Áp xuất trong chiết xuất cà phê

Đối với pha chế nói chung và Espresso nói riêng, Áp suất là một trong những động lực chính của quá trình chiết xuất, nó không chỉ là một biến độc lập, mà là kết quả của trạng thái cân bằng giữa lực tác dụng lên lớp bột cà phê (dòng nước) và trở lực (sức cản) của lớp bột cà phê chống lại sự thẩm thấu của nước. Do đó, khi nghiên cứu về áp xuất, chúng ta không chỉ nói đến áp lực từ máy bơm, mà phức tạp hơn là sự tương tác giữa các biến số khác như dòng chảy, kích thước & phân bố hạt, thời gian, nhiệt độ,.. với áp xuất cũng như tính chất của bột cà phê trong quá trình pha chế.

Nếu không có Áp xuất, Espresso không khác gì một cốc drip coffee thông thường

Phương pháp pha cà phê quen thuộc nhất sử dụng áp suất cao là Espresso. Nước được điều áp đến khoảng chín lần áp suất của không khí ở mực nước biển (tức 9 bar) trước khi nén qua một lớp bột cà phê, tạo ra một lượng lớn chất hòa tan hơn so với khi không có áp suất.

Từ lần đầu ứng dụng áp xuất trong pha chế

Đầu thế kỷ 20, văn hóa cà phê khu vực Nam Âu nổi lên với nước Ý – Nơi khai sinh ra thế hệ máy Espresso đầu tiên, kéo theo sự xuất hiện của các nền văn hóa cà phê khác nhau. La Pavoni Ideale (năm 1905) là máy pha cà phê Espresso đầu tiên sử dụng áp lực nhằm tăng tốc độ chiết xuất cà phê, nó cho phép một tách cà phê tươi được pha chế trước mắt mỗi khách hàng; Trái ngược với bình đựng cà phê pha sẵn số lượng lớn thường được sử dụng trong các quầy ăn uống vào thời điểm này. Vì thời gian chiết vẫn còn dài (khoảng 50 giây) và áp lực được sử dụng ở khoảng 1.5-3 bar, do đó, “Espresso đời đầu” có vị giống như một phiên bản đậm đặc của “Drip cofffee” hơn.

Máy Espresso và đòn bẩy Lever-Driven của Giovanni Achille Gaggia

Đến Năm 1948, Achille Gaggia đã giới thiệu máy Espresso đòn bẩy sử dụng pít-tông lò xo vận hành bằng tay để nén nước qua cà phê dưới áp suất khoảng 9 bar. Đây là lần đầu tiên chiết xuất mang theo tinh dầu và một lượng lớn CO2 từ cà phê vào cốc để tạo nên một lớp bọt vàng óng ánh – ngày nay chúng ta gọi là Crema. Từ đây, Crema và áp xuất đã trở thành các tiêu chuẩn riêng cho Espresso và khơi màu cho những nghiên cứu sâu hơn về bản chất của bọt Crema, cũng như tác động của áp xuất đối với quá trình chiết xuất.

Áp xuất trong các phương pháp pha chế khác nhau

Ngày nay mỗi phương pháp chiết xuất có động lực áp xuất riêng và tính chất trở lực trừ bột cà phê điển hình của nó. Kết quả là, mỗi kỹ thuật được đặc trưng bởi phạm vi áp suất pha chế riêng. Để pha Espresso, nước nóng được điều áp bởi máy bơm (cho phép tạo ra áp suất cao hơn, trong khi đối với ấm Moka, áp suất thấp hơn được tạo ra bởi hơi nước đun sôi. Gần đây, Aeropress cũng được sử dụng và trở nên phổ biến hơn khi cho ra một cốc tương đối giống Espresso, với áp lực tùy ý từ đôi tay của người pha chế. Mặt khác, đối với Drip – hay Pour over hầu như không  có áp lực nào được tạo ra khi nước chảy qua lớp bột cà phê, nó chỉ đơn thuần là trọng lực.

Aero Press là kỹ sự kết hợp của phương pháp pha ngâm – lọc và cả một chút áp xuất từ đôi tay

Aero Press, bắt đầu như một loại cà phê được chiết xuất ngâm, tuy nhiên với một pít-tông được thêm vào giai đoạn cuối để nén cà phê qua giấy lọc làm cho nó có các yếu tố của cả hai phương pháp lọc và ngâm (drip filter & immersion)

Đối với pha chế cà phê Espresso, loại máy bơm và hiệu năng của nó là rất quan trọng. Những đặc điểm này phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật của máy bơm, (được xác định bởi đường cong công suất của nhà sản xuất). Nói một cách đơn giản, tốc độ dòng nước của một máy bơm tỷ lệ nghịch với áp lực được cung cấp. Một máy bơm nhất định có thể cung cấp áp suất cao nhất ở tốc độ dòng chảy thấp nhất. Khi tốc độ dòng nước tăng, máy bơm sẽ tạo áp suất thấp hơn và ngược lại.

