Đối với nhiều nhà rang xay và người làm cà phê, màu sắc của hạt cà phê nhân từ lâu đã được xem như một dấu hiệu phản ánh chất lượng. Những hạt có màu xanh lam–xanh lục (blue-green) thường được đánh giá là tươi mới, trong khi các hạt ngả vàng hoặc nâu lại dễ gợi ý đến quá trình bảo quản hoặc chế biến chưa tối ưu.
Tuy nhiên, điều thú vị là hầu hết cà phê chế biến ướt (washed process) thường có màu xanh hơn so với cà phê chế biến tự nhiên (natural process). Đây chỉ đơn thuần là sự khác biệt về ngoại hình, hay phản ánh những biến đổi sinh học sâu bên trong hạt?
Một bài viết của Dr. Kôfē (Anja Rahn, Ph.D.) đã đưa ra một giả thuyết đáng chú ý nhằm giải thích hiện tượng này dưới góc nhìn sinh lý học hạt giống và hóa học oxy hóa–khử.
Hạt cà phê vẫn là một hạt giống còn sống
Điểm khởi đầu của giả thuyết nằm ở một thực tế thường bị bỏ qua: hạt cà phê nhân không phải là một vật liệu “chết”.
Sau khi thu hoạch và chế biến, hạt cà phê vẫn là một hạt giống còn sống, duy trì các hoạt động trao đổi chất ở mức rất thấp nhằm bảo toàn khả năng nảy mầm. Cho đến khi nảy mầm và bắt đầu tự tổng hợp hoặc hấp thu nguồn dinh dưỡng từ môi trường, hạt cà phê hoàn toàn phụ thuộc vào lượng chất dự trữ hữu hạn mà cây mẹ đã tích lũy sẵn trong hạt. Vì nguồn dinh dưỡng này phải đủ để duy trì sự sống của hạt cho đến khi nó phát triển thành một cây non có khả năng tự nuôi dưỡng, nên trước khi gặp điều kiện thích hợp để nảy mầm, hạt cần “tiết kiệm” nguồn dự trữ đó, tránh tiêu hao quá sớm.
Thực vật không cần dựa vào “ý chí” để làm điều này. Thay vào đó, chúng sử dụng một hormone gọi là acid abscisic (ABA) để ức chế quá trình nảy mầm, tức ngăn cản sự kích hoạt hoạt động trao đổi chất của hạt.
ABA được phát hiện ở nhiều mô khác nhau của quả cà phê, nhưng các nghiên cứu cho thấy hormone này chỉ được tổng hợp (biểu hiện gen) tại lớp vỏ quả (pericarp hoặc husk). Điều đó có nghĩa là sự hiện diện của ABA trong các mô khác, chẳng hạn như nội nhũ (endosperm) – phần mà chúng ta gọi là hạt cà phê nhân – phụ thuộc vào việc hormone này được vận chuyển từ lớp vỏ quả sang các mô lân cận.
Ở phương pháp chế biến khô (Natural Process), lớp vỏ quả vẫn được giữ nguyên trong suốt quá trình phơi. Khi quả duy trì độ ẩm ở mức vừa phải (khoảng 9–13% khối lượng ướt), hormone acid abscisic (ABA) tiếp tục được vận chuyển từ lớp vỏ vào hạt, giúp duy trì trạng thái ngủ (dormancy) và ức chế các hoạt động trao đổi chất liên quan đến sự nảy mầm. Nhờ đó, thành phần hóa học bên trong hạt tương đối ổn định và ít thay đổi trong suốt quá trình chế biến.
Việc duy trì trạng thái ngủ cũng giúp các cơ chế bảo vệ chống oxy hóa của hạt tiếp tục hoạt động, giữ môi trường nội bào ở trạng thái khử (reducing environment). Nếu các sắc tố trong hạt thực sự hoạt động như một chất chỉ thị oxy hóa–khử (redox indicator), chúng sẽ tồn tại chủ yếu ở dạng khử, tạo nên màu vàng–xanh đặc trưng của nhiều lô cà phê Natural.
Ngược lại, ở phương pháp chế biến ướt (Washed process), lớp vỏ và phần thịt quả được loại bỏ ngay sau thu hoạch, đồng nghĩa với việc nguồn cung cấp ABA cũng biến mất. Khi nguồn ABA không còn, hạt bắt đầu nhận tín hiệu chuẩn bị cho quá trình nảy mầm. Điều này làm gia tăng sự hình thành các Reactive Oxygen Species (ROS) – những phân tử đóng vai trò tín hiệu trong sinh lý thực vật và khiến môi trường bên trong hạt trở nên oxy hóa hơn.
