Quá trình rang cà phê sạch, hạt cà phê trong sức nóng của máy rang hàng trăm phản ứng hóa học sẽ liên tục diễn ra một số hợp chất sẽ phân hủy, một số bị biến tính thành các hợp chất khác và vô số các hợp chất mới được hình thành. Tất cả các điều này cộng với một loạt các biến đổi về mặt vật lý sẽ hình thành trong nhân cà phê những hương vị độc nhất.
Một số biến đổi hóa học trong quá trình rang cà phê sạch
Các phản ứng hóa học chính xảy ra trong quá trình rang cà phê
Phản ứng Maillard
Maillard không chỉ là một, mà là một nhóm hàng loạt các phản ứng hóa học rất quan trọng để tạo ra hương vị đặc trưng và màu nâu của cà phê rang (và nhiều loại thực phẩm khác – bao gồm sô cô la, bánh mì…). CÁc phản ứng được đặt theo tên của Louis Camille Maillard, bác sĩ người Pháp lần đầu tiên mô tả chúng vào năm 1910.
Trong lò rang, quá trình này bắt đầu từ khoảng 140°C đến 160°C, khi nhiệt độ vượt ngưỡng 170°C, các phản ứng caramen hóa bắt đầu xảy ra và đốt cháy hết lượng đường còn lại.
Có vô số con đường để phản ứng Maillard xảy ra trong hạt cà phê, với (n) loại axit amin và (n) loại đường thì chúng ta sẽ có n2 các hợp chất hương vị khác nhau. Những sản phẩm quen thuộc nhất trong số này là hương vị rang, bánh mì nướng… Điều thú vị đối với phản ứng Maillard là tất cả các sản phẩm của nó lại có thể phản ứng lại với axit amin tự do khác để tạo thành một hợp chất màu nâu sẫm, có vị rang, mạch nha, đắng, khét… đóng vai trò trong việc hình thành và ổn định crema trong Espresso, mang đến cảm nhận đậm đà cho tách cà phê của bạn.
Phản ứng Caramel hóa
Phản ứng Caramel hóa sẽ xảy ra ở 170 độ C trở lên và dưới tác động của nhiệt độ cao thì các mạch Carbohydrate dài có cấu trúc phức tạp sẽ vỡ ra thành hàng trăm hợp chất mới bổ sung các vị như đắng, chua, mùi thơm… cho cà phê. Chuỗi phản ứng này sẽ diễn ra liên tục tới khi quá trình rang kết thúc và tạo nên mùi caramel trong cà phê.
Ngoài ra, ta cũng cần lưu ý rằng hàm lượng đường sucrose không chỉ cho vị ngọt, độ đậm đà của cà phê sau khi rang mà còn có tác động đến tính axit (độ chua), vì phản ứng caramel hóa của đường sucrose sẽ tạo ra axit axetic. Do vậy, chúng ta luôn khuyến khích người trồng cà phê thu hoạch quả đúng độ chín, với hàm lượng đường cao nhất có thể nhằm cung cấp nguồn nguyên liệu dồi dào cho nhóm phản ứng Maillard và Caramel.
Phản ứng caramel đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc và hương vị cà phê
Sự phân hủy của acid
Vị chua mang lại một trải nghiệm về sự phong phú, tinh tế và một cảm giác gì đó “thiên nhiên” cho cà phê thay vì đơn thuần là vị đắng đơn độc và nhàm chán. Phương pháp pha chế Cold Brew có thể làm giảm đi vị chua có trong cà phê nguyên chất nhưng phương pháp này gần như đã phủ nhận đi thành quả và bề dày nghiên cứu từ khoa học cho tới thực hành của ngành công nghiệp rang cà phê.
Như chúng ta đã biết thì vị chua có trong cà phê được hình thành bởi các hợp chất Acidity điển hình là Chlorogenic Axit có trong cà phê. Trong quá trình rang, nhiệt độ rang và thời gian sẽ phá vỡ Chlorogenic Axit, khi rang Light Roast thì lượng 50% lượng axit này sẽ mất đi và đến khi Dark Roast thì chỉ còn 20%. Lượng axit này thực chất không mất đi mà bị phản ứng hoá học của quá trình rang mà chuyển sang axit quinic (vị chua) Caffeic (vị đắng và đậm) cho cà phê
Sự hình thành các hợp chất
Các hợp chất dễ bay hơi
Vài phút sau khi quá trình rang bắt đầu, mùi hương cà phê mới chính thức hình thành – Sự gia tăng nhanh chóng của các hợp chất thơm dễ bay hơi xảy ra khi độ ẩm của cà phê giảm dưới 5%. Khi đó, các phản ứng Caramel hóa và Maillard, cũng như sự suy thoái và chuyển hóa của axit amin, đường, axit phenolic và lipid, sẽ cùng nhau góp phần vào sự phát triển của các hợp chất thơm, bao gồm:
+ Mùi của những loại trái cây có màu xanh: Aldehydes,
+Mùi caramel: Furans
+ Mùi của đất: Pyrazines
+ Mùi khói: Guaiacol
+ Mùi của cà phê rang: Các hợp chất chứa lưu huỳnh như 2-furfurylthiol
Khí CO2 là hợp chất dễ bay hơi nhưng không góp phần tạo nên mùi hương của cà phê. CO2 là khí nhưng lại là nguyên tố tạo nên độ đậm đà của cà phê (Body) và lớp Crema độc nhất của Espresso.
Hàm lượng hương liệu sẽ tỉ lệ nghịch với mức độ rang của cà phê tức là rang càng nhạt thì hàm lượng hương liệu sẽ càng nhiều. Mức độ rang Dark Roast sẽ làm giảm cấu trúc Xenlulozo nên khả năng giữ các chất thơm sẽ kém hơn rất nhiều so với Light Roast. Ngoài ra việc tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ loại bỏ các hương thơm tự nhiên của cà phê, lưu lượng hương thơm còn lại cũng không cảm nhận được vì bị lấn át bởi mùi khói, khét của hạt
Cà phê sẽ dần mất mùi thơm trong quá trình bảo quản và sử dụng
Các hợp chất không bay hơi
Các hợp chất không bay hơi sẽ trong trạng thái ổn định ở nhiệt độ phòng. Các hợp chất không bay hơi trong cà phê sẽ chia thành 2 loại: được hình thành trong quá trình rang và ổn định trong suốt quá trình rang. Các hợp chất bay hơi cấu thành nên mùi hương của cà phê còn các hợp chất không bay hơi sẽ cấu thành nên vị của cà phê. Một vài ví dụ về các hợp chất nổi bật tạo nên vị của cà phê:
+Caffeine: tạo nên vị đắng
+ Sucrose: vị ngọt
+ Lipid: độ đậm đà (body)
+ Các hợp chất Axit: vị chua
Caffeine là hợp chất không bay hơi và ổn định ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ rang nên việc rang đậm chỉ làm giảm khối lượng hạt cà phê do lượng nước có trong cà phê bị bay hơi nhưng không làm giảm lượng caffeine. Vị đắng của cà phê lên cao thực chất là tỉ lệ của Caffeine so với khối lượng của hạt tăng dần lên chính vì vậy cùng 1 một lượng hạt cà phê nhất định, mức độ rang càng đậm thì hàm lượng và độ cảm nhận caffeine càng rõ ràng
