phù keo trong cà phê pha.
Như vậy, mục tiêu chính của quá trình xay là để tăng bề mặt chiết xuất cụ thể, hay nói đúng hơn là tăng phạm vi tiếp xúc giữa nước và chất rắn trên một đơn vị trọng lượng cà phê, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển các chất hòa tan và chất nhũ hóa vào cà phê được pha. Tuy nhiên, dù ứng dụng bất kỳ kỹ thuật hay thiết bị nào để làm giảm dần kích thước các hạt cà phê. Thì cũng không có quá trình nào sẽ tạo ra sự đồng nhất hoàn toàn về kích thước của các hạt được tạo ra. Do đó, vấn đề lớn nhất trong quá trình xay (và của quá trình chiết xuất nói chung) là tạo ra những hạt cà phê có kích thước đồng đều trong một phạm vi nhất định.
Ứng suất nén & ứng suất cắt
Xay là quá trình tác dụng lực lên vật liệu để phá vỡ vật liệu đó thành các hạt nhỏ hơn. Hai loại ứng suất được áp dụng trong quá trình xay gồm: Ứng suất nén (minh hoạ A), trong đó vật liệu được ép lên bề mặt và ứng suất cắt (minh hoạ B), trong đó lực từ hai hướng khác nhau được tác dụng lên các phần khác nhau của vật liệu.
Dưới ứng suất nén, các vết đứt gãy được tạo ra ở bất cứ nơi nào vật liệu có điểm yếu, cho đến khi các vết đứt liên kết với nhau để làm vỡ vật liệu thành một số hạt có kích thước và hình dạng ngẫu nhiên. Mặt khác, ứng suất cắt thường tạo ra các vết đứt gãy dọc theo mặt phẳng cắt, dẫn đến kích thước và hình dạng hạt đồng đều hơn.
Các máy xay hiệu quả nhất sử dụng cả hai loại ứng suất: nén trong giai đoạn đầu tiên, được gọi là “phá vỡ trước”, để nghiền hạt và tạo ra các mảnh vỡ có kích thước khoảng 1mm. Tiếp theo là ứng suất cắt trong giai đoạn thứ hai, được gọi là “nghiền” hoặc “hoàn thiện”, trong đó các cạnh gờ sắc nhọn di chuyển vào nhau để cắt các mảnh vỡ thành các hạt có kích thước đồng đều hơn.
Kiểu tác động lực trong giai đoạn thứ hai này là điều cần thiết để tạo ra cà phê xay với các hạt có kích thước và hình dạng phù hợp cho các mục đích pha chế khác nhau. Các dòng máy xay phụ thuộc vào hiệu quả va đập – chẳng hạn như máy xay lưỡi dao (blade grinder) chỉ sử dụng lực nén và do đó không thể tạo ra kích thước hoặc hình dạng hạt xác định. Điều này khiến cho dòng máy xay bánh răng (burr grinder) được ứng dụng phổ biến trong ngành cà phê – ở nhiều cấp độ, từ thương mại cho đến cà phê đặc sản.
Các nội dung đề cập đến trong chương này, chủ yếu tập trung vào các dòng máy xay cà phê thương mại dùng cho quán cà phê hoặc tại nhà. Thông thường, đây là những máy xay nhỏ gọn và được vận hành theo yêu cầu – tức là chỉ xay khi cần cà phê để chiết xuất. Làm như vậy, độ tươi của cà phê có thể được bảo quản tốt nhất. Mặt khác, máy xay trục lăn (roller grinder) được coi là hiện đại hơn, tuy nhiên vì tính đặc thù công nghiệp của nó (công suất lớn, hoạt động liên tục), chúng tôi sẽ không đề cập trong cuốn sách này.
Máy xay
Bắt đầu với lĩnh vực “cà phê bột”, chúng ta sẽ bắt gặp các vấn đề xoay quanh lưỡi dao (đôi khi được gọi là lưỡi mài, bánh răng) của máy xay. Đa phần các dòng máy xay trên thị trường thường sử dụng một trong hai dạng lưỡi dao: hình nón (conical burr) hoặc phẳng (flat burr). Hình dạng lưỡi dao thường đi đôi với kích thước của nó. Kích thước lưỡi dao cũng là yếu tố đầu tiên để giải thích sự khác biệt giữa các máy xay cà phê. Quy tắc chung cho vấn đề này là: diện tích tiếp xúc (bề mặt làm việc) của lưỡi dao càng lớn, quá trình xay càng hiệu quả, vì khi đường kính lưỡi dao càng lớn, càng có nhiều cà phê bị nghiền trong cùng một vòng quay. Nói cách khác hạt cà phê sẽ đi qua máy xay nhanh chóng mà ít bị làm nóng nhất.
Với cùng một đường kính thì lưỡi dao hình nón có diện tích tiếp xúc lớn hơn so với lưỡi dao phẳng. Ngoài ra, lưỡi dao hình nón còn có thể vận hành với tốc độ quay chậm hơn, vì chúng không dựa vào lực ly tâm để phân tán hạt cà phê trên toàn bộ diện tích tiếp xúc (như lưỡi dao phẳng) – trọng lực sẽ giải quyết vấn đề này.
Mặc dù kiểu lưỡi dao hình nón khá phổ biến trong máy xay cà phê dành cho Espresso ngày nay, vì chúng xay rất nhanh với kích thước nhỏ gọn, và do đó hiệu quả hơn. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là lưỡi dao hình nón tốt hơn so với dạng lưỡi phẳng, vì chúng chịu tác động của trọng lực nên độ đồng nhất kém hơn so với lưỡi dao phẳng. Các lưỡi dao phẳng cần phải lớn hơn và do đó yêu cầu động cơ mạnh hơn để đạt hiệu quả xay tương tự, nhưng vì cách bố trí các gờ từ hai phía lưỡi dao đặt úp vào nhau. Điều này tạo ra sự phân bố kích thước hạt đồng đều hơn, giúp chúng có xu hướng tạo ra kích thước hạt phù hợp hơn.
Tuy nhiên, riêng đối với phương pháp pha Espresso, việc các hạt cà phê sau khi xay có kích thước quá đồng đều (mà thiếu đi các hạt nhỏ hơn, hoặc lớn hơn kích thước mục tiêu) không thực sự hiệu quả, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về sự phân bố kích thước hạt cho cà phê Espresso trong các phần tiếp theo.
