Hàm lượng các acid hữu cơ trong cà phê đóng vai trò nền tảng trong việc hình thành độ chua (acidity), độ sáng và tính phức hợp hương vị của tách cà phê thành phẩm. Trong đó, acid citric và acid malic là hai hợp chất chính tạo nên những nốt hương trái cây tươi tắn. Tuy nhiên, nồng độ của hai acid này không cố định mà biến đổi liên tục dưới tác động của nhiệt độ trong cả chu kỳ sinh trưởng nông nghiệp lẫn quá trình chế biến nhiệt.

Tác động của nhiệt độ canh tác và độ cao đến sự tích lũy acid

Ở giai đoạn canh tác, nhiệt độ môi trường xung quanh vùng trồng và độ cao địa hình ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ chín của quả cà phê, từ đó quyết định mức độ tích lũy acid citric và malic trong nhân.

Tại các khu vực có độ cao lớn, nhiệt độ trung bình thấp giúp làm chậm quá trình chín của quả cà phê (cherry maturation). Thời gian chín kéo dài tạo điều kiện cho cây trồng tổng hợp và tích lũy đầy đủ các hợp chất hóa học phức tạp, giữ lại hàm lượng acid hữu cơ cao hơn. Ngược lại, ở những vùng thấp có nhiệt độ môi trường cao, quả cà phê chín nhanh hơn. Tốc độ sinh trưởng bị đẩy nhanh khiến thời gian tích lũy dưỡng chất ngắn lại, làm sụt giảm nồng độ acid citric và malic thu được trong cà phê nhân xanh.

Cơ chế phân hủy nhiệt của acid citric và malic trong quá trình rang

Khi chuyển sang giai đoạn rang cà phê, tác động của nhiệt độ chuyển từ cơ chế sinh hóa sang cơ chế phân hủy nhiệt (thermal decomposition). Dưới tác động của mức nhiệt gia tăng liên tục trong trống rang, các liên kết hóa học của acid citric và malic bị bẻ gãy, dẫn đến sự sụt giảm nhanh chóng về hàm lượng.

Acid malic và mốc chuyển pha tại nhiệt độ nóng chảy 130°C

Acid malic có nhiệt độ nóng chảy ở mức xấp xỉ 130°C (268°F), ngưỡng nhiệt này nằm ngay dưới nhiệt độ nóng chảy của đường sucrose. Khi nhiệt độ hạt cà phê trong trống rang vượt qua mốc này, acid malic bắt đầu trải qua quá trình biến đổi pha và phân hủy nhiệt. Cùng với việc tăng mức độ rang và nhiệt độ hạt, nồng độ acid malic suy giảm với tốc độ rất nhanh.

Mức độ suy giảm 50% của acid citric ở ngưỡng rang vừa

Acid citric cũng chịu sự phân hủy nhiệt mạnh mẽ khi nhiệt độ gia tăng. Khi mẻ rang đạt tới mức rang vừa (medium roast), hàm lượng acid citric giảm xuống chỉ còn khoảng 50% so với nồng độ ban đầu trong cà phê nhân xanh. Tỷ lệ này tiếp tục sụt giảm sâu hơn nữa nếu tiến trình rang kéo dài sang các mức rang đậm (dark roast).

Ảnh hưởng của sự suy giảm acid đến đặc tính cảm quan tách cà phê

Sự suy giảm theo nhiệt độ của acid citric và malic tác động trực tiếp tới cấu trúc hương vị khi thử nếm (cupping). Acid citric mang lại vị chua sáng của các loại trái cây họ cam chanh, trong khi acid malic đóng góp vị chua thanh dịu gợi nhớ đến táo xanh. Việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình canh tác cũng như xây dựng đường cong nhiệt khi rang đóng vai trò then chốt để bảo toàn hoặc điều chỉnh sự cân bằng của các acid này, tránh làm mất đi độ sáng tự nhiên của cà phê.