Hạt mịn (Fines) trong espresso: Thành phần nhỏ quyết định sức cản của bánh cà phê

Khi điều chỉnh máy xay espresso, nhiều barista thường quan tâm đến một yếu tố: xay mịn hay xay thô. Tuy nhiên, hai mẻ cà phê có cùng kích thước hạt trung vị vẫn có thể cho thời gian chiết xuất rất khác nhau.

Nguyên nhân có thể nằm ở phân bố kích thước hạt, đặc biệt là tỷ lệ các hạt cực nhỏ được gọi là fines. Chúng có kích thước nhỏ hơn phần lớn hạt còn lại, nhưng lại có khả năng ảnh hưởng đáng kể đến độ thấm của bánh cà phê và tốc độ dòng chảy trong quá trình pha espresso.

Đây là lý do tại sao chỉ nhìn vào nấc chỉnh của máy xay hoặc một giá trị micron trung bình chưa đủ để đánh giá toàn bộ đặc tính bột cà phê.

1. Fines là gì?

Fines là nhóm hạt cà phê xay có kích thước rất nhỏ. Trong nghiên cứu của Smrke và cộng sự công bố năm 2024, nhóm tác giả sử dụng ngưỡng dưới 100 µm để định nghĩa tỷ lệ hạt mịn theo thể tích.

Bột cà phê espresso thường có phân bố kích thước hạt dạng hai đỉnh (bimodal distribution): một nhóm hạt chính có kích thước lớn hơn và một nhóm hạt nhỏ hơn nằm ở phía fines.

Hai nhóm này không nhất thiết xuất hiện với tỷ lệ giống nhau. Tỷ lệ fines có thể thay đổi theo loại máy xay, cấu trúc lưỡi xay, nguyên liệu, độ rang và điều kiện vận hành.

Đây là cách biểu diễn theo phương pháp nghiên cứu được dẫn ở cuối bài. Không nên đồng nhất tỷ lệ theo thể tích với tỷ lệ theo khối lượng, vì hai đại lượng không nhất thiết bằng nhau.

2. Vì sao một lượng nhỏ fines có thể làm chậm dòng chảy?

Hãy hình dung bánh cà phê trong basket như một lớp vật liệu gồm nhiều hạt có kích thước khác nhau. Giữa các hạt tồn tại những khoảng trống cho nước đi qua.

Khi tỷ lệ hạt mịn tăng, các hạt nhỏ có thể lấp đầy một phần khoảng trống giữa các hạt lớn. Cấu trúc này làm giảm độ thấm của lớp bột. Với cùng điều kiện áp suất, nước có thể đi qua bánh cà phê chậm hơn.

Đó là mối liên hệ giữa phân bố kích thước hạt và sức cản thủy lực của bánh cà phê.

3. Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy điều gì?

Trong nghiên cứu The role of fines in espresso extraction dynamics, Smrke, Eiermann và Yeretzian đã khảo sát ảnh hưởng của phân bố kích thước hạt đến quá trình chiết xuất espresso.

Nhóm nghiên cứu sử dụng cà phê Arabica đơn nguồn từ Costa Rica, sơ chế pulped natural. Mỗi lần pha sử dụng 20 g cà phê, áp suất 9 bar và lượng đồ uống đầu ra 40 g. Các mẫu được chuẩn bị với những mức kích thước hạt khác nhau và bổ sung lượng fines đã sàng để thay đổi phân bố hạt.

Các chỉ số được theo dõi gồm:

• Khối lượng đồ uống theo thời gian.
• Thời gian chiết xuất.
• TDS của đồ uống.
• Extraction yield.
• Tín hiệu hợp chất bay hơi bằng phương pháp PTR-MS.
• Đánh giá cảm quan mẫu espresso.

Kết quả cho thấy tỷ lệ fines tăng làm giảm độ thấm của bánh cà phê, giảm tốc độ dòng chảy và kéo dài thời gian chiết xuất. Mô hình thống kê cũng cho thấy cả tỷ lệ fines và kích thước hạt chính đều đóng góp vào khả năng dự đoán thời gian chiết xuất.

