Quá trình chế biến & Hàm lượng đường trong hạt cà phê

Trong quá trình chế biến khô, đường có đi từ cùi quả vào trong hạt không? Đường có bị rữa trôi khi chế biến ướt không? Và vì sao cà phê chế biến khô có hương vị trái cây nổi bật?

Cà phê chế biến tự nhiên (Natural processed) thường ngọt hơn và mang “thể chất dày dặn” (full-bodied) hơn so với cà phê chế biết ướt (Washed coffee) nó còn có hương vị trái cây đặc biệt. Có vẻ như trực quan chúng ta mách bảo rằng “vị ngọt”, vị đặc trưng của cà phê chế biến khô tự nhiên có được từ sự tiếp xúc của hạt nhân cà phê với phần thịt quả (chứa nhiều đường) trong thời gian dài – nhưng có bằng chứng nào cho điều này không? Và nếu không, điều gì đang xảy ra?

Một quả cà phê chứa nhiều đường. Đường cung cấp năng lượng cần thiết để hạt có thể phát triển, và vì vậy lôn có một cuộc chạy đua giữa hạt giống muốn phát triển thành cây và các nhà sản xuất – những người muốn các loại đường này được hấp thụ vào nhân, để hạt rang có vị ngọt (Sweetness) và ngon hơn. Là nhà rang cà phê và người tiêu dùng, bạn sẽ không muốn hạt giống phát triển thành cây con mà được pha chế thành một thức uống ngon.

Cà phê chế biến khô có chứa nhiều đường hơn không?

Dạng đường chính trong hạt cà phê là sucrose (đường ăn thông thường) chiếm từ 5-9% tỷ trọng hạt và hơn 90% tổng lượng đường. Lượng đường sucrose tìm thấy không thay đổi theo phương pháp chế biến, và thay vào đó phụ thuộc vào cách cà phê được trồng. Tuy nhiên, cà phê nhân xanh chế biến tự nhiên thực sự chứa nhiều đường fructose và glucose hơn so với khi được chế biến ướt, vì vậy chúng chứa nhiều đường hơn một chút về tổng thể (S.Knopp và cộng sự, 2006 ).

[… So sánh các loại đường khác nhau trong cà phê được chế biến thử nghiệm từ Brazil cho thấy rằng một số loại đường (ví dụ như sucrose, stachyose, raffinose và rhamnose) không bị ảnh hưởng đáng kể bởi cách chế biến. Ngược lại, hàm lượng của hai đường fructose và glucose bị ảnh hưởng mạnh bởi quá trình xử lý sau thu hoạch. Trong khi trong hạt cà phê chế biến ướt chỉ có một lượng thấp cả hai loại này, thì ở cà phê chế biến khô cao hơn đáng kể. Hơn nữa, cà phê chế biến mât ong – kỹ thuật “lai” giữa hai loại trên cũng chứa nồng độ glucose và fructose ở mức trung gian… ] (S Knopp, G Bytof, D Selmar, 2006).

Trong hạt cà phê, còn có các loại đường phụ như galactose và mannose – những loại đường này được tạo ra khi các thành phần carbohydrate dự trữ bị phân hủy mà tạo thành. Tuy nhiên, mannose và galactose chỉ có ở dạng vết, nên không được tính đến tỏng nghiên cứu này.

Vấn đề đặt ra là nếu đường từ thịt quả có thể đi qua vỏ trấu và vào hạt của quả khô, tại sao điều này không xảy ra ngay khi quả chín trên cây? Và vì bản thân đường bị phá hủy hầu hết trong quá trình rang, nên vị ngọt bổ tăng cường mà ta cảm nhận được đến từ đâu?

Manh mối đầu tiên cho những gì đang xảy ra là hàm lượng đường fructose và glucose trong hạt cà phê chế biến khô cao hơn trong cà phê chế biến ướt. Điều này ngụ ý rằng không phải lượng đường tăng lên trong quá trình chế biến cà phê tự nhiên, mà là đường thực sự giảm đi trong quá trình chế biến ướt.

Tại sao cà phê chế biến ướt có ít đường hơn?

Ngâm nước là một công đoạn trong quy trình chế biến ướt. Hạt cà phê chìm trong nước một thời gian, vì vậy các nghiên cứu ban đầu cho rằng đường đã bị nước hòa tan (Wootton, 1973). Tuy nhiên, những thay đổi tương tự cũng xảy ra đối với cà phê được xát vỏ bằng máy và làm khô trên giàn phơi, vì vậy nước không thể là thủ phạm (M.Kleinwächter & D.Selmar, 2010 ).

