Chương 12: Hóa học của quá trình rang – Giải mã quá trình hình thành hương vị

1. NHỮNG YẾU TỐ TÁC ĐỘNG TỚI CHẤT LƯỢNG HƯƠNG VỊ CÀ PHÊ

Cà phê được đánh giá cao vì hương vị thú vị, bao gồm hai phương thức cảm nhận riêng biệt là hương thơm và vị giác. Những lợi ích khác là tác dụng kích thích, sự thích thú và niềm đam mê khi thưởng thức một tách cà phê và các khía cạnh văn hóa xã hội liên quan đến việc tiêu thụ cà phê (Caldwell, 2009). Tiêu dùng bên ngoài diễn ra theo xu hướng thay đổi liên tục và cộng đồng những người sành cà phê đang gia tăng mạnh mẽ trên khắp thế giới đòi hỏi một tách cà phê chất lượng cao. Nhìn chung, người tiêu dùng nhận thức rõ hơn về chất lượng, trong đó nguồn gốc và mức độ rang là một phần quan trọng trong việc lựa chọn cà phê của họ.

Cà phê có thể được xem vừa là một nghề thủ công vừa là một khoa học. Các nhà nghiên cứu và những người sành cà phê đưa ra sự tương đồng với việc sản xuất rượu vang (Mestdagh và cộng sự, 2013), trong đó chất lượng sản phẩm cuối cùng là kết quả của nghệ thuật và kiến thức, tùy thuộc vào nhiều yếu tố như thổ nhưỡng, khí hậu, sự đa dạng, quá trình chín, lên men và lão hóa . Tương tự như rượu vang, việc tiêu thụ cà phê ngày càng gắn liền với dịp và cảm xúc tiêu dùng. Nhìn chung, có cơ hội chuyển giao kiến thức và công nghệ giữa cà phê và các loại đồ uống khác như rượu, bia.

Như đã thảo luận trong cuốn sách này (Chương 1e3), nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng cà phê. Ở giai đoạn đầu của chuỗi giá trị cà phê là các yếu tố nông nghiệp như giống cây trồng, khí hậu và phương pháp sau thu hoạch. Họ xác định thành phần cà phê nhân, có thể điều chỉnh chất lượng hương vị (Farah, 2012; Sunarharum và cộng sự, 2014; Variyar và cộng sự, 2003; Viani và Petracco, 2007). Tuy nhiên, rang (xem Chương 11) chắc chắn là yếu tố quan trọng nhất trong chuỗi giá trị cà phê, nơi những thay đổi quan trọng về vật lý và hóa học dẫn đến sự phát triển các thuộc tính đặc trưng của cà phê rang (Clarke, 1987). Chỉ trong quá trình rang cà phê ở nhiệt độ cao hơn 200C (Dalla Rosa và cộng sự, 1980), lúc đó tiền chất cà phê xanh mới được chuyển hóa thành thành phần cà phê rang làm tăng màu sắc, mùi thơm và mùi vị. Tuy nhiên, chất lượng nội tại của cà phê được xác định trước trong hạt cà phê xanh bởi thành phần tiền thân của nó và người rang chỉ có thể phát huy hết tiềm năng bằng cách áp dụng các điều kiện rang thích hợp và tối ưu hóa. Mức độ rang, profile rang và công nghệ là những yếu tố quyết định cho thành phẩm cuối cùng. Kiến thức về tiền chất hương vị cũng như cơ chế hình thành và động học của các hợp chất hương vị chính là điều cần thiết trong việc phát triển các sản phẩm chất lượng cao với các đặc tính cảm quan mong muốn. Thông tin này sẽ giúp phát triển cà phê có chất lượng tốt hơn thông qua việc lựa chọn nguyên liệu thô có mục tiêu và nâng cao hiểu biết cũng như ứng dụng công nghệ rang. Do đó, khoa học phân tử chuyên sâu về hóa học rang là chìa khóa để xây dựng kiến thức và áp dụng nó vào công việc hàng ngày của người rang.

Trong chương này, trước tiên chúng tôi sẽ mô tả các tiền chất tạo hương vị có trong cà phê nhân và sau đó trình bày các hợp chất hương và vị có liên quan thu được bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích phức tạp. Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết hơn về các phản ứng hóa học và thông số xử lý dẫn đến hương vị cà phê đặc trưng. Cuối cùng, chúng ta sẽ thảo luận về động học của sự hình thành hương vị và cách điều chỉnh nốt hương.

2. TIỀN HƯƠNG VỊ XUẤT HIỆN TRONG HẠT CÀ PHÊ XANH

Thành phần của đậu xanh quyết định chất lượng mùi thơm và vị được hình thành trong quá trình rang. Do đó, các thành phần của cà phê nhân đã được nghiên cứu rất chi tiết để đưa ra kết luận về chất lượng thu được từ một loại cà phê cụ thể và tận dụng kiến thức này để tối ưu hóa quá trình chế biến cà phê (Arya và Rao, 2007; Fischer và cộng sự, 2001; Nunes và Coimbra , 2001; Redgwell và cộng sự, 2002). Rang có thể được mô tả như một quá trình làm nóng thực phẩm khô bắt đầu bằng giai đoạn sấy khô (lên đến khoảng 100 C, thu nhiệt), tiếp theo là giai đoạn tỏa nhiệt (khoảng 170-220C) dẫn đến hầu hết các thành phần hương vị và cuối cùng là giai đoạn làm mát. Bảng 12.1 cho thấy thành phần cà phê xanh chính của cà phê Arabica và Robusta (Belitz và cộng sự, 2009), thể hiện sự phức tạp trong thành phần cà phê nhân. Cà phê xanh chủ yếu bao gồm carbohydrate, các hợp chất chứa nitơ (N) (chủ yếu là protein, trigonelline và caffeine), lipid, axit hữu cơ và nước. Hầu hết tất cả các thành phần của cà phê xanh đều là tiền thân tiềm năng cho hương vị và màu sắc hoặc tham gia vào quá trình phát triển của chúng. Ngay cả hàm lượng nước cũng có thể đóng một vai trò quan trọng đối với chất lượng cà phê cuối cùng (Baggenstoss và cộng sự, 2008b). Tuy nhiên, từ nhóm thành phần cà phê xanh này, tiền chất hương vị chính là đường, protein, axit amin tự do, trigonelline và axit chlorogen (CGA). Các lớp tiền thân này sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong chương này.

Mặc dù thành phần tổng thể của các loài Arabica và Robusta rất giống nhau nhưng tỷ lệ tương đối của chúng khác nhau đáng kể (Bảng 12.1). Cà phê Arabica được đặc trưng bởi hàm lượng carbohydrate cao hơn (tức là sucrose, oligosaccharides, mannans), lipid, trigonelline, axit hữu cơ (malic, citric, quinic) và axit 3-feruoyl-quinic (3-FQA). Mặt khác, cà phê Robusta chứa nhiều caffeine, protein, arabinogalactans, CGA (trừ 3-FQA), tổng photphat, tro (tức là muối Ca) và kim loại chuyển tiếp (tức là Fe, Al, Cu). Những khác biệt quan trọng trong thành phần này, như sẽ được thấy ở phần sau, có tính chất quyết định đối với sự khác biệt về chất lượng và đặc tính của cà phê rang.

2.1 Carbohydrate

Carbohydrate chiếm khoảng 40-65% chất khô của cà phê xanh, bao gồm carbohydrate tan trong nước và không tan trong nước (Bảng 12.1). Các polyme của arabinose, galactose, glucose và mannose tạo thành cả polysaccharide hòa tan và phần không hòa tan, tạo thành cấu trúc của thành tế bào cùng với protein và CGA (Bradbury và Halliday, 1990). Cellulose, galactomannan và arabinogalactan chiếm khoảng 45% trọng lượng khô của hạt cà phê (Trugo, 1985), tất cả chúng đều có cấu trúc phức tạp.

Phần còn lại là sucrose disacarit hòa tan. Phần hòa tan của cà phê nhân được cho là nguồn tiền chất quan trọng nhất trong việc hình thành mùi thơm, vị và màu sắc của cà phê (De Maria và cộng sự, 1996a; Nunes và Coimbra, 2001). Các tiền chất luôn sẵn có cho các phản ứng đa dạng, điều này được chứng minh bằng sự tiêu thụ nhanh chóng của chúng trong giai đoạn đầu của quá trình rang. Các thành phần hòa tan trong nước được chia thành hai phần, tức là phần trọng lượng phân tử cao (HMW) và phần trọng lượng phân tử thấp (LMW) (De Maria et al., 1994). Các polysacarit HMW hòa tan trong nước chủ yếu được đại diện bởi galactomannans và arabinogalactans, sau này chiếm 14-17% chất khô (Bradbury và Halliday, 1990; De Maria et al., 1994; Illy và Viani, 1995). Các arabinogalactans của cà phê xanh có tính phân nhánh cao và liên kết cộng hóa trị với protein để tạo thành protein arabinogalactan (AGP). Quá trình rang gây ra sự biến đổi cấu trúc của AGP bao gồm sự khử polyme của chuỗi chính và chuỗi bên, do đó giải phóng arabinose tự do, hoạt động như một tiền chất đường quan trọng (Oosterveld và cộng sự, 2003; Wei và cộng sự, 2012). Phần chính của arabinose được giải phóng có liên quan đến sự hình thành melanoidin xảy ra trong quá trình rang cà phê (Bekedam và cộng sự, 2008, 2006; Moreira và cộng sự, 2012; Nunes và cộng sự, 2012). Ngoài ra, dư lượng arabinose của chuỗi bên arabinogalactan có thể đóng vai trò trong việc hình thành axit, tức là axit formic và acetic (Ginz và cộng sự, 2000). Galactose tự do, thành phần khác của arabinogalactans, chỉ có thể được phát hiện với số lượng đáng kể trong đậu xanh và bị phân hủy nhanh chóng (Redgwell et al., 2002).

