Hương của cà phê hòa tan không phải là một hợp chất duy nhất mà là một hệ nhiều chất có độ bay hơi và mức độ tương tác với nền bột khác nhau. Khi dịch chiết được sấy, một phần các chất này có thể thoát theo hơi nước, một phần bị giữ trong ma trận rắn, và một phần có thể biến đổi. Vì vậy, khả năng giữ hợp chất bay hơi là bài toán đồng thời của nhiệt, truyền khối và cấu trúc sản phẩm.
Giữ hợp chất bay hơi không đồng nghĩa với giữ nguyên hồ sơ hương
Sấy phun có lợi thế về năng suất và tốc độ làm khô. Tuy nhiên, giọt dịch chiết tiếp xúc với khí nóng và nhanh chóng hình thành hạt. Mức thất thoát hương phụ thuộc vào kích thước giọt, nồng độ chất rắn, nhiệt độ khí, tốc độ bay hơi và khả năng hình thành lớp vỏ. Không thể dùng nhiệt độ khí vào làm đại diện duy nhất cho lịch sử nhiệt thực sự của vật liệu.

Sấy phun, sấy đông khô và sấy phun đông khác nhau ở đâu?
Do đó, phép so sánh có giá trị phải bắt đầu từ cùng một dịch cấp và theo dõi cùng một nhóm hợp chất, thay vì lấy hai sản phẩm thương mại làm đại diện cho hai công nghệ.
Sấy đông khô tạo sản phẩm ở nhiệt độ thấp hơn trong giai đoạn loại nước chính, nên thường được lựa chọn khi mục tiêu là bảo tồn chất lượng cảm quan. Nhưng quá trình dài và tiêu tốn năng lượng hơn. Các nghiên cứu về cà phê cho thấy điều kiện đóng băng và sấy có thể ảnh hưởng đến cấu trúc lỗ, và cấu trúc đó quyết định cách hương được giữ lại cũng như giải phóng sau khi pha.
Spray-sấy đông khô là một trường hợp đáng chú ý vì kết hợp việc tạo giọt với đóng băng nhanh trước thăng hoa. Một nghiên cứu trên cà phê hòa tan báo cáo mức giữ chất bay hơi cao hơn ở sấy phun đông coffee so với mẫu sấy đông khô và sấy phun trong cùng nghiên cứu, đồng thời sản phẩm có cấu trúc xốp và đặc tính hoàn nguyên tốt. Đây là bằng chứng cho vai trò của cấu trúc, nhưng không nên chuyển thành kết luận rằng công nghệ này luôn tối ưu trong mọi dây chuyền.
Cấu trúc bột quyết định lượng hương được giữ và được giải phóng
Đánh giá khả năng giữ hợp chất bay hơi bằng sắc ký khí – khối phổ hoặc kỹ thuật phân tích tương tự cho phép xác định hợp chất nào thay đổi. Tuy nhiên, số lượng chất bay hơi không tự động dự đoán cảm giác hương. Một chất có hàm lượng thấp vẫn có thể có ngưỡng mùi thấp và ảnh hưởng lớn đến nhận thức. Vì vậy, dữ liệu hóa học cần được đặt cạnh đánh giá cảm quan hoặc phương pháp liên kết hóa học–cảm quan.
Cấu trúc bột còn quyết định hương được giải phóng khi pha. Hạt quá kín có thể giữ hợp chất nhưng giải phóng chậm; hạt quá xốp có thể thuận lợi cho hoàn nguyên nhưng cũng có thể làm tăng trao đổi với môi trường trong bảo quản. Đây là một bài toán cân bằng giữa khả năng giữ lại trong bao bì và giải phóng khi sử dụng.
Thiết kế phép so sánh giữa các công nghệ sấy
Khi so sánh công nghệ, nên giữ nguyên nguyên liệu và dịch cấp càng nhiều càng tốt, đồng thời ghi các biến chính của từng quy trình. Các chỉ tiêu gồm hàm lượng chất bay hơi, độ ẩm, mật độ, kích thước hạt, cấu trúc và cảm quan. Nếu chỉ thay đổi công nghệ mà không kiểm soát nồng độ dịch cấp hoặc điều kiện bảo quản sau sấy, kết quả dễ bị nhiễu.
