Theo khoa học cảm quan cà phê, quá trình rang là một trong những yếu tố quan trọng nhất thuộc quyết định chất lượng và đặc tính hương vị của cà phê. Thông qua việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian, người rang có thể tạo ra những profile hương vị độc đáo, phù hợp với từng loại hạt và phương pháp pha chế. Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích khoa học cảm quan cà phê, đặc biệt là các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình rang và ảnh hưởng của chúng đến hương vị cuối cùng của cà phê.
I. Cơ sở khoa học của quá trình rang
- Khoa học cảm quan cà phê và phản ứng Maillard
Phản ứng Maillard là một trong những quá trình quan trọng nhất trong quá trình rang cà phê. Đây là phản ứng hóa học xảy ra giữa các amino acid (protein) và đường khử, tạo ra hàng trăm hợp chất hương vị khác nhau. Theo nghiên cứu của Illy và Viani (2005), phản ứng này bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ khoảng 150°C và đạt cường độ cao nhất trong khoảng 180-200°C.
Các hợp chất được tạo ra từ phản ứng Maillard bao gồm:
- Melanoidins: tạo ra màu nâu đặc trưng của hạt cà phê rang
- Pyrazines: mang đến hương vị rang xém, hạt rang
- Furans: đóng góp vào hương vị ngọt caramel
- Thiols: tạo ra hương vị nướng đặc trưng
- Caramel hóa trong khoa học cảm quan cà phê
Song song với phản ứng Maillard, quá trình caramel hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hương vị cà phê. Đây là quá trình phân hủy các phân tử đường dưới tác động của nhiệt độ cao, tạo ra các hợp chất mới có hương vị đặc trưng.
Nghiên cứu của Clarke và Macrae (1987) chỉ ra rằng:
- Quá trình caramel hóa bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 170°C
- Càng nhiều đường bị phân hủy, hương vị caramel càng đậm đà
- Mức độ caramel hóa ảnh hưởng trực tiếp đến độ ngọt và body của cà phê
II. Các giai đoạn phát triển hương vị chính
- First Crack
First crack là một giai đoạn quan trọng trong quá trình rang, đánh dấu sự bắt đầu của quá trình phát triển hương vị chính. Theo nghiên cứu của Schenker (2000), trong giai đoạn này:
- Nhiệt độ đạt khoảng 195-205°C (có thể lên tới 210°C với một số giống cà phê có độ ẩm cao)
- Hạt cà phê nở ra do áp suất bên trong tăng cao
- Phát ra âm thanh nổ lách tách đặc trưng
- Màu sắc chuyển từ vàng sang nâu nhạt
Những biến đổi hóa học quan trọng trong khoa học cảm quan cà phê:
- Phản ứng Maillard đạt đỉnh điểm
- Các acid chlorogenic bắt đầu phân hủy
- Hàm lượng caffeine giảm nhẹ
- Các hợp chất bay hơi bắt đầu được giải phóng
- Second Crack
Second crack xảy ra ở nhiệt độ cao hơn, khoảng 225-230°C, và đánh dấu giai đoạn rang sâu. Nghiên cứu của Buffo và Cardelli-Freire (2004) chỉ ra những đặc điểm sau:
- Dầu bắt đầu xuất hiện trên bề mặt hạt
- Cấu trúc tế bào của hạt bị phá vỡ nhiều hơn
- Hương vị rang xém và khói trở nên rõ rệt
- Độ acid giảm đáng kể
III. Ảnh hưởng của các yếu tố rang đến profile hương vị
- Nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ và mức độ của các phản ứng hóa học. Theo nghiên cứu của Yeretzian và cộng sự (2002):
- Nhiệt độ thấp (180-200°C): giữ được acid và hương vị trái cây
- Nhiệt độ trung bình (200-220°C): cân bằng giữa acid và ngọt
- Nhiệt độ cao (220-240°C): phát triển hương vị rang đậm và khói trong khoa học cảm quan cà phê
- Thời gian
Thời gian rang ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển và cân bằng của các hợp chất hương vị:
- Rang nhanh (8-12 phút): hương vị sáng và acid
- Rang trung bình (12-15 phút): hương vị cân bằng
- Rang chậm (15-20 phút): hương vị phức tạp, đậm đà
IV. Ứng dụng thực tế
- Nguyên tắc điều chỉnh quá trình rang theo khoa học cảm quan cà phê
Để tạo ra profile hương vị cà phê mong muốn, quá trình rang đòi hỏi sự tinh chỉnh cẩn thận và tuân thủ các nguyên tắc sau:
- Điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với từng giai đoạn: Nhiệt độ trong mỗi giai đoạn, từ drying (sấy khô), browning (hóa nâu) đến development (phát triển hương vị), cần được thiết lập chính xác để đảm bảo các phản ứng hóa học như Maillard và caramelization diễn ra tối ưu.
