Cấu tạo quả cà phê: 6 bộ phận từ vỏ quả đến nhân xanh
Quả cà phê không chỉ là lớp vỏ đỏ bao quanh hạt. Bên trong quả là nhiều mô thực vật có cấu trúc và chức năng khác nhau, từ vỏ ngoài, thịt quả, lớp nhớt đến vỏ trấu, vỏ lụa và nhân cà phê. Hiểu đúng cấu tạo này giúp người trồng, nhà sơ chế và người rang hiểu rõ hơn cách quả được xử lý sau thu hoạch và những yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng cà phê.
Trong thuật ngữ thực vật học, quả cà phê thường được gọi là coffee berry hoặc coffee cherry. Đây là quả mọng, không phải quả hạch theo nghĩa thực vật học thông thường. Cấu trúc quả gồm phần vỏ quả (pericarp) và phần hạt bên trong. Trong thực hành chế biến, người ta thường phân biệt sáu bộ phận để dễ hình dung quá trình sơ chế và xay xát.
Cấu trúc tổng quan: Phần vỏ quả và phần hạt
Về cơ bản, cấu trúc quả cà phê có thể được chia thành hai nhóm: vỏ quả (pericarp) và hạt (seed). Vỏ quả gồm ba vùng mô chính là exocarp, mesocarp và endocarp. Phần hạt có nội nhũ, phôi và lớp mô mỏng liên quan đến vỏ hạt, thường được nhận biết trong ngành cà phê qua tên gọi silver skin.
Trong thực hành sơ chế, lớp nhớt (mucilage) thường được tách ra thành một mục riêng vì nó có vai trò quan trọng trong quá trình lên men, rửa nhớt và làm khô. Tuy nhiên, ranh giới giữa thịt quả và lớp nhớt có thể được mô tả hơi khác nhau giữa các tài liệu chuyên ngành.
Trong quá trình quả phát triển và chín, các mô thay đổi về độ cứng, hàm lượng nước, carbohydrate, pectin và những hợp chất khác. Những biến đổi này ảnh hưởng đến đặc tính nguyên liệu và cách quả phản ứng với các phương pháp sơ chế, nhưng không thể dùng riêng cấu tạo quả để dự đoán chính xác hương vị cuối cùng trong tách cà phê.
Chi tiết các bộ phận của quả cà phê
1. Vỏ ngoài – Exocarp
Exocarp là lớp ngoài cùng của quả cà phê. Khi quả còn non, lớp vỏ thường có màu xanh do sự hiện diện của chlorophyll. Trong quá trình chín, sắc tố thay đổi và quả có thể chuyển sang màu đỏ, vàng, cam hoặc những sắc thái khác tùy kiểu gen của giống cà phê.
Màu đỏ ở nhiều giống liên quan đến sự tích lũy anthocyanin, trong khi quả chín vàng có thể liên quan đến sự biểu hiện của các sắc tố khác, bao gồm những hợp chất thuộc nhóm flavonoid. Quá trình đổi màu diễn ra cùng với các thay đổi sinh lý khác trong quả.
Màu vỏ là dấu hiệu hữu ích khi thu hoạch, nhưng không phải chỉ số duy nhất để xác định độ chín. Cần xem xét đặc điểm giống, độ đồng đều của quả và mục tiêu thu hoạch. Thu hái quả quá xanh hoặc quá chín có thể làm tăng sự không đồng nhất của nguyên liệu đầu vào.
Tìm hiểu thêm về các giống cà phê và sự khác biệt về đặc điểm sinh trưởng, hình thái quả.
2. Thịt quả – Mesocarp / Pulp
Mesocarp là vùng mô nằm giữa vỏ ngoài và lớp nội bì cứng. Trong cách gọi phổ biến của ngành cà phê, phần mô thịt bên ngoài thường được gọi là pulp, còn vùng mô nhầy phía trong được mô tả riêng là mucilage. Một số tài liệu sử dụng thuật ngữ mesocarp theo nghĩa rộng hơn, bao gồm cả vùng thịt và vùng nhầy.
