Việc kiểm soát độ ẩm trong cà phê xanh từ lâu đã được xem là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng hạt. Quá trình sấy khô không đúng cách có thể gây ra nhiều lỗi nghiêm trọng, từ nấm mốc do sấy chưa đủ đến khả năng bảo quản kém khi hạt bị sấy không đồng đều. Tuy nhiên, thay vì chỉ dựa vào độ ẩm tổng thể, các chuyên gia ngày càng quan tâm hơn đến một chỉ số chính xác hơn: hoạt độ nước (Aw).
Hoạt độ nước không chỉ đo lường tổng lượng nước trong mẫu mà còn phản ánh mức độ liên kết của nước trong hạt. Nếu hoạt độ nước cao, nước trong hạt ít bị ràng buộc hơn, dễ tham gia vào các phản ứng hóa học hoặc thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật. Chính hoạt độ nước, chứ không phải độ ẩm, mới quyết định mức độ dễ hỏng, sự hình thành mốc và quá trình lão hóa của cà phê.
Nhận thấy tầm quan trọng của hoạt độ nước, từ năm 2012, Cafe Imports đã bắt đầu đo lường chỉ số này trên mọi mẫu cà phê xanh họ nhận được – tổng cộng lên đến 25.000 mẫu. Nghiên cứu dựa trên dữ liệu quy mô lớn này đã giúp họ phân tích tác động của hoạt độ nước trong cà phê đặc sản, từ đó đánh giá mức độ hữu ích của chỉ số này đối với nông hộ, nhà nhập khẩu và rang xay.
Chúng mình sẽ tiếp tục trình bày kết quả nghiên cứu của Cafe Imports trong phần sau. Nhưng trước tiên, cần hiểu hoạt độ nước là gì và tại sao nó quan trọng.
Độ ẩm và hoạt độ nước: sự khác biệt là gì?
Độ ẩm là một khái niệm quen thuộc trong ngành cà phê, bởi nó ảnh hưởng đến chất lượng, hương vị và cách cà phê phản ứng trong quá trình rang. Trong quả cà phê, hạt chứa rất nhiều nước. Sau khi sơ chế, cà phê chế biến ướt thường có độ ẩm khoảng 45–50%. Khi sấy khô, Tổ chức Cà phê Quốc tế (ICO) khuyến nghị mức độ ẩm từ 11–12,5%, dù nhiều nhà rang duy trì tiêu chuẩn ở mức thấp hơn, khoảng 10% – 11%.
Tuy nhiên, không phải mọi loại nước trong hạt cà phê đều giống nhau:
- Nước tự do: Giống như nước trong một quả lê chín, nó có thể dễ dàng chảy ra khi bóp, cắt hoặc làm nóng. Đây là nguồn nước vi khuẩn và enzyme có thể sử dụng, thúc đẩy quá trình lên men.
- Nước liên kết: Bị giữ chặt bên trong hạt, không thể tách ra bằng cách ép hay đun nóng ở nhiệt độ thông thường. Nó không tham gia vào các phản ứng sinh học và hầu như không bay hơi.
- Áp suất hơi nước: Hãy tưởng tượng một chiếc hộp chứa nước được đun nóng. Khi nước bay hơi, hơi nước đọng lại trên thành hộp. Ở một thời điểm và nhiệt độ nhất định, tốc độ bay hơi và ngưng tụ đạt trạng thái cân bằng – đó chính là áp suất hơi nước.
Bây giờ, khi bạn đã hình dung được áp suất hơi, chúng ta có thể dễ dàng hiểu được khái niệm hoạt độ nước – hay độ hoạt động của nước (tiếng Anh là Water activity) ký hiệu là aw . Về mặt kỹ thuật, hoạt độ nước được định nghĩa là tỷ số giữa áp suất hơi nước riêng phần trong một chất so với áp suất hơi nước riêng phần của nước tinh khiết (dưới cùng điều kiện tiêu chuẩn và cùng nhiệt độ). Hoạt độ nước được đo trên thang từ 0.0 đến 1.0, trong đó 1.0 là nước tinh khiết. Mọi chất khác ngoài nước tinh khiết đều có hoạt độ nước nhỏ hơn 1.0.