Phần LMW hòa tan trong nước chứa các tiền chất hương vị quan trọng như đường tự do, trigonelline và CGA. Mono- và disacarit là những thành phần nhỏ, tuy nhiên, chúng rất cần thiết cho sự hình thành mùi thơm bằng phản ứng caramen hóa và phản ứng Maillard. Sucrose (disacarit bao gồm glucose và fructose) cho đến nay là loại đường quan trọng và phổ biến nhất trong cà phê xanh với c. 8% ở Arabica và chỉ khoảng một nửa số lượng được tìm thấy ở Robusta (3e6%). Mùi thơm phức tạp hơn và hương vị tổng thể của cà phê Arabica được giải thích là do hàm lượng sucrose cao hơn (Farah, 2012). Ngoài ra, oligosacarit (stachyose, raffinose) và monosacarit (fructose, glucose, galactose, arabinose) được tìm thấy với lượng vết trong cà phê xanh. Nồng độ glucose và fructose tăng lên trong giai đoạn rang sớm do sự phân hủy liên tục của sucrose. Hầu như tất cả đường tự do đều bị mất đi khi rang do phản ứng Maillard và quá trình caramen hóa, tạo ra nước, carbon dioxide, màu sắc, mùi thơm và mùi vị.

Phần không hòa tan chủ yếu bao gồm các thành phần HMW polyme. Phần polysaccharide này nằm trong phức hợp thành tế bào cà phê khá dày và đặc, bao gồm ba polyme là mannan, hemicellulose và cellulose. Chúng ở Arabica cao hơn cà phê Robusta. Galactomannans là polysaccharides có nhiều nhất trong hạt cà phê xanh, chiếm ít nhất 19% khối lượng của nó. Chúng đóng vai trò dự trữ carbohydrate để hình thành một phần năng lượng dự trữ của hạt trưởng thành, tương tự như vai trò của tinh bột trong nội nhũ ngũ cốc. Cấu trúc của galactomannans bao gồm một khung tuyến tính gồm các phân tử mannose liên kết b-1,4 với các chuỗi bên galactosyl liên kết a-1,6 đơn vị ở các khoảng khác nhau dọc theo xương sống mannan (Fischer et al., 2001; Liepman và cộng sự, 2007).

Khoảng 12e24% polysaccharides bị phân hủy trong cà phê rang nhạt, 35e40% khi rang tối. Điều này có thể được giải thích là do sự phân hủy chuỗi bên arabinogalactan thành arabinose, trong khi cellulose và mannan vẫn gần như nguyên vẹn trong cà phê rang (Bradbury, 2001). Polysaccharides dường như không góp phần đặc biệt vào việc hình thành mùi thơm trong quá trình rang, nhưng mang lại các đặc tính cảm quan có liên quan của cà phê pha, chẳng hạn như độ nhớt và cảm giác miệng (Redgwell et al., 2002). Nhìn chung, vai trò của phần hòa tan trong nước trong việc hình thành các thành phần cà phê rang được hiểu rõ hơn nhiều so với phần không hòa tan trong nước.

Tóm lại, monosacarit và disacarit sucrose rất dễ bị xử lý nhiệt. Chúng bị phân hủy về số lượng trong điều kiện rang trong vòng vài phút. Sự khử polyme của các polysaccharide và sự tham gia của chúng vào việc hình thành hương vị phụ thuộc vào cấu trúc của chúng: arabinose phân nhánh trong arabinogalactans có khả năng góp phần, các galactan tạo khung ít hơn nhiều và các cấu trúc siêu phân tử như cellulose và mannan hầu như không thay đổi.

2.2 Axit

Phần axit trong cà phê xanh bao gồm axit béo dễ bay hơi và axit béo không bay hơi và axit phenolic có trong hạt thô (khoảng 8%). Các axit không bay hơi chính là CGA, citric, malic và quinic acid (Maier, 1993). Axit dễ bay hơi chủ yếu được biểu hiện bằng axit formic và acetic (Viani và Petracco, 2007), xuất phát từ quá trình lên men trong xử lý sau thu hoạch, nhưng cũng có thể được tạo ra thông qua các phản ứng kiểu Maillard khi rang (Davidek và cộng sự, 2006).

Cà phê nổi tiếng với hàm lượng CGA phong phú, một trong những loại cây có hàm lượng CGA cao nhất. Đậu xanh Robusta chứa tổng lượng CGA nhiều hơn đáng kể so với cà phê Arabica. Mức CGA trong cà phê nhân đã được báo cáo thay đổi từ 8% đến 14,4% chất khô (DM) đối với Robusta đến 3,4e4,8% DM đối với Arabica (Ky và cộng sự, 2001). CGA là một nhóm các hợp chất phenolic có nguồn gốc từ quá trình este hóa axit hydroxycinnamic (axit caffeic, ferulic và p-coumaric) với axit quinic. Axit caffeoyl-quinic (CQA) chiếm khoảng 80% tổng lượng CGA (Farah, 2012). Đồng phân 5-CQA được phát hiện là CGA dồi dào nhất, liên tục bị phân hủy trong quá trình rang, tiếp theo là 4- và 3-CQA (Clifford và cộng sự, 2003; Farah và cộng sự, 2005). Ngoài ra, diester của axit hydroxycinnamic và axit quinic monome cũng có trong cà phê xanh (Jaiswal và cộng sự, 2012). CGA là tiền chất quan trọng của các hợp chất có vị đắng nhưng cũng có thể bị phân hủy thành các gốc axit quinic và axit hydroxycinnamic, những chất này có thể phân hủy thêm thành các hợp chất phenolic dễ bay hơi và không bay hơi (Dorfner và cộng sự, 2003; Tressl và cộng sự, 1976). Các phenol dễ bay hơi thuộc nhóm guaiacol như 2-methoxyphenol (guaiacol), 4-ethyl-2-methoxyphenol (4-ethyl guaiacol) và 4-vinyl-2-methoxyphenol (4-vinyl guaiacol) tạo ra mùi hương gỗ, khói đặc trưng. và đặc tính tro của cà phê rang đậm. Lượng chất tạo mùi tác động này cao hơn trong Robusta do hàm lượng CGA dồi dào hơn.

2.3 Hợp chất chứa nitơ (N)

Hợp chất N, chủ yếu là protein, chiếm khoảng 11-15% nguyên liệu cà phê khô. Tổng hàm lượng protein là c. 10% cho cả cà phê nhân Arabica và Robusta. Một phần protein được liên kết với polysaccharide arabinogalactan tan trong nước để tạo thành AGP.

Axit amin tự do chỉ chiếm chưa đến 1% cà phê nhân, tuy nhiên, tầm quan trọng của chúng đối với hương vị cuối cùng của cà phê rang là rất cao. Chúng là đối tác phản ứng chính trong phản ứng hóa học Maillard cũng như trong quá trình phân hủy Strecker để tạo ra nhiều chất tạo mùi mạnh. Axit glutamic, axit aspartic và asparagine là ba axit amin tự do chính. Tuy nhiên, có vẻ như sự phân bố của các axit amin đơn lẻ quyết định đặc tính thơm theo phản ứng Maillard (Wong và cộng sự, 2008). Protein và peptide cũng có thể đóng vai trò là tiền chất tạo mùi thơm vì chúng có thể phân hủy thành các phân tử phản ứng nhỏ hơn (De Maria và cộng sự, 1996b). Axit amin tự do gần như bị phân hủy hoàn toàn khi rang.

Bên cạnh protein và axit amin tự do, cà phê còn chứa alkaloid caffeine, có lẽ là loại alkaloid được biết đến nhiều nhất và được nghiên cứu nhiều nhất ở thực vật. Một thành phần nitơ khác là trigonelline, khi rang bị phân hủy một phần và chuyển thành axit nicotinic và các hợp chất dễ bay hơi như pyridin và pyrroles (Viani và Horman, 1974).

2.4 Lipid

Lipid chiếm 15-18% hạt Arabica và 8-12% hạt thô Robusta (Viani và Petracco, 2007). Phần lipid bao gồm sáp cà phê phủ lên hạt và chất béo trung tính. Axit linoleic (40e45%) và axit palmitic (25e35%) là các axit béo chính. Ngoài ra, diterpenes (cafestol, kahweol) và sterol ở dạng tự do và este hóa là một phần của tổng phần lipid. Trong quá trình rang, lipid có thể hình thành aldehyd thông qua quá trình phân hủy nhiệt, chất này có thể phản ứng thêm với các thành phần khác trong cà phê (Belitz et al., 2009).

3. HƯƠNG VỊ TẠO RA KHI RANG

Khoa học hương vị phân tử nhằm mục đích tìm hiểu tác động của các hợp chất hương vị, sự giải phóng chúng và nhận thức của con người đối với một sản phẩm hoặc ma trận nhất định bằng cách sử dụng kiến thức để tối ưu hóa phản ứng khoái lạc của người tiêu dùng. Hương vị bao gồm hai phương thức cảm giác riêng biệt, tức là hương thơm dễ bay hơi được cảm nhận bằng mũi và hương vị không bay hơi được cảm nhận trong khoang miệng. Cả hai đều quan trọng như nhau cùng với cảm giác sinh ba (ví dụ như mát, nóng và ngứa ran). Trước tiên, chúng tôi sẽ tập trung vào các cân nhắc phân tích, sau đó tập trung vào các hợp chất có liên quan đến cảm quan.

3.1 Phân tích hương vị

Vì hương vị cà phê bao gồm hơn 1000 hợp chất dễ bay hơi và không bay hơi nên cần có một phương pháp phân tích tinh vi kết hợp các đánh giá cảm quan và công cụ để thu hẹp số lượng hợp chất có liên quan cần tập trung vào. Sự phức tạp của hương vị cà phê đòi hỏi trình độ chuyên môn phân tích cao để chọn phương pháp phù hợp nhất cho một nhiệm vụ nhất định cần hoàn thành, kết hợp với xử lý dữ liệu và giải thích phân tử (Kerler và Poisson, 2011). Kiến thức chi tiết về các chất tạo mùi tác động và các phân tử hoạt động vị giác sẽ cho phép kết nối các điều kiện chế biến trong chuỗi giá trị cà phê với thành phần hạt xanh.