Thịt quả chứa nước, carbohydrate, pectin, chất xơ và nhiều hợp chất khác. Thành phần thay đổi theo giống, giai đoạn phát triển và điều kiện canh tác. Những thành phần này là một phần của môi trường sinh học xung quanh hạt khi quả được sơ chế.
Trong chế biến khô (natural), quả thường được làm khô nguyên quả trước khi các lớp bên ngoài được loại bỏ bằng xay xát. Trong chế biến ướt (washed), phần vỏ và thịt quả thường được loại bỏ sớm bằng thiết bị xát vỏ. Hai cách xử lý tạo ra điều kiện làm khô và tương tác vi sinh khác nhau.
Không nên hiểu rằng đường và acid trong thịt quả tự động ngấm trực tiếp vào nhân theo một cơ chế đơn giản. Sự trao đổi hợp chất, hoạt động vi sinh và biến đổi hóa học phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong suốt quá trình sơ chế.
3. Lớp nhớt – Mucilage
Mucilage là lớp mô nhầy giàu pectin, bám bên ngoài vỏ trấu. Lớp này có hàm lượng nước cao và chứa carbohydrate cùng những hợp chất khác, tạo thành môi trường thuận lợi cho hoạt động của vi sinh vật trong một số điều kiện sơ chế.
Trong chế biến ướt, lớp nhớt có thể được loại bỏ bằng lên men, tác động cơ học, enzyme hoặc kết hợp nhiều phương pháp. Trong quy trình honey/pulped natural, một phần lớp nhớt được giữ lại khi hạt được làm khô. Với chế biến khô nguyên quả, các mô bên ngoài vẫn bao quanh hạt trong phần lớn thời gian làm khô.
Vi sinh vật và enzyme có thể tham gia phân giải pectin và chuyển hóa các hợp chất trong môi trường sơ chế. Tuy nhiên, kết quả phụ thuộc vào hệ vi sinh vật, nhiệt độ, thời gian, độ ẩm, độ chín của quả và cách quản lý quy trình. Không thể kết luận chỉ từ lượng nhớt rằng cà phê sẽ có vị ngọt, vị trái cây hoặc hương lên men ở một mức độ nhất định.
4. Vỏ trấu – Endocarp / Parchment
Endocarp là lớp trong cùng của vỏ quả. Khi phát triển, mô này trở nên cứng hơn và tạo thành lớp vỏ trấu bao bọc hạt cà phê. Trong ngành cà phê, parchment là thuật ngữ thông dụng để chỉ lớp bao bọc này ở cà phê được làm khô theo nhiều quy trình, đặc biệt là chế biến ướt.
Vỏ trấu góp phần bảo vệ hạt khỏi tác động cơ học trong quá trình làm khô và xử lý. Sau khi cà phê đạt điều kiện phù hợp để xay xát, lớp vỏ trấu được loại bỏ bằng công đoạn hulling để thu cà phê nhân xanh. Vỏ trấu không thay thế cho việc kiểm soát độ ẩm, vệ sinh và điều kiện lưu kho.
Trong chế biến khô nguyên quả, các lớp vỏ bên ngoài được làm khô cùng hạt và sau đó được loại bỏ trong quá trình xay xát. Vì vậy, thuật ngữ và trạng thái nguyên liệu trước khi xay xát có thể khác nhau tùy phương pháp chế biến.
5. Vỏ lụa – Silver Skin
Vỏ lụa là lớp màng mỏng liên quan đến lớp vỏ hạt, nằm sát bề mặt nhân cà phê. Trong giải phẫu thực vật, lớp này thường được liên hệ với perisperm còn sót lại và các mô của vỏ hạt, tùy cách phân loại của tài liệu chuyên ngành.
Khi rang, một phần vỏ lụa bong ra khỏi hạt do tác động nhiệt và sự chuyển động của hạt. Phần vụn này được gọi là chaff và thường được thu gom bằng hệ thống tách vỏ lụa của máy rang.
Lượng chaff nhìn thấy trong máy rang phụ thuộc vào nguyên liệu, mức độ bong của vỏ lụa và đặc điểm thiết bị. Không nên khẳng định rằng chaff luôn làm tăng vị đắng, vị khói hoặc độ chát trong đồ uống; tác động cảm quan cụ thể cần được đánh giá trong điều kiện thực tế.
