Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.2. Ảnh hưởng nhiệt độ rang đến chất lượng cà phê
Chất lượng cà phê bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ cao, thổ nhưỡng, khí hậu hay quy trình chế biến, mức độ rang và phương pháp pha; trong đó rang đóng một vai trò quan trọng trong chất lượng đồ uống cà phê. Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành khảo sát nhiệt độ rang của cà phê nhân, kết quả thu được ở hình 3.1, hình 3.2 và bảng 3.2
Cà phê sống Rang 200oC Rang 220oC Rang 240oC
Hình 3. 1Cấu trúc hạt cà phê ở các mức độ rang
Hình 3. 2 Ảnh hạt cà phê rang ở ba khoảng nhiệt độ khác nhau
Từ kết quả hình 3.1 ta thấy cà phê nhân có thành tế bào dày và sự liên kết chặt chẽ giữa các tế bào nên hạt cà phê rất cứng. Khi gia nhiệt độ liên tục hạt cà phê làm cho thành tế bào nứt, đồng thời tạo ra nhiều hợp chất tạo hương vị cho sản phẩm. Khi rang ở nhiệt độ cao, áp suất hơi và áp suất CO2 bên trong hạt cà phê tăng lên tạo ra các "vết nứt" của hạt cà phê. Các mẫu cà phê rang ở 200oC cho hạt cà phê cứng, chưa bong vỏ lụa ít đắng, chát, có dư vị ngọt, cấu trúc bên trong chưa có vết nứt. Rang ở nhiệt độ này trong thời gian 50 và 60 phút thì hạt cà phê cứng, có vị chát hơn rang ở thời gian 70 phút. Trong khi đó, rang ở nhiệt độ 220oC cà phê có mùi
thơm, màu hạt bóng, nở đều, vị chua, đắng vừa, có vị ngọt hậu. Cấu trúc bên trong, có “vết nứt thứ nhất” tạo ra các lỗ rỗng và xuất hiện các giọt dầu xung quanh. Rang ở nhiệt độ này trong thời gian 50 phút, hạt cà phê có vị chua tự nhiên,vị ngọt hậu nhẹ. Còn rang ở nhiệt độ 60 phút cà phê dư vị ngọt và có vị chua tự nhiên .Còn rang ở nhiệt độ 70 phút cà phê đắng đậm. Các mẫu cà phê rang ở 240oC đều có mùi khét, đắng gắt, nhiều hạt cháy thành than, không đồng đều kích thước, vị cà phê không còn chua hay ngọt hậu. Cấu trúc bên trong có “vết nứt thứ 2” xuất hiện, phần bên trong bắt đầu tạo màu đen than hoặc cacbon hóa, vết nứt ở giữa rõ ràng và dài hơn, chất nhờn trên bề mặt tăng lên.
Màu cà phê bị biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian rang, khi rang ở nhiệt độ 154oC phản ứng Maillard giữa đường và amin bắt đầu xảy ra, tạo ra các sản phẩm melannoidin trong cà phê làm cho cà phê có màu sẫm hơn [12]. Mặt khác, khi tăng nhiệt độ rang lên cao sẽ xảy ra quá trình caramel hoá của đường, nếu kéo dài thời gian rang thì dẫn đến sự cháy của đường làm cà phê rang ở 240oC có màu đen. Cà phê rang cùng một nhiệt độ ở các mức thời gian khác nhau nhưng không có sự khác nhau về màu sắc của hạt. Theo Vasconcelos (2007) cho thấy rằng màu sắc hạt cà phê ở mức độ rang nhẹ (30 phút ở 200oC) không có sự khác nhau so với ở mức độ rang 200oC trong 2 giờ, nhưng về chất lượng thì cà phê rang ở mức độ rang nhẹ tốt hơn. Hơn nữa, cà phê rang trong cùng một khoảng thời gian ở nhiệt độ khác nhau thì màu sắc sẽ khác nhau, ở nhiệt độ rang 200oC hạt cà phê có màu nhạt hơn khi rang ở 200oC và 240oC và hạt cà phê có màu đậm nhất ở 240oC. Nghiên cứu của Franca và cộng sự (2006) cũng cho kết quả khi rang ở cùng điều kiện thì màu sắc hạt có sự khác nhau, ở nhiệt độ cao thì hạt có màu đậm hơn [9].
