Cùng Ropresso tìm hiểu những vấn đề cơ bản về Chiết xuất cà phê

Chiết xuất được xem là khía cạnh quan trọng nhất và ít được hiểu biết nhất của việc pha chế cà phê. Nói một cách đơn giản tất cả những gì có trong cà phê, hòa tan vào nước được gọi là chiết xuất cà phê (coffee extraction). Mọi thứ liên quan đến cà phê đều hòa tan vào chiết xuất. Và nếu không có chiết xuất, bạn thậm chí không có được một tách cà phê. Khái niệm này tương đối dễ để tóm tắt, nhưng để hiểu và áp dụng thì khó hơn rất nhiều.

Coffee Extraction

Bài đăng này sẽ mất một số nỗ lực để hoàn toàn nắm bắt, bởi các khái niệm và tính toán có thể không phù hợp trong thế giới cảm quan của cà phê. Vì thế, các bạn có thể xem thêm Chiết xuất cà phê từ Under đến Over, để có thể thực sự cảm nhận được các khác biệt trong hương vị từ quá trình chiết xuất.

Lý thuyết cơ bản về chiết xuất cà phê

Quá trình chiết xuất cà phê là quá trình hòa tan các hương vị có trong cà phê vào nước bằng một phương pháp nào đó, Mỗi quá trình chiết xuất đòi hỏi sự tham gia của thứ nhất là cà phê, thứ hai là nước và được tác động bởi nhiệt độ trong một thời gian nhất định.

Ở cấp độ phân tử nước là môt dung môi tuyệt vời vì nó có sự sắp xếp phân cực, tức hai nguyên tử hydro với điện tích dương (+) ở một bên và một nguyên tử oxy có điện tích âm (-) ở bên kia. Điều này làm cho nước “siêu hấp dẫn” với nhiều loại phân tử. Thực tế là nó sẽ kéo các liên kết của các phân tử khác ra, khiến chúng tan vào trong nước. Nếu bạn làm nóng nước, tất cả các phân tử của nó sẽ bắt đầu di chuyển nhanh chóng, làm cho nó trở thành một dung môi hiệu quả hơn (theo Clive Coffee).

Do đó, khi bạn trộn cà phê vào nước nóng, nước sẽ hòa tan các hợp chất hương vị khác nhau trong cà phê. Nhưng những phân tử và hợp chất có trong cà phê là gì?

Các thành phần chính trong chiết xuất cà phê

Khi chiết xuất cà phê bằng nước nóng, chúng ta có thể thu được rất nhiều “thứ” cùng với nước (gọi chung là dung môi). Xét theo khối lượng phân tử, nghĩa là phân tử hương vị nào nhẹ hơn sẽ đi vào chiết xuất cà phê trước, tiếp đến các phân tử nặng hơn ta sẽ có lần lượt bốn nhóm chất sau:

Enzymatic hay Fruity Acids: Hương vị hoa quả, vị chua của axit trong cà phê, đây là những phân tử hương vị nhẹ nhất và được hòa tan sớm trong quá trình chiết xuất. Cần lưu ý: Caffeine được chiết xuất rất sớm, nên hầu như với mọi trường hợp tỷ lệ chiết xuất caffeine đều như nhau.
Maillards Compounds: Các thành phần do phản ứng Maillards (Phản ứng giữa Carbohydrat và Protein có trong hạt cà phê) sinh ra trong quá trình rang, phổ biến là hương vị hạt (Nutty), ngũ cốc nướng (Toasted grain), mạch nha (Malty) hay thịt xong khói (barbecued food), hay cả vị gỗ..
Browning Sugar/Caramels: Nhóm Đường và Caramel, đây là sản phẩm của quá trình phân hủy carbohydrat trong lúc rang. Được chiết xuất sau vị chua, và dễ cảm nhận qua các hương vị vanilla, chocolate, hoặc caramel..
Dry Disillates: (Không nên dịch là khô, hay chưng cất). Đây là sản phẩm của quá trình rang đậm (Dark roads) trong đó các phân tử Polyphenol liên kết chặt với Protein trong nước bọt của bạn khi uống, gây ra cảm giác khô, chát đắng. Đây là thành phần hương vị không mong muốn vì gây nên cảm giác cay, hăng của khói, tro rất khó chịu và kéo dài – May mắn là chúng sẽ được chiết xuất sau cùng.