Đặc biệt trong cà phê, mùi thơm được coi là thông số chất lượng quan trọng, phân biệt cà phê pha với cà phê hòa tan, cà phê espresso với Americano, Robusta với cà phê Arabica, Colombia với cà phê Brazil. Việc xác định đặc tính của hương thơm cà phê là một nhiệm vụ đầy thách thức vì nhiều chất tạo mùi quan trọng chỉ hiện diện ở lượng rất nhỏ và/hoặc có tính phản ứng và không ổn định. Một tiến bộ lớn trong việc giải mã hương vị cà phê đã đạt được bằng cách sử dụng các phương pháp tinh vi để phân tích hóa học theo cảm quan, tức là sử dụng các phương pháp cảm quan (ví dụ: ngửi và nếm) để xác định các hợp chất có mùi thơm và vị giác thực sự quan trọng. cho hương vị tổng thể (Blank và cộng sự, 1992; Ottinger và cộng sự, 2001). Việc sử dụng phép đo sắc ký khí và tính toán hoạt độ mùi, tức là tỷ lệ giữa nồng độ và ngưỡng mùi (Blank, 2002; Grosch, 2001b), là rất cần thiết để xác định số lượng khá hạn chế các chất dễ bay hơi (chất tạo mùi) liên quan đến mùi thơm. Cái gọi là khái niệm Sensomics này cũng đã được thực hiện thành công trong việc mô tả đặc tính của các thành phần liên quan đến hương vị (Frank và cộng sự, 2001). Hơn nữa, hiệu suất ngày càng tăng của các thiết bị phân tích là một bước đột phá quan trọng cho phép tăng cường phân tách các thành phần về mặt sắc ký và độ nhạy và độ chọn lọc cao hơn của các thiết bị phát hiện, chủ yếu là phép đo phổ khối (MS).

Trình tự chung của phương pháp Sensomics này được thể hiện trong Hình 12.1. ➊ Việc tách mùi thơm (phần dễ bay hơi) hoặc mùi vị (phần không bay hơi) khỏi sản phẩm cà phê là bước quan trọng đầu tiên. Điều này có thể được thực hiện bằng nhiều kỹ thuật khác nhau nhằm mục đích thu được chiết xuất đại diện của hương thơm ban đầu (Gl¨ss và cộng sự, 2013; Sarrazin và cộng sự, 2000) hoặc thành phần hương vị. ➋ Ở bước thứ hai, các hương vị phân lập được sàng lọc để tìm các thành phần mùi thơm hoặc vị có tác động đặc trưng bằng kỹ thuật phân tách theo hướng dẫn cảm quan. Việc sàng lọc các chất tạo mùi được thực hiện bằng cách tách GC của chiết xuất hương liệu kết hợp với phép đo khứu giác trong đó chất tạo mùi được đánh giá bằng cách ngửi khí thải (d’Acampora Zellner và cộng sự, 2008; Blank, 2002), tức là mũi người được sử dụng làm vật nhạy cảm. máy dò để phân biệt các chất tạo mùi mạnh với đám thành phần dễ bay hơi không mùi. Tương tự, các kỹ thuật phân đoạn khác nhau được sử dụng để mô tả đặc tính của các thành phần vị dẫn đến nhiều phân số trong đó các chất không bay hơi được đánh giá bằng cách nếm bằng cách sử dụng lưỡi làm máy dò. ➌ Các chất tạo mùi và vị mạnh nhất được phát hiện trong quá trình sàng lọc bằng Phân tích pha loãng chiết xuất hương thơm hoặc Xét nghiệm pha loãng vị giác sau đó được xác định bằng kỹ thuật MS và cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). ➍ Các chất tạo mùi hoặc hợp chất vị giả định đã được xác định sẽ được định lượng và các giá trị hoạt tính mùi (OAV) hoặc Hệ số liều lượng trên ngưỡng (DoT) của chúng được tính toán (tỷ lệ giữa nồng độ và ngưỡng mùi/vị trong một ma trận xác định). Bất kỳ phương pháp định lượng chính xác nào cũng có thể được sử dụng, tuy nhiên, phương pháp được lựa chọn vẫn được gọi là xét nghiệm pha loãng đồng vị ổn định. Kỹ thuật này liên quan đến việc sử dụng các phân tử được dán nhãn đồng vị (tức là các chất phân tích được dán nhãn đồng vị ổn định 13C hoặc 2H) làm chất chuẩn nội có thể áp dụng cho bất kỳ kỹ thuật phân lập hương vị và thử nghiệm dụng cụ nào. Giá trị OAV hoặc DoT thu được là một chỉ số mạnh mẽ cho tầm quan trọng tương đối của hợp chất hương vị. ➎ Cuối cùng, khái niệm OAV (DoT) nhằm mục đích liên kết dữ liệu phân tích định lượng với đặc tính cảm quan của mẫu cà phê ban đầu (ví dụ: cà phê pha) bằng cách trộn mùi thơm/hương vị chính đã xác định ở nồng độ tự nhiên của chúng và so sánh đặc tính cảm quan của nó với mẫu đó của sản phẩm cà phê ban đầu. Tầm quan trọng tương đối của chất tạo mùi/vị hoặc một nhóm của chúng trên mô hình hương vị cà phê tổng thể có thể được đánh giá bằng cách loại bỏ các hợp chất đơn lẻ hoặc một nhóm hợp chất trong mô hình thử nghiệm. Các phân tử dẫn đến sự thay đổi đáng kể về đặc tính cảm quan có thể được gọi là hợp chất tác động của cà phê.

3.2 Thành phần hương thơm

Hầu hết các nghiên cứu về hương thơm đã được thực hiện trên cà phê rang hoặc đồ uống tương ứng. Tuy nhiên, thành phần dễ bay hơi của cà phê nhân cũng đã được nghiên cứu (Cantergiani và cộng sự, 2001; Spadone và cộng sự, 1990). Mùi thơm của cà phê xanh được mô tả là có màu xanh, giống cỏ khô và hạt đậu (Gretsch et al., 1999), và vị ngọt, se (Viani và Petracco, 2007), thực sự rất khác so với sản phẩm sau khi rang. . Các nghiên cứu về mùi hương cà phê xanh chủ yếu nhằm mục đích xác định mùi vị lạ trước khi rang và dự đoán chất lượng của sản phẩm rang (Cantergiani et al., 2001; Spadone et al., 1990). Hạt cà phê xanh chứa khoảng 300 chất dễ bay hơi với nồng độ thấp hơn nhiều so với cà phê rang. Một số hợp chất không bị ảnh hưởng khi rang và có thể được tìm thấy không thay đổi trong sản phẩm rang (ví dụ, 3-isobutyl-2-methoxypyrazine được hình thành nhờ enzyme trong đậu xanh), trong khi hàm lượng của các hợp chất khác giảm trong quá trình rang do bay hơi (ví dụ, ethyl- 3-methylbutyrate) hoặc phân hủy. Bên cạnh methoxy pyrazine và este, các hợp chất có mùi thơm khác cũng có trong cà phê xanh trước khi rang, bao gồm linalool, các sản phẩm phân hủy lipid, rượu có nguồn gốc sinh học, aldehyd và axit hữu cơ (Cantergiani et al., 2001; Holscher và Steinhart, 1994).

Tuy nhiên, mùi thơm và hương vị đặc trưng của cà phê chỉ phát sinh từ một mạng lưới phức tạp của những thay đổi vật lý và hóa học trong quá trình rang. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã khám phá điều gì khiến cà phê rang có mùi thơm đến vậy, và trong khi đó, số lượng hợp chất dễ bay hơi được xác định trong cà phê rang đã vượt quá 1000 (Nijssen, 1996). Hỗn hợp phức tạp và sự cân bằng của phần dễ bay hơi chỉ chiếm khoảng 0,1% tổng trọng lượng cà phê rang, với các thành phần đơn lẻ khác nhau, từ mức phần nghìn tỷ (ppt) đến mức phần triệu (ppm) cao hơn, khiến nó trở thành một trong những đồ uống có hàm lượng hương vị phong phú và phức tạp nhất (HertzSchu¨nemann và cộng sự, 2013).

Trong khi đó, người ta chấp nhận rộng rãi rằng số lượng thành phần quyết định chất lượng, cường độ hoặc đặc tính của ấn tượng mùi tổng thể của thực phẩm không phải là số lượng. Thật vậy, chỉ có khoảng 25-30 chất tạo mùi chính đã được chứng minh là có đóng góp vào mùi thơm tổng thể của cà phê (Blank và cộng sự, 1992; Grosch, 1998, 2001a; Kerler và Poisson, 2011). Điều thú vị là, có từ một vài đến khoảng 40 chất tạo mùi tác động được tìm thấy trong hầu hết các loại thực phẩm được nghiên cứu, ví dụ như thịt bò nướng (Cerny và Grosch, 1992), rượu vang đỏ (Frank và cộng sự, 2011), hoặc sô cô la (Schnermann và Schieberle, 1997). hàng trăm chất dễ bay hơi đã được xác định. Ngoài ra, chỉ có một số lượng hạn chế các hợp chất dễ bay hơi thực sự được lan truyền trong hầu hết các nền thực phẩm và ít hơn 3% chất dễ bay hơi trong thực phẩm tạo thành không gian tạo mùi hóa học (Dunkel và cộng sự, 2014).

Các hợp chất tác động lên mùi thơm thuộc các nhóm thiol, sulfua, aldehyd, pyrazine, dicarbonyl, phenol và furanone. Bảng 12.2 đưa ra cái nhìn tổng quan về các chất tạo mùi chính trong cà phê rang được đánh giá bởi các nhà nghiên cứu khác nhau (Blank và cộng sự, 1992; Schenker và cộng sự, 2002; Semmelroch và Grosch, 1996; Kerler và Poisson, 2011).

