Ảnh hưởng của độ ẩm tới quá trình rang cà phê

Tầm quan trọng của độ ẩm trong cà phê

(nguồn ảnh: iO Coffee)

Độ ẩm là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng cà phê nhân xanh ở mọi giai đoạn trong chuỗi cung ứng. Với nhà sản xuất và kinh doanh, đây là thước đo quyết định giá trị và thời hạn sử dụng của cà phê. Nếu độ ẩm vượt quá 12,5%, chất lượng cà phê giảm nhanh, trong khi làm khô quá mức cũng gây thiệt hại tài chính đáng kể.

Với các nhà rang xay, việc quản lý độ ẩm là nhiệm vụ kép: vừa duy trì độ ẩm trong ngưỡng tiêu chuẩn khi lưu trữ, vừa loại bỏ gần như toàn bộ hơi ẩm trong vài phút rang, khi cà phê chịu nhiệt độ và áp suất cao nhất. Cơ chế khử ẩm trong giai đoạn này ảnh hưởng trực tiếp đến thành công của mẻ rang.

Tuy nhiên, mức độ hữu ích của thông số độ ẩm từ nhà sản xuất và vai trò thực tế của nó trong biến đổi cà phê khi rang vẫn chưa rõ ràng. Bài viết này sẽ mang đến góc nhìn mới về tác động lý – hoá của độ ẩm, giúp dự đoán và tối ưu hoá quá trình rang cà phê.

Mỗi hạt có một độ ẩm khác nhau

Độ ẩm của cà phê giảm trong suốt quá trình rang – nhưng ngay cả khi rang đậm, một lượng độ ẩm nhất định vẫn còn lại trong hạt sau khi rang. Cà phê rang thường có độ ẩm từ 1–3%, tùy thuộc vào giống cà phê và điều kiện rang. Trong nhiều tài liệu hướng dẫn rang cà phê, giai đoạn rang đầu tiên, trước khi màu hạt cà phê bắt đầu thay đổi, đôi khi được gọi là “giai đoạn làm khô” (drying phase) – điều này dễ gây nên nhầm tưởng, là cà phê sẽ được “rang đến khô” và bước sang một giai đoạn khác, nhưng trong thực tế, nước sẽ tiếp tục bay hơi trong toàn bộ quá trình rang. Do đó, giai đoạn làm khô thực sự chỉ nên được sử dụng để nhấn mạnh việc độ ẩm bị mất đi nhanh hơn trong giai đoạn đầu của quá trình rang, và hơn nữa, giai đoạn này thay đổi tùy theo điều kiện rang.

(Nguồn ảnh: Caporaso)

Trong bất kỳ lô cà phê nào, đều có sự khác biệt nhỏ về độ ẩm giữa hạt này với hạt khác – và thậm chí trên cùng một hạt, những khu vực khác nhau lại có độ ẩm khác nhau. Khi đó, mỗi hạt có độ ẩm khác nhau sẽ biến đổi theo những cách khác nhau trong quá trình rang.

Sự biến đổi độ ẩm trong quá trình rang cà phê

Độ ẩm của hạt cà phê thay đổi theo loại hạt và thậm chí trong từng hạt. Hạt có độ ẩm ban đầu cao thường mất ẩm nhanh hơn ở giai đoạn đầu rang. Đến cuối quá trình, độ ẩm các hạt sẽ cân bằng với hạt có độ ẩm thấp nhất. Luồng không khí cao trong máy rang cũng thúc đẩy tốc độ mất ẩm. Tuy nhiên, theo Scott Rao trong The Coffee Roaster’s Companion (2014), sự khác biệt này chủ yếu xuất hiện giữa các loại máy rang, chẳng hạn như máy rang không khí (tầng sôi) và máy rang trống. Những thay đổi nhỏ trong cài đặt luồng không khí trên máy rang trống ít ảnh hưởng đến tốc độ mất ẩm và độ ẩm cuối cùng của hạt.

(Nguồn ảnh: barista hustle)

Ảnh hưởng của độ ẩm đến tốc độ truyền nhiệt

Độ ẩm của cà phê nhân càng cao thì khả năng dẫn nhiệt càng tốt. Điều này giúp nhiệt truyền từ bề mặt hạt vào tâm của hạt trong thời gian đầu của quá trình rang, trước khi hơi ẩm bay hơi. Mặt khác, cà phê có độ ẩm cao hơn cũng có nhiệt dung riêng cao hơn – điều này có nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn để tăng nhiệt độ của hạt cà phê lên một khoảng nhất định. Do đó, cà phê có độ ẩm cao vừa cho phép – vừa đòi hỏi phải sử dụng nhiều nhiệt hơn trong giai đoạn đầu của quá trình rang.

(nguồn ảnh: mTPAK)

Khi bắt đầu rang, nhiệt độ hạt tăng nhanh nhất ở gần bề mặt hạt và nhiệt truyền chậm hơn vào các lớp bên trong. Do đó, độ ẩm gần bề mặt hạt bay hơi trước, tạo ra một lớp hơi nước ở phần bên ngoài của hạt. Điều này được gọi là “bốc hơi bề mặt” (evaporation front). Mặt trước bốc hơi bắt đầu ở bề mặt hạt và dần dần di chuyển vào bên trong khi nhiệt độ bên trong hạt tăng lên.

Hệ quả của độ ẩm trong quá trình rang cà phê

Hệ quả 1: Rào cản hấp thụ nhiệt
Hơi ẩm ở bề mặt hạt bốc hơi trước, tạo lớp hơi nước cản trở nhiệt lượng thâm nhập sâu vào hạt. Khi bề mặt mất ẩm và trở nên xốp hơn, khả năng dẫn nhiệt giảm, khiến năng lượng chủ yếu dùng để bốc hơi nước thay vì tăng nhiệt độ.

Lớp ngoài của hạt nóng nhanh và phồng lên, trong khi lớp lõi ẩm hơn dẫn nhiệt hiệu quả hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và lõi làm áp lực tăng lên cấu trúc hạt, thường dẫn đến hiện tượng hạt nứt ở các điểm yếu nhất, như hai đầu hạt.

Hệ quả 2: Vết nứt đầu tiên
Khi nhiệt độ hạt tăng, cấu trúc hạt chuyển từ trạng thái cao su sang giòn, gọi là "chuyển tiếp thủy tinh" (glass transition). Nhiệt độ xảy ra quá trình này phụ thuộc vào độ ẩm: hạt có độ ẩm cao sẽ chuyển đổi ở nhiệt độ thấp hơn.

Hai hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến kết cấu hạt mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nhiệt và hương vị cà phê.

Nguồn tham khảo:

https://mtpak.coffee/2022/08/importance-of-using-a-green-coffee-moisture-metre/