Chiết xuất đúng cách sẽ cho cà phê một sự đang dạng trong hương vị – chứ không đơn thuần chát đắng

Nồng độ và Tỷ lệ chiết xuất

Như đã nhắc đến, chiết xuất cà phê là tất cả những gì có trong cà phê được hòa tan trong nước bởi vô số cách pha chế khác nhau. Và khi làm quen với chiết xuất cà phê bạn sẽ bắt gặp hai khái niệm mang tính chủ chốt là Strength (nồng độ) và Extraction yield (tỷ lệ chiết xuất)

Nồng độ chiết xuất (Strenght)

Strength – Nồng độ chiết xuất là tỉ lệ (%) tổng số chất hòa tan có trong ly cà phê của bạn (Total Dissolved Solids – TDS). Khi nói đến ‘Nồng độ chiết xuất’ nghĩa là ta đang nói về cường độ hương vị của cà phê, bạn sẽ thường xuyên sử dụng các từ như đậm, loãng, nặng hay nhẹ (rich, watery, heavy and light) để mô tả tính chất này.

%TDS = Khối lượng chất hòa tan (extraction mass) ÷ Tổng khối lượng chiết xuất (Brewed coffee mass)

Thông thường, một cốc cà phê Espresso có nồng độ trong khoảng 7 – 12%. Nghĩa là ly cà phê ấy có 93% đến 88% là nước, còn lại là các hợp chất hòa tan. Đối với các phương pháp pha chế thông thường như Pour Over tỷ lệ này chỉ trong khoảng 1 – 2%, có nghĩa là chúng chứa từ 98,2% đến 98,8% nước – Theo baristahustle.com

Chính vì một tách Espresso có thể mạnh hơn 10 lần so với cà phê drip truyền thống nên sẽ ảnh hưởng đáng kể đến khả năng nếm hương vị tự nhiên của cà phê (mặc dù cà phê chứa các hương vị giống nhau, song khẩu vị của bạn sẽ diễn giải chúng khác nhau ở các nồng độ khác nhau). Ở cường độ cao, bạn có thể nghĩ rằng cà phê rang quá sẫm – nhưng, sau khi pha loãng một cốc Espresso, bạn sẽ dễ dàng nếm được hương vị tạo ra bởi quá trình rang mà trước đó không rõ ràng.

Tỷ lệ chiết xuất (Extraction yield)

Tỉ lệ chiết xuất (extraction Yield hay Solubles yield) là tỉ lệ các chất trong cà phê bị nước hòa tan so với tổng khối lượng cà phê ban đầu.

Một ví dụ về tỷ lệ chiết xuất (Ey) và Nồng độ chiết xuất (TDS)

Nếu bạn đem 20g cà phê bột làm Espresso, được một cốc nặng 40 gam, và với dụng cụ đo nồng độ bạn thấy TDS = 10% (4 gam chất hòa tan trong cốc ấy), thì tỷ lệ chiết xuất (EY) của bạn là 4g/20g = 20% ; Trong khi đó nếu bạn dùng cà phê hòa tan thì (EY) hẳn là 99,99% luôn.

Tỷ lệ chiết xuất (lượng cafe được hòa tan/tổng khối lượng cafe) tối ưu: 18 -22% – Theo EE.Lockhart tại MIT – Coffee Brewing Institute (1950)

Tỷ lệ chiết xuất tối ưu trong khoảng 18% -22%

Nếu cốc cà phê của bạn có tỷ lệ chiết xuất dưới 18% (under extraction) nghĩa là chưa khai thác hết thành phần hương vị mong muốn. Tỷ lệ chiết xuất càng thấp là có càng nhiều các chất hòa tan ở giai đoạn sau không có cơ hội để được chiết xuất, kết quả là hương vị không cân bằng. Ngược lại, nếu tỷ lệ chiết xuất hơn 22% (over extraction) sẽ rất đậm và đắng, vì các chất vị không mong muốn và khó tan cũng đã đi vào cà phê.