Thay vào đó, những gì các nhà nghiên cứu phát hiện ra là hạt cà phê đang bắt đầu nảy mầm. Quá trình này tiêu thụ lượng đường dự trữ trong hạt và sử dụng hết các loại đường đơn giản (glucose và fructose) trước khi ảnh hưởng đến đường sucrose, sự nảy mầm trong cà phê chế biến ướt làm tăng nồng độ của một số axit amin trong hạt. Axit amin là một trong số tiền chất tạo hương thơm quan trọng nhất trong cà phê nhân, và vì vậy điều này góp phần tạo nên sự phức tạp của hương thơm có trong cà phê chế biến ướt ( S.Knopp và cộng sự, 2006).

Hạt chính thống (Orthodox seed) – hay nôm na là “hạt-ưa-khô” có thể làm khô đến ẩm độ 2-5%. Trong khi đó, Hạt phản loạn (Recalcitrant seed) – hay nôm na “hạt-ưa-ẩm” là loại hạt sẽ bị chết hoàn toàn khi đưa ẩm độ xuống dưới 25-20%. Hạt cà phê có thể được làm khô đến hàm lượng nước <10% mà vẫn có thể nẩy mầm, khả năng sống sót sẽ giảm khi tiếp tục sấy khô thêm – theo Oxford academic.

Sự nảy mầm của cà phê trong các quá trình chế biến khác nhau

Hạt cà phê về cơ bản luôn sẵn sàng để nảy mầm. Các tín hiệu nảy mầm đầu tiên – dù rất nhỏ nhỏ đã xuất hiện trong quả cà phê tươi chưa xử lý trong khoảng 36 giờ sau khi thu hoạch. Đây là một trong những lý do khiến việc bảo quản hạt cà phê trong ngân hàng hạt giống rất khó; thay vào đó các giống cà phê phải được lưu giữ trong các bộ sưu tập giống cà phê quốc tế (International Coffee Collection).

Do đó, chỉ cần quả cà phê chín tách rời khỏi cây mẹ là đủ để kích hoạt quá trình phiên mã của các gen chịu trách nhiệm nảy mầm. Tuy nhiên sự hiện diện của yếu tố ức chế tiềm tàng trong mô quả, và độ ẩm tương đối thấp hơn của hạt, đã làm chậm quá trình nẩy mầm so với hạt đã được ngâm ủ hoàn toàn trong quá trình chế biến ướt.

Mặc dù chỉ cần hái quả cà phê khỏi cây là đủ để kích hoạt cơ chế nảy mầm của hạt. Nhưng Oxy đóng một vai trò trong việc này, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chính lớp cùi quả và vỏ bạc sẽ bảo vệ hạt nhân khỏi bị oxy hóa. Tuy nhiên, ngay sau khi loại bỏ cùi trong quá trình lên men sẽ kích hoạt sự phân hủy protein dự trữ hạt giải phóng các axit amin tự do cho quá trình nẩy mầm. Với hoạt chất sinh học tự nhiên, cùi sẽ ức chế sự nảy mầm cho đến khi quả cà phê được sấy khô, lúc này quá trình trao đổi chất của hạt bị ngừng hoàn toàn, điều này giúp bảo toàn hàm lượng đường trong hạt (D.Selmar và cộng sự, 2014).

Mức độ và thời gian của các quá trình nảy mầm trong hạt cà phê có sự khác biệt đáng kể giữa hạt chế biến ướt và khô. Hoạt động nảy mầm cao nhất xảy ra sau 2 ngày kể từ khi bắt đầu chế biến ướt, trong khi tương ứng trong quá trình chế biến khô là khoảng 1 tuần.

Gerhard Bytof và công sự, 2007

Tại sao chỉ có hạt cà phê chế biến ướt lại nảy mầm?

Trong quá trình lên men của quá trình chế biến ướt, nồng độ oxy trong bể ngâm giảm nhanh chóng do hoạt động của vi sinh vật. Hầu hết chúng ta biết rằng trong điều kiện thiếu khí, các mô thực vật có thể chuyển từ hô hấp sang lên men rượu hoặc lactic. Ngược lại với quy trình này, cà phê chế biến khô vẫn ở trong môi trường có thông khí tốt trong suốt quá trình xử lý, trong đó quá trình trao đổi chất qua đường hô hấp của quả có thể được duy trì cho đến khi hàm lượng nước giảm dẫn đến ngừng hoạt động trao đổi chất. So với quá trình hô hấp (khi phơi khô), quá trình lên men tiêu thụ nhiều năng lượng hơn.