3.3 Thành phần hương vị

Quá trình rang tạo ra vị đắng trong cà phê. Hóa chất CGA có trong hạt cà phê xanh bị phân hủy mạnh trong quá trình rang. Các hợp chất có vị đắng đậm đã được báo cáo trong cà phê rang dựa trên phương pháp phân đoạn theo cảm quan, kỹ thuật phân tích phức tạp và thí nghiệm rang mô hình với CGA (Frank và cộng sự, 2006). CGA lacton (Hình 12.2) được cho là có vị đắng đậm của cà phê. Tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của chúng, nồng độ ngưỡng vị đắng dao động trong khoảng 9,8 đến 180 mmol/L (nước). Các tác giả cho rằng khoảng 80% vị đắng của đồ uống cà phê đã khử caffein là do 10 quinide này dựa trên việc định lượng và xác định các yếu tố DoT đối với từng hợp chất đắng riêng lẻ. Những dữ liệu này cũng chỉ ra vai trò hạn chế của caffeine đối với vị đắng tổng thể được cảm nhận trong đồ uống cà phê.

Phenylindanes, sản phẩm phân hủy của CQA lacton, đã được báo cáo là các hợp chất có vị đắng hơn, tức là 1,3- bis( 30,40-dihydroxyphenyl) butan, trans-1,3-bis(30,40-dihydroxyphenyl)-1- butene và tám phenylindanes được hydroxyl hóa (Frank và cộng sự, 2007) (Hình 12.2). Chúng có liên quan đến vị đắng dai dẳng kéo dài trong cà phê rang đậm. Một số hợp chất đắng được xác định trong cà phê pha cho thấy nồng độ ngưỡng nhận biết khá thấp, nằm trong khoảng từ 23 đến 178 mmol/L (nước). Nói chung, vị đắng tăng lên khi rang ở mức độ cao hơn. Mặc dù chất caffeine có trong hạt xanh có vị đắng mạnh nhưng nó chỉ đóng góp khoảng 10-20% vào cảm giác đắng trong cà phê. Nồng độ của nó không thay đổi khi rang. Hơn nữa, diketopiperazines (DKP), sản phẩm ngưng tụ của các axit amin tự do, đóng vai trò gây ra vị đắng của cà phê. Nói chung, vị đắng tăng lên khi rang ở mức độ cao hơn. Ngưỡng hương vị (mmol/L nước) nằm trong khoảng 30e200 (CQA), 30e150 (phenylindanes), 50e800 (benzen diol), 190e4000 (DKPs) và 750 (caffeine).

Các axit béo như axit xitric và axit malic rất phù hợp với vị axit (Balzer, 2001). Các axit này cũng có trong đậu xanh và bị giảm dần trong bước rang. Axit axetic và axit formic là những chất đóng góp mạnh mẽ vào tổng lượng axit cảm nhận được. Nồng độ của chúng trong cà phê nhân rất thấp nhưng chúng được tạo ra do quá trình phân hủy carbohydrate. Nồng độ axit quinic (từ CQA) và axit dễ bay hơi tăng nhẹ trong quá trình rang. Nhìn chung, độ axit tổng thể có thể cảm nhận được đang giảm trong quá trình rang. Đậu rang nhạt tạo ra nhiều axit trong cốc hơn cà phê rang đậm.

4. THAY ĐỔI THÀNH PHẦN TIỀN CHẤT SAU KHI RANG

Quá trình rang cung cấp các điều kiện thích hợp cho các biến đổi vật lý và hóa học cần thiết diễn ra bên cạnh sự thay đổi màu sắc từ xanh sang nâu. Trong giai đoạn đầu sấy khô, nước tự do trong quá trình rang bị mất đi, tiếp theo là giai đoạn gia nhiệt khô bao gồm nhiều quá trình hóa học như khử nước, thủy phân, enol hóa, tạo vòng, phân tách, phân mảnh, tái hợp các mảnh, nhiệt phân và phản ứng trùng hợp. Với nhiệt độ tăng lên trong giai đoạn tỏa nhiệt (trên 170C) và quá trình sấy khô hạt, sự giãn nở kích thước được quan sát thấy dưới áp suất tăng kèm theo sự tạo ra hương vị từ tiền chất.

4.1 Các phản ứng hóa học chính

Nhiều thay đổi trong số này có liên quan đến cái gọi là phản ứng Maillard, còn được gọi là hiện tượng hóa nâu không do enzyme, dẫn đến sự hình thành các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp hơn, chẳng hạn như carbon dioxide và các thành phần hương vị tạo ra mùi thơm rang, caramel, mùi đất, mùi nướng cho món rang. đậu. Sự thay đổi màu sắc của hạt là do việc tạo ra các melanoidin có trọng lượng phân tử cao hơn. Hơn nữa, các phản ứng kiểu Maillard có thể dẫn đến tác dụng chống oxy hóa và ngăn ngừa hóa học (Somoza, 2005; Summa và cộng sự, 2007; Yilmaz và Toledo, 2005), nhưng cũng dẫn đến các thành phần không mong muốn cần giảm thiểu, ví dụ: acrylamide và furan (Tamanna và Mahmood). , 2015).

Phản ứng Maillard là một chuỗi các phản ứng phức tạp bắt đầu bằng sự liên kết amino-carbonyl của đường khử và axit amin (hoặc peptide và protein) dẫn đến glycosylamine được thế N (bazơ Schiff), được sắp xếp lại thành chất trung gian ổn định đầu tiên, tức là, Sản phẩm của Amadori và Heyns. Các liên hợp đường hoạt hóa này là những loại phản ứng và dễ dàng phân hủy dẫn đến các mảnh nhỏ hơn, có thể phản ứng tiếp theo tạo thành vô số sản phẩm phản ứng dễ bay hơi và không bay hơi (Ledl và Schleicher, 1990). Về cơ bản, phản ứng Maillard là quá trình phân hủy đường được xúc tác amino dẫn đến mùi thơm, vị và màu sắc (melanoidin). Sucrose, loại đường tự do có nhiều nhất trong hạt cà phê xanh, trước tiên cần được phân hủy thành glucose và fructose bằng cách xử lý nhiệt để trải qua các phản ứng kiểu Maillard.

Các chất dễ bay hơi sinh ra từ phản ứng Maillard là pyridin, pyrazine, dicarbonyl (ví dụ diacetyl), oxazole, thiazole, pyrroles và imidazole, enolone (furaneol, maltol, cyclotene) và nhiều chất khác (Hình 12.3). Quang phổ của các sản phẩm Maillard và do đó thành phần của cà phê rang có thể khác nhau tùy thuộc vào thành phần của chất thải trong hạt xanh. Ngoài ra, sự hình thành hương vị bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số quan trọng như loại đường và axit amin tham gia, nhiệt độ phản ứng, thời gian, áp suất, pH và độ ẩm (Ho và cộng sự, 1993; Ledl và Schleicher, 1990). Axit axetic và axit formic góp phần mạnh mẽ vào tổng độ axit cảm nhận được. Chúng được tạo ra trong giai đoạn đầu của quá trình rang từ tiền chất carbohydrate trong quá trình phản ứng Maillard và quá trình caramen hóa (Davidek et al., 2006). Tuy nhiên, chúng bị phân hủy hoặc bay hơi ở nhiệt độ cao hơn trong giai đoạn rang cuối cùng. Mặc dù nồng độ của các axit dễ bay hơi chuỗi ngắn tăng nhẹ trong quá trình rang, nhưng tổng lượng axit có thể cảm nhận được lại giảm trong quá trình rang, do đó cho thấy vai trò hạn chế của chúng đối với độ axit của cà phê.

Là một phần của mạng lưới phản ứng Maillard, quá trình phân hủy Strecker có tầm quan trọng đặc biệt trong việc hình thành hương vị, góp phần tạo nên phổ hương thơm cà phê với các aldehyd dễ bay hơi có mùi mạch nha (3/2-methylbutanal), khoai tây (methional) và mùi giống mật ong (phenylacetaldehyde) . Về cơ bản, nó là quá trình khử amin và khử carboxyl oxy hóa của axit amin tạo ra aldehyd Strecker (ReCHO). Sự phân hủy Strecker cũng tạo ra alkyl pyrazines (Amrani-Hemaimi và cộng sự, 1995) góp phần tạo nên mùi đất, mùi rang của hương thơm cà phê. Các axit amin chứa lưu huỳnh (cysteine, methionine) phản ứng với thiol và sulfua. Một số trong số chúng có ngưỡng mùi khá thấp, do đó góp phần tạo ra mùi thơm cà phê ở nồng độ rất thấp, chẳng hạn như 3-mercapto-3-methylbutyl formate, 3-methyl-2-butene-1-thiol, 2-furfurylthiol và metanthiol ( Holscher và Steinhart, 1992; Holscher và cộng sự, 1992). Thiol có khả năng bị oxy hóa thành sunfua. Do phản ứng Maillard, chỉ có thể tìm thấy dấu vết của axit amin tự do và đường tự do sau khi rang, trong khi hàm lượng protein thô và hầu hết các polysaccharide chỉ thay đổi rất ít khi rang.

Ngoài ra, xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao sẽ tạo ra sự caramen hóa của đường, tạo ra caramen và mùi gia vị. Tuy nhiên, sự hình thành mùi thơm được ưa chuộng hơn trong con đường Maillard do năng lượng hoạt hóa thấp hơn khi có mặt các loại nitơ phản ứng (ví dụ: axit amin). Cả phản ứng Maillard và phản ứng caramen hóa đều là con đường chính dẫn đến sự hình thành các polyme màu nâu (tức là melanoidin).