Mối liên hệ giữa “Nồng độ” và “Tỷ lệ chiết xuất”

Không phải ngẫu nhiên mà ta có thể biết được tỷ lệ chiết xuất (Ey) hay nồng độ chiết xuất (TDS) trong một cốc Espresso là bao nhiêu, thông thường các Barista tạm tính các con số trên qua biểu đồ tỷ lệ pha chế Espresso Mặt khác, với một dụng cụ đo TDS (hay còn gọi là khúc xạ kế) để xác định nồng độ chất hòa tan có trong cà phê, sau đó tính ra tỷ lệ chiết xuất một cách chính xác hơn:

Với tỷ lệ cà phê/nước vượt quá phạm vi trên, không thể duy trì mức nồng độ chất hòa tan đủ thấp để tạo cảm giác dễ chịu khi loại bỏ tất cả các chất tạo hương mong muốn. Mặt khác, nếu tỷ lệ cà phê/nước giảm xuống dưới phạm vi này, thì không thể đạt được nồng độ chất hòa tan đủ cao để tạo cảm giác dễ chịu mà không loại bỏ các thành phần hương vị khiến đồ uống trở nên chát và đắng. Chính mối liên hệ khách quan giữa các yếu tố này đã đưa đến việc SCA thiết lập nên cơ sở cho “Tiêu chuẩn Cốc vàng” (Golden Cup Standard):

Để đạt được hương vị tối ưu, tổng nồng độ chất hòa tan cần cân bằng với tỷ lệ chất. Nói cách khác, cần phải khai thác từ 18-22% khối lượng cà phê để tạo nên một thức uống có tổng nồng độ chất ra hoà tan trong khoảng 1.15-1.35%. Để đạt được sự cân bằng tối ưu giữa %TDS và %Ey như vậy, các công thức pha chế phải nằm trong các phạm vi 50-70 gam cà phê cho mỗi lít nước.
Theo Golden Cup Standard – SCA
Ý nghĩa của tỷ lệ chiết xuất

Bạn đã bao giờ nghe nói một cốc cà phê quá nhạt, hay ai đó nói Espresso quá đậm? dựa vào đâu để kết luận rằng cà phê đậm, nhạt hay cân bằng? hàng ngày chúng ta vẫn luôn đưa ra kết luận về hương vị cà phê dựa trên điều này, nhưng thực sự rất ít đi sâu vào nguyên lý của nó.

Độ nhuyễn của cà phê là một trong các yếu tố chính ảnh hưởng đến tỷ lệ chiết xuất – Nguồn: Homegrounds.com

Nói tóm lại sau mớ lý thuyết về TDS, Exy.. Nếu ly cà phê có Extraction yield nằm trong khoảng 18 – 22% thì có khả năng là “chuẩn” và “ngon”. Nhưng không phải đúng với mọi trường hợp. Vì mặc dù extraction yield cao hay thấp được đánh giá dựa trên các hương vị được chiết ra (Arom and Flavor) chứ không hẳn là cứ áp công thức để tính dựa trên Strength.

Cụ thể hơn, với một số trường hợp, một ly cà phê “mạnh” (do TDS cao) lại có thể bị under-extract. Trường hợp điển hình là lấy quá nhiều cà phê sau đó chiết trong thời gian ngắn, lúc này ly cà phê có thể “mạnh” do nhiều chất dễ tan bị cuốn vào nước trong giai đoạn đầu, nhưng xét về thành phần các chất chiết được thì lại không đa dạng, vì đã để lại nhiều hợp chất trong giai đoạn sau của chiết xuất.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất cà phê

Tỷ lệ chiết xuất phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: nhiệt độ, thời gian pha chế và kích thước hạt xay và theo một cách phức tạp hơn, là phương pháp pha chế.

Độ xay & chiết xuất cà phê

Nếu cà phê xay mịn tổng bề mặt tiếp xúc lớn, nên khi gặp nước nóng các chất trong cà phê sẽ hòa tan nhanh hơn. Nhưng khi xay quá mịn, khoảng cách giữa hạt cà phê khít hơn nên nước thấm qua lâu hơn và cà phê sẽ bị đắng (over-extraction). Ngược lại, nếu xay thô, bề mặt tiếp xúc lớn, các hạt cà phê sẽ cần nhiều thời gian hơn để chiết xuất chất. Đó là lí do tại sao French Press cần thời gian ngâm 4 đến 5 phút vì cỡ xay rất lớn, trong khi đó các máy Espresso với độ xay mịn chỉ cần thời gian chiết xuất từ 20-30s. Tuy nhiên khi xay quá thô, nước càng thấm qua cà phê nhanh hơn, thời gian chiết xuất ngắn hơn sẽ làm cà phê loãng và chua hơn (under-extraction).