Đây chính là phần thú vị nhất của giả thuyết.
Dr. Kôfē cho rằng các sắc tố tự nhiên trong hạt cà phê có thể hoạt động giống như một “chỉ thị oxy hóa–khử” (redox indicator). Nếu môi trường bên trong hạt ở trạng thái khử, hạt sẽ thiên về màu vàng-xanh. Ngược lại, khi môi trường chuyển sang trạng thái oxy hóa, màu sắc sẽ dịch chuyển sang xanh lam–xanh lục.
Nếu giả thuyết này đúng thì:
- môi trường khử (reducing environment) trong chế biến khô sẽ làm hạt có xu hướng mang màu vàng–xanh;
- môi trường oxy hóa (oxidizing environment) trong chế biến ướt sẽ khiến hạt chuyển sang màu xanh lam–xanh lục.
Nói cách khác, màu xanh đặc trưng của nhiều lô cà phê washed có thể phản ánh sự thay đổi trạng thái hóa học bên trong hạt chứ không chỉ là hiện tượng xảy ra trên bề mặt.
Khi nào hạt chuyển sang trạng thái oxy hóa
Tại đây, có hai vấn đề chúng ta cần hiểu rõ hơn: (1) trạng thái khử/oxi hóa của tế bào là gì? và (2) các phân tử ROS có ý nghĩa gì trong việc làm thay đổi màu sắc hạt?
Bây giờ chúng ta đã biết sau khi lớp vỏ quả bị loại bỏ trong Washed process, hạt mất nguồn hormone ABA và bắt đầu nhận các tín hiệu chuẩn bị cho quá trình nảy mầm. Theo Dr. Kôfē, một trong những thay đổi quan trọng nhất ở giai đoạn này là sự gia tăng của các gốc tự do và các phân tử chứa oxy có tính phản ứng cao (ROS).
Trong sinh lý học thực vật, oxy không chỉ là chất cần thiết cho hô hấp tế bào mà còn đóng vai trò khởi động quá trình nảy mầm. Khi đi vào tế bào, oxy được chuyển hóa thông qua nhiều con đường enzyme và phi enzyme để tạo thành ROS. Mặc dù ROS thường được biết đến như những tác nhân gây oxy hóa, ở nồng độ thích hợp chúng còn hoạt động như các phân tử tín hiệu, kích hoạt sự biểu hiện của nhiều gen và các quá trình trao đổi chất cần thiết cho sự phát triển của phôi.
Có thể hình dung oxy giống như một “người điều phối dự án”, còn ROS là những “tín hiệu khởi động” giúp điều phối hàng loạt hoạt động sinh học bên trong hạt. Như Finkelstein và cộng sự (2008) nhận định, quá trình nảy mầm là một sự kiện “tất cả hoặc không gì cả”. Một khi đã được kích hoạt, hạt sẽ tiếp tục phát triển thành cây non hoặc chết nếu không có đủ điều kiện để hoàn tất quá trình này.
Nói một cách đơn giản, khi lớp vỏ quả bị loại bỏ và hạt được ngâm nước, nguồn hormone ABA cũng biến mất. Điều này khiến hạt bắt đầu chuẩn bị cho quá trình nảy mầm và làm gia tăng ROS. Vì ROS là những tác nhân oxy hóa mạnh, chúng làm môi trường bên trong hạt chuyển sang trạng thái oxy hóa hơn. Nếu các sắc tố trong hạt thực sự nhạy cảm với trạng thái oxy hóa–khử, chúng sẽ chuyển từ màu vàng–xanh sang xanh lam–xanh lục.
Vì vậy, tùy thuộc vào mức độ kiểm soát trạng thái oxy hóa khử (cân bằng nội môi) bên trong hạt cà phê, một số hạt có thể không có khả năng chuyển sang màu xanh lam. Điều này cũng phù hợp với việc màu xanh lá cây là màu tiêu chuẩn thường thấy ở hạt cà phê sống. Tuy vậy, Theo Dr. Kôfē, màu sắc có thể phản ánh trạng thái sinh lý của hạt, nhưng chất lượng cuối cùng của cà phê vẫn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như giống, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến, tốc độ sấy, bảo quản và rang.
Đây vẫn chỉ là một giả thuyết
Điều đáng chú ý là chính tác giả cũng nhấn mạnh rằng đây chưa phải là một cơ chế đã được chứng minh bằng thực nghiệm trực tiếp.