Giả sử bạn có một cốc nước cất đầy nắp, nghĩa là toàn bộ nước trong cốc là nước “tự do” và dễ bay hơi. Trong trường hợp này, nước có thể dễ dàng bốc hơi và duy trì cân bằng với hơi nước trên bề mặt. Hoạt độ nước của cốc nước cất này sẽ rất gần 1 (hoạt độ nước tối đa), vì không có gì ngăn cản sự bay hơi của nước ra khỏi bề mặt. Bây giờ, nếu bạn đặt các hạt cà phê vào một cốc tương tự và đậy kín. Hạt cà phê chứa một lượng nước, nhưng phần lớn lượng nước này bị giữ lại bên trong các cấu trúc tế bào của hạt. Điều này khiến nước trở nên “ít có sẵn” hơn so với trong cốc nước cất. Hoạt độ nước của hạt cà phê sẽ thấp hơn nhiều so với 1, vì nước trong hạt cà phê không thể bay hơi một cách tự do như trong cốc nước cất.
Theo một cách diễn đạt khác, có thể xem hoạt độ nước là phép đo tính khả dụng của nước trong một chất, tức là bao nhiêu nước không bị liên kết và có thể tham gia vào các phản ứng hóa học. Hoạt độ nước càng cao, càng nhiều nước có thể tham gia vào các quá trình hóa học, và ngược lại.
Áp suất hơi nước càng cao, nước tự do trong hạt càng dễ bay hơi, làm tăng khả năng lên men, phát triển nấm mốc và giảm chất lượng hạt.
Hoạt độ nước bao nhiêu là an toàn?
Quay lại với nghiên cứu về hoạt độ nước của Cafe Imports mà chúng mình đã đề cập từ đâu. Cafe Imports đã ghi nhận hoạt độ nước, độ ẩm và điểm cupping của 25.000 mẫu cà phê xanh ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình thu mua. Những mẫu này thuộc nhiều loại cà phê khác nhau với điểm số từ 70 đến 90, ngoại trừ cà phê decaf, cà phê monsooned và robusta.
- Phát hiện quan trọng đầu tiên từ nghiên cứu là hầu hết các mẫu đều nằm trong phạm vi hoạt độ nước được chấp nhận. Giá trị hoạt độ nước trung bình chỉ ở mức 0,554, thấp hơn ngưỡng 0,6 (phạm vi mà vi sinh vật không thể phát triển). Hiện tại, giới hạn trên của hoạt độ nước trong cà phê đặc sản là 0,7, và 95% mẫu thử đạt chuẩn này. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng mức giới hạn 0,7 quá lỏng lẻo để có ý nghĩa thực tiễn.
- Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy rằng độ ẩm – dù là cách đo đơn giản hơn, với công cụ rẻ tiền hơn – không phải là một chỉ báo hoàn hảo, nhưng vẫn có ích ở thời điểm hiện tại. Giới hạn 12% độ ẩm hiện nay vẫn cho phép một số mẫu có hoạt độ nước trên 0.61, ảnh hưởng đến chất lượng. Do đó, họ đề xuất rằng giới hạn độ ẩm 11 – 11.5% có thể đủ để giảm thiểu các vấn đề liên quan đến hoạt độ nước.
Phạm vi hoạt động của nước tối ưu được khuyến nghị cho hạt cà phê xanh là 0,45-0,55 aw
novasina.ch
Hầu hết các nghiên cứu cho thấy khoảng hoạt độ nước tối ưu cho cà phê xanh là từ 0,45aw – 0,55aw. Trong điều kiện bảo quản tốt, cà phê trong khoảng này có thể duy trì chất lượng ít nhất 6-8 tháng, thậm chí lâu hơn. Đặc biệt, mức 0,50aw được xem là ổn định nhất, giúp duy trì chất lượng cà phê lên đến 18 tháng. Khoảng hoạt độ nước này cũng tương ứng với độ ẩm từ 10,5%-11,5%.
Giới hạn 0,55 aw cho hoạt độ nước trong cà phê xanh được đặt ra nhằm ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật. Mỗi loài vi sinh có một mức hoạt độ nước tối thiểu để duy trì sự sống và sinh trưởng. Các nghiên cứu cho thấy vi khuẩn gây bệnh ngừng phát triển dưới 0,87 aw, trong khi nấm men và mốc gây hỏng thực phẩm ngừng phát triển ở mức 0,70 aw. Chỉ có một số vi sinh vật chịu khô (xerophilic) và ưa đường (osmophilic) có thể tồn tại dưới mức này, và toàn bộ vi sinh vật ngừng phát triển khi hoạt độ nước dưới 0,60 aw.
Nấm mốc và độc tố vi nấm (mycotoxin) là nguy cơ chính đối với cà phê xanh, có thể gây ra mùi mốc hoặc thậm chí ảnh hưởng đến sức khỏe. Tuy nhiên, khi hoạt độ nước dưới 0,55 aw, cà phê xanh không còn là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, do đó đây được xem là giới hạn an toàn.
