Trong khi xay cà phê vốn là bước ngoặt của hầu hết mọi quá trình chiết xuất, thì ngày nay các máy xay được tự động hóa đến mức nó làm chúng ta quên đi việc cà phê liệu đã được xay phù hợp; Một mặt xay cà phê chỉ là một công đoạn trước khi pha, một mặt nó quyết định cách mà các hương vị được trích xuất ra khỏi hạt cà phê. Nhưng do cấu trúc đặc thù của hạt cà phê, việc xác định các vấn đề liên quan đến quá trình xay [độ đồng nhất, kích thước hạt, động lực học,..] trở nên phức tạp quá mức cần thiết. Một số sẽ nhìn nhận đơn giản ở mức chỉ cần phù hợp cho pha chế, số khác sẽ đặt những kỳ vọng nhất định trong việc nghiên cứu sâu hơn quá trình này.
Vì xao phải xay cà phê?
Nếu một hạt cà phê rang được đặt trong nước, đủ nóng và khuấy đủ lâu, thì cuối cùng các nguyên liệu tạo nên hương vị sẽ được chiết xuất từ hạt. Rõ ràng, nếu thực hiện chiết xuất cà phê theo cách đó sẽ đòi hỏi quá nhiều thời gian. Tuy nhiên, nếu ta cắt đôi hạt cà phê trước khi pha, nước sẽ tiếp xúc với hai bề mặt mới của hạt. Nếu những mảnh này lại bị cắt làm đôi, bốn bề mặt mới sẽ được tạo ra. Bằng cách tiếp tục phân chia một hạt cà phê như thế, từ nguyên hạt đến xay mịn [tức khoảng 0.38mm], ta sẽ có hơn 20.000 mảnh vụn và tăng 128 lần diện tích bề mặt trên một đơn vị so với hạt cà phê ban đầu.
Đó là lý do tại sao cà phê cần được xay thành những hạt tương đối thô [coarse] và những hạt rất mịn [Fines] trước khi được sử dụng, nó giúp cho việc chiết xuất cà phê từ chúng trở nên dễ dàng hơn. Nói tóm lại, kích thước hạt càng nhỏ, lượng chất hòa tan sẽ được chiết xuất khỏi hạt càng cao.
| Mô tả | Kích thước hạt [mm] | Số hạt/gram | Tỷ lệ phân chia | Diện tích tiếp xúc [cm2/gram] |
| Whole bean | 6.00 | 6 | – | 8 |
| Cracked bean | 3.00 | 48 | 1 | 16 |
| Coarse bean | 1.50 | 348 | 8 | 32 |
| Regular grind | 1.00 | 1296 | 22 | 48 |
| Drip grind | 0.75 | 3.072 | 42 | 64 |
| Fine grind | 0.38 | 24.572 | 512 | 128 |
| Espresso grind | 0.20 | 491.400 | 11.115 | 240 |
Cụ thể hơn, việc phân tách hạt cà phê giúp tăng diện tích tiếp xúc lên rất nhiều, cho phép giải phóng khí CO2 và hấp thụ nước nóng. Đồng thời, nó rút ngắn khoảng cách từ tâm của mỗi hạt đến bề mặt, do đó làm giảm đáng kể khoảng cách [và thời gian] các nguyên liệu hương liệu cà phê di chuyển ra ngoài để hòa tan vào chiết xuất cà phê. Diện tích tiếp xúc nhiều hơn cũng làm tăng lượng chất béo, dầu và các hạt siêu mịn giúp tạo thành hệ keo trong chiết xuất cà phê – hoặc crema, rong trường hợp của Espresso nói riêng. Toàn bộ lợi ích từ phân tách hạt này này gói gọn trong một công đoạn xay [grinding].
Grinding – Xay, có thể được gọi theo nhiều cách khác nhau bao gồm nghiền, chà xát, cắt, xé,.. [crushing, rubbing, grating, cutting, tearing, milling,..] và dù trong bất kỳ cách gọi nào của việc làm giảm dần kích thước các hạt cà phê. Thì cũng không có quá trình nào sẽ tạo ra sự đồng nhất hoàn toàn về kích thước của các hạt được tạo ra. Do đó, vấn đề lớn nhất trong quá trình nghiền/xay là tạo ra sự phân bố kích thước hạt đồng đều trong một phạm vi nhất định.