CGA bị phân hủy mạnh khi rang cà phê. Sự phân hủy của CGA dẫn đến các sản phẩm thủy phân như axit quinic và các axit phenolic như axit ferulic, tiếp tục phân hủy tạo thành các chất tạo mùi phenolic quan trọng như guaiacol và 4-vinylguaiacol. Sau 9 phút rang, khoảng 90% tổng lượng CGA (tức là 7% chất rắn cà phê xanh) đã phản ứng (Farah et al., 2005). Gần đây, việc xác định và hình thành các thành phần vị đắng trong cà phê rang đã được làm sáng tỏ. CGA lacton, sản phẩm phân hủy của CGA (CQA), được xác định là một trong những nguyên nhân chính gây ra vị đắng trong cà phê. Ngoài ra, phenylindan được hydroxyl hóa đã được báo cáo là hợp chất có vị đắng mạnh (Frank và cộng sự, 2007). Chúng là sản phẩm phân hủy của CQA lacton với axit caffeic là chất trung gian quan trọng tạo ra vị đắng gắt gợi nhớ đến vị đắng của loại cà phê espresso rang đậm. Cấu trúc của các hợp chất đắng này cho thấy bằng chứng mạnh mẽ rằng chúng được tạo ra bằng quá trình oligome hóa 4-vinylcatechol được giải phóng từ các gốc axit caffeic khi rang.

Quá trình oxy hóa lipid của các axit béo không bão hòa tạo ra các aldehyd có hoạt tính mạnh khác nhau như hexanal, nonenal, enals khác và diinals. Tuy nhiên, chúng không thuộc thành phần chính của hương thơm cà phê. Các aldehyd có thể phản ứng hơn nữa thông qua quá trình tạo vòng hoặc với các thành phần khác trong cà phê (Belitz và cộng sự, 2009). Hexanal đại diện cho một chỉ số thích hợp về quá trình oxy hóa lipid trong các loại thực phẩm khác nhau (Sanches-Silva và cộng sự, 2004). Hơn nữa, hexanal là nguyên nhân gây ra hiện tượng ôi thiu cà phê trong số các hợp chất khác (Spadone và Liardon, 1989).

Hầu hết các carbohydrate polyme, lipid, caffeine và muối vô cơ đều tồn tại trong quá trình rang. Các alcaloid như caffeine tương đối ổn định và chỉ trigonelline bị phân hủy một phần thành các hợp chất dễ bay hơi (Viani và Horman, 1974).

4.2 Tạo hương vị từ các thành phần cà phê xanh

Việc điều chỉnh mùi thơm và hương vị cà phê bằng cách rang vẫn là một phương pháp mang tính thực nghiệm cao, một số nhà rang xay sẽ nói là thủ công, nhưng đối với những người khác thì đó là một nghệ thuật. Tuy nhiên, cơ sở khoa học về chức năng cấu thành của cà phê xanh trong việc tạo ra hương vị cà phê mong muốn có thể giúp các nhà rang xay cà phê phát triển các sản phẩm chất lượng cao hơn. Vì mục đích này , cần nhiều công việc hơn để lập bản đồ chuyên sâu về những thay đổi tiền chất trong quá trình rang, cũng như các cơ chế mà các thành phần đậu xanh được chuyển hóa thành các hợp chất cà phê chức năng.

Các đặc tính cấu trúc độc đáo của hạt cà phê xanh (tức là thành tế bào dày không có khoảng trống nội bào), số lượng lớn các hợp chất tiền chất hiện diện, cùng với những thay đổi vật lý to lớn trong hạt trong quá trình rang (tức là thay đổi cấu trúc, hình thành áp suất bên trong). , tăng thể tích hạt) ở nhiệt độ cao khiến cho việc nghiên cứu rang cà phê trở thành một quá trình rất phức tạp. Các nhà nghiên cứu đã áp dụng các chiến lược khác nhau để đánh giá vai trò của các tiền chất hoặc nhóm tiền chất khác nhau đối với sự hình thành các phân tử chức năng. Hóa học rang có thể được theo dõi bằng các phản ứng mô hình, được thực hiện bằng cách đun nóng hỗn hợp các phân tử tiền chất đến nhiệt độ tương tự như nhiệt độ trong quá trình rang để giảm số lượng và độ phức tạp của các sản phẩm phản ứng được hình thành. Sự nhấn mạnh đặc biệt đã được dành cho việc nghiên cứu việc tạo ra các hợp chất thơm có nguồn gốc từ Maillard như thiol, diketon và pyrazine trong các hệ thống mô hình trong điều kiện gia nhiệt khô (Amrani-Hemaimi và cộng sự, 1995; Grosch, 1999; Hofmann và Schieberle, 1997, 1998; Tressl và cộng sự, 1993; Yaylayan và Keyhani, 1999).

Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu về sự hình thành các hợp chất hương vị dựa trên Maillard đều được thực hiện trong các hệ thống đường và axit amin đơn giản, hầu như không có trong hỗn hợp Sugareprotein hoặc Sugarepeptide. Việc đun nóng hỗn hợp của một số lượng hạn chế các tiền chất giả định sẽ không xem xét đến các thành phần khác cũng như các tương tác có thể có trong hạt cà phê xanh. Một bức tranh toàn diện hơn cung cấp sự tách biệt các thành phần cà phê cụ thể và xử lý nhiệt tiếp theo trong điều kiện rang thực tế. Cách tiếp cận này đã được sử dụng để nghiên cứu vai trò của các phần hòa tan trong nước (De Maria và cộng sự, 1994, 1996a). Phần phân tử thấp (tiền chất chính là sucrose, trigonelline và CGA) cho thấy đặc tính phong phú hơn nhiều khi rang, tạo ra lượng pyrroles, furan, pyridine, enolone tuần hoàn, axit axetic, furfural, phenol và 2-furfurylalcohol. Tuy nhiên, phần HMW mô tả độ đa dạng và cường độ kém hơn, tạo ra hoạt tính tạo mùi thơm cao bởi alkyl pyrazine có đặc tính mùi đất, mùi thơm và mùi hạt. Việc rang phần không hòa tan còn lại (De Maria và cộng sự, 1996b) cho thấy chức năng của nó là tiền thân trong việc hình thành các alkyl pyrazine bổ sung thông qua các axit amin gắn với protein. Cách tiếp cận này cũng được sử dụng để làm sáng tỏ vai trò của arabinogalactans và cysteine trong việc hình thành chất tạo mùi cà phê quan trọng 2-furfuylthiol (Grosch, 1999).

Các quá trình vật lý mạnh mẽ trong hạt trong quá trình rang có ảnh hưởng quan trọng đến sự cân bằng của cơ chế hình thành hương vị. Người ta đã chứng minh rằng việc rang bột cà phê xanh và các mảnh hạt cà phê xanh khác với việc rang cả hạt cà phê (Fischer, 2005). Thật vậy, hạt cà phê có thể được coi như một lò phản ứng có áp suất. Do đó, các kết luận từ hệ thống mô hình phải được xem xét cẩn thận và không thể ngoại suy đơn giản cho các sản phẩm thực phẩm phức tạp. Các tác giả khác cũng đi đến kết luận tương tự khi nghiên cứu sự hình thành furan trong điều kiện rang (Limacher và cộng sự, 2008). Do đó, sự hình thành mùi thơm cà phê không phải lúc nào cũng có thể được giải thích bằng các hệ thống phản ứng mô hình, vì các điều kiện phản ứng khắc nghiệt trong quá trình rang cà phê có thể dẫn đến các con đường phản ứng khác nhau.

Do đó, để nghiên cứu tầm quan trọng của tiền chất đối với sự hình thành các hợp chất hương thơm chính trong quá trình rang cà phê trong điều kiện thực tế, bản thân hạt cà phê có thể được sử dụng làm bình phản ứng (Milo và cộng sự, 2001). Trong cái gọi là thí nghiệm mô phỏng sinh học trong hạt cà phê này, hạt cà phê xanh được chiết xuất bằng nước, và vỏ đậu và chiết xuất cà phê xanh thu được được đông khô (Hình 12.4). Tác động của các tiền chất cụ thể có thể được ước tính bằng cách tăng lượng hạt cà phê xanh hoặc bằng cách hoàn nguyên có chọn lọc các hạt cà phê xanh đã chiết xuất. Việc bổ sung đậu xanh và tái kết hợp các tiền chất trong đậu xanh đã cạn kiệt được thực hiện bằng cách ngâm đậu trong dung dịch nước có chứa các hợp chất tiền chất. Kết quả thu được từ các hệ thống này rất hứa hẹn; ví dụ, nó cho phép làm sáng tỏ vai trò của phần đậu xanh không thể chiết xuất được trong nước như là nguồn tiền chất để tạo ra 2-furfurylthiol vì nó tăng lên đáng kể khi rang đậu đã cạn kiệt (Milo và cộng sự, 2001). Ngoài ra, sau khi rang, việc chiết xuất nước của hạt cà phê nguyên hạt đã tạo ra cà phê có lượng thành phần chính như 2- và 3-methylbutanal, a-diketones và guaiacols giảm mạnh. Đây rất có thể là hậu quả của việc loại bỏ các axit amin tự do và CGA. Sự hình thành các chất tạo mùi khác (ví dụ, alkyl pyrazines, dicarbonyl) đã được nghiên cứu trong các thí nghiệm mô phỏng sinh học trong đậu bởi Poisson et al. (2009), bao gồm cả việc kết hợp các tiền chất được dán nhãn đồng vị.

Phương pháp tiếp cận trong hạt đã được áp dụng thành công để nghiên cứu cơ chế hình thành melanoidin trong cà phê (Nunes và cộng sự, 2012) và nghiên cứu sự hiện diện cũng như bản chất của các vị trí liên kết thiol trong hạt cà phê thô (Mu¨ller và Hofmann, 2005; Mu¨ ller và cộng sự, 2006). CGA cũng như các sản phẩm phân hủy do nhiệt như axit caffeic và axit quinic được xác định là tiền chất quan trọng cho các vị trí liên kết thiol trọng lượng phân tử thấp, dẫn đến liên kết nhanh chóng không thể đảo ngược và do đó làm giảm chất tạo mùi chính 2-furfurylthiol trong cà phê đồ uống.

