Tác động của độ kiềm đến chiết xuất cà phê

Trong việc phân tích các tiêu chuẩn chất lượng nước của SCA, chúng ta đã biết độ kiềm (Alkalinity) là khả năng đệm axit, tức khả năng trung hòa axit của nước. Và trong điều kiện tiêu chuẩn, độ kiềm được giới hạn ở khoảng 40 mg/l; Với cách tiếp cận đơn giản này, phần lớn các “tính chất quyền năng” của kiềm đối chiết xuất cà phê vẫn chưa được làm rõ. Trên thực tế, độ kiềm có thể giúp ổn định hương vị từ cà phê nhưng đồng thời cũng có thể san bằng mọi chất tính chất acidity mà chúng ta mong muốn.

Do vậy, bài viết này sẽ cung cấp một phương diện khác về chất lượng nước đối với việc pha chế cà phê, bằng cách nào mà độ kiềm lại quan trong như vậy, cũng như gợi ý về việc tinh chỉnh tỏng độ kiềm sao cho phù hơp với kỹ thuật Pour-over hoặc Espresso.

Chống chỉ định với những ai không thích hóa học

Độ kiềm (Alkalinity) là một thuật ngữ được phát minh bởi các nhà hải dương học (Giáo sư Wilhelm Dittmar) nhưng nó cũng được sử dụng bởi các nhà thủy văn để mô tả độ cứng tạm thời của nước (độ cứng cacbonat), mặt khác độ kiềm còn bị nhầm lẫn với vài thứ khác trong bộ môn hóa học, mà không phải ai yêu cà phê cũng đồng thời thích học hóa, nên bạn có thể đi nhanh qua ba đoạn văn ngay sau đây.

Tổng độ kiềm thường bị giới hạn bởi độ pH, nhưng chúng không nhau, trong khi pH là đo tỷ lệ (logarit) của các ion OH^– tự do so với các ion H⁺ trong dung dịch; Với pH = 7 ta có nước trung tính, khi có nhiều ion H⁺ ta sẽ có dung dịch axit (pH<7), ngược lại với lượng ion OH^– lớn hơn ta có dung dịch bazơ (pH>7). Đây là lý do tại sao tổng độ kiềm thường bị nhầm lẫn với dung dịch kiềm (hoặc dung dịch bazơ).

Quay lại với độ kiềm, nó được đo bằng lượng ion HCO3⁻ trong nước, ion này có khả năng thu giữ bất kỳ ion H⁺ tự do nào được thêm vào dung dịch và ngăn không cho chúng làm dung dịch có tính axit hơn bằng cách tạo thành axit cacbonic (H2CO3), như cái sơ đồ quen thuộc ở lớp 10 mà ta đã học đây:

H⁺ + HCO₃⁻  ⇌  H₂CO₃

Vì lý do này, HCO₃⁻ được gọi là bộ đệm kiềm (alkaline buffer). Trong chiết xuất cà phê HCO₃⁻ có thể phản ứng với các axit thơm được chiết xuất từ ​​hạt cà phê, vì vậy SCA khuyến nghị phạm vi tổng độ kiềm trong khoảng 40 ppm là CaCO3.

Vì sao độ kiềm quan trọng hơn độ pH?

Ngay cả khi những hạt mưa rơi xuống trái đất, các hợp chất khí đã khuếch tán vào nó, đáng chú ý nhất là CO₂, NO₂, SO₂… Trong đó CO₂ hòa tan kết hợp với nước tạo thành axit Carbonic làm cho nước mưa luôn có tính axit ở khoảng pH 5,5. Tuy nhiên, bạn không nên nhầm lẫn với hiện tượng mưa axit ở những vùng không khí bị ô nhiễm lưu huỳnh và oxit nitơ làm cho nước mưa có pH 4,5 hoặc thấp hơn.

Nhưng vì sao chúng ta phải nói về độ Axit trong nước? Tại sao không đơn giản tuân thủ quy chuẩn của SCA?

Đó là vì mưa axit là ví dụ hoàn hảo để chứng minh sức mạnh của độ kiềm so với pH. Một lít nước máy trung bình có độ kiềm 150 ppm CaCO3 có thể trung hòa 100 lít nước mưa axit ở pH 4,5. Suy luận tương tự với nước và cà phê, tác động của độ kiềm cao gấp hàng trăm lần so với độ pH trong việc hình thành tính axit cuối cùng của chiết xuất cà phê, vì vậy nửa sau của bài viết này, chúng ta sẽ tập trung làm rõ vấn đề còn bỏ dở tại thang đo pH – Đó là vì sao nước có tính kiềm tốt hơn nước có tính axit và tại sao bạn nên điều chỉnh chất lượng nước tùy theo tỷ lệ hoặc phương pháp chiết xuất.

Nước máy trung bình có kiềm trong khoảng 150 ppm CaCO3* và độ cứng toàn phần khoảng 170 ppm CaCO3 – Đây được xem là nước cứng ở mức trung bình. Điều này cho phép nước máy có khả năng trung hòa hàng trăm lít nước mưa.  

(*) Tại thời điểm này bạn có thể nghĩ đến “Thế quái gì CaCO3 lại đi chung với đơn vị đo lường kì quái là ‘ppm’. Các nhà hóa học thích tạo ra các đơn vị đo lường kỳ lạ, và đây là một điển hình. Những ppm CaCO3 về cơ bản được diển giải là “phần triệu CaCO3” (xem thêm tại sách hóa học lớp 10). Nhưng do CaCO3 còn được dùng làm đơn vị đo độ cứng của nước nên hay gây nhầm lẫn với độ kiềm.  