Cỡ hạt và độ đồng nhất
Một hạt cà phê sau khi rang & xay, có thể được mô tả gần đúng theo một kích thước [x], tương tự như với sàng phân loại cà phê hạt – chỉ có điều nó không phải là con số nhất định. Vì trong quá trình xay hạt cà phê luôn tạo ra rất nhiều mảnh vỡ có kích cỡ và hình dạng khác nhau. Sự sai khác về kích thước quanh một phạm vi nhất định [x] được gọi là phân bố kích thước hạt [Particle Size Distribution – gọi tắt là PSD]. Do vậy, ngành công nghiệp cà phê thường chỉ định kích cỡ hạt là x10, x50 và x90, tương ứng 10%, 50% và 90% của tất cả các hạt đồng kích cỡ sẽ được tìm thấy trong một mẻ xay. Trong đó, x50 được gọi là kích thước hạt trung bình.
Nếu mục tiêu chính của pha cà phê là để đạt được một cốc chất lượng cao, thì vấn đề lớn nhất ta cần quan tâm là đảm bảo sao cho PSD đồng nhất. Để làm điều này, mỗi hạt sau khi xay nên có cùng tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích, nghĩa là chúng phải có cùng kích thước. Bởi vì các mảnh lớn hơn sẽ giải phóng ít chất hòa tan hơn các mảnh nhỏ hơn, đồng thời các mảnh có hình dạng khác nhau sẽ tương tác với các phân tử nước khác nhau, khiến mỗi đơn vị giải phóng một lượng chất hòa tan không nhất quán trong quá trình chiết xuất.
Khi đặt ra một tỷ lệ nhất định cho độ đồng nhất của kích thước hạt [%PSD], đồng nghĩa rằng chúng ta hầu như không thể đảm bảo hạt cà phê được phân chia đồng đều như nhau với mọi mảnh vỡ. Một số sẽ rất to, số khác lại vô cùng nhỏ. Tất nhiên, nhỏ hơn & nhiều hơn có vẻ tốt hơn. Bởi vì quá trình trích xuất diễn ra nhanh hơn với các hạt mịn [ta có thể dễ dàng lạm dụng tính chất này]. Song, trên thực tế xay cà phê mịn hơn có thể thúc đẩy chiết xuất nhanh hơn, nhưng không đảm bảo việc pha cà phê nhanh hơn. Điều này là do kích thước xay có thể ảnh hưởng mạnh đến tốc độ dòng chảy, tương tự việc nước dễ dàng đi qua một lớp đá hơn một lớp cát.
Hạt fine; Rủi ro & lợi ích
Nếu các hạt “siêu nhỏ” quá nhiều sẽ kéo theo hai rủi ro liên quan: Thứ nhất, chúng có thể làm tắc nghẽn kẽ hỡ giữa các hạt lớn hơn, làm tăng đáng kể thời gian thẩm thấu của nước hoặc thậm chí làm ứ đọng quá trình chiết xuất. Thứ hai, các hạt siêu nhỏ này có thể đi qua bộ lọc để theo chiết xuất và tạo nên lớp tạo trầm tích trong cốc đồng thời ảnh hưởng đến cảm nhận vị giác. Các hạt như vậy được gọi là Fine – và là một trong những vấn đề chính khi xay cà phê cho Espresso.
Mặc dù không có một quy chuẩn chung về kích thước của fine, tuy nhiên, theo Britta Folmer [The Craft and Science of Coffee] các hạt nhỏ hơn 0.1 mm [100 micromet] được gọi là fine
Chúng ta hầu như không thể ngăn chặn sự có mặt của hạt fine trong quá trình xay cà phê, một phần chúng phụ thuộc vào thiết bị mặt khác khi hạt cà phê vỡ, nứt, chúng sẽ giải phóng [bong ra] ra các hạt mịn dưới 0.1 mm. Điều này xảy ra lặp đi lặp lại cho đến khi hạt cà phê đạt độ nhuyễn cần thiết. Do đó, sau khi xay, fine có thể tăng lên khoảng 10 – 50% trọng lượng, tùy thuộc vào kích thước hạt cà phê trước đó.