Sự kết hợp giữa các thí nghiệm bỏ sót, tăng đột biến và cơ học (Hình 12.4) trong điều kiện ma trận thực phẩm thực tế rất hữu ích trong việc cung cấp những hiểu biết sâu hơn và chính xác hơn về các cơ chế hình thành và phản ứng kiểu Maillard. Kết quả của các nghiên cứu khác nhau chỉ ra rõ ràng rằng do sự đa dạng lớn của các tiền chất và các tác nhân cốt lõi khác có trong đậu xanh, nên các con đường cạnh tranh và thậm chí hoàn toàn khác nhau diễn ra để hình thành các hợp chất hương vị.

5. CÁC THÔNG SỐ RANG CHÍNH ẢNH HƯỞNG TỚI HÌNH THỨC HƯƠNG VỊ VÀ CHẤT LƯỢNG LY

Hương vị của cà phê rang phụ thuộc vào (1) thành phần hạt xanh và (2) cách thức tiến hành rang. Nói chung, thành phần tiền chất xác định hợp chất hương vị nào được hình thành, trong khi các thông số vật lý chủ yếu ảnh hưởng đến động học hình thành (Boekel, 2006).

5.1 Hồ sơ hương vị và mức độ rang

Chất lượng của cà phê nhân là yếu tố chính quyết định mùi thơm và hương vị phát triển trong quá trình rang và nó là ảnh hưởng nhanh ở một mức độ rang xác định. Tuy nhiên, không có định nghĩa ngắn gọn về mức độ rang, mặc dù các thuật ngữ như “mức độ rang tối ưu” thường được sử dụng trong tài liệu. Rõ ràng là mức độ rang tối ưu phụ thuộc vào nguồn gốc đậu xanh, phương pháp pha cà phê dự định và sở thích cá nhân. Người ta chấp nhận rộng rãi rằng việc mô tả đặc tính chất lượng của cà phê rang chỉ bằng phương pháp giảm trọng lượng và/hoặc màu rang là không đủ, vì những thuộc tính này không đưa ra tuyên bố về cấu hình hương thơm thu được riêng lẻ. Người rang cà phê có kinh nghiệm biết rằng hương thơm phát triển từ đặc tính ngọt ngào, trái cây, hương hoa, bánh mì và hạt dẻ ở mức rang nhẹ, đến các cấu hình hương thơm phức tạp hơn ở mức rang vừa. Mức độ rang đậm hơn được đặc trưng bởi hương vị rang ca cao, cay, phenolic, tro, hăng và đậm. Vị đắng tăng lên trong quá trình rang, trong khi độ axit giảm trong giai đoạn rang đầu tiên (Hình 12.5). Nhận thức giác quan này được chứng minh bằng phân tích cảm quan và công cụ về các thành phần hương thơm và vị giác trong suốt quá trình rang. Thành phần hương vị liên tục thay đổi trong suốt quá trình rang. Điều này có nghĩa là mỗi lần một hồ sơ mùi/hương vị mới được cung cấp. Tuy nhiên, hương thơm được cảm nhận ở mức tối ưu, tức là rang quá kỹ sẽ dẫn đến mùi cháy không cân bằng, mùi khó chịu bao gồm cả hương thơm và hương vị tổng thể (cơ thể). Nhìn chung, độ axit tổng thể có thể cảm nhận được đang giảm trong quá trình rang, trong khi vị đắng lại tăng đều đặn. Tương tự, sự phát triển màu sắc ngày càng tăng theo mức độ rang từ nâu nhạt [số kiểm tra màu (CTN) 150] đến gần như đen (CTN 50).

Xét đến các thành phần chính của hạt cà phê, Bảng 12.3 so sánh thành phần của hạt cà phê với hạt rang và chỉ ra những hợp chất nào của hạt cà phê bị phân hủy đặc biệt trong quá trình rang. Sucrose và axit amin tự do có sẵn ngay lập tức và có tính phản ứng cao. Khả năng phản ứng cao của chúng được giải thích là do sự hiện diện của nhóm amino chức năng tự do và sự thủy phân nhiệt nhanh chóng của sucrose thành đường khử. Các nhánh Arabinose và CGA bị thoái hóa ở giai đoạn sau. Khả năng phản ứng chậm trễ này có thể được giải thích bằng năng lượng bổ sung cần thiết cho quá trình khử polyme hoặc thủy phân để giải phóng các chức năng phản ứng. Các carbohydrate polyme khác (ví dụ, galactan, mannan và cellulose) hoặc các axit amin liên kết ít bị thủy phân và khử polyme hơn, và do đó chỉ góp phần vào giai đoạn rang sau của phản ứng Maillard (Arya và Rao, 2007).

các chất như dixeton, furfurals, hoặc 4-vinylguaiacol. Các hợp chất này được hình thành trong giai đoạn đầu của quá trình rang, chủ yếu song song với việc tiêu thụ đường tự do và axit amin, đạt mức tối đa ở mức độ rang trung bình. Ví dụ, formate 3-mercapto-3-methylbutyl, chất tạo mùi lưu huỳnh có mùi nho đen, có thể biến mất hoàn toàn trong cà phê rang đậm. Alkyl pyrazines (ví dụ, 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine) chịu trách nhiệm tạo ra đặc tính đất, rang, bùi của cà phê cũng được tạo ra trong giai đoạn đầu, nhưng mức độ gần như không đổi trong suốt giai đoạn cuối. Ngược lại, 2-furfurylthiol, các sản phẩm thoái hóa trigonelline pyridine vàN-methylpyrrole, cũng như dimethyl trisulfide được chứng minh là tăng liên tục theo thời gian rang (Baggenstoss và cộng sự, 2008a). Tất cả những thay đổi phân tử này đều có tác động đến các đặc tính cảm quan. Hiệu ứng che lấp của các chất tạo mùi được hình thành trong các giai đoạn rang sau, bao phủ các nốt ngọt và mùi đất, đã được mô tả bởi Gretsch et al. (1999), và hương trái cây, hương hoa xuất hiện khi bắt đầu rang được thay thế bằng hương rang và cháy (Schenker, 2000).

5.2 Hồ sơ nhiệt độ thời gian

Như đã thảo luận trước đó, cần phải kiểm soát chính xác thời gian và nhiệt độ rang để đạt được hương vị cụ thể. Việc tạo ra các hợp chất hương vị phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ cuối cùng của hạt đạt được (Huschke, 2007). Cả hai tham số đều được cấu thành bởi độ dốc của đường cong rang, tức là biểu đồ nhiệt độ thời gian (teT). Dựa trên cùng một nguyên liệu thô và cùng một máy rang, việc rang cà phê ở cùng một mức độ rang sẽ dẫn đến các hương vị khác nhau tùy thuộc vào điều kiện rang nhiệt độ thời gian (Schenker et al., 2002). Rang trong thời gian ngắn ở nhiệt độ cao đã được chứng minh là dẫn đến sự khác biệt đáng kể về tính chất vật lý và động học của sự hình thành mùi thơm so với rang trong thời gian dài ở nhiệt độ thấp hơn (Baggenstoss và cộng sự, 2008a; Glo¨ss và cộng sự, 2014). Quá trình rang nhanh mang lại nhiều chất rắn hòa tan hơn đồng thời gây ra ít sự phân hủy CGA hơn và giảm thất thoát chất dễ bay hơi (Nagaraju và cộng sự, 1997). Điều này được nhấn mạnh với số lượng diketone rang, bơ và furfurals cao hơn, trong khi nồng độ phenol được hình thành thấp hơn nhiều, dẫn đến hương vị ít cháy, ít khói hơn. Mặt khác, cà phê rang nhanh được cho là bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi quá trình oxy hóa lipid do lượng dầu di chuyển từ bên trong hạt lên bề mặt cao hơn (Schenker et al., 2000).

Tác động của các công nghệ rang khác nhau lên thành phần chất thơm ít được hiểu rõ hơn. Cấu hình nhiệt độ tương tự được áp dụng trên hai máy rang (máy rang tầng sôi quy mô phòng thí nghiệm và máy rang trống truyền thống) dẫn đến các đặc tính vật lý và sự hình thành mùi thơm tương tự trong cà phê được đánh giá (Baggenstoss et al., 2008a).

5.3 Thành phần tiền chất Robusta so với Arabica

Việc đánh giá sự hình thành mùi thơm ở cà phê Arabica và Robusta khi rang là khá giống nhau, nhưng sự khác biệt về nồng độ giữa hai giống cà phê là rất quan trọng đối với đặc tính cảm quan cuối cùng (Holscher và Steinhart, 1992). Cà phê Arabica xanh chứa nhiều oligosacarit, lipid, trigonelline và axit hữu cơ. Mặt khác, Robusta giàu caffeine và CGA hơn đáng kể và cũng có lượng axit amin tự do lớn hơn Arabica (xem thêm Bảng 12.3).

Lượng tiền chất isoleucine và leucine trong đậu xanh Arabica thấp hơn một chút dẫn đến lượng cuối cùng của Strecker aldehyd tương ứng (tức là 2-methylbutanal và 3-methylbutanal) trong hạt Arabica rang nhỏ hơn so với cà phê Robusta. Theo đó, lượng axit amin cao hơn trong đậu xanh Robusta dẫn đến lượng pyrazines có mùi đất, mùi thơm, mùi hạt dẻ cuối cùng cao hơn. Cùng với hàm lượng phenol cao do sự phân hủy CGA, cà phê Robusta thể hiện đặc tính mùi khói, mùi đất, mùi rang và mùi phenolic đặc trưng của chúng. Tryptophan, một loại axit amin hiện diện mạnh mẽ trong đậu xanh Robusta, dẫn đến lượng cuối cùng cao hơn 3-methylindol (skatole) có mùi động vật không mong muốn, gần như không có trong cà phê Arabica. Hàm lượng diketon, furfurals và enolone tuần hoàn (tức là furaneol) cao hơn trong cà phê Arabica rang là kết quả của lượng sucrose dồi dào hơn trong những hạt đậu xanh ban đầu.

