Thành phần hóa học và cấu tạo của hạt cà phê

Quả cà phê gồm những phần sau : Cuống trái, nhân cà phê, vỏ lụa, vỏ trấu, vỏ thịt và vỏ quả

Cuống trái: Là phần bắt đầu từ hạt cà phê tiếp nối với thân cây, nhánh cây cà phê.
Lớp nhân cà phê: Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, có những tế bào nhỏ, trong có chứa chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê  thông thường có 2 nhân. Có loại quả cà phê chỉ có 1 nhân, gọi là cà bi. Cá biệt có quả có đến 3 nhân.
Lớp vỏ lụa: Là lớp vỏ trong cùng bao bọc quanh nhân, mềm gọi là vỏ lụa. Chúng có màu sắc khác nhau tùy từng loại hạt cà phê.Vỏ lụa cà phê chè(cà phê Arabica) màu trắng. Vỏ lụa cà phê vối(cà phê Robusta) màu nâu nhạt và vỏ lụa cà phê mít(Excelsa) có màu vàng nhạt.
Lớp vỏ trấu: Hạt cà phê sau khi xử lý bỏ đi các chất nhờn, phơi khô còn gọi là cà phê thóc. Vỏ thóc có 1 lớp bao bọc nhân có nhiều chất xơ mềm gọi là vỏ trấu tức là nội bì. Vỏ trấu cà phê  chè(cà phê Arabica) mỏng và dể đập hơn vỏ cà phê vối(cà phê Robusta)  và cà phê mít(cà phê Excelsa).
Lớp vỏ thịt: Vỏ thịt cà phê chè(cà phê Arabica) ngọt và mềm hơn vỏ thịt cà phê vối(cà phê Robsuta). Vỏ thịt cà phê mít(cà phê Exelsa) dày hơn.
Lớp vỏ quả: Là lớp vỏ ngoài cùng, mềm, mặt ngoài bì có màu đỏ. Vỏ quả cà phê chè(cà phê Arabica) mềm hơn vỏ cà phê  vối(cà phê Robusta) hay cà phê mít(cà phê Arabica).

Thành phần hóa học của quả cà phê
Vỏ quả: Quả khi chín có màu đỏ, là chất Antoxian, trong đó có vết của Alkaloid, Tannin, Caffein và các loại Enzin. Trong quả có 21-30% chất khô.
Vỏ thịt: Là lớp nhớt gồm những tế bào mềm không có Caffein, Tanin nhưng có nhiều đường và Pectin. Độ PH của lớp thịt phụ thuộc vào độ chín của quả thường là 5,6 đôi khi lên đến 6,4 trong lớp nhớt có enzim pectinase phân giải pectin trong quá trình lên men.
Vỏ trấu: Vỏ trấu chứa Cellulose là chủ yếu. Sau đây là những thành phần hóa học của vỏ trấu : Một ít Caffein (khoảng 0,4%) được khuếch tán ra từ nhân cà phê lúc lên men hoặc lúc phơi khô. Vỏ trấu dung làm chất đốt dễ cháy...
Nhân cà phê: Thành phần nước chiếm 10-12%, Protein chiếm 9-11%, Lipit chiếm 10-13%, các loại đường chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5%. Ngoài ra trong nhân còn chứa các chất thơm, các Alkaloid. Thành phần hóa học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.
Nước: Trong cà phê sấy khô lượng nước còn lại khoảng 10-12% ở dạng liên kết. Khi hàm lượng nước cao hơn thì các loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt, mặt khác khi rang sẽ tốn nhiều nhiên liệu và thất thoát hương nhiều hơn. Hàm lượng nước sau khi rang còn 2,7 %.
Chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong hạt cà phê khoảng 3-5% chủ yếu là Kali, Nito, Magie, Photpho, Chlo. Ngoài ra còn có các chất nhôm, sắt, đồng, lưu huỳnh...Những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê càng cao thì khoáng chất càng thấp và ngược lại.
Glucid: Chiếm ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần nước uống mà chỉ cho màu và vị Caramen. Đường có trong cà phê do quá trình thủy phân dưới tác dụng của Axit hữu cơ và các Enzim thủy phân. Hàm lượng Saccharose có trong cà phê phụ thuộc vào độ chín của quả. Quả càng chín thì hàm lượng càng cao. Saccharosa bị Caramen hóa trong quá trình rang tạo thành hương vị cho nước cà phê.

