Tỷ lệ pha chưa kể hết quá trình: Mô hình 2026 mô phỏng đường đi của nước trong pour-over

Một công thức pour-over thường được mô tả bằng vài con số: 20 g cà phê, 300 g nước, tỷ lệ 1:15, cỡ xay trung bình và thời gian pha khoảng ba phút. Những thông tin này giúp người khác tái tạo công thức, nhưng chúng chưa cho biết điều gì đang diễn ra bên trong lớp cà phê trong suốt thời gian nước chảy qua.

Nước đi qua các khe rỗng giữa những hạt cà phê xay như thế nào? Bao nhiêu nước còn bị giữ lại trong lớp bột? Chất hòa tan được giải phóng theo thời gian ra sao? Vì sao hai lần pha có cùng lượng cà phê và lượng nước nhưng thời gian chảy, TDS và khối lượng nước thu được vẫn khác nhau?

Một nghiên cứu đăng trên npj Science of Food ngày 15/08/2026 đã tiếp cận những câu hỏi này bằng một mô hình toán học có ràng buộc bảo toàn vật chất.

Công thức pha mô tả đầu vào, không mô tả toàn bộ diễn biến

Khi ghi lại một công thức pour-over, người pha thường lưu các thông tin có thể quan sát trực tiếp:

Khối lượng cà phê sử dụng.
Tổng lượng nước rót vào.
Tỷ lệ cà phê và nước.
Cỡ xay hoặc phân bố kích thước hạt.
Loại phễu lọc và giấy lọc.
Số lần rót, thời điểm rót và thời gian bloom.
Thời gian nước chảy hết khỏi lớp cà phê.

Những thông tin này xác định cách một mẻ cà phê được pha. Tuy nhiên, chúng không mô tả trực tiếp lượng nước đang nằm trong lớp bột ở từng thời điểm, lượng chất hòa tan còn trong hạt hay lượng chất đã đi vào phần nước thu được.

Cần phân biệt ba nhóm đại lượng:

Nhóm	Ví dụ	Ý nghĩa
Đầu vào	Dose, lượng nước, cỡ xay, lịch rót	Điều kiện vận hành của công thức
Đầu ra đo được	Thời gian drawdown, khối lượng đồ uống, TDS	Kết quả có thể cân hoặc đo sau khi pha
Trạng thái bên trong	Nước giữ trong lớp bột, lượng chất hòa tan theo thời gian	Diễn biến được mô hình tái dựng, không nhất thiết đo trực tiếp

Mô hình bảo toàn vật chất hoạt động ra sao?

Trong quá trình pour-over, nước được rót vào lớp cà phê xay. Một phần di chuyển qua các khoảng rỗng giữa hạt, một phần được giữ lại trong cấu trúc của lớp bột, còn một phần đi ra khỏi phễu và trở thành đồ uống.

Song song với dòng nước, các hợp chất hòa tan được giải phóng từ hạt cà phê vào pha lỏng. Chúng có thể tiếp tục di chuyển trong lớp bột trước khi thoát ra ngoài cùng nước chiết xuất.

Về mặt vật lý, quá trình này có thể được mô tả bằng các cân bằng:

Cân bằng nước: lượng nước đi vào phải được phân bổ giữa nước thoát ra và lượng nước còn giữ trong lớp cà phê, theo phạm vi hệ thống được mô hình hóa.
Cân bằng chất hòa tan: chất rắn được giải phóng từ hạt được phân bổ giữa lượng còn trong lớp bột và lượng đã đi vào đồ uống.
Diễn biến theo thời gian: tốc độ nước đi qua lớp bột và tốc độ chất hòa tan được giải phóng thay đổi trong suốt quá trình pha.

Điểm quan trọng là các đại lượng không độc lập với nhau. Thời gian nước chảy hết, khối lượng đồ uống và TDS cùng phản ánh một quá trình vận chuyển và chiết xuất đang diễn ra trong lớp cà phê.

Mô hình liên kết các thông số công thức với đầu ra đo được và những trạng thái bên trong lớp cà phê được tái dựng theo thời gian.

Nghiên cứu năm 2026 đạt sai số dự đoán bao nhiêu?

Lee và Chang xây dựng mô hình rút gọn dựa trên các định luật bảo toàn. Trước tiên, nhóm nghiên cứu thực hiện các mẻ pha có kiểm soát với phân bố kích thước hạt thô, trung bình và mịn. Những thông số hiệu dụng được ước lượng từ các lần pha này, sau đó giữ cố định để dự đoán hai điều kiện chưa dùng trong bước ước lượng: trung bình-thô và trung bình-mịn.

Trên hai điều kiện kiểm tra này, sai số tuyệt đối trung bình được công bố là:

Đại lượng dự đoán	Sai số tuyệt đối trung bình
Thời gian nước chảy hết	6,7 giây
Khối lượng đồ uống	0,58 g
TDS	0,020 điểm phần trăm

Cả sáu giá trị dự đoán đầu ra ở hai điều kiện kiểm tra đều nằm trong một độ lệch chuẩn của giá trị thực nghiệm tương ứng. Đây là kết quả đáng chú ý vì mô hình có thể dự đoán các đầu ra đo được từ những thông số công thức và các đại lượng hiệu dụng đã được xác định trước.

Tuy nhiên, phạm vi kiểm tra vẫn giới hạn ở các điều kiện hạt xay và hệ thống pha được khảo sát. Không thể xem sai số này là bảo đảm rằng mô hình sẽ dự đoán chính xác mọi phễu lọc, mọi loại giấy lọc, mọi nguồn nước và mọi loại cà phê.

Vì sao cùng tỷ lệ 1:15 vẫn có thể cho kết quả khác?