Hiện vẫn chưa có nghiên cứu xác nhận:
- sắc tố nào thực sự chịu trách nhiệm tạo nên màu xanh của hạt;
- cơ chế oxy hóa–khử có phải là nguyên nhân trực tiếp gây ra sự thay đổi màu sắc;
- hay tất cả các giống cà phê đều tuân theo cơ chế này.
Do đó, chúng ta nên xem thôn tin trên đây như một mô hình giải thích dựa trên kiến thức về sinh lý hạt giống và hóa học oxy hóa–khử, mở ra một hướng nghiên cứu mới thay vì một kết luận khoa học cuối cùng.
Tóm lại, màu sắc của hạt cà phê nhân vốn được xem là một tiêu chí cảm quan đơn giản. Tuy nhiên, giả thuyết của Dr. Kôfē cho thấy đằng sau sắc xanh quen thuộc của cà phê chế biến ướt có thể là cả một chuỗi biến đổi sinh lý phức tạp, từ hormone thực vật, trạng thái ngủ của hạt, sự hình thành ROS cho đến các phản ứng oxy hóa–khử.
Dù còn cần thêm nhiều nghiên cứu để kiểm chứng, giả thuyết này mang đến một góc nhìn mới: màu sắc của hạt cà phê có thể không chỉ là một đặc điểm ngoại quan, mà còn là “dấu vết” của những quá trình sinh học vẫn âm thầm diễn ra bên trong hạt giống sau khi thu hoạch.
Nuồn tham khảo:
- The Colour Blue (Anja Rahn Ph.D.) www.curiousaboutcoffeescience.com/coffee-chemistry/green-coffee/the-colour-blue
Ghi chú:
1. Môi trường khử (Reducing Environment)
Môi trường khử là trạng thái mà các phản ứng cho electron chiếm ưu thế. Môi trường này giàu các chất khử như glutathione, ascorbate và các hợp chất chống oxy hóa, giúp duy trì cân bằng oxy hóa–khử bên trong tế bào. Ở trạng thái này, các phân tử dễ bị oxy hóa được bảo vệ khỏi sự biến đổi hóa học, nhờ đó cấu trúc của protein, lipid và sắc tố được duy trì tương đối ổn định.
Theo giả thuyết của Dr. Kôfē, hạt cà phê trong Natural Process có xu hướng duy trì trạng thái khử lâu hơn. Khi lớp vỏ quả vẫn còn nguyên, hormone ABA (abscisic acid) tiếp tục giữ hạt ở trạng thái ngủ (dormancy), hạn chế các tín hiệu khởi động quá trình nảy mầm. Điều này giúp môi trường nội bào duy trì cân bằng theo hướng khử.
Nếu giả thuyết này đúng, các sắc tố nhạy cảm với trạng thái oxy hóa–khử sẽ chủ yếu tồn tại ở dạng khử, khiến hạt cà phê có xu hướng mang màu vàng–xanh lục.
2. Môi trường oxy hóa (Oxidizing Environment)
Môi trường oxy hóa là trạng thái mà các phản ứng nhận electron trở nên ưu thế. Khi đó, các chất oxy hóa như oxy phân tử, hydrogen peroxide (H₂O₂) hoặc các phân tử và gốc tự do có tính phản ứng hóa học rất cao (Reactive Oxygen Species – ROS) có xu hướng lấy electron từ các phân tử khác, làm thay đổi trạng thái hóa học của chúng.
Theo giả thuyết của Dr. Kôfē, ở Washed Process, việc loại bỏ lớp vỏ và thịt quả làm mất nguồn hormone ABA, từ đó kích hoạt các tín hiệu chuẩn bị cho quá trình nảy mầm. Một trong những thay đổi sinh lý đi kèm là sự gia tăng ROS, khiến trạng thái oxy hóa–khử của môi trường nội bào dịch chuyển theo hướng oxy hóa hơn.
Tác giả cho rằng nếu các sắc tố trong hạt thực sự hoạt động như một chất chỉ thị oxy hóa–khử (redox indicator), sự thay đổi trạng thái này có thể làm chúng chuyển sang dạng oxy hóa, tạo nên màu xanh lam–xanh lục thường thấy ở nhiều lô cà phê chế biến ướt.
Lưu ý: Đây là mô hình giải thích được Dr. Kôfē đề xuất dựa trên kiến thức về sinh lý học hạt giống và hóa học oxy hóa–khử. Đến nay vẫn chưa có nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp xác nhận rằng sự thay đổi trạng thái redox chính là nguyên nhân tạo nên màu xanh của hạt cà phê.