NHỮNG KIẾN THỨC XOAY QUANH CẤU TẠO VÀ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC QUẢ CÀ PHÊ

Trong tự nhiên, cà phê cũng được xem là một loại quả mọng, có màu sắc khi chín giống như anh đào, khi nếm có vị ngọt. Tuy nhiên, trải qua một quá trình lịch sử lâu dài, người ta đã khám phá được những yếu tố làm nên hương vị ẩn chứa đằng sau lớp vỏ chín mọng ấy. Những kiến thức xoay quanh cấu tạo và thành phần hoá học của quả cà phê dưới đây sẽ giúp bạn phần nào hiểu hơn về loại quả này.

1. Phần vỏ (Skin)

Phần vỏ của quả cà phê khi tách ra được phân thành 2 lớp, đó là lớp vỏ quả và lớp vỏ thịt.

Lớp vỏ quả (Outer Skin)

Vỏ quả được hình thành bởi một lớp tế bào nhu mô nhỏ (các tế bào sơ cấp có chứa lục lạp và có khả năng hấp thụ nước). Khi bắt đầu hình thành, vỏ quả có màu xanh, và sẽ chuyển thành màu đỏ khi chín. Trên thực tế, mỗi loại giống cà phê khi chín sẽ cho ra màu vỏ quả khác nhau, có thể là đỏ tươi, đỏ cherry, màu vàng, nhưng phổ biến nhất vẫn là màu đỏ. Màu da đỏ (Cà phê Typica) đến từ các sắc tố anthocyanin, trong khi màu vàng được quy cho luteolin (cà phê Bourbon).

Lớp vỏ thịt (Pulp or Mucilage)

Khi quả cà phê bước vào giai đoạn chín mọng, các enzyme pectolytic sẽ phá vỡ các chuỗi pectic tạo thành các hợp chất đường và pectin (Borem, 2008) làm nên một cấu trúc mềm, mọng nước có độ nhớt cao là lớp vỏ thịt hay còn thường được gọi là chất nhầy (Mucilage). 

Đối với quả cà phê mới thu hoạch, độ ẩm trung bình của chất nhầy trong khoảng 85%. Ngoài nước, chất nhầy rất giàu fructose (27% trên khối lượng khô), glucose (21%), sucrose (9%) và axit hữu cơ (7,3%), trong đó axit malic, axit quinic và axit gluconic là phong phú nhất (SCA, 2017).

2. Phần hạt (Seed)

Khi loại bỏ hết phần vỏ quả và phần chất nhầy (vỏ thịt) chúng ta sẽ thu được phần nhân bên trong của cà phê. Bao phủ bên ngoài phần nhân xanh gồm 2 lớp: vỏ trấu và vỏ lụa.

Lớp vỏ trấu (Parchment)

Vỏ trấu là lớp ngoài cùng của phần hạt, nhám và tiếp xúc trực tiếp với thịt quả. Nó được hình thành từ ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng (tế bào sợi đóng vai trò chính trong thực vật) nên còn được gọi là vỏ trấu.

Trong quá trình trưởng thành của quả cà phê, các tế bào cấu thành vỏ trấu sẽ cứng dần. Trong cà phê Arabica, trọng lượng trung bình của vỏ trấu với độ ẩm khoảng 11% nằm trong khoảng 3,8% tổng trọng lượng quả cà phê.

Lớp vỏ lụa (Silver skin)

Vỏ lụa được hình thành từ nucleolus có màu trắng bạc sau khi phơi khô, nên còn được gọi là vỏ bạc. Lớp vỏ này rất mỏng và có thể được bóc ra khỏi nhân trong quá trình đánh bóng hạt. Tuy nhiên, một số nhà chế biến cà phê thường để lại vỏ lụa trên hạt cà phê như một lớp bảo vệ tự nhiên. 

3. Nhân cà phê

Nằm phía sau 4 lớp vỏ chính là phần nhân của quả cà phê. Bộ phận này chịu trách nhiệm tích lũy chất dinh dưỡng cho quá trình nảy mầm của phôi. Thông thường, một quả cà phê sẽ có 2 nhân nằm đối xứng với nhau, các dạng đột biến cà phê sẽ có 3 nhân hoặc 1 nhân tròn (culi). 