Tỷ lệ pha chỉ mô tả tương quan giữa khối lượng cà phê và nước đầu vào. Nó không cho biết nước được đưa vào lớp bột theo nhịp nào, lượng nước lưu lại trong lớp cà phê bao nhiêu hay chất hòa tan thoát ra với tốc độ nào.

Hãy xét hai công thức cùng sử dụng 20 g cà phê và 300 g nước. Một công thức có thể chia nước thành nhiều lần rót với khoảng nghỉ dài; công thức còn lại rót liên tục hoặc chia thành ít lần rót hơn.

Dù tổng lượng nước giống nhau, lịch rót có thể làm thay đổi thời điểm nước tiếp xúc với các vùng khác nhau trong lớp bột. Cỡ xay và cấu trúc lớp cà phê cũng ảnh hưởng đến sức cản dòng chảy, khả năng giữ nước và thời gian tiếp xúc giữa nước với vật liệu.

Do đó, cùng một brew ratio không nhất thiết tạo ra cùng thời gian drawdown, khối lượng đồ uống hay TDS. Đây là lý do tỷ lệ pha nên được xem là một thông số đầu vào quan trọng, nhưng không phải mô tả đầy đủ của quá trình chiết xuất.

TDS và extraction yield không phải một đại lượng

TDS cho biết tỷ lệ chất rắn hòa tan trong đồ uống. Extraction yield, hay hiệu suất chiết xuất, lại mô tả lượng chất hòa tan thu được so với khối lượng cà phê khô ban đầu.

Trong cách tính thông dụng:

Extraction yield (%) = Khối lượng đồ uống × TDS / Khối lượng cà phê khô

Trong công thức này, TDS phải được sử dụng dưới dạng tỷ lệ thập phân. Chẳng hạn, 1,30% được nhập là 0,013.

Hai mẻ pha có thể có TDS tương tự nhưng khác khối lượng đồ uống, dẫn đến extraction yield khác nhau. Ngược lại, hai mẻ có hiệu suất chiết xuất gần nhau vẫn có thể tạo ra nồng độ đồ uống khác nhau nếu lượng nước thu được khác nhau.

Đó là lý do việc đánh giá một công thức chỉ bằng TDS hoặc chỉ bằng thời gian pha có thể bỏ qua những khác biệt quan trọng.

Mô hình được áp dụng lên 53 công thức pour-over công khai

Sau phần thí nghiệm có kiểm soát, nhóm nghiên cứu áp dụng khung mô hình lên 53 công thức pha cà phê lọc được công bố công khai.

Ở phần này, cần phân biệt rõ dữ liệu quan sát và kết quả mô hình. Thời gian hoàn tất được báo cáo trong công thức là đầu ra quan sát duy nhất được so sánh trực tiếp với thời gian drawdown do mô hình tính toán. Các đại lượng như thành phần đồ uống và lượng chất hòa tan bên trong lớp bột được trình bày như kết quả tính toán có điều kiện, không phải các phép đo thực nghiệm độc lập cho toàn bộ 53 công thức.

Chính nhóm tác giả cũng nêu rõ mô hình chưa trực tiếp xác nhận các trạng thái bên trong và chưa chứng minh khả năng dự đoán tổng quát trên nhiều hệ thống pha khác nhau.

Điều này không làm mất giá trị của nghiên cứu. Nó xác định đúng vai trò hiện tại của mô hình: một công cụ vật lý–toán học giúp liên kết dữ liệu công thức với những đầu ra có thể đo, đồng thời tạo ra giả thuyết định lượng về diễn biến bên trong lớp cà phê.

Cách ghi dữ liệu pour-over để kiểm soát mẻ pha tốt hơn

Ngay cả khi chưa sử dụng mô hình toán học, người pha vẫn có thể cải thiện khả năng tái lập bằng cách ghi lại dữ liệu theo cấu trúc đầy đủ hơn.

Nguyên liệu: nguồn gốc, giống, phương pháp sơ chế, ngày rang và mức rang.
Cà phê xay: khối lượng dose, máy xay và phân bố kích thước hạt nếu có thiết bị đo.
Nước pha: tổng lượng nước, nhiệt độ, TDS và đặc điểm khoáng hóa khi cần kiểm soát sâu.
Lịch rót: khối lượng từng lần rót, thời điểm rót, thời gian bloom và khoảng nghỉ.
Kết quả: thời gian drawdown, khối lượng đồ uống, TDS, extraction yield và đánh giá cảm quan.

Khi thử nghiệm, nên giữ cố định phần lớn thông số và thay đổi một yếu tố trong mỗi chuỗi thử nghiệm. Nếu đồng thời đổi cỡ xay, lịch rót, nhiệt độ và giấy lọc, rất khó xác định yếu tố nào tạo ra khác biệt.

Giá trị của nghiên cứu Lee và Chang nằm ở việc đưa quá trình pha từ một công thức tĩnh sang một hệ thống có diễn biến theo thời gian. Tỷ lệ 1:15 vẫn hữu ích, nhưng để hiểu vì sao một mẻ pha chảy nhanh hay chậm, đậm hay loãng, cần nhìn sâu hơn vào cách nước và chất hòa tan di chuyển qua lớp cà phê.

Đọc thêm các kiến thức về chiết xuất và pha chế tại SAVINA Coffee Knowledge.

Nguồn tham khảo

Lee, H. S. & Chang, B.-Y. (2026). Coffee brewing trajectories from recipe-level records: a conservation-constrained framework for filter coffee. npj Science of Food. Published 15 August 2026. https://doi.org/10.1038/s41538-026-01074-1

Mô hình bảo toàn vật chất trong pha chế cà phê