4. Vì sao kích thước hạt trung vị chưa đủ?

Kích thước hạt trung vị (X50) cho biết giá trị mà tại đó một nửa thể tích phân bố nằm ở phía nhỏ hơn và một nửa nằm ở phía lớn hơn, theo cách xác định của phương pháp đo.

Nhưng X50 không cho biết toàn bộ hình dạng phân bố. Hai mẫu bột có cùng X50 vẫn có thể có:

• Tỷ lệ fines khác nhau.
• Độ rộng phân bố khác nhau.
• Tỷ trọng nhóm hạt chính khác nhau.
• Mức độ xuất hiện các hạt rất thô khác nhau.

Do đó, nếu chỉ dùng một con số để đại diện cho bột cà phê, ta có thể bỏ qua một phần thông tin quan trọng về khả năng thấm và dòng chảy.

5. Fines có làm espresso kém ngon không?

Không thể kết luận như vậy chỉ từ tỷ lệ fines.

Một điểm đáng chú ý trong nghiên cứu năm 2024 là nhóm tác giả không quan sát thấy sự suy giảm điểm cảm quan khi tăng tỷ lệ fines trong các điều kiện thử nghiệm. Hai mẫu được bổ sung 1 g và 2 g fines thậm chí nằm trong nhóm có điểm cảm quan cao.

Tuy nhiên, phần đánh giá cảm quan trong nghiên cứu được thực hiện bởi một người thử nếm có kinh nghiệm. Đây không phải thử nghiệm với một hội đồng cảm quan lớn, nhiều giống cà phê và nhiều profile rang khác nhau.

Vì vậy, kết quả này chỉ cho thấy fines không mặc nhiên là thành phần gây hại cho chất lượng espresso. Nó không chứng minh rằng tăng fines luôn làm cà phê ngon hơn.

6. Ứng dụng khi chỉnh máy xay và dial-in espresso

Trong thực tế quầy bar, khi espresso chảy chậm, không nên lập tức kết luận rằng máy xay đang xay quá mịn. Cần xem xét đồng thời các biến số:

• Liều lượng bột cà phê trong basket.
• Kích thước và phân bố hạt sau xay.
• Cách phân phối bột và nén cà phê.
• Loại basket và tình trạng lưới lọc.
• Áp suất, nhiệt độ và chế độ dòng nước.
• Tuổi hạt rang và điều kiện bảo quản.

Một quy trình thử nghiệm đơn giản là giữ cố định liều lượng, tỷ lệ đầu ra, nhiệt độ và thao tác puck preparation. Sau đó thay đổi một yếu tố duy nhất, ghi lại thời gian, khối lượng đồ uống và cảm quan.

Nếu có thiết bị phân tích kích thước hạt, có thể ghi thêm X50 và Q100 để so sánh giữa các máy xay hoặc các lần bảo trì lưỡi xay. Nếu không có, cần hiểu rằng nấc chỉnh máy xay chỉ là thông số vận hành của thiết bị, không phải phép đo trực tiếp phân bố kích thước hạt.

7. Nhìn fines như một biến số kỹ thuật, không phải lỗi cần loại bỏ

Fines là một phần tự nhiên của quá trình nghiền. Vấn đề không nằm ở việc phải loại bỏ toàn bộ hạt mịn, mà ở việc hiểu tỷ lệ và đặc tính của chúng đang tác động như thế nào đến bánh cà phê.

Đối với espresso, chất lượng chiết xuất là kết quả tương tác giữa phân bố kích thước hạt, độ thấm, áp suất, lưu lượng, thời gian và đặc tính nguyên liệu. Một profile tốt không được quyết định bởi một con số micron đơn lẻ.

Muốn kiểm soát espresso ổn định, người pha chế cần quan sát cả bột cà phê lẫn dòng chảy thực tế trong basket, sau đó xác nhận bằng kết quả cảm quan.

Nguồn tham khảo

1. Smrke, S., Eiermann, A., & Yeretzian, C. (2024). The role of fines in espresso extraction dynamics. Scientific Reports, 14, 5612. https://doi.org/10.1038/s41598-024-55831-x
2. Bản toàn văn nghiên cứu tại PubMed Central: The role of fines in espresso extraction dynamics.