Điều thú vị là, sự biến đổi trong động học hình thành mùi thơm không chỉ được tìm thấy giữa sự hình thành Arabica và Robusta mà còn ở các loài cà phê như báo cáo gần đây đối với các loại Arabica khác nhau từ Colombia, Guatemala và Ethiopia (Glo¨ss et al., 2014). Một cách giải thích hành vi khác nhau của cà phê có nguồn gốc khác nhau trong cùng điều kiện rang có thể là những thay đổi riêng lẻ trong cấu trúc vật lý.

5.4 Ảnh hưởng của độ ẩm

Độ ẩm ban đầu đại diện cho một thông số quan trọng khác, có ảnh hưởng đặc biệt đến cà phê rang nhạt, trong khi ở cà phê rang đậm, hầu hết sự khác biệt về mùi thơm đều giảm đi (Baggenstoss và cộng sự, 2008b). Ảnh hưởng của độ ẩm trong quá trình rang cà phê đã được thảo luận chi tiết trước đây trong cuốn sách này (xem Chương 11).

Xử lý hạt cà phê xanh bằng hơi nước là một phương pháp cải thiện chất lượng hương vị của cà phê Robusta (Becker và cộng sự, 1989; Darboven, 1995). Chúng ngọt hơn, chua hơn và ít đắng hơn cà phê chưa qua xử lý, làm giảm đáng kể đặc tính của Robusta (Theurillat et al., 2006). Xử lý nước bằng hơi nước bão hòa ở áp suất cao gây ra một số thay đổi trong thành phần tiền chất, chủ yếu là đường và axit amin, ảnh hưởng đến sự hình thành màu sắc và làm giảm sự hình thành các chất không mong muốn (ví dụ: catechol, pyrogallol và hydroquinone, pyrazines, phenol dễ bay hơi) (Becker và cộng sự, 1989; Darboven, 1995). Những thay đổi này có thể được giải thích bằng sự huy động tiền chất dẫn đến chiết xuất một phần và loại bỏ các chất hòa tan trong nước như axit amin tự do (Steinhart và Luger, 1995), hoặc CGA (Milo et al., 2001), hoặc thủy phân một phần sucrose thành fructose và glucose (Steinhart và Luger, 1995). Lượng axit feruloylquinic giảm dẫn đến việc tạo ra 4-vinylguaiacol thấp hơn; chiết xuất các axit amin tự do làm giảm lượng alkyl pyrazine trong cà phê rang. Cà phê được xử lý bằng hơi nước đạt được màu mục tiêu nhanh hơn và do đó, thời gian rang cho cùng một mức độ rang sẽ ngắn hơn (Theurillat et al., 2006). Trên thực tế, cà phê gió mùa (xem Chương 3) cũng trải qua những cơ chế biến đổi tiền thân tương tự. Sự thủy phân một phần CGA và mất đi các thành phần LMW trong độ ẩm dẫn đến đặc tính cay của sản phẩm tăng lên (Variyar và cộng sự, 2003).

Tỷ lệ không khí trên hạt cà phê như một thông số rang tiếp theo cũng được thảo luận (Schenker, 2000). Có vẻ như tỷ lệ không khí trên đậu cao hơn dẫn đến hương vị ít phức tạp và phẳng hơn, điều này có liên quan đến việc tăng khả năng loại bỏ mùi thơm ở luồng không khí cao hơn.

Những thay đổi chính về thành phần và các quá trình hóa học được tóm tắt dưới đây ảnh hưởng đến sự phát triển các hợp chất hương vị trong cà phê khi rang:

l mất nước ⇨ làm khô hạt, hệ thống phản ứng độ ẩm thấp l giải phóng carbon dioxide ⇨ giãn nở hạt l di chuyển lipid lên bề mặt hạt ⇨ giữ lại các thành phần hương thơm được tạo ra l mất đường (bao gồm cả sucrose) ⇨ hình thành hương vị và màu sắc (Hóa học Maillard và caramel hóa) l Giảm axit amin tự do ⇨ hình thành hương vị và màu sắc (hóa học Maillard và Strecker) l phân hủy một phần polysaccharides (ví dụ, arabinogalactan) ⇨ giải phóng arabinose, từ đó phản ứng dẫn đến hình thành hương vị (ví dụ, phản ứng Maillard ) l phân hủy một phần protein ⇨ giải phóng các axit amin sau đó phản ứng dẫn đến hình thành hương vị (ví dụ phản ứng Maillard) l mất CGA ⇨ hình thành vị đắng và màu sắc l giảm trigonelline ⇨ hình thành các sản phẩm chứa N (mùi thơm, mùi vị, màu sắc) l hình thành melanoidin ⇨ hình thành màu sắc (sự trùng hợp của polysaccharides, protein và polyphenol) l phân hủy một phần lipid ⇨ aldehyd hoạt tính có mùi thơm l tương tác giữa các sản phẩm phân hủy trung gian.

Tổng quan đơn giản hóa về các phản ứng đó và các hợp chất hương vị tương ứng được tạo thành được liệt kê trong Bảng 12.4. Nó cho thấy sự đa dạng của chất lượng hương vị có thể được tạo ra khi rang cà phê, mang lại cho cà phê đặc tính hương thơm đặc biệt. Điều thú vị là chỉ có một hợp chất tạo mùi thơm tạo ra mùi giống với mùi của sản phẩm, tức là 2-furfurylthiol (xem thêm Bảng 12.2), tuy nhiên, chỉ ở một phạm vi nồng độ nhất định (Blank, 2015). Ở nồng độ cao, nó chuyển sang mùi cao su được coi là mùi lạc điệu.

6. TỐC ĐỘ HÌNH THÀNH HƯƠNG VỊ

Giám sát quá trình rang nhằm cung cấp chất lượng bền vững và lặp lại cũng như hiểu rõ hơn về động học rang đã là mục tiêu từ lâu của các nhà khoa học cũng như các nhà rang xay cà phê. Việc tạo ra hương vị khi rang cà phê là một quá trình rất năng động, đặc biệt là trong giai đoạn tỏa nhiệt trong đó nhiều phản ứng diễn ra với độ phức tạp phân tử ngày càng tăng. Một cách để có được cái nhìn sâu sắc chính xác hơn về quá trình hình thành là các nghiên cứu động học mô tả thành phần hương vị như một hàm số của thời gian.

Việc đánh giá các hợp chất hóa học cụ thể đã được đề xuất để theo dõi mức độ rang, ngoài các thuộc tính vật lý. Ví dụ, tỷ lệ axit amin tự do (Nehring và Maier, 1992), alkylpyrazines (Hashim và Chaveron, 1995), hoặc CGA (Illy và Viani, 1995) được sử dụng để theo dõi quá trình rang. Nghiên cứu về sự hình thành các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) trong khí rang cà phê thường dựa vào kỹ thuật sắc ký, thường là GCeMS (Baggenstoss và cộng sự, 2008 a,b , 2007; Schenker và cộng sự, 2002), nhưng cũng dựa vào chất lỏng hiệu suất cao. sắc kýeMS (HPLCeMS) (Clifford và cộng sự, 2006). Tuy nhiên, việc giám sát liên tục quá trình rang là khó khăn với các kỹ thuật GCeMS hoặc LCeMS ngoại tuyến, trong đó việc chuẩn bị mẫu, phân lập chất phân tích và phân tích thường được tách rời.

Như đã đề cập trước đó, việc rang cà phê tạo ra vị đắng do caffeine và nhiều hợp chất khác thuộc nhóm hóa học CQA lactones, phenylindanes và DKP. Đánh giá cảm quan cho thấy sự thay đổi rõ rệt về mức độ đắng từ đắng nhẹ ở mức độ rang thấp đến đắng gay gắt ở mức độ rang rất cao (Hình 12.6). Điều này là do sự thay đổi thành phần của vị đắng trong quá trình rang. Như được hiển thị trong Hình 12.6, các hợp chất có vị đắng gắt (phenylindanes và DKP) liên tục được hình thành trong khi các lactone CQA có vị đắng nhẹ sẽ bị phân hủy tối đa ở khoảng CTN 100 (CTN là viết tắt của Color Test Neuhaus được xác định với sự trợ giúp của Colortest II dựa trên độ phản xạ hồng ngoại được biểu thị so với mẫu chuẩn, Neuhaus Neotec, Reinbek, Đức). Trên thực tế, các lacton CQA có vị đắng nhẹ sẽ được chuyển hóa thành các phenylindan có vị đắng gắt. Vì vậy, việc kiểm soát giai đoạn cuối của quá trình rang là rất quan trọng.

6.1 Giám sát thời gian thực sự hình thành mùi thơm trong quá trình rang

Các kỹ thuật đo khối phổ trực tuyến đã được phát triển để theo dõi động lực phát triển hương vị nhanh chóng trong quá trình rang. Đặc biệt, các kỹ thuật đo phổ khối ion hóa hóa học trực tuyến (ví dụ, phép đo khối phổ phản ứng chuyển proton, PTReMS) (Yeretzian và cộng sự, 2002, 2003) và các phương pháp đo phổ khối ion hóa ảnh trực tuyến (tức là ion hóa photon, ion hóa đa photon tăng cường cộng hưởng khối phổ thời gian bay; Dorfner và cộng sự, 2003, 2004; Schramm và cộng sự, 2009) đã được áp dụng để theo dõi quá trình rang cà phê theo thời gian thực nhằm dự đoán mức độ rang của cà phê bằng cách phân tích trực tuyến khí rang. Ngay cả sự hình thành mùi thơm trong một hạt đậu cũng đã được nghiên cứu (Hertz-Schunemann và cộng sự, 2013), cho phép đánh giá các con đường phản ứng hóa học, chẳng hạn như sự phân hủy của CGA. Các tác giả đã sử dụng kỹ thuật ion hóa photon để nghiên cứu tính thấm của thành tế bào đối với các hợp chất hóa học khác nhau và đề xuất phương pháp xác định nhanh hàm lượng Arabica tương đối trong hỗn hợp cà phê. Các kỹ thuật PTReMS cũng được áp dụng để theo dõi sự hình thành của VOC ở các nguồn gốc khác nhau (Colombia, Guatemala, Ethiopia, Indonesia) và các cấu hình rang nhiệt độ theo thời gian khác nhau (Glo¨ss và cộng sự, 2014), quan sát thú vị động lực giải phóng khác nhau của VOC được giám sát trực tuyến tùy thuộc vào nguồn gốc hoặc các thành phần tiền chất khác nhau và các khía cạnh vật lý trong đậu từ các nguồn gốc khác nhau, nghĩa là có sự thay đổi kịp thời trong quá trình hình thành VOC.

