Thành phần và vai trò của Carbohydrate trong cà phê

Carbohydrat hay còn gọi là Gluxit (hoặc Đường) vốn ít được biết đến khi so với Caffeine hay Axit Chlorogenic (CGA) trong cà phê, song đây lại là nhóm chất hữu cơ phổ biến và chiếm vai trò quan trọng trong cấu trúc hạt cà phê. Carbohydrate nói chung và đường nói riêng còn đóng vai trò quan trọng trong hàng trăm phản ứng hóa học diển ra xuyên suốt quá trình rang giúp định hình hương vị hoàn chỉnh của cốc cà phê.

Các biến đổi hóa học trong quá trình rang cà phê
Carbohydrate chiếm 40 đến 65% khối lượng khô của hat cà phê

Thực tế, có một lượng đường kha khá – Không phải ở dạng đường tinh khiết mà bạn có thể thấy được mà là các hợp chất như Sucrose và Glucose,.. được gọi chung là Carbohydrate trong hạt cà phê xanh. Nhưng nó chiếm tỷ lệ nhỏ hơn so với các thành phần khác và phần lớn nó bị phá hủy trong quá trình rang. Do đó, cà phê sẽ luôn là một thức uống đắng và sẽ không bao giờ quá ngọt như, ví dụ như sô cô la nóng. Thay vào đó, cà phê có một vị ngọt tinh tế, cảm nhận được dựa trên sự cân bằng của các hợp chất hương vị khác – ngành công nghiệp cà phê gọi cảm giác này là Sweetness.

Thành phần Carbohydrate trong cà phê

Carbohydrate (hay còn gọi là Gluxit) là một trong những nhóm chất hữu cơ lớn nhất trong tự nhiên nói chung và cà phê nói riêng. Carbohydrate có nhiều vai trò quan trọng trong các sinh vật như tích trữ và vận chuyển năng lượng (như tinh bột, glycogen) và các thành phần cấu trúc (như Cellulose). Trong cà phê xanh, Carbohydrate đại diện cho một phần đáng kể trong vai trò cấu trúc với khoảng 40 đến 65% khối lượng khô của cà phê xanh. Tổ hợp phức tạp của Cacbohydrate trong cà phê bao gồm các phân tử tan và không tan trong nước thuộc ba nhóm chính là Mono, Oligo và Polysaccharides.

Thành phần của các loại Carbohydrate cũng khác nhau giữa hai loại cà phê, Cà phê Arabica chứa xấp xỉ gấp đôi lượng Carbohydrate so với Robusta. Như vậy, hương vị của Arabica cũng phong phú hơn Robussta một phần, Cụ thể hơn, bảng sau đây cho thấy tỉ lệ của một số loại đường phổ biến trong cà phê Arbica và Robusta (tính theo % chất khô của cà phê nhân xanh).

Compound Arabica Robusta
Polysaccharides0.2 – 0.50.2 – 0.5
Disaccharides
Sucrose6 – 93 – 7
Monosaccharide
Arabinose 3.4 – 4.0 3.8 – 4.1
Mamose21.3 – 22.5 21.7 – 22.4
Glucose 6.7 – 7.8 7.8 – 8.7
Galcatose 10.4 – 11.912.4 – 14.0
Rhamnose~ 0.3 ~ 0.3
Xylose0 – 0.20 – 0.2

Bảng thành phần Carbohydrate trong cà phê – Nguồn: coffeechemistry.com

Nhìn chung các thành phần Carbohydrate (tan và không tan trong nước) có trong cà phê là tổ hợp của các loại đường đơn như: Arabinose, Galactose, Glucose, Mannose và các Polysaccharides của chúng. Tất cả các thành phần này tham gia vào cấu trúc của thành tế bào cùng, protein,.. và nhiều hợp chất khác. Trong đó Cellulose, Galactomannan Arabinogalactan là các Polysaccharides chính, chiếm khoảng 45% trọng lượng khô của hạt cà phê.

Đường đơn và đường đôi

Monosaccharide là các Carbohydrate đơn giản do đó chúng không thể thuỷ phân thành các phân tử đường nhỏ hơn. Trong cà phê nhóm Monosaccharide (gồm Fructose, Glucose, Galactose, Arabinose) chiếm thành phần không đáng kể trong hạt cà phê xanh.