Do đó, các nhà nghiên cứu, kết luận rằng sự giảm lượng glucose và fructose trong hạt cà phê chế biến ướt là kết quả của sự tăng cường luân chuyển đường trong lúc lên men kỵ khí của nhân cà phê.

Hàm lượng glucose và fructose trong hạt cà phê chế biến khô gần như giữ nguyên so với lúc chưa xử lý, hoặc thậm chí cao hơn. Ngược lại, hàm lượng glucose và fructose trong cà phê sau quá trình chế biến ướt chỉ chiếm 10–20% so với lượng ban đầu có trong hạt tươi.

S Knopp, G Bytof, D Selmar, 2006

Vì sao chế biến khô làm nổi bật vị ngọt và hương thơm trái cây?

Mặc dù bây giờ có thể khẳng định rõ ràng rằng có rất ít – hoặc gần như không có đường nào đi vào hạt trong quá trình chế biến, nhưng có một số hợp chất – dường như được hấp thụ vào hạt. Đây không phải là hương thơm từ chính quả cà phê cây, mà là các hợp chất dễ bay hơi, đặc biệt là các este, được tạo ra bởi vi khuẩn khi trái cà phê bắt đầu lên men (GV de Melo Pereira và cộng sự, 2014 ). Những hợp chất này – không giống như phần lớn các hợp chất dễ bay hơi được tìm thấy trong cà phê nhân trước khi chế biến, chúng tồn tại sau quá trình rang, và có thể góp phần tạo nên hương thơm của hoa quả cho cà phê rang.

Một số este này, chẳng hạn như etyl butyrate, cũng góp phần vào cảm nhận vị ngọt (D.Labbe và cộng sự, 2006 ). Trong khi bản thân đường bị phá hủy hầu hết trong quá trình rang, chúng cũng là tiền chất quan trọng của nhiều phân tử hương thơm được tạo ra trong quá trình caramel, chẳng hạn như furan, và làm cho cà phê chế biến khô có vẻ ngọt ngào hơn. Đồng thời sự nảy mầm trong cà phê chế biến ướt cũng làm tăng nồng độ của một số axit amin trong hạt. Axit amin là các tiền chất tạo hương thơm quan trọng trong cà phê (chúng tham gia vào các phản ứng Maillard trong quá trình rang), và do đó điều này góp phần tạo nên sự phức tạp của hương thơm được tìm thấy trong cà phê chế biến ướt.

Ngoài ra các axit amin, các thành phần carbohydrate hòa tan cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi các quá trình trao đổi chất xảy ra trong quá trình chế biến ướt hoặc khô. Rất có thể những thay đổi chuyển hóa này là cơ sở cho sự khác biệt về cảm quan giữa cà phê chế biến ướt và cà phê chế biến khô. Tuy nhiên, đây là một chủ đề phức tạp cao và còn thiết nhiều bằng chứng chắc chắn cho mối liên hệ này.

Sau cùng, cho dù bạn thích “sự ngọt ngào” của một loại cà phê chế biến khô, hay vị chua tinh tế của cà phê đã qua xử lý ướt, thì các hương vị mà bạn cảm nhận được là chủ quan. Các phương pháp chế biến này có vô số biến thể làm phong phú thêm các cấu hình hương vị của nó. Xử lý cà phê sau thu hoạch vẫn còn là một chủ đề cần được khám phá, và trong nhiều trường hợp, đó là một quá trình diễn ra ngoài khả năng thống kê, mà chỉ có khứu & vị giác mới có thể cảm nhận được.

Nguồn tham khảo:

• Sven Knopp, Gerhard Bytof, Dirk Selmar; Influence of processing on the content of sugars in green Arabica coffee beans (Ảnh hưởng của quá trình chế biến đến hàm lượng đường trong hạt cà phê Arabica xanh) June 2005European Food Research and Technology
• Gerhard Bytof, Sven-Erik Knopp, Daniela Kramer, … Transient Occurrence of Seed Germination Processes during Coffee Post-harvest Treatment (Sự xuất hiện thoáng qua của các quá trình nảy mầm của hạt trong quá trình xử lý sau thu hoạch cà phê) Biên niên sử thực vật học , Tập 100, Số 1, 1 tháng 7 2007.
• www.baristahustle.com/ Sugars in Natural Processing
• www.sucafina.com/ Chemistry in Coffee Processing