Wieland và cộng sự. đo trực tuyến nồng độ các chất dễ bay hơi do hạt giải phóng vào khoảng trống trong quá trình rang (Wieland và cộng sự, 2012). Khí thoát ra thu được từ buồng rang được đưa vào máy quang phổ khối thời gian tắt PTR (ToF) có độ nhạy cao để đo thời gian thực. Các mô hình cường độ thời gian của dấu vết phức hợp đã xác nhận hai hành vi hình thành điển hình. Mẫu đầu tiên cho thấy tốc độ hình thành mạnh mẽ trong nửa sau của thời gian rang, cường độ đạt đỉnh ở mức rang trung bình, sau đó giảm nhanh về cuối quá trình khi rang ở mức tối. Mẫu thứ hai cho thấy cường độ tăng dần liên tục trong phần thứ hai của tổng thời gian rang. Phân tích thành phần nguyên tắc đã phân biệt mức độ rang trong quá trình rang và dự đoán thành công màu sắc của hạt.

Đã sử dụng một phương pháp tương tự để so sánh sự hình thành các hợp chất hương vị hữu cơ tương ứng trong hạt Arabica và Robusta. Mặc dù quang phổ ion hóa photon đơn trung bình cơ bản-TOFMS thu được từ khí rang của cả hai loài trông giống nhau, phân tích dữ liệu chi tiết hơn cho phép phân biệt loài, mức độ rang và điều kiện rang.

Ngoài ra, việc áp dụng mảng cảm biến hóa học theo dõi các chất đánh dấu phù hợp (2-furfurylalcohol và hydroxy-2-propanone) đã được đề xuất (Hofmann và cộng sự, 2002), cũng như ghép kỹ thuật mũi điện tử với mạng lưới thần kinh nhân tạo (ANN) để đánh giá mức độ rang (Romani và cộng sự, 2012). Loại thứ hai có thể là một khả năng hiệu quả để tự động hóa quy trình rang và thiết lập một quy trình có khả năng tái lặp cao hơn để xác định đặc tính chất lượng hạt cà phê cuối cùng. Một cách tiếp cận khác đã được Wei áp dụng (Wei và cộng sự, 2012), sử dụng phân tích toàn diện dựa trên 1 H và 13C NMR để theo dõi mức độ rang. Dựa trên phương pháp tổng thể dựa trên thành phần này, họ đã đề xuất các chất đánh dấu hóa học thích hợp khác nhau để kiểm soát và mô tả đặc điểm của quá trình rang cà phê.

6.2 Bản đồ nhiệt Sensomics minh họa động học hình thành hương vị

Những thay đổi trong thành phần của các hợp chất tạo mùi thơm có thể được mô tả trong bản đồ nhiệt Sensomics cho biết những thay đổi tương đối về nồng độ sau khi chuẩn hóa dữ liệu. Hình 12.7 minh họa sự phát triển và phân hủy bình thường của các hợp chất hương cà phê khác nhau, được rang đẳng nhiệt ở 260 C trong 4 phút trong máy rang trống. Người ta chứng minh rằng hexanal có mùi cỏ (O2) đã hiện diện ngay từ giai đoạn đầu của quá trình rang, ở một mức độ nào đó ngay cả trong đậu xanh, và sau đó phân hủy chậm trong các điều kiện rang khắc nghiệt hơn. 2-furfurylthiol (O5) có mùi rang được tạo ra sau khoảng 200 giây rang, tương tự như pyridine (O6) và N-methylpyrrole (O4), trong khi formate 3-mercapto-3-methylbutyl formate (O3) có mùi giống quả lý chua đen đã bị phân hủy . Các diketon có mùi bơ O7 và O8 đã được hình thành ở điều kiện ôn hòa (120 giây) và sau đó lại bị phân hủy nhẹ. Các aldehyd Strecker có mùi mạch nha O11, O13 và O15 được hình thành sau 2-3 phút ở quá trình rang đẳng nhiệt 260C, tương tự như các pyrazine có mùi đất O12 và O14. 4-vinylguaiacol (O16) có mùi khói được hình thành sau khoảng 70 giây và sau khi chạy tối đa ở 130 giây lại bị phân hủy nhẹ.

Tương tự, những thay đổi trong thành phần của các hợp chất có vị đắng được lập bản đồ nhiệt trong Hình 12.8, cho thấy những thay đổi tương đối về nồng độ sau khi chuẩn hóa dữ liệu. Các tiền chất vị đắng là axit caffeic (T32), axit quinic 5-O-caffeoyl (T33), axit quinic 3-O-caffeoyl (T34) và axit quinic 4-O-caffeoyl (T35) bị phân hủy nhanh chóng trong vòng 120-180 đầu tiên. s khi rang và chuyển hóa thành các hợp chất có vị đắng như lacton T44 và T49-T52, và este T39, T42, T43 và T45-T47. Khi thời gian rang tăng lên (120e360 giây), các lacton CGA tiếp theo (T12, T17, T30), axit nicotinic và este của axit N-methyl-nicotinic (T18-T21) được hình thành, sau đó chúng giảm dần sau 360 giây. Trong điều kiện rang khắc nghiệt hơn, các sản phẩm ngưng tụ thơm đặc biệt được tạo ra từ di- và trihydroxybenzen được hình thành dưới dạng các hợp chất đắng quan trọng nhất như T4, T5, T6, T7, T9 và T10.

7. TRIỂN VỌNG

Tính chất hóa học của sự hình thành hương vị cà phê trong quá trình rang từ lâu đã là một bí ẩn. Điều này chủ yếu là do vô số phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ cao khi các polyme sinh học cà phê bị phân hủy thành các thực thể nhỏ hơn, thường có khả năng phản ứng cao hơn. Ngày nay nhờ sự phát triển của các phương pháp phân tích phức tạp hơn cho phép độ nhạy cao hơn, nhiều thành phần mùi và vị chính đã được xác định và đánh giá mức độ phù hợp về mặt cảm quan của chúng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điều cần được khám phá thêm. Mặc dù vô số hợp chất tạo mùi trong cà phê rang đã được làm sáng tỏ và tác động của chúng đến mùi thơm tổng thể được mô tả khá rõ ràng, nhưng khía cạnh hương vị vẫn đòi hỏi sự hiểu biết sâu hơn về mặt phân tử. Hương vị cà phê không thể được hoàn nguyên hoàn toàn bằng cách sử dụng các hợp chất kích hoạt vị giác đã biết, cho thấy rằng có những chất tạo vị bổ sung cần được xác định, đặc biệt là những chất góp phần tạo ra vị đắng, vị gắt và vị chua. Ngoài ra, vẫn cần thực hiện nhiều thử nghiệm để hiểu rõ hơn về các phản ứng dẫn đến sự hình thành hương vị, tức là tạo ra mùi thơm và vị.

Tập trung vào sự hình thành mùi thơm và vị giác, có vẻ như cần xác định lượng phân tử tiền chất của các hợp chất tạo mùi thơm (chẳng hạn như axit amin, đường, CGA, v.v.) trước và sau khi rang để có thể đưa ra nhận định khách quan về mức độ rang, có thể chuyển từ phương pháp rang này sang phương pháp rang khác và không phụ thuộc vào sự biến động nguyên liệu thô của đậu xanh.

Sự phức tạp của thành phần cà phê nhân cũng như các biến đổi hóa học và vật lý của hạt trong quá trình rang rất khó tái tạo trong các hệ thống mô hình. Cách tiếp cận của các thí nghiệm trong đậu sử dụng đậu xanh làm lò phản ứng nhỏ là một môi trường phản ứng thực tế hơn. Sự kết hợp giữa các thí nghiệm bỏ sót, tăng đột biến và cơ học trong điều kiện nền thực phẩm thực tế rất hữu ích trong việc cung cấp những hiểu biết sâu hơn và chính xác hơn về các cơ chế hình thành và phản ứng kiểu Maillard.

Kết quả của các nghiên cứu khác nhau chỉ ra rõ ràng rằng do sự đa dạng lớn của tiền chất và các tác nhân cốt lõi khác có trong đậu xanh, nên các con đường cạnh tranh và thậm chí hoàn toàn khác nhau có thể diễn ra trong quá trình hình thành các hợp chất hương vị .

Cần nhiều nghiên cứu hơn về động học hình thành hương vị trong các điều kiện được kiểm soát, có khả năng sử dụng các phương pháp phân tích thời gian thực kết hợp với đặc tính của những thay đổi trong tiền chất hương vị để liên hệ thành phần cà phê nhân với đặc tính hương vị bị ảnh hưởng bởi các thông số rang.

Khoa học đang giúp hiểu được bí ẩn xung quanh việc rang cà phê. Việc mô tả những thay đổi hóa học xảy ra trong hạt cà phê ở cấp độ phân tử ngày càng có giá trị trong việc thích ứng với các điều kiện rang, mà ngày nay phần lớn dựa trên kiến thức thực nghiệm của người pha cà phê. Chúng tôi tin rằng sự hiểu biết tốt hơn về khoa học có tầm quan trọng ngang nhau đối với người pha chế cà phê và phù hợp với “nghề cà phê”.