Tìm hiểu về cấu tạo và thành phần hóa học của hạt cà phê
Bài viết sau đây sẽ khái quát những khái niệm cơ bản và dễ hiểu nhất về cấu tạo cũng như thành phần hóa học của quả cà phê. Qua đó giúp ta hiểu và lựa chọn phương pháp chế biến, phương pháp rang hợp lý nhất.
1. CẤU TẠO GIẢI PHẪU QUẢ CÀ PHÊ.
Quả cà phê gồm những phần sau : Lớp vỏ quả, thịt quả, lớp nhầy , lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân quả. Có thể chia làm hai phần chính bao gồm:
Phần vỏ quả (Skin): Bao gồm Vỏ quả, Thịt quả.
Phần hạt (Seed): Bao gồm lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, và phần nhân hạt (chứa nội nhũ và phôi hạt).
1.1. PHẦN VỎ (SKIN) GỒM HAI LỚP.
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). Màu sắc của vỏ quả khi bắt đầu hình thành có màu xanh lá cây do sự hiện diện của lục lạp sau đó biến mất khi quả chín. Màu sắc khi trưởng thành còn phụ thuộc vào từng giống cà phê, nhưng phổ biến nhất là màu đỏ hoặc màu vàng. 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). Trong quả cà phê chưa chín, đây là các mô cứng gắn liền với vỏ quả, khi quả trưởng thành, 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 nên thường được gọi là chất nhầy (Mucilage). Trong phương pháp chế biến ướt, lớp chất nhầy này được loại bỏ thông qua quá trình lên men có kiểm soát. Trong khi đó, với kỹ thuật chế biến khô, chất nhầy cùng với vỏ ngoài được giữ nguyên trong quá trình sấy khô.
Đối với quả cà phê mới 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).
1.2. PHẦN HẠT (SEED), GỒM HAI LỚP VỎ + NHÂN.
Lớp vỏ trấu (Parchment): là lớp ngoài cùng của phần hạt, tiếp xúc trực tiếp với phần vỏ quả, Parchment 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 . Các tế bào cấu thành vỏ trấu sẽ cứng dần trong quá trình trưởng thành của quả cà phê, do đó hạn chế kích thước cuối cùng của hạt nhân cà phê, 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 (Wilbaux, 1961, as cited in Borém, 2008).
Lớp vỏ lụa (Silver skin): Vỏ lụa được hình thành từ nucellus 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. Ở một số vùng, và tùy thuộc vào giống cà phê lớp vỏ lụa có thể sẫm màu hơn.
1.2.1. NHÂN CÀ PHÊ.
Phần trong cùng và là quan trọng nhất của quả là nhân cà phê, chịu trách nhiệm tích lũy chất dinh dưỡng cho quá trình nẩy mầm của phôi. Một quả cà phê thông thường có 2 nhân (cá biệt có 1 hoặc 3 nhân). Thành phần hóa học của nhân là vô cùng quan trọng vì đây được xem là tiền thân của các hương vị và mùi thơm sau này trong cà phê rang. 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 Cacbohydrat (Mono-, di- và oligosacarit) một số protein các khoáng chất và axit carboxylic…
Trong khi đó các thành phần không hòa tan trong nước bao gồm cellulose, polysacarit, 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 đo 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 monosacarit 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).
2. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA HẠT CÀ PHÊ.
Nhóm chất cơ bản sau đây đều có mặt ở tất cả các giống loài cà phê, tuy nhiên tùy theo giống cà phê và phụ thuộc vào điều kiện canh tác mà các thành phần hóa học trong cà phê có thể thay đổi, ví dụ như cà phê Arabica có hàm lượng acid thấp hơn Robusta, hạt cà phê ở độ cao với thời gian sinh trưởng kéo dài hơn hạt cà phê được trồng ở vùng thấp hơn lại có sự tích lũy các chất tạo mùi khác nhau.
2.1. NHÓM CHẤT HỮU CƠ CÓ TRONG CÀ PHÊ.
A. NƯỚC.
Cà phê tươi có độ ẩm tuyệt đối, với hàm lượng nước cao thì các loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt đồng thời khi rang sẽ tốn nhiều nhiên liệu và thất thoát hương nhiều hơn. Vì vậy thông qua các phương pháp chế biến cà phê 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%.
B. CÁC LOẠI CACBOHYDRAT (GLUCID) TRONG CÀ PHÊ.
Chiếm ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần nước uống mà chỉ cho màu và vị caramen. Đường có trong cà phê do quá trình thủy phân dưới tác dụng của axit hữu cơ và các enzim thủy phân. Hàm lượng Saccharose có trong cà phê phụ thuộc vào độ chín của quả, quả càng chín thì hàm lượng càng cao. Saccharosa bị caramen hóa trong quá trình rang tạo thành hương vị cho nước cà phê .
C. THÀNH PHẦN PROTEIN TRONG CÀ PHÊ.
Hàm lượng protein không cao nhưng đóng vai trò quan trọng giúp hình thành hương vị của cà phê trong quá trình rang qua phản ứng Maillard với các loại đường có trong cà phê. Bằng các phương pháp định tính người ta nhận thấy trong thành phần protein có những axit amin chính như: cystein, alanie ,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.
D. 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 Acetic, axit Citric, axit Chlorogenic, axit Phosphoric.. 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.
E. LIPID TRONG CÀ PHÊ.
Hàm lượng lipid trong cà phê khác nhàu tùy thuộc vào giống loài. Arabica thường chứa nhiều lipit hơn so với người anh em Robusta, trung bình lần lượt là 15-17% và 10-11,5%. Với hạt cà phê thực tế, chỉ có một tỷ lệ nhỏ dầu thực sự tồn tại ở dạng sáp bao phủ hạt cà phê (7-8%), trong khi phần lớn được phân phối trong nội nhũ (chiếm khoảng 90% ).
Về chất lượng, Arabica chứa lipit nhiều hơn gần 60% so với Robusta – Có thể đóng vai trò quan trọng trong việc lưu giữ mùi hương.
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). Tuy nhiên, tùy theo phương pháp pha chế được sử dụng 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). Một lượng lớn hương vị cà phê được hòa tan bởi các axit béo đã giải thích tại sao cà phê được pha drip có cảm giác sạch, trơn miệng khi so sánh với cà phê được pha bằng phương pháp không lọc.
2.2. NHÓM CHẤT HƯƠNG, CHẤT KHOÁNG.
A. CÁC ALCALOID.
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 Caffein 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..
B. CHẤT THƠM.
Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt. Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và nhất là chủng loại cà phê. Sự tích lũy chất thơm trong hạt nói riêng và cấu trúc hương vị cà phê chịu ảnh hưởng rất lớn bởi độ cao, vì vậy các loại cà phê được trồng càng cao, thì phẩm chất hạt càng tốt hơn.
Mặt khác, phần lớn mùi hương cà phê mà ta nhận thấy được hình thành trong quá trình chế biến cà phê, đặc biệt trong quá trình rang. Các chất thơm phức tạp bao gồm nhiều phân tử cấu thành như: acid, aldehid, ceton, rượu , phynol, este… Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm nên cần đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh.
C. 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.