Ấm Moka (hay Moka pot) là phương pháp pha cà phê gia đình phổ biến nhất ở Ý, được phát minh bởi Alfonso Bialetti vào năm 1933. Đây là một công cụ điều áp khác để pha chế cà phê tuy nhiên áp suất có được từ buồng hơi của Moka pot thấp hơn đáng kể so với pha chế Espresso và không thu được Crema như phương pháp pha chế này. Mặc dù thiết kế và hoạt động khá đơn giản, nhưng cơ chế nhiệt động học của moka rất phức tạp so với các phương pháp pha cà phê khác. Một số biến số ảnh hưởng đến quá trình trích xuất và không dễ kiểm soát, có thể nhanh chóng dẫn đến chiết xuất quá mức. Để tránh điều này, mấu chốt nằm ở việc kết thúc chiết xuất đúng lúc.

Mặc dù hơi nước cung cấp cho Moka pot một ít áp xuất, nhưng quá trình này rất khó kiểm soát

Bên cạnh các lực tác dụng lên trên bột cà phê, tính chất của chính lớp cà phê thậm chí còn quan trọng hơn vì chúng quyết định tính thấm nước và cách nước đi qua cấu trúc hạt. Độ thấm của hạt quá thấp có thể làm tăng áp suất trích ly, làm cho tốc độ dòng chảy tổng thể thấp và thời gian chiết xuất lâu hơn, cuối cùng nó có thể dẫn đến chiết xuất quá mức.

Vai trò của áp xuất trong chiết xuất Espresso

Kích thước hạt cà phê sau khi xay là một trong những thông số chính ảnh hưởng đến tính thấm và hiệu quả trích xuất của cà phê nói chung, vì vậy không có gì đáng ngạc nhiên khi kích cỡ hạt yếu tố chính để điều chỉnh (hoặc dễ điều chỉnh) nhất đối với một barista. Tùy thuộc vào loại (và chất lượng) của máy xay ta sẽ thu được sự phân bố kích thước hạt khác nhau. Vì vậy, không chỉ kích thước xay trung bình, mà cả hình dạng hạt và sự đồng đều trong kích thước hạt cũng xác định cách nước chảy qua cà phê.

Kích thước hạt & độ đồng nhất là thông số chính chi phối áp xuất trong pha chế Espresso

Mỗi phương pháp pha chế đòi hỏi kích thước xay tối ưu của riêng mình. Nhìn chung, cà phê được xay quá thô có thể cho thấy cấu hình hương vị thấp hơn so với phiên bản nghiền mịn hơn của chính loại cà phê ấy. Trong trường hợp của Espresso, các hạt được nghiền nhỏ giúp làm tăng bề mặt tiếp xúc với nước, cho phép quá trình chiết xuất hiệu quả hơn, đồng thời nó còn giúp tăng trở lực đối với áp xuất dẫn đến độ nhớt của cà phê Espresso cao hơn, cuối cùng nó giúp gia tăng cường độ hương vị.

Tuy nhiên, khi cà phê được xay quá mịn nó có thể cản trở sự phân phối và thẩm thấu nước qua lớp bột cà phê, dẫn đến chiết xuất quá mức. Mặt khác, vì không gian giữa các hạt nhỏ hơn, sẽ làm tăng áp lực lên lớp cà phê và giảm tốc độ dòng chảy chung của nước. Hầu hết những hiệu ứng này được lý giải trong mối tương quan giữa kích thước hạt – và chiết xuất cà phê, nhưng song song với đó, áp xuất mới là động lực chính chịu trách nhiệm cho sự thay đổi hương vị của cà phê sau khi pha.

Độ thấm của cà phê trong mối tương quan với áp xuất

Trong lần đầu tiếp xúc, nước gây ra sự thấm ướt trên toàn bộ khối bột cà phê, sau đó là sự hòa tan của các hợp chất có độ hòa tan và trọng lượng phân tử thấp, cũng như các hợp chất hương dễ bay hơi. Ngay sau đó, các hạt cà phê sẽ phồng lên, do sự hiện diện của các polysacarit trong cấu trúc hạt, các mạch phân tử này không tan trong nước, nhưng khi gặp nước nóng chúng sắp xếp lại về mặt hình học, làm cho cà phê trương nở lên và cản trở dòng nước (hoặc áp lực đối kháng).

Toàn bộ quá trình trương nở này gây ra sự giảm dần về độ xốp của cà phê, giảm lưu lượng chung và tăng áp lực trên bột cà phê. Do đó, tùy thuộc vào barista, cà phê phải được xay đủ mịn để cho phép khuếch tán hiệu quả các chất hòa tan từ cà phê nhưng không quá mịn để ngăn chặn, làm tắc nghẽn hoặc kéo dài thời gian chiết xuất. Mặt khác, một lượng cà phê mịn quá mức sẽ không cho phép trương nở đủ rộng trong quá trình làm ướt, gây ra dồn nén quá mức và cuối cùng dẫn đến sự lắng đọng cặn (chất rắn) trong cốc Espresso.