Mono và Disacarit không chiếm tỷ lệ đáng kể trong cà phê, tuy nhiên, chúng rất cần thiết cho sự hình thành mùi hương sau khi rang thông qua phản ứng caramel hóa và Maillard. Trong nhóm này Sucrose (disacarit bao gồm glucose và fructose) cho đến nay là loại đường phong phú và quan trọng nhất trong cà phê xanh. Cà phê Arabica có gấp đôi lượng Sucrose so với Robusta, điều này giúp chúng có hương vị phong phú hơn, thành phần tỷ lệ Sucrose trong cà phê sẽ thay đổi theo độ chín của quả, quả càng chín nồng độ đường Sucrose càng cao.

Thông thường, nồng độ Glucose và Fructose sẽ tăng lên trong giai đoạn đầu của quá trình rang do sự thoái hóa liên tục của Sucrose. Hầu như tất cả các loại đường đơn đều bị phân hủy khi rang do phản ứng Maillard và Caramel hóa, quá trình này sẽ tạo ra nước, carbon dioxide, màu sắc, mùi thơm và hương vị đặc trưng của cà phê.

Đường đa – Polysaccharides

Đây là nhóm Carbohydrate không hòa tan, có khối lượng phân tử lớn HMW (high molecular weight) chiếm khoảng 45% khối lượng khô của cà phê

Các phần polysacarit này được phân bố trong các tổ chức của thành tế bào cà phê, khá dày đặc, bao gồm ba polyme chính: Mannans, Hemiaellulose và Cellulose Trong đó Galactomannans (gồm một xương sống mannose với các nhánh galactose bên cạnh) là đáng chú ý nhất. Với khoảng 19% khối lượng khô, Galactomannans là nhóm polysacarit có nhiều nhất trong hạt cà phê xanh. Chúng hoạt động như một nguồn dự trữ năng lượng của hạt trưởng thành, tương tự như vai trò của tinh bột trong nội nhũ của hạt ngũ cốc.

Khoảng 12-24% các polysacarit bị biến chất trong cà phê rang nhẹ, 35-40% khi rang đậm (dark roast). Điều này được giải thích bằng sự xuống cấp của chuỗi bên Arabinogalactan thành Arabinose, trong khi Cellulose và Mannans vẫn gần như nguyên vẹn. Hơn nữa các Polysacarit dường như không góp phần đặc biệt vào sự hình thành mùi thơm trong quá trình rang, nhưng đóng góp vào các đặc tính cảm quan khác (chẳng hạn như độ nhớt). Nhìn chung, vai trò của các chất không tan trong sự hình thành các thành phần cà phê rang được chưa được hiểu rõ bằng các thành phần có thể hòa tan trong nước.

Vai trò của Carbohydrate trong quá trình rang cà phê

Mặc dù chiếm phần lớn trong tổng số chất khô, đại bộ phận Carbohydrate trong cà phê không tham gia vào thành phần của một cốc cà phê mà chỉ cho màu Caramen, hương và vị đặc trưng (phần còn lại trong bã cà phê). Carbohydrate còn đóng vai trò quan trọng các phản ứng hóa học diễn ra xuyên suốt quá trình rang cà phê giúp đình hình hương vị. Có vô số phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử Carbohydrate trong cà phê với nhau và với các phân tử hữu cơ khác. Tuy nhiên, có hai nhóm phản ứng quan trọng là: Caramen hóa và Maillard (phản ứng giữa đường và Protein).

Nhìn chung. nhóm Monosacarit và Disaccharid rất dễ phản ứng với nhiệt độ. Chúng bị suy giảm đáng kể trong vòng vài phút sau khi rang. Mặt khác quá trình khử polyme của các polysacarit và sự tham gia của chúng vào sự hình thành hương vị lại phụ thuộc vào cấu trúc của chúng. Cấu trúc Arabinose phân nhánh trong Arabinogalactans dễ phân hủy trong khi cấu trúc Galactans ít biến đổi hơn và các cấu trúc cao phân tử như Cellulose và Mannan vẫn không thay đổi.

