Các nghiên cứu trước đây thường cố gắng tìm kiếm công thức cho một ly espresso hoàn hảo tập trung vào yếu tố hóa học, nhưng nghiên cứu mới trên tạp chí Royal Society Open Science cho thấy bí quyết có thể nằm ở việc nhìn nhận bột cà phê giống như một cấu trúc địa chất học.
Để pha một ly espresso hoàn hảo, người pha cà phê cần lưu ý độ mịn của bột cà phê. Ảnh: Deposit Photos.
Nhóm nghiên cứu cho biết các công thức toán học giúp giải thích chuyển động của chất lỏng qua sa thạch, đá núi lửa và vật liệu xốp công nghiệp cũng có thể dự đoán quá trình nước di chuyển qua bột cà phê.
Điều này không có nghĩa để pha một ly espresso buổi sáng hoàn hảo, bạn cần giải các phương trình vi phân. Nhưng có một yếu tố quan trọng mà những người pha cà phê cần lưu ý, đó là độ mịn của bột cà phê.
Thế giới bí mật bên trong khối bột cà phê
Mọi ly espresso đều bắt đầu với nguyên liệu là bột cà phê được nén thành một khối bên trong tay cầm lọc của máy pha cà phê, sau đó cho nước nóng đi qua với áp suất khoảng 9 đến 10 bar. Khối nén này giống như một địa hình thu nhỏ với các gờ nổi, đường hầm, ngõ cụt và những khe hẹp mà nước nóng phải tìm lối đi qua.
Fabian Wadsworth - nhà khoa học địa chất tại Đại học Ludwig Maximilian München (Đức), thành viên của nhóm nghiên cứu - thường nghiên cứu về các vụ phun trào núi lửa. Ông bắt đầu quan tâm đến khía cạnh vật lý của việc pha cà phê espresso như một giáo cụ để giảng cho sinh viên những khái niệm cơ bản về lý thuyết thấm lọc. "Cà phê dường như là một cách tự nhiên để sinh viên có thể tiếp cận những vấn đề đó", Wadsworth nói với Science News.
Trên thực tế, mối liên hệ giữa espresso và địa chất học không hề xa cách như nhiều người nghĩ. Trong núi lửa, các bong bóng khí di chuyển qua đá nóng chảy. Trong các tầng ngậm nước, nước len lỏi qua lớp trầm tích. Trong espresso, nước nóng thấm qua khối bột cà phê nén chặt. Ở cả ba trường hợp, dòng chảy đều phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của các khe hở bên trong môi trường mà chúng đi qua.
Từ mối liên hệ trên, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình toán học để mô phỏng dòng chảy của nước qua khối bột cà phê. Họ tập trung chủ yếu vào hai đặc điểm: khe hở giữa các hạt bột cà phê và tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với nước của chúng.
Để kiểm tra mô hình, nhóm nghiên cứu sử dụng hai loại cà phê: Tumba từ Rwanda và Guayacán từ Colombia. Họ xay mỗi loại ở 11 mức độ khác nhau, từ rất mịn đến thô. Sau đó, họ cho bột cà phê vào các ống nhựa và quét chúng bằng phương pháp chụp cắt lớp vi mô tia X, một kỹ thuật tạo ra bản đồ 3D từ nhiều lát cắt tia X.
Thông qua phương pháp này, họ có thể quan sát các hạt bột cà phê, các lỗ rỗng và các kênh mà nước có thể đi qua. Sau đó, họ chạy mô phỏng máy tính trên những bản đồ 3D này để tính toán cách dòng nước sẽ di chuyển.
Kết quả phân tích cho thấy độ mịn của bột cà phê ảnh hưởng lớn đến độ thấm của cà phê. Khối bột cà phê có độ thấm cao cho phép nước chảy qua nhanh chóng, trong khi khối bột có độ thấm thấp sẽ cản trở dòng chảy. Tính chất vật lý này ảnh hưởng vô cùng lớn đến hương vị cà phê.
"Nếu bạn tăng gấp đôi kích thước hạt bột cà phê, bạn sẽ tăng khả năng thấm nước lên gấp bốn lần", Wadsworth cho biết.