6. Nhân cà phê xanh – Green Coffee Bean
Nhân cà phê xanh là phần hạt được thu nhận sau sơ chế và xay xát. Ở nhiều quả cà phê, hai hạt phát triển trong cùng một quả và có mặt phẳng áp vào nhau. Nhân xanh là nguyên liệu được phân loại, bảo quản, vận chuyển và đưa vào công đoạn rang.
Phần lớn khối lượng nhân là nội nhũ (endosperm), chứa carbohydrate, lipid, caffeine, acid chlorogenic, protein, khoáng chất và nhiều hợp chất khác. Hạt cũng có phôi (embryo), là cấu trúc sinh học liên quan đến khả năng nảy mầm.
Trong quá trình rang, nhiệt làm biến đổi cấu trúc và thành phần hóa học của nhân. Phản ứng Maillard, sự phân hủy nhiệt, quá trình phân hủy và chuyển hóa của nhiều tiền chất góp phần tạo nên hương thơm, màu sắc và vị của cà phê rang. Caramel hóa có thể diễn ra với các đường phù hợp ở điều kiện nhiệt tương ứng, nhưng không phải mọi hợp chất hương vị đều được hình thành chỉ từ hai phản ứng này.
Đọc thêm về cà phê nhân xanh và quá trình rang cà phê.
Hạt Culi (Peaberry) hình thành như thế nào?
Thông thường, quả cà phê phát triển hai hạt. Tuy nhiên, đôi khi chỉ một hạt phát triển trong quả, tạo thành hạt đơn có hình dạng tròn hoặc bầu dục hơn so với hạt phẳng thông thường. Loại hạt này được gọi là peaberry, hay Culi trong cách gọi phổ biến ở Việt Nam.
Peaberry không phải là một lớp riêng của quả cà phê. Đây là dạng hình thái của hạt, liên quan đến việc chỉ một trong hai hạt thường gặp phát triển trong quả. Nguyên nhân hình thành có thể liên quan đến quá trình phát triển và thụ phấn; không nên giải thích mặc định rằng một phôi bị teo đi khiến hạt còn lại trở thành hình cầu.
Hình dạng Culi cũng không tự động chứng minh hạt có chất lượng cao hơn hạt phẳng. Chất lượng vẫn phụ thuộc vào giống, độ chín, điều kiện canh tác, sơ chế, bảo quản và rang.
Cấu trúc quả ảnh hưởng đến kỹ thuật sơ chế như thế nào?
Các phương pháp sơ chế khác nhau chủ yếu ở thời điểm và cách loại bỏ phần vỏ, thịt quả, lớp nhớt; cách hạt được làm khô; và mức độ kiểm soát quá trình lên men. Có thể khái quát ba nhóm phổ biến như sau.
Sơ chế khô – Natural
Quả được làm khô nguyên quả trước khi xay xát. Các mô bên ngoài tiếp tục bao quanh hạt trong phần lớn giai đoạn làm khô. Phương pháp này đòi hỏi quản lý độ đồng đều của lớp quả, đảo trộn, tốc độ làm khô, độ ẩm và nguy cơ hư hỏng vi sinh.
Cà phê natural có thể biểu hiện thể chất và đặc tính trái cây nổi bật, nhưng đây không phải kết quả chắc chắn cho mọi lô. Giống, độ chín, điều kiện lên men tự nhiên, khí hậu và kiểm soát làm khô đều có thể ảnh hưởng đến hương vị.
Sơ chế ướt – Washed
Phần vỏ và thịt quả thường được loại bỏ sớm bằng máy xát vỏ. Lớp nhớt được xử lý bằng lên men, tác động cơ học, enzyme hoặc kết hợp các phương pháp; sau đó hạt được rửa nếu quy trình yêu cầu và làm khô, thường vẫn còn vỏ trấu bao quanh.
Washed thường được lựa chọn khi nhà sản xuất muốn kiểm soát rõ các công đoạn loại bỏ mô quả và làm sạch hạt. Tuy nhiên, không thể khẳng định mọi cà phê washed đều có độ chua cao hoặc hương vị sạch hơn mọi phương pháp khác; kết quả còn phụ thuộc nguyên liệu và quy trình.