Phản ứng Maillard của Carbohydrate trong cà phê

“Maillard, cho đến nay là phản ứng hóa học ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới” Jean-Marie Lehn, Nhà hóa học đạt giải Nobel

Thực vậy Maillard là một phản ứng chủ chốt trong hầu hết các lĩnh vực thực phẩm chứ không riêng gì cà phê. Nói tóm gọn, phản ứng Maillard là một loạt nhiều phản ứng giữa đường (Carbohydrate ) và Protein được xúc tác bởi nhiệt  độ. Phản ứng Maillard góp phần tạo cho cà phê rang những hương vị phức tạp, mà chính xác hơn là cực kỳ phức tạp – từ rất nhiều những loại đường có mặt trong cà phê và nhiều hơn nữa những loại protein, thật khó có thể kể tên hết các chất phản ứng, và kết quả của các phản ứng Maillard trong cà phê.

Phản ứng Maillard
Các loại đường tham gia vào phản ứng Maillard trong quá trình rang cà phê

Phản ứng Caramen

Khi cà phê trải qua lần crack đầu tiên (tiếng nổ thứ 1), ở khoảng 171°C (340°F)  các phản ứng caramel hóa bắt đầu xảy ra. Trong khi phản ứng Maillard là giữa đường và axit amin, thì caramen hóa là phản ứng riêng đường khi bị khử nước. Những phân tử Carbohydrate lớn nhỏ sẽ bị phân hủy thành hàng trăm hợp chất nhỏ hơn, có những hợp chất cấu thành hương thơm, vị đắng, chua, ngọt. Điển hình là Sucrose với màu nâu đặc trưng và vị đắng, nếu rang tiếp tục, rang lâu hơn nữa mức độ Maillard cũng tăng lên kéo theo một số Oligosaccharides trong cà phê sẽ tham gia phản ứng. Chẳng hạn như sự phân hủy của Cellulose tạo thành Carbon Dioxide, hương thơm, màu nâu,..

Trong toàn bộ quá trình rang, nhiều loại đường – Carbohydrate trong cà phê sẽ bị phân hủy, đồng thời nhiều loại đường khác cũng được sinh ra, nên không hẵn là một ly cà phê hoàn toàn chát đắng mà vẫn có vị ngọt (Sweetness) mặc dù rất khó nắm bắt. Các đường đơn này dễ phân hủy hoặc kết hợp với hợp chất hữu cơ khác nên quá trình làm nguội sau khi rang cần phải làm nhanh để giữ lại độ ngọt đặc trưng của cà phê.


Tham khảo

  • Coffeechemistry.com – by Joseph A. Rivera served as the former Director of Science & Technology for the Specialty Coffee Association of America

NgTg.HaiVan

View posts by NgTg.HaiVan
"Không có con người cà phê chỉ là một cấu trúc mang tính lý thuyết - Thiếu đi cà phê con người cũng mất đi phần nào tính vẹn toàn" | Pour Your Heart Into It.

6 Comments

  1. […] hợp của nhân cà phê, chúng được cấu trúc từ cellulose và một vài loại carbohydrate khác. Các thành tế bào này đóng vai trò như một ‘bộ xương thực vật’, […]

    Trả lời
  2. […] nhiệt phân xảy ra ở khoảng 170°C (338°F). Nhiệt độ cao sẽ làm các mạch carbohydrate dài, phức tạp vỡ ra thành hàng trăm hợp chất mới, nhỏ hơn bổ sung một […]

    Trả lời
  3. […] nhiệt phân xảy ra ở khoảng 170°C (338°F). Nhiệt độ cao sẽ làm các mạch carbohydrate dài, phức tạp vỡ ra thành hàng trăm hợp chất mới, nhỏ hơn bổ sung một […]

    Trả lời
  4. Nguyễn Đức ToảnTháng Mười 11, 2019

    Rất hay. Cảm ơn

    Trả lời
    1. NgTg.HaiVanTháng Mười 12, 2019

      Cám ợn bạn , mong bạn luôn ủng hộ blog.!

      Trả lời
  5. […] nhiệt phân xảy ra ở khoảng 170°C (338°F). Nhiệt độ cao sẽ làm các mạch carbohydrate dài, phức tạp vỡ ra thành hàng trăm hợp chất mới, nhỏ hơn bổ sung một […]

    Trả lời

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Scroll to top