Cỡ hạt khi xay cà phê cho Espresso

Thêm vào đó, kích cỡ xay đồng nhất (Particle Size Distribution – PSD) cũng rất quan trọng, vì nếu xay ra nhiều cỡ khác nhau trong cùng 1 lần, các hạt sẽ được chiết xuất khác nhau do đó rất khó đạt được hương vị mong muốn.

Đây chỉ tóm tắt về độ xay của cà phê trong quá trình chiết xuất nói chung, đặc biệt đối với Espresso các bạn nên xem Yêu cầu kỹ thuật khi xay cà phê để được mô tả cụ thể hơn.

Nhiệt độ pha & chiết xuất cà phê

Nhiệt độ, hay chính xác là nhiệt độ nước có tác động rất quan trọng đến tỉ lệ các chất hòa tan trong chiết xuất. Theo Kingston, (2015) nhiệt độ pha chế nên từ 91-96oC. Nếu nhiệt độ thấp hơn 90oC, một số chất hòa tan cấu thành các hương vị không được chiết xuất, dẫn đến ly cà phê bị nhạt. Nếu nhiệt độ quá cao, một số chất không mong đợi như vị đắng sẽ được chiết xuất nhiều. Vì vậy, bằng cách điều chỉnh nhiệt độ ta có thể điều chỉnh hương vị chiết xuất cà phê, các bạn có thể xem thêm Nhiệt độ pha chế trong kỹ thuật Espresso để nắm rõ hơn.

Thời gian chiết xuất

Cuối cùng, thời gian chiết xuất sẽ ảnh hưởng nhiều đến hương vị cà phê (nhất là đối với Espresso). Thời gian chiết xuất ngắn, cà phê sẽ chua, vị trái cây và hương hoa quả rõ hơn (nếu có). Còn kéo dài cà phê sẽ bị đắng. Do đó, nếu muốn bớt đắng, thì rút ngắn thời gian chiết xuất lại. Tuy nhiên nếu quá ngắn sẽ dẫn đến vị chua gắt – Điều này sẽ được giải thích rõ hơn trong khoa học cảm quan về mùi hương cà phê.

Một số yếu tố liên quan khác

Nếu đối với Pour over (drip coffee) chúng ta được khuyến khích tỷ lệ 1:16 (theo SCA là 1:16 đến 1:18) nghĩa là 15 gram cà phê sẽ pha 240 gram nước. Thì trong trường hợp của Espresso, tỷ lệ pha lại phổ biến trong khoảng 1:1 đến 1:3. Tất nhiên, tỉ lệ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, mà chủ yếu là do mục đích chiết xuất của ban, ví như để hạn chế vị đắng, chúng ta thường sử dụng tỷ lệ 1:1 hay còn gọi là Ristretto để chỉ chiết ra các mùi hương hoa quả, hạt… mà để lại phần lớn nhóm vị hăng, cay, khói – Xem thêm các tỷ lệ pha Espresso để hiểu rõ hơn.

Loại nước: Thực ra đây không phải là một vấn đề nhỏ, vì nước chiếm từ 94 đến 98% chiết xuất cà phê, nên trong cả bài viết này chúng ta chỉ vừa đề cập đến phần “thiểu số” trong một cốc cà phê mà thôi. Liên quan đến vấn đề này ta còn phải cân nhắc các tiêu chí về độ pH, độ kiềm, độ cứng của nước… Vì vậy, các bạn có thể tham khảo thêm chất lượng nước pha cà phê theo tiêu chuẩn SCA, để hiệu quả tối đa cho việc chiết xuất cà phê.

Nguồn tham khảo:

www.baristahustle.com/ – Coffee Extraction and How to Taste It /
www.en.wikipedia.org/ – Coffee extraction
La Ni Kingston (2015) – How to Make Coffee – The Science Behind the Bean