Trong hầu hết trường hợp, sự phân bố xung quanh kích thước hạt trung bình phải càng hẹp càng tốt, có nghĩa là tất cả các hạt sẽ có kích thước tương tự nhau. Espresso có thể là ngoại lệ duy nhất. Ở đây, một tỷ lệ hạt fine nhất định được coi là cần thiết để đạt được đối kháng áp lực, nhằm tạo nên đặc tính body và một lớp crema tinh tế trong chiết xuất, mặc dù thời gian trích xuất ngắn.
Để các hạt quá mịn không đi vào chiết xuất và hình thành trầm tích có thể cảm nhận được trên lưỡi của người dùng. Kích thước hạt tối thiểu của nó là khoảng 0.05 mm [tức 50 micromet] – The Craft and Science of Coffee
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xay
Các tính chất riêng của hạt cà phê ảnh hưởng rất lớn đến kết quả của quá trình xay nhuyễn nó. Ví dụ, người ta không bao giờ xay hạt cà phê còn nóng [ấm] ngay sau khi rang, khi đó hạt còn quá mềm, dưới tác động lực ma sát của máy xay sẽ khiến chúng bị vỡ nát, dẹp dí. Do đó, tốt nhất là xay cà phê sau khi chúng nguội, trở nên cứng và giòn hơn. Việc hiểu được sự khác biệt về tính chất của hạt cho phép chúng ta thực hiện các điều chỉnh trong quá trình xay và do đó đạt được sự kích thước hạt mong muốn. Những khác biệt này bao gồm:
Độ ẩm
Như đã chỉ ra, độ ẩm và trạng thái ẩm trong hạt cà phê rang là yếu tố quyết định ảnh hưởng đến kết quả quá trình xay.
Tuy nhiên khi nói về độ ẩm, ta cần biết rằng nó bao gồm độ ẩm còn lại từ cà phê xanh [sau khi rang là khoảng 1 đến 2%] và một phần tái ẩm [độ ẩm không khí được hạt cà phê tái hấp thụ] sau khi rang. Vì quá trình tái hấp thu ẩm diễ ra từ ngoài vào trong nên đầu tiên nó sẽ làm ẩm bề mặt hạt trước khi xâm nhập vào cấu trúc hạt. Đây là lý do tại sao cần có một khoảng thời gian nghỉ giữa rang và xay, để đảm bảo hơi ẩm có thể phân phối lại đều bên trong hạt cà phê bằng cách khuếch tán.
Sau khi rang, thời gian nghĩ tối thiểu trước khi xay cà phê là 6 đến 12h. Nếu hạt cà phê có độ ẩm lớn hơn 6% nó trở nên đàn hồi và khó xay hơn ngay cả sau một thời gian nghỉ dài [Baggenstoss et al., 2008]
Mức độ rang
Mức độ rang, có thể được biểu thị qua màu rang, nhìn chung, rang càng sẫm màu, quá trình xay càng dễ dàng.
Quá trình rang càng diễn ra càng lâu, hạt càng mất nước, giòn và dễ vỡ hơn. Vì vậy, mức độ rang càng tối màu [dark roasts], đặc biệt là khi thu được trong thời gian rang ngắn, thì quá trình xay càng diễn ra thuận lợi. Tuy nhiên sẽ kéo theo tỷ lệ PSD tương đối rộng và lượng hạt Fines lớn. Đối với cà phê được rang nhạt hơn và có hàm ẩm cao hơn, kết quả xay tốt hơn với độ đồng nhất cao, bù lại năng lượng tiêu hao cho thiết bị sẽ lớn hơn. Mặt khác, hạt cà phê được rang càng chậm thì kết cấu hạt càng đồng nhất hơn, kích thước và mật độ lỗ rỗng cao hơn. Do đó, khi xay chúng dễ dàng cho kết quả đồng nhất cao hơn.