Minh họa cho tính ‘đệm’ của độ kiềm

Lấy ví dụ, một chiếc ghế gỗ và một chiếc ghế đá nằm dọc theo con đường trong một công viên đầy nắng. Chiếc ghế gỗ không cảm thấy quá nóng, ngay cả khi mặt trời chiếu sáng suốt cả ngày, nhưng ngược lại, chiếc ghế đá – vốn ở cùng hoàn cảnh – sẽ sẵn sàng nướng chín mông bạn. Nếu đo cả hai chiếc ghế bằng nhiệt kế hồng ngoại, bạn có thể thấy băng ghế đá có một lượng nhiệt lớn được lưu trữ (vì nhiệt dung riêng của đá lớn hơn gỗ rất nhiều). Chiếc ghế đá – vì lý do tương tự – sẽ giữ ấm lâu hơn nhiều sau khi mặt trời lặn.

Với băng ghế trong công viên bạn có thể dễ dàng quyết định ngồi ở đâu bằng việc xem xét nó có phải bằng đá hay không. Trong khi đó, với nước, độ pH chỉ thể hiện trạng thái hiện tại của nước nhưng nó không cho ta biết pH sẽ thay đổi như thế nào khi kết hợp với cà phê. Sự thay đổi này phụ thuộc rất nhiều vào độ kiềm của nước. Với nước ‘ngậm’ một lượng lớn kiềm (như chiếc ghế đá trữ nhiều nhiệt) các axit có trong cà phê sẽ bị trung hòa đáng kể. Do đó độ kiềm cung cấp một gợi ý, để bạn dự đoán cà phê của mình sẽ hao hụt bao nhiêu hương vị khi kết hợp với nước.

Trong thực tế, độ chua mà bạn cảm nhận được từ một cốc cà phê nhất định tương ứng với lượng axit được chiết xuất từ ​​cà phê trừ đi lượng axit đã trung hòa với kiềm trong nước.

Ý nghĩa của đệm kiềm trong chiết xuất cà phê

Việc hiểu độ kiềm và axit trong nước cung cấp cho bạn nền tảng để hiểu cách thức nước và cà phê tương tác với nhau để hình thành đặc tính acidity trong chiết xuất. Trong đó có hai yếu tố bạn cần quan tâm

Thứ nhất, tổng độ kiềm trong nước. Nước càng có tính kiềm cao, khả năng trung hòa các axit tự nhiên trong cà phê (như axit citric, Axit Quinic, Axit Chlorogenic…) càng cao. Bản thân tính axit vẫn còn đó, chúng ta không cảm nhận được nó trong hương vị, chỉ trường hợp này gọi là “flat taste” tức hương vị phẳng, nhạt nhẽo.

Yếu tố thứ hai, là tỷ lệ nước trong việc chiết xuất cà phê của bạn. Một cốc Ristretto thường có tỷ lệ cà phê ÷ chiết xuất = 1÷1 hoặc 1÷1.5 – Trong khi đó, với kỹ thuật Pour Over tỷ lệ này lên đến 1÷15. Điều này có nghĩa là đối với Espresso cô đặc chỉ có 10% độ kiềm sẵn để trung hòa một lượng axit tự nhiên. Đây là vấn đề cần xem xét – vì rõ ràng với cùng một loại cà phê và loại nước, bạn sẽ cảm nhận rõ vị chua từ Espresso hơn so với một cốc Pour over được trung hòa bởi lượng kiềm lớn gấp 10 lần.

Suy luận mở rộng

Tiếp tục tuân theo logic này (cũng như các nghiên cứu thực nghiệm của Ủy ban Tiêu chuẩn của SCA) phạm vị của tổng độ kiềm trong nước có thể phải mở sang một vùng biên mới, thay vì giới hạn trong khoảng 40mg/l, độ kiềm trong nước khi pha Espresso có thể dao động giữa 250 đến 450 mg/l; Tức là, tổng độ kiềm hiện tại phải được nhân với 7.3 (tương ứng với hệ số giữa một tách Espresso (tỷ lệ nước/cà phê = 2) so với cà phê pha drip tiêu chuẩn (tỷ lệ nước/cà phê = 14,6).

Các nghiên cứu từ SCA cho thấy các hương vị trong cà phê có khuynh hướng bị trung hòa đáng kể khi sử dụng nước tổng độ cứng cao (> 250 ppm CaCO3) và ngược lại, với nước có tổng độ cứng thấp (<40 ppm CaCO3) hương vị gần như không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, các thử nghiệm cũng cho thấy tác động của độ cứng toàn phần trong mọi khả năng là không ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể của quá trình chiết xuất (20 đến 250 ppm CaCO3) – tức nước cứng đến đâu cũng không hạn chế việc bạn trích xuất được bao nhiêu chất hòa tan trong cà phê.

Tuy nhiên, điều này đặt tiêu chuẩn độ kiềm của nước khi pha Espresso vào vùng “nguy hiểm” với khả năng tạo cặn cực cao (hãy tưởng tượng có 0,25–0,45g muối cho mỗi lít nước), các thành phần trong nước dẫn đến đóng cặn nặng hoặc ăn mòn máy móc của bạn.

Bài viết nêu một số hiểu biết chính từ cẩm nang tiêu chuẩn nước pha cà phê của SCA. với chủ đề Water and Coffee Acidity: How to Adapt Your Water for Different Extraction Methods, bao gồm các nghiên cứu của giáo sư DR. MARCO WELLinger – Một nhà nghiên cứu cà phê trong lĩnh vực hóa học, công nghệ và phân tích cảm quan tại Viện Hóa học và Công nghệ sinh học tại ZHAW Wädenswil.