Protein: Hàm lượng Protein không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành hương vị của sản phẩm. Bằng phương pháp thủy phân, người ta nhận thấy trong thành phần Protein có những Axit Amin sau: Cystein, Alanie, APhenylalanine, Histidine, Leucine, Lysine, Derine ....Các Axit Amin này ít thấy ở dạng tự do. Chúng được giải phóng ra và tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. 
Trong các chất Axit Amin kể trên đáng chú ý nhất là những Axit Amin có chứa lưu huỳnh như Cystein, Methionine và Proline ...Chúng góp phần tạo hương đặc trưng của cà phê sau khi rang. Đặc biệt, Methionine và Proline có tác dụng làm giảm oxy hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản. Trong quá trình chế biến chỉ có một phần Protein bị phân giải thành Axit Amin, phần còn lại biến thành hợp chất không tan.
Lipid: Hàm lượng Lipid chiếm khá lớn 10-13%. Chủ yếu là dầu và sáp. Trong đó sáp chiếm 7-8%, còn lại dầu chiếm khoảng 90%. Trong quá trình chế biến, Lipid bị biến đổi, song một phần Axit béo tham gia dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm. Lượng Lipid không bị biến đổi là dung môi tốt hòa tan các chất thơm. Khi pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ Lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã.
Các Alcaloid: Trong cà phê có các Alcaloid như: Caffein, Trigonulin, Colin. Trong đó quan trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là Caffein và Trigonulin.
Caffein: Chiếm từ 1-3%. Phụ thuộc vào chủng loại cà phê, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác. Hàm lượng Caffein ít hơn ở cà phê chè nhưng nó lại kích thích hệ thần kinh với thời gian dài hơn. Vì khi uống cà phê chè tốc độ lưu thông máu không tăng lên nên Caffein thải ra ngoài chậm hơn. Mặc khác khi pha cà phê trong nước, Caffein được giải phóng hoàn toàn tự do, không hình thành khả năng kết tủa hoặc những chất không có hoạt tính của Ancaloit.
Trigonellin (Acid Metyl Betanicotic:C7H7NO2 ): Là ancanoit không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu Etylic, không tan trong Clorofoc và Ete, tan nhiều trong nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 2180 C. Tính chất đáng quý của Trigonellin là dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân tạo thành Acid Nicotic (tiền Vitamin PP ). Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong cà phê nhân không có Acid Nicotic nhưng nó được hình thành trong quá trình gia nhiệt trong đó sự nhiệt phân Trigonellin giữ vị trí quan trọng.
Chất thơm: Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt. Nó là sự tích lũy của nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và nhất là chủng loại cà phê. Mặc khác nó được hình thành trong quá trình chế biến cà phê, đặc biệt trong quá trình rang. Chất thơm bao gồm nhiều phân tử cấu thành như: Acid, Adehid, Cceton, rượu, Phynol, Este...Trong quá trình rang các chất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm. Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm nên cần đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh.

Những nguyên tắc và điều cần biết trong bảo quản cà phê rang

Cà phê rang xay khi bảo quản không tốt sẽ bị hư hỏng: vô vị hoặc có vị chua và mùi ôi thiu, trọng lượng hạt tăng lên, nước pha bị đục và giảm khả năng hoà tan các hợp chất hữu cơ trong khi pha chế đối với ca phê rang xay đã lâu. Vì vậy khi bảo quản, chúng ta phải làm sao cho các nhân tố tạo nên giá trị của sản phẩm cà phê ở trạng thái không đổi hoặc bị tiêu hao ở mức thấp nhất, đó là các mùi, vị đặc trưng và hợp chất hữu cơ hoà tan ở mức cao nhất khi pha chế.

Theo Hans Jenny thì chất mang mùi thơm trong cà phê rang xay là chất béo có trong cà phê rang, một chất lỏng dạng dầu (oily liquid) có điểm nóng chảy thấp (25⁰ C), mùi thơm hấp dẫn và có màu vàng tái. Nó bao gồm axít oleic, acid palmitic và acid stearic liên kết với glycerne. Thêm vào đó còn có aceton, furfurol, axít formic, axít acetic. Các chất khoáng có trong cà phê nhân dưới dạng muối hữu cơ cũng có ảnh hưởng trong việc hình thành các mùi thơm. Các chất béo trong cà phê rang xay rất dễ dàng bị hư hỏng. Trong điều kiện ẩm chúng dễ dàng bị thuỷ phân và oxy hoá. Đó là nguyên nhân làm mất mát mùi thơm và giảm chất lượng cà phê một cách nhanh chóng.