Một số nghiên cứu còn chỉ ra tác động của dầu [lipid] trong cà phê cũng có thể đã bị đẩy lên bề mặt, đặc biệt là sau khi rang sẩm màu và thúc đẩy nhanh việc xay hạt [nhưng tác động không đáng kể]. Dó đó dầu cũng cần thời gian để di chuyển trở lại bên trong và đảm bảo quá trình xay diễn ra nhất quán hơn.
Độ giòn của hạt [brittleness]
Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn gốc tự nhiên của cà phê. Cụ thể hơn, độ xốp dẻo hay độ cứng của hạt trước khi xay phụ thuộc đáng kể vào đặc tính của chính giống cà phê đó, nơi nó được canh tác & chế biến. Với cùng một mức độ rang, những hạt cà phê của vụ mùa mới [cây lần đầu cho quả] cho ra ít hạt fine hơn so với hạt cà phê từ các cây lâu năm [hạt cà phê từ giống Arabica và Robusta khác ở sự phân bố kích thước hạt]. Vì cây cà cây cà phê phát triển càng cao so với mực nước biển thì cấu trúc hạt cho càng dày, đặc và cứng hơn so với hạt từ các cây canh tác ở độ cao thấp hơn.
Nhiệt độ
Ma sát được tạo ra trong quá trình xay tạo ra một lượng nhiệt lớn, có nghĩa là trong một máy xay đang hoạt động, nhiệt độ cà phê có thể đạt tới 100°C [M Petracco, 2005 ]. Thông thường, lời giải thích trực quan thường được đưa ra cho điều này là các bộ phận kim loại của máy xay nở ra ở nhiệt độ cao hơn, làm tăng khoảng cách giữa các gờ và để lọt các hạt có kích thươc lớn hơn cài đặt.
Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng, vì sự giãn nở dự kiến của kim loại đối với một sự thay đổi nhiệt độ nhỏ như vậy sẽ không đáng kể. Thay vào đó, điều thực sự đang xảy ra là sự gia tăng nhiệt độ đang làm cho cà phê dẻo hơn và ít giòn hơn, thay đổi cách nó phân mảnh & nghiền nhỏ thành các hạt [ E Uman và cộng sự, 2016].
Theo Illy’s Espresso Coffee: The Science of Quality [M Petracco, 2005 ], Dầu cà phê rất nhớt ở nhiệt độ phòng, nhưng chúng bắt đầu trở nên lỏng hơn trên 40°C. Khi điều này xảy ra, dầu có thể dễ dàng chảy ra từ các hạt qua các vết nứt cực nhỏ và phủ lên bề mặt bên ngoài một lớp dính, bột cà phê trở nên “bết” lại như đất xốp [vón cục] làm cho quá trình chiết xuất các hạt này không đồng đều và là nguy cơ gây nên channeling trong Espresso.
Nhiệt độ cao trong quá trình xay cũng có thể làm tăng tốc độ khử khí và oxy hóa, thậm chí trong thời gian ngắn cà phê phải đi qua máy xay. Bột cà phê bên trong buồng nghiền có thể đạt nhiệt độ cao tới 80 – 100°C [M Petracco, 2005 ] do đó có thể bị mất rất nhiều mùi thơm.
Xay cà phê cho các kỹ thuật pha chế khác nhau
Các phương pháp chiết xuất cà phê khác nhau có thể được phân biệt [hoặc đặc trưng] bởi: Thời gian tiếp xúc giữa nước và cà phê, [ví dụ: 30 giây đối với Espresso so với 3 phút đối Pour over]; Áp lực nước [9 bar đối với Espresso] và cuối cùng là nhiệt độ nước, [ví dụ: 94oC đối với pha drip và 12oC đối với Cold brew.