Những thành phần hoá học có trong nhân cà phê sẽ là yếu tố nền tảng để quyết định hương vị cà phê sau khi trải qua quá trình rang dưới tác động nhiệt. Các hợp chất hóa học được tìm thấy trong nội nhũ có thể kể đến bao gồm:

Các hợp chất tan trong nước như caffeine, trigonelline, axit nicotinic (niacin), ít nhất 18 đồng phần axit chlorogenic, các thành phần Carbohydrate (Mono-, di- và oligosaccarit) một số protein các khoáng chất và axit cacboxylic…

Trong khi đó các thành phần không hòa tan trong nước bao gồm cellulose, polisaccarit, lignin và hemiaullulose, cũng như một số protein, khoáng chất và lipid.

Trong lớp nhân cà phê sẽ là phôi (tức Embryo hay còn gọi là nội nhũ) bao gồm một trục phôi (hypocotyl) và hai lá mầm dài từ 3-4 mm (Wintgens, 2009). khi hạt bắt đầu nảy mầm trục phôi sẽ kéo dài và đẩy hạt lên trên mặt đất. Các lá mầm ban đầu ở dưới lòng đất ngay sau đó các lá mầm mới sẽ hình thành.

So với phần thịt quả, nội nhũ có hàm ẩm khoảng 51% với lượng sucrose cao (8% trên khối lượng khô) và nồng độ monosaccarit thấp, trong khi các axit hữu cơ phổ biến nhất (2,4%) là axit citric, axit malic và axit quinic. Ngoài ra, nồng độ trigonelline (1,0%) và caffeine (0,9%) trong nội nhũ cao hơn trong chất nhầy, trong khi nồng độ axit axetic thấp hơn (SCA, 2017).

4. Thành phần hoá học của hạt cà phê

Tùy theo giống cà phê và phụ thuộc vào điều kiện canh tác mà những thành phần hoá học có sẽ bị thay đổi. Nhìn chung, cà phê chứa những nhóm chất hữu cơ và nhóm chất khoáng-hương:

Nhóm chất hữu cơ

• Nước

Nước là một trong những thành phần không thể thiếu của quả cà phê tươi. Tuy nhiên, chính thành phần này sẽ tạo điều kiện cho các loại nấm mốc phát triển và làm làm thất thoát hương liệu trong quá trình rang. Vì vậy, thông qua các phương pháp sơ chế, hàm lượng nước giảm xuống 10 -12% cà phê sẽ được bảo quản lâu hơn. Hàm lượng nước sau khi rang còn khoảng 2 -3%.

• Các loại Carbohydrate (Glucid) 

Chiếm ½ tổng số chất khô, đây là thành phần khiến cho cà phê khi pha chế có màu và vị caramel. Đường có trong cà phê do quá trình thủy phân dưới tác dụng của axit hữu cơ và các enzim thủy phân. Saccharose bị caramel hóa trong quá trình rang tạo thành hương vị cho nước cà phê.

• Protein trong cà phê

Tuy hàm lượng Protein không cao nhưng đóng vai trò giúp hình thành hương vị của cà phê trong quá trình rang. Protein sẽ tác động với các loại đường trong cà phê thông qua phản ứng Maillard. Trong thành phần của Protein có những axit amin chính như: cysteine, alanine ,phenylalanine, histidine, leucine, lysine, derine..

Các axit amin này ít thấy ở dạng tự do, chúng được giải phóng ra và tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. Trong các chất axit amin kể trên đáng chú ý nhất là những axit amin có chứa lưu huỳnh như cystein , methionine và proline… chúng góp phần tạo hương đặc trưng của cà phê sau khi rang. Đặc biệt , methionine và proline có tác dụng làm giảm oxy hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản.