Dưới tác dụng của nước nóng, khối cà phê trương nở và gây ra lực cản lớn hơn đối với áp xuất từ máy Espresso

Tính thấm (permeability) của bột cà phê sẽ quyết định áp suất vận hành thực tế, tốc độ dòng chảy tương ứng và thời gian pha. Độ thấm của cà phê quá thấp có thể làm tăng áp suất chiết, khiến cho tốc độ dòng chảy tổng thể thấp, kéo dài thời gian chiết xuất và cuối cùng là dẫn đến quá mức

Động lực hình thành Crema và trích xuất chất thơm

Đối với Espresso, khía cạnh quan trọng nhất của áp lực có liên quan đến sự hình thành Crema. Áp xuất khiến phần lớn CO2 có trong cà phê xay đi vào chiết xuất, sau đó nó được giải phóng từ từ, kéo theo một số chất rắn và dầu với nó để tạo thành một lớp bọt dày đặc và ổn định trên mặt cốc. Tất cả các phương pháp chiết xuất cà phê thiếu áp xuất không thể tạo thành bất kỳ thứ gì tương tự như Crema. Vì vậy, áp lực chắc chắn rất quan trọng đối với sự hình thành Crema với trong phương pháp Espresso.

Tương tự như CO2, hợp chất hương liệu sẽ dễ dàng bay thoát ra khỏi cà phê trong trường hợp pha chế với áp suất lớn và cho thấy tổng hàm lượng cao hơn trong phương pháp chiết xuất áp lực cao. Tuy nhiên, một số hợp chất không bay hơi ít nhạy cảm với áp lực hơn. Đối với các hợp chất này, tầm quan trọng của áp suất chủ yếu liên quan đến việc duy trì một chiết xuất đồng nhất và tốc độ dòng chảy ổn định. Tùy thuộc vào độ thấm của bột cà phê, áp suất giúp duy trì thời gian dòng chảy phù hợp để trích xuất các chất khỏi pha cân bằng.

Các máy Espresso dưới thời Achille Gaggia đã giúp gia tăng áp xuất và cho phép xuất hiện lớp Crema tiêu chuẩn như ngày nay

Một lần nữa, chiết xuất quá mức có thể xảy ra nếu tốc độ dòng chảy trở nên quá ngắn hoặc quá dài. Ở đây áp lực là một yếu tố then chốt giúp tối ưu hóa tốc độ dòng chảy để mang đến cấu hình hương vị mong muốn

Động lực chiết xuất cuối cùng của áp xuất tác dụng lên bột cà phê là trích xuất Lipit (dầu cà phê). Cấu trúc khoang rỗng của tế bào nhân cà phê hoạt động giống như một miếng bọt biển, giúp giữ dầu và các chất hòa tan khác bên trong. Cần có áp lực đủ lớn buộc các giọt dầu duy chuyển lên bề mặt hạt, nơi chúng được kéo theo với nước để kết thúc trong cốc. Đối với Espresso, hàm lượng dầu không chỉ cao hơn so với các phương pháp pha chế khác mà còn có độ bền cao hơn do thể tích chiết nhỏ hơn. Do đó Lipit có tác động với cường độ lớn hơn và giúp cảm nhận hương vị trong miệng trở nên rõ ràng, đặc biệt là khi so sánh với cà phê trong phương pháp pour over hoặc immersion.

Cuối cùng

Là một barista, điều quan trọng là phải có cái nhìn sâu sắc về sự tương tác của tất cả các biến số trong quá trình pha chế. Kích thước và hình dạng hạt, sự phân bố kích thước hạt, lượng nước, nhiệt độ nước, áp suất và thời gian chảy,.. Tất cả các biến này đều có ảnh hưởng đến quá trình trích xuất và nhiều biến số sẽ ảnh hưởng lẫn nhau: ví dụ, việc tăng độ mịn của xay thường sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình chiết và kéo dài thời gian chảy, có tác động nhân lên tổng số lần chiết. Do đó, thực hiện những điều chỉnh nhỏ và nếm thử thường xuyên là cách thực hành tốt nhất, cũng như đo lường khách quan khi có thể.

Mở rộng hơn, những thay đổi môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ và độ ẩm trong quán cà phê, cũng có thể ảnh hưởng đến các thông số chiết xuất, và một barista làm việc trong cửa hàng có thể phải điều chỉnh một số biến số trong suốt một ngày làm việc – The Craft And Science Of Coffee

Nguồn: https://primecoffea.com/vai-tro-cua-ap-xuat-trong-chiet-xuat-ca-phe.html