Ngoài thời gian, áp suất và nhiệt độ, tất cả các phương pháp chiết xuất khác nhau đều yêu cầu xay cà phê đến một kích thước hạt cụ thể [mang tính tương đối]. Qua đó, nó đảm bảo một dòng nước nhất định [tức là thời gian nước tiếp xúc với cà phê] và chiết xuất cà phê mong muốn. Thời gian tiếp xúc của nước và cà phê càng dài, thì cà phê nên được xay càng thô. Các hạt rất mịn có thể dẫn đến chiết xuất quá mức, làm tăng vị đắng của cà phê. Tuy nhiên, khi thời gian chiết xuất là rất ngắn như đối với cà phê Espresso, chúng ta cần những hạt mịn & nhỏ hơn để đảm bảo vẫn hòa tan đủ các hương vị cần thiết.
Với Espresso mỗi lần chiết xuất mất từ 20 đến 30 giây cho mỗi cốc [30-45ml] do đó cà phê phải được xay mịn hơn. Trong mỗi lần xay cà phê cho Espresso, một gram cà phê chứa khoảng 500.000 hạt cà phê xay – mịn hơn 20 lần so với cà phê xay mịn thông thường. Mặt khác, đặc thù của Espresso là một hệ chiết xuất gồm nhiều pha [nó là dung dịch hòa tan, nhũ tương, huyền phù và bọt], nên việc kiểm soát độ nhuyễn của hạt trở khắt khe & phức tạp hơn nhiều nhằm đảm bảo các tính chất hương vị đặc trương. Nhìn chung, xay cà phê cho Espresso phụ thuộc nhiều vào hoàn cảnh cụ thể của hạt cà phê, cách mà nó kết hợp với máy pha & tay nghề barista.
Hầu như chỉ có một phương pháp pha chế đòi hỏi kích thước hạt được giảm xuống mức mịn hơn so với yêu cầu cho pha cà phê Espresso – Cà phê Thổ Nhĩ Kỳ, một loại đồ uống phổ biến trong các nền văn hóa Moslem ở Ả Rập và Indonesia.
Liệu có một tiêu chuẩn chung cho cỡ hạt?
Cuối cùng, mặc dù khai thác rất nhiều về khía cạnh kích cỡ hạt khi xay cà phê tuy nhiên phải thừa nhận là không có một kích thước xay phổ quát hoặc một ngôn ngữ được tiêu chuẩn hóa để nói về kích thước xay ngoài các thuật ngữ nhữ fine, medium, coarse, boulders – mịn, trung bình, hoặc thô,.. nhìn chung rất chủ quan. Hơn nữa, các hoặc hệ thống rang xay công nghiệp hoặc máy xay khác nhau đi kèm với danh pháp khác nhau. Một máy xay được đặt ở mức 14 có thể không tạo ra cùng kích thước với một máy khác cùng thang đo 14.
Có nhiều cách khoa học để đo kích thước hạt, nhưng không giống như nhiệt kế hoặc cân điện tử các dụng cụ này không đơn giản và nó không thực tế cho việc pha chế tại quán chứ đừng nói chi tại nhà.
Vào cuối những năm 1940, Bộ Thương mại Hoa Kỳ đã thiết lập một quy trình thử đơn giản trong phòng thí nghiệm để đo kích thước hạt cà phê sau khi xay. Thiết bị bao gồm bốn sàng với kích thước lỗ sàng khác nhau được lắp trên hệ thống rung. Các sàng được xếp chồng lên nhau, thô nhất ở phía trên và nhỏ nhất ở phía dưới lần lượt là #30, #20, #16 và #14. Các sàn này được sử dụng lần đầu trong sản xuất bởi W.S. Tyler Co. Các bạn có thể nghiên cứu thêm tại trong The Coffee Brewing Handbook của SCA.
Nguồn tham khảo:
- The Coffee Brewing Handbook, by Specialty Coffee Association Of America; Chapter 5. Grind
- The Craft And Science Of Coffee, by Britta Folmer; Chapter 13. The GrinddParticles and Particularities
- Craf Coffee, by Jessica Easto; Chapter 1. Brewing Basics, Grind Size and Contact Time.