Nhiệt độ, thời gian, kích thước, hình thái hạt, hàm lượng nước và các yếu tố khác ảnh hưởng đến cấu trúc bên trong của hạt cà phê [12]. Hạt cà phê nhân có thành tế bào dày, có sự liên kết chặt chẽ giữa các tế bào nên hạt cà phê thường rất cứng, và chúng có thể được coi là tập hợp các đơn vị phản ứng siêu nhỏ giúp tạo ra quá trình tích tụ áp suất trong khi rang [8]. Khi tăng nhiệt độ các chất dễ bay hơi sẽ được tạo ra trong quá trình rang [8] và CO2 tích tụ trong các khoang bên trong của
hạt cà phê làm cho áp suất của hạt tăng lên, “vết nứt đầu tiên” đã xuất hiện. Các “lỗ thổi” được tạo ra tại thời điểm này trở thành nơi thoát ra của các hợp chất hương vị bên trong hạt cà phê. Khi rang ở nhiệt độ 240oC, CO2 tiếp tục tích tụ tăng dần, khi đạt đến áp suất nhất định, vết nứt thứ 2 xuất hiện phần bên trong hạt bắt đầu tạo thành than và cacbon hoá làm hạt có màu đen.
Bảng 3. 2Hàm lượng cafein, acid chlorogenic, n-methylpyridin và axit axetic sau khi rang
Nhiệt độ rang (oC)
Hàm lượng (mg/10mg)
Cafein Axit Chlorogenic n-methylpyridin Axit axetic
0 0,277a 18,3a 0,00a 0,025a
200 0,260ab 16,17b 0,00a 0,037b
220 0,251b 15,73c 0,037b 0,044c
240 0,254c 14,37d 0,088c 0,096d
Cafein, acid chlorogenic, n-methylpyridine và axit axetic là bốn hợp chất chính có trong hạt cà phê rang [12]. Chính vì vậy trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành phân tích bốn hợp chất này bằng phương pháp HPLC và kết quả thu được ở Bảng 3.1. Trong hạt cà phê nhân chứa cả ba hợp chất cafein, axit Chlorogenic và axit axetic với hàm lượng lần lượt là 0,277mg, 18,3mg và 0,025mg. Kết quả này cũng tương tự như nhiều công trình trước đó của các nhóm nghiên cứu Hashim (1995) [11], Farah (2006) [9], KuMadihah (2012) và Hu (2020) [12]. Trong khi đó, hàm lượng axit chlorogenic có trong hạt cà phê nhân là cao nhất (18,3 mg) và khi tăng nhiệt độ thì hàm lượng này giảm dần. Theo Hu (2020) axit chlorogenic bị thuỷ phân khi tăng nhiệt độ rang, nhưng quá trình thuỷ phân của nó diễn ra chậm hơn quá trình thuỷ phân đường và nó giảm đáng kể khi mức độ rang vừa lên rang đậm màu [12]. Khi rang cà phê, axit chlorogenic chuyển hoá thành các lacton axit chlorogenic, đối với hạt cà phê Robusta rang ở mức độ nhẹ giảm khoảng 14%, còn rang ở mức độ đậm màu hạt thì thất thoát khoảng 30% hợp chất này [12]. Hàm lượng cafein tỷ lệ nghịch với nhiệt độ rang, khi nhiệt độ rang càng cao thì hàm lượng cafein càng giảm, kết quả này cũng tương đồng với kết quả nghiên cứu của
Hu và cộng sự (2020) [12]. Hợp chất n-methylpyridin không có ở hạt cà phê nhân, khi rang ở nhiệt độ 220oC thì chúng mới bắt đầu trích luỹ và đạt hàm lượng cao nhất ở nhiệt độ rang 240oC là 0,088 mg. Một nghiên cứu trước đây cũng cho thấy rằng n- methylpyridin bắt đầu xuất hiện khi rang ở mức độ vừa và tăng lên cao nhất khi hạt rang ở mức độ rang đậm [12]. Bên cạnh đó, axit axetic tăng lên trong nhiệt độ này và chúng tăng đáng kể ở mẫu rang 240oC, điều này đã được chứng minh trước đó [12].
Từ những kết quả phân tích trên, hạt cà phê rang ở nhiệt độ 220oC trong 60 phút được đánh giá tốt nhất về mặc cảm quan và chứa hàm lượng những hoạt chất cần thiết có trong cà phê rang nên chúng tôi chọn điều kiện rang này cho các nghiên cứu tiếp theo.