Một lý do khác để duy trì hoạt độ nước của hạt cà phê xanh dưới 0,55 aw là để làm chậm các phản ứng hóa học có hại. Nhìn chung, hoạt độ nước càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn, đặc biệt là phản ứng Maillard (làm thay đổi màu sắc và hương vị), oxy hóa lipid (gây ôi dầu) và quá trình lão hóa cà phê. Dù những phản ứng này vẫn xảy ra, nhưng với tốc độ chậm hơn, giúp kéo dài thời gian bảo quản.
Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cũng cho thấy hoạt độ nước không có mối tương quan với điểm thử nếm (hay điểm cupping). Hai hạt cà phê có cùng hoạt độ nước không nhất thiết có cùng điểm cupping, cũng như điểm cupping sẽ không tăng khi hoạt độ nước tăng hoặc giảm theo một lượng có thể dự đoán được. Một số mẫu cà phê có điểm thử nếm cao vẫn có hoạt độ nước nằm ngoài mức an toàn. Điều này cho thấy hoạt độ nước không phải là chỉ số dự đoán chất lượng cảm quan của cà phê.
Hoạt độ nước tối thiểu
Hoạt độ nước ảnh hưởng lớn đến khả năng bảo quản cà phê. Vì cà phê xanh có tính hút ẩm, nghĩa là nó dễ hấp thụ nước từ môi trường, những mẫu cà phê có hoạt độ nước cao sẽ tiếp tục hút ẩm, đẩy nhanh quá trình suy giảm chất lượng. Điều này dẫn đến sự phát triển của hương vị lỗi (như phenol), mất đi hương vị tươi mới và làm cà phê xuống cấp nhanh chóng.
Giữ hoạt độ nước không xuống dưới 0,45 aw là điều cần thiết để duy trì tính sống của hạt cà phê xanh, bao gồm cả hoạt động enzyme – yếu tố quan trọng để bảo toàn hương vị và hương thơm mong muốn. Khi hoạt độ nước thấp hơn mức này, hạt cà phê có nguy cơ mất đi tính sống, dẫn đến hương vị già/cũ khi rang. Ngoài ra, bề mặt hạt có thể trở nên cứng và giòn hơn, gây ảnh hưởng đến khả năng xay và chuẩn bị trước khi rang.
Cách kiểm soát hoạt độ nước
Để đo hoạt động của nước trong cà phê, một công cụ chuyên dụng được gọi là “máy đo hoạt động nước” (water activity meter) được sử dụng, về cơ bản xác định độ ẩm tương đối cân bằng của mẫu cà phê, cung cấp giá trị trên thang điểm từ 0 đến 1, trong đó 0 biểu thị hoàn toàn khô và 1 biểu thị nước tinh khiết. các thương hiệu phổ biến bao gồm Novasina, Rotronic, Lebrewtech, Aqualab, v.v.., với các mẫu như Labmaster NEO và AW-600 thường được sử dụng trong ngành cà phê.
Ngoài ra, điều kiện bảo quản cũng đóng vai trò quan trọng. Cần kiểm soát nhiệt độ phòng, độ ẩm và mức độ tiếp xúc với ánh sáng. Bao bì cũng là một yếu tố thiết yếu – túi đay hoặc vải cotton truyền thống không bảo vệ tốt khỏi sự thay đổi độ ẩm, trong khi bao bì đa lớp hoặc túi kín khí có thể giữ cà phê tươi lâu hơn.
Đặc biệt, cần đảm bảo túi chứa cà phê được đóng kín từ nơi sản xuất đến tay người mua. Trong quá trình vận chuyển, tránh sử dụng móc để không làm rách bao bì. Khi lấy mẫu cupping, cần đóng gói cẩn thận sau khi mở để tránh ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài. Nếu có những lô cà phê có hoạt độ nước cao, hãy ưu tiên sử dụng chúng trước. Những lô này có xu hướng giảm chất lượng nhanh chóng, vì vậy nên rang và tiêu thụ càng sớm càng tốt để tận dụng tối đa hương vị.
Nhìn chung, tuân thủ thực hành tốt nhất – mua cà phê có độ ẩm dưới 11% và bảo quản trong môi trường khô mát – sẽ giúp ngăn chặn hiện tượng hỏng hóc do phản ứng Maillard và oxy hóa lipid, bằng cách giữ hoạt độ nước dưới 0.6 trong suốt quá trình lưu trữ.
Nguồn tham khảo:
- wwww.perfectdailygrind.com How to Protect Green Coffee From Excessive Water Activity
- www.dailycoffeenews.com/ An Introduction to Water Activity in Green Coffee
- www.novasina.ch/ Water Activity in Green Coffe