Khả năng giữ hợp chất bay hơi vì vậy phải được hiểu là thuộc tính của cả quá trình tạo bột. Công nghệ sấy, lịch sử nhiệt, cấu trúc hạt và bao bì đều tham gia quyết định lượng hương còn lại khi sản phẩm đến tay người dùng. Cách đánh giá đáng tin cậy nhất là theo dõi đồng thời hóa học, vật lý và cảm quan thay vì chọn một phần trăm khả năng giữ lại làm kết luận cuối.
Một yếu tố thường bị bỏ qua là oxy và thời gian tiếp xúc sau sấy. Hợp chất hương có thể tiếp tục biến đổi trong quá trình bảo quản, vì vậy mẫu vừa ra khỏi máy sấy và mẫu sau vài tuần không đại diện cho cùng một trạng thái. Khi so sánh công nghệ, thời gian từ sản xuất đến phân tích phải được khóa.
Tổn thất sau sấy và vai trò của bao bì
Kích thước hạt cũng ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi với môi trường. Hạt nhỏ có diện tích bề mặt lớn và có thể giải phóng hoặc hấp phụ các chất nhanh hơn. Hạt lớn có thể giữ hương tốt hơn trong một số điều kiện nhưng lại có hành vi hoàn nguyên khác. Vì vậy, khả năng giữ hợp chất bay hơi nên được phân tích cùng kích thước hạt.
Một thí nghiệm so sánh nhiều công nghệ nên chuẩn hóa dịch cấp, mức chất rắn và điều kiện sau sấy. Nếu mỗi công nghệ dùng một nồng độ khác nhau, sự khác biệt về hương có thể xuất phát từ thành phần dịch thay vì cơ chế sấy. Đây là lý do thiết kế đối chứng quan trọng không kém thiết bị phân tích.
Cuối cùng, khả năng giữ lại cần được đánh giá ở cấp độ hợp chất hoặc nhóm hợp chất có ý nghĩa. Tổng lượng hợp chất bay hơi là chỉ số tổng hợp, nhưng không cho biết hợp chất nào bị mất. Khi kết hợp sắc ký đồ với mô tả cảm quan, có thể xác định liệu thay đổi hóa học có tạo ra thay đổi mà người dùng thực sự nhận biết.
Một số lưu ý khi đọc dữ liệu
Bao bì có vai trò đặc biệt với hợp chất dễ bay hơi vì vật liệu, độ kín và khoảng khí trong bao gói có thể ảnh hưởng đến trao đổi chất. Khi so sánh hai công nghệ sấy, cần dùng cùng hệ bao bì và thời gian lưu.
Trong một phép thử dài ngày, nên tách thời điểm lấy mẫu thành ít nhất hai trạng thái: ngay sau sấy và sau một khoảng lưu trữ đã định trước. Sự khác biệt giữa hai thời điểm giúp phân biệt tổn thất xảy ra trong máy sấy với biến đổi xảy ra sau đó. Đây là thông tin cần thiết khi mục tiêu là so sánh công nghệ chứ không chỉ mô tả sản phẩm cuối.
Bao bì còn quyết định tốc độ trao đổi của phần hương sau khi bột đã ổn định. Vật liệu có độ cản khí khác nhau, độ kín của đường hàn khác nhau hoặc lượng không khí còn lại trong bao đều tạo ra điều kiện tiếp xúc khác nhau. Vì vậy, đánh giá khả năng giữ hương theo thời gian cần khóa cả hệ bao bì, khối lượng rót và điều kiện lưu trữ.
Tài liệu tham khảo
- Ishwarya & Anandharamakrishnan (2015), Spray-Freeze-Drying approach for soluble coffee processing and its effect on quality characteristics, Journal of Food Engineering.
- Comparative Evaluation of Volatile Aroma Compounds Content of Freeze-Dried and Spray-Dried Instant Coffees (2024), Burapha Science Journal.
- Influence of freeze-drying parameters on the retention of flavor compounds of coffee (1973), Journal of Food Science.
- Zanin et al. (2021), Food Chemistry, 341, 128193.