Sơ chế mật ong – Honey / Pulped Natural
Trong nhiều quy trình honey, vỏ quả được loại bỏ nhưng một phần lớp nhớt được giữ lại khi hạt được làm khô. Lượng nhớt còn lại và cách quản lý làm khô có thể khác nhau đáng kể giữa các nhà sản xuất.
Tên gọi honey không có nghĩa là cà phê được thêm mật ong. Đặc tính cảm quan của cà phê honey không thể dự đoán chỉ bằng màu gọi tên quy trình; cần xem xét giống, độ chín, lượng nhớt giữ lại, điều kiện làm khô và quản lý chất lượng.
Tìm hiểu thêm về chế biến sau thu hoạch để hiểu rõ hơn các công đoạn xử lý quả cà phê.
Câu hỏi thường gặp về cấu tạo quả cà phê
Quả cà phê có phải quả hạch không?
Trong phân loại thực vật học thông thường, quả cà phê được mô tả là quả mọng (berry). Cách gọi coffee cherry là tên phổ biến trong ngành, không có nghĩa quả cà phê thuộc nhóm quả hạch như đào hoặc mận.
Quả cà phê có bao nhiêu lớp?
Trong thực hành chế biến, thường phân biệt sáu bộ phận: vỏ ngoài, thịt quả, lớp nhớt, vỏ trấu, vỏ lụa và nhân xanh. Đây là cách phân chia hữu ích cho việc học và sản xuất, nhưng không phải sáu lớp thực vật độc lập có cùng cấp độ giải phẫu.
Vỏ trấu và vỏ lụa có giống nhau không?
Không. Vỏ trấu là lớp endocarp tương đối cứng bao bọc hạt, còn vỏ lụa là lớp màng mỏng sát bề mặt nhân. Vỏ trấu thường được loại bỏ khi xay xát; vỏ lụa có thể bong ra trong quá trình rang.
Tại sao lớp nhớt quan trọng trong sơ chế?
Lớp nhớt giàu pectin và chứa nước cùng carbohydrate. Nó có thể là môi trường cho vi sinh vật hoạt động trong một số quy trình. Quản lý lớp nhớt, thời gian, nhiệt độ, độ ẩm và vệ sinh giúp kiểm soát quá trình sơ chế; nếu quản lý không phù hợp, nguy cơ phát sinh lỗi chất lượng có thể tăng.
Culi có phải là một giống cà phê riêng?
Culi (peaberry) là tên gọi dạng hạt đơn thường phát triển trong quả cà phê, không phải tên một loài cà phê riêng. Hình dạng này không tự động quyết định chất lượng hoặc giá trị cảm quan của hạt.
Tài liệu tham khảo
- Esquivel, P. & Jiménez, V. M. (2012). Functional properties of coffee and coffee by-products. Food Research International, 46(2), 488–495. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2011.05.028
- Applications of Compounds from Coffee Processing By-Products. Nguồn tổng quan về cấu tạo quả cà phê và các phụ phẩm từ sơ chế, đăng trên PubMed Central. Đọc toàn văn
- From Plantation to Cup: Changes in Bioactive Compounds during Coffee Processing. Bài tổng quan về các biến đổi hợp chất trong quá trình chế biến cà phê. Đọc toàn văn
- Drinking Coffee. NCBI Bookshelf. Tài liệu tổng quan có sơ đồ giải phẫu quả cà phê, bao gồm nội nhũ, vỏ lụa, vỏ trấu và các phần của vỏ quả. Đọc tài liệu
- Introduction to Coffee Plant and Genetics. Royal Society of Chemistry. Tài liệu chuyên ngành về sinh học, di truyền và giải phẫu quả cà phê. Xem chương sách
Các nguồn trên được dùng để tham khảo giải phẫu quả, thành phần mô và các quy trình sơ chế. Mô tả về hương vị trong bài được trình bày theo hướng khái quát; không nên xem tên phương pháp sơ chế là bằng chứng duy nhất để dự đoán chất lượng cảm quan của một lô cà phê.