Khi tìm hiểu nguyên nhân ôi thiu của cà phê rang xay, Francesco Illy thấy rằng: đối với cà phê rang xay sau 2 hoặc 3 ngày, tuỳ theo mùa, nhiệt độ và độ ẩm không khí, nhận ra có sự thay đổi vị, mức độ tăng lên từng ngày. Sau 2 hoặc 3 tuần cà phê rang bị mất hầu như hoàn toàn các đặc tính vốn có của nó và gần như vô vị. Quá trình này xẩy ra càng nhanh hơn đối với cà phê rang xay, chúng biểu hiện rõ trong vài giờ. Francesco Illy cho rằng nguyên nhân gây ra sự ôi thiu như trên là do sự thay đổi của các hợp chất hữu cơ có trong cà phê mà tác nhân chủ yếu là 2/3 do không khí bên ngoài, 1/3 do hiện tượng bốc hơi.

Còn theo Lockhart nhận xét: cà phê rang xay chỉ cần hấp thụ thêm 1% ẩm thì đã bị tác động đến sự ôi thiu một cách đáng kể, nhưng điều này còn kém hơn khi chúng được trải ra khay để ngoài không khí trong 1 giờ. Do đó sự ôi thiu có thể thấy rõ khi cà phê rang xay ngoài không khí hoặc thêm một vài phần trăm ẩm trong vài phút đến khoảng 1 giờ trước khi cho vào gói bảo quản.

Để đảm bảo cà phê duy trì được chất lượng người ta sử dụng một số loại bao bì như sau

-  Hộp kim loại: ví dụ như hộp thép tráng thiếc có phủ verni, chúng đáp ứng được một số tiêu chuẩn hữu ích như: không thấm nước, không khí, và các hợp chất dễ bay hơi ít bị thất thoát ra ngoài cũng như các hợp hất có mùi lạ không thể xâm nhập vào trong hộp.

-  Bao bì bằng những lá kim loại và plastic ép vào nhau:loại này gồm 3 lớp: lớp giữa là lá nhôm có tác dụng ngăn chặn lượng ẩm từ bên ngoài vào, hai lớp bên trong và bên ngoài đều bằng plastic có tác dụng ngăn chặn nguồn nhiệt từ bên trong và bên ngoài. Thí dụ ở Châu Âu ngươi ta sử dụng loại bao bì bảo quản cà phê có 3 lớp như sau: lớp trong cùng là PETP dầy 12 m và lớp ngoài cùng là LDPE dầy 70 m. Khi đổ đầy gói, được bịt kín sau đó đặt vào hộp các tông để phân phối, vận chuyển.

-  Ngoài ra còn có những bao bì như: một túi giấy ở giữa được bao bọc bên ngoài và lồng bên trong là những túi PE, loại này khác với bao bì plastic ở trên là chúng không được ép dính vào nhau và không định hình; hay cà phê rang xay còn được bảo quản trong các lọ thuỷ tinh.

Qua đó ta thấy vấn đề bảo quản sản phẩm cà phê rang xay trước oxy, ánh sáng và độ ẩm của môi trường bên ngoài có ý nghĩa sống còn vì chính các tác nhân trên là mối đe dọa của các loại chất thơm. Do đó ngay tại quá trình bảo quản có tồn tại mối nguy hoá học: xảy ra trong qua trình oxy hoá, thất thoát hương thơm do sự xâm nhập của oxy, ánh sáng, lượng ẩm từ môi trường bên ngoài.

Tại sao chúng ta phải rang cà phê ?

Hạt cà phê là hạt trong quả nhân của cây cà phê. Mỗi quả nhân chứa 2 hạt có mặt phẳng đối mặt vào nhau. Khi nhúng trong nước nóng, làm tróc vỏ, phơi khô thì hạt cà phê chỉ có1 ít những thứ liên quan đến hương và vị của cà phê đó.

Rang cà phê đã phơi thực hiện vô số phản ứng hoá học, tạo ra và bẻ gãy hàng ngàn chất phức tạp, và theo mong muốn của người thợ rang, sự phát triển của hương vị sau khi trồng và sơ chế cà phê.

Trong số rất nhiều những hiệu ứng đó, rang cà phê sẽ tạo cho hạt cà phê:

• Thay đổi màu sắc từ xanh sang vàng, nâu nhạt, nâu và đen
• Tăng gần như gấp đôi kích thước hạt ban đầu
• Giảm 1 nữa tỉ trọng hạt
• Tăng rồi sau đó giảm độ ngọt
• Trở nên chua hơn (Có tính axit tăng)
• Phát triển hơn 800 hương phức tạp
• Tạo ra tiếng pop khi bị tăng áp lực lên hơi nước bên trong hạt

Mục đích của rang cà phê là để tối ưu hương vị các chất hoá học hoà tan của cà phê. Chất rắn hoà tan tạo ra vị của cà phê, Trong khi các hợp chất hương dễ bay hơi tạo ra hương cà phê. Những chất rắn hoà tan, dầu, những hạt lơ lửng và những mảnh cellulose của hạt cà phê tạo ra body(vị đậm) của cà phê