Vì sao không nên xay cà phê quá mịn
Một phản xạ tự nhiên và phổ biến ở những người mới bắt đầu pha espresso là xay cà phê thật mịn. Họ nghĩ rằng cà phê xay càng mịn có diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn, vì vậy sẽ chiết xuất được nhiều hương vị hơn. Nhưng nếu bột cà phê quá mịn, khối bột cà phê sẽ cản trở dòng chảy của nước. Nơi nước bị kẹt lại, áp suất tăng lên buộc nước phải tìm những lối đi dễ hơn qua khối bột. Hệ quả là nước chảy không đều, khiến một số vùng bị chiết xuất quá mức trong khi những vùng khác gần như không được chiết xuất đầy đủ. Do đó, cà phê có vị đắng và mùi khét.
Nếu xay bột cà phê quá mịn, cà phê có vị đắng và mùi khét; còn nếu xay quá thô, cà phê có vị nhạt hoặc chua. Ảnh: Andres Vera/Unsplash
Nếu xay cà phê xay quá thô, khe hở giữa các hạt bột cà phê sẽ lớn hơn, khiến nước chảy qua quá nhanh. Nước không có đủ thời gian để hòa tan các hợp chất tạo hương vị. Kết quả là cà phê có vị nhạt hoặc chua.
Vậy kích cỡ cà phê xay lý tưởng là bao nhiêu? Để pha một tách espresso trong khoảng 30 giây, nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng bột cà phê xay mịn đến kích thước hạt từ khoảng 145 đến 275 micromet. Sợi tóc người có đường kính khoảng 180 micromet, vì vậy kích thước lý tưởng nằm quanh mức này.
"Bạn có thể pha một tách cà phê tuyệt vời với bột cà phê mua từ siêu thị. Yếu tố cốt lõi nằm ở việc chọn loại bột được xay đúng độ mịn", Wadsworth nói với tờ The Telegraph.
Điều đó không có nghĩa là chất lượng hạt cà phê không quan trọng. Cách rang, nguồn gốc, mới rang hay đã để lâu và quy trình chế biến vẫn quyết định độ thơm ngon của ly cà phê. Tuy nhiên, nghiên cứu mới cho thấy nếu xay không đúng kích cỡ, ngay cả hạt cà phê thượng hạng vẫn có thể cho ra một ly espresso kém hấp dẫn.
Nghiên cứu còn chỉ ra rằng bột cà phê sẽ trương nở khoảng 30% khi hấp thụ nước, làm giảm đáng kể độ thấm của khối bột cà phê, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả chiết xuất. Vì vậy, hiện tượng cà phê nở ra trong quá trình pha chế cần được nghiên cứu sâu hơn.
"Việc ứng dụng những hiểu biết từ ngành núi lửa học vào nghiên cứu cà phê thực sự rất thú vị. Điều này cho thấy các phương pháp được phát triển trong một lĩnh vực có thể mở ra những góc nhìn mới trong lĩnh vực khác", Samo Smrke, chuyên gia khoa học cà phê tại Đại học Khoa học Ứng dụng Zurich, người không tham gia vào nghiên cứu, nhận định.
Lần tới, khi bạn thưởng thức một ly espresso hoàn hảo, hãy nhớ rằng đằng sau hương vị ấy là sự kết hợp giữa nhiệt động lực học, địa chất học và toán học. Để pha một ly espresso chất lượng, bạn hãy dàn đều bột cà phê trong tay cầm của máy pha và nén thật đều để nước có thể chảy qua đồng nhất, không chỗ nào chảy quá nhanh hay quá chậm. Bạn nên dùng nước nóng ở nhiệt độ khoảng 90°C đến 96°C. Nhưng quan trọng nhất, bạn hãy chú trọng kích cỡ của hạt bột cà phê, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hương vị của ly espresso.
Quốc Hùng tổng hợp
---
Tài liệu tham khảo
Volcano Science Reveals Secret to the Perfect Espresso. Zmescience. https://www.zmescience.com/science/news-science/volcano-science-reveals-secret-to-the-perfect-espresso/
The secret to perfect espresso? It’s physics. Science News. https://www.sciencenews.org/article/perfect-espresso-coffee-physics
A model for the permeability of coffee pucks validated using X-ray computed micro-tomography. Royal Society Open Science. https://dx.doi.org/10.1098/rsos.252031