• Các axit hữu cơ

Thành phần axit trong cà phê bao gồm một tập hợp khoảng hơn 30 loại axit hữu khác nhau, với một số loại axit quan trọng như: Axit Axetic, axit Citric, axit Chlorogenic, axit Photphoric… Các axit hữu cơ này góp phần tạo nên đặc tính Acidity (độ chua) của cà phê. Thành phần, và hàm lượng axit trong cà phê phụ thuộc vào giống cà phê đồng thời thay đổi liên tục trong quá trình chế biến, mà phần lớn là trong quá trình lên men, và rang cà phê. một số loại axit sẽ mất đi đáng kể, một số loại khác lại được sinh ra.

• Lipid 

Lipid hay gọi đơn giản chất béo, đóng một vai trò quan trọng trong chất lượng tách cà phê bạn, chủ yếu bao gồm triacylglycerol, sterol và tocopherols (vitamin E). Về chất lượng, Arabica chứa lipid nhiều hơn gần 60% so với Robusta – Có thể đóng vai trò quan trọng trong việc lưu giữ mùi hương.

Tùy theo phương pháp pha chế mà hàm lượng lipid thu được trong cốc sẽ khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phương pháp pha cà phê lọc (drip coffee với giấy lọc) chỉ giữ lại 7 miligam lipit, trong khi các quá trình đun sôi hoặc Espresso có thể giữ lại từ 60 đến 160 miligam lipid trong mỗi cốc (150 ml). 

Nhóm chất hương-chất khoáng

• Các Alkaloid

Trong cà phê có các nhiều Alcaloid như: caffeine, trigonulin ,colin .Trong đó quan trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là Caffeine và Trigonelline.

Caffeine (CTHH: C8H10N4O2 ) còn được gọi là trimethylxanthine, trong quả cà phê Caffeine chỉ đóng góp khoảng 10% vào vị đắng (bitterness) của cà phê, phần nhiều còn lại là do Trigonelline gây ra.

Trong quả cà phê, Caffeine có vai trò là một chất chống côn trùng, Hàm lượng Caffeine trung bình trong Cà phê Robusta cao hơn so với cà phê Arabica nên khả năng chống chịu sâu bệnh cũng tốt hơn.Mặc dù được nhiều nghiên cứu công nhận là lành tính, và không tác động xấu đến sức khỏe. Song liều lượng sử dụng Caffeine cũng khác nhau với mỗi người tùy thuộc vào cơ địa, mức độ mẫn cảm..

• Chất thơm

Chất thơm được hình thành và tích luỹ trong hạt với một lượng nhỏ. Sự hình thành chất này phụ thuộc vào yếu tố khí hậu, đất đai và chủng loại cà phê. Vì vậy, các loại cà phê trồng càng cao, phẩm chất hạt càng tốt.

Mặt khác, sự bung tỏa hương thơm mà chúng ta thường ngửi được còn phụ thuộc vào quá trình rang cà phê. Theo đó, các hợp chất phức tạp bao gồm nhiều phân tử cấu tạo thành như: acid, aldehyd, ceton, rượu , phenol, este… Tuy nhiên, mùi hương của cà phê rất dễ bị bay hơi, biến đổi, mất mùi nếu đựng trong bao bì kín khí. 

• Chất khoáng

Chỉ từ khoảng 3-5% chủ yếu là Kali, Nito , Magie , Photpho, Clo. Ngoài ra còn có các chất nhôm, sắt, đồng, lưu huỳnh…Những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi hương cà phê. Chất lượng cà phê càng cao thì khoáng chất càng thấp và ngược lại.

Nhìn chung, cấu tạo và thành phần hoá học của cà phê sẽ biến đổi trong quá trình sơ chế, rang xay. Chính vì vậy, sau khi thu hoạch, cà phê cần phải trải qua những quá trình chế biến nghiêm ngặt bởi những “người thợ” lành nghề, để làm sao phát huy tối đa phẩm chất và hương vị của từng loại cà phê.

***Nguồn tham khảo: 

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

The Coffee Roaster’s Companion – Scott Rao – 2014

Tham khảo thêm: https://shincaphe.com/kham-pha-cac-dong-hat-ca-phe-arabica-chat-luong-o-viet-nam/