- Kiểm soát tốc độ tăng nhiệt: Tốc độ tăng nhiệt (rate of rise - RoR) ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển hương vị. Quá nhanh có thể làm cháy lớp ngoài mà không chín đều bên trong, trong khi quá chậm có thể làm mất độ tươi của hạt.
- RoR cao (>10°C/phút): Thích hợp với rang sáng, giữ được độ acid cao.
- RoR trung bình (7-10°C/phút): Cân bằng giữa body và acid.
- RoR thấp (<7°C/phút): Thích hợp với rang đậm, tạo hương vị đắng và caramel.
- Quan sát các dấu hiệu visual và âm thanh: Các tín hiệu như sự thay đổi màu sắc, sự xuất hiện của dầu bề mặt, và âm thanh “crack” đầu tiên hoặc thứ hai là những chỉ số quan trọng giúp người rang điều chỉnh quá trình kịp thời.
- Ghi chép và lặp lại quy trình chính xác: Lưu lại mọi thông số từ mỗi lần rang (nhiệt độ, thời gian, tốc độ quạt) để tạo sự nhất quán và điều chỉnh phù hợp với từng loại cà phê, đảm bảo chất lượng ổn định trong mọi mẻ rang.
Những nguyên tắc này không chỉ giúp tối ưu hóa hương vị cà phê mà còn là nền tảng để xây dựng kỹ năng và nâng cao chuyên môn của người rang.
- Mối quan hệ với phương pháp pha
Mức độ rang ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn phương pháp pha:
- Rang light-medium: phù hợp với pour over, drip
- Rang medium: đa năng, phù hợp nhiều phương pháp
- Rang dark: phù hợp với espresso, cold brew
Kết luận
Quá trình rang là một nghệ thuật đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về khoa học và kinh nghiệm thực tế. Việc nắm vững khoa học cảm quan cà phê, cùng với các nguyên lý phản ứng hóa học, sẽ giúp người rang tạo ra những profile cà phê độc đáo và chất lượng.
Xu hướng hiện nay trong ngành công nghiệp cà phê đang cho thấy sự chuyển dịch rõ rệt hướng tới phương pháp rang nhẹ nhàng hơn nhằm bảo toàn đặc tính tự nhiên của hạt, cùng với việc ứng dụng công nghệ tiên tiến để kiểm soát quá trình rang một cách chính xác (Cropster, Artisan,..). Điều này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới về mối quan hệ giữa các hợp chất hóa học và sự phát triển hương vị trong hạt cà phê.
*Bài viết có sự tham khảo từ các nguồn tài liệu*
1. Illy, A., & Viani, R. (2005). Espresso Coffee: The Science of Quality. Academic Press.
2. Schenker, S. (2000). Investigations on the hot air roasting of coffee beans. PhD Thesis, Swiss Federal Institute of Technology.
3. Clarke, R. J., & Macrae, R. (1987). Coffee Volume 2: Technology. Elsevier Applied Science.
4. Buffo, R. A., & Cardelli-Freire, C. (2004). Coffee flavour: an overview. Flavour and Fragrance Journal.
5. Yeretzian, C., et al. (2002). From the green bean to the cup of coffee: investigating coffee roasting by on-line monitoring of volatiles. European Food Research and Technology.