Instant coffee's aroma isn't a single compound but a system of substances with different volatility and different degrees of interaction with the powder matrix. When the extract is dried, part of these substances can escape with water vapor, part is retained in the solid matrix, and part can transform. So the ability to retain volatile compounds is simultaneously a thermal and a structural problem.
Retaining volatile compounds doesn't mean keeping the aroma profile unchanged
Spray-drying has an advantage in throughput and drying speed. However, the extract droplet contacts hot gas and quickly forms a particle. The degree of aroma loss depends on droplet size, solids concentration, gas temperature, evaporation rate, and shell-formation ability. Gas inlet temperature alone can't represent the material's true thermal history.

Where do spray-drying, freeze-drying, and spray-freeze-drying differ?
So a valid comparison must start from the same feed liquid and track the same compound group, rather than treating two commercial products as representative of two technologies.
Freeze-drying creates the product at lower temperature during the primary water-removal stage, so it's usually chosen when the goal is preserving sensory quality. But the process is longer and uses more energy. Coffee research shows freezing and drying conditions can affect pore structure, and that structure determines how aroma is retained.
Spray-freeze-drying is a notable case because it combines droplet formation with rapid freezing before sublimation. A study on instant coffee reported higher volatile-compound retention in spray-freeze-dried coffee compared with freeze-dried and spray-dried samples in the same study, while the product also had porous structure and good reconstitution characteristics. This is evidence that
Powder structure determines how much aroma is retained and released
Assessing volatile-compound retention using gas chromatography-mass spectrometry or similar analytical techniques allows identifying which compounds change. However, the number of volatile compounds doesn't automatically predict aroma sensation. A low-content compound can still have a low odor threshold and a large effect on perception. So chemical data needs to be placed alongside sensory evaluation.
Powder structure also determines the aroma released during brewing. A particle that's too closed can retain compounds but release them slowly; a particle that's too porous can favor reconstitution but also increase exchange with the environment during storage. This is a balancing act between retention ability in packaging and release ability during use.
Designing a comparison between drying technologies
When comparing technologies, you should keep the raw material and feed liquid the same as much as possible, while recording key variables of each process. Indicators include volatile-compound content, moisture, density, particle size, structure, and sensory evaluation. If only the technology changes without controlling feed concentration or post-drying storage conditions, results can easily become confounded.
The ability to retain volatile compounds must therefore be understood as an attribute of the entire powder-forming process. Drying technology, thermal history, particle structure, and packaging all take part in determining how much aroma remains when the product reaches the user. The most reliable way to assess this is tracking chemistry, physics, and sensory evaluation simultaneously rather than choosing a single retention percentage as the criterion.
A factor often overlooked is oxygen and contact time after drying. Aroma compounds can keep changing during storage, so a sample taken right out of the dryer and one after several weeks don't represent the same state. When comparing technologies, the time from production to analysis must be locked.
Post-drying loss and the role of packaging
Particle size also affects the rate of exchange with the environment. Small particles have large surface area and can release or absorb substances faster. Large particles may retain aroma better under some conditions but have different reconstitution behavior. So the ability to retain volatile compounds should be analyzed together with particle size.
A multi-technology comparison experiment should standardize the feed liquid, solids level, and post-drying conditions. If each technology uses a different concentration, the aroma difference could stem from the liquid's composition rather than the drying mechanism. This is why designing proper controls matters just as much as the analytical equipment.
Finally, retention needs to be assessed at the level of meaningful compounds or compound groups. Total volatile-compound amount is a combined index but doesn't reveal which compound was lost. Combining chromatograms with sensory description can help determine whether a chemical change creates a difference users actually notice.
Some notes when reading the data
Packaging has a particular role for volatile compounds because material, seal integrity, and headspace in the pack can affect exchange. When comparing two drying technologies, you need to use the same packaging system and storage duration.
In a long-duration test, sampling time should be split into at least two states: right after drying and after a predetermined storage period. The difference between the two time points helps distinguish loss occurring in the dryer from change occurring afterward. This is necessary information when the goal is comparing technology rather than just describing the final product.
Packaging also determines the rate of exchange of aroma once the powder has stabilized. Materials with different gas-barrier properties, different seal integrity, or different remaining air in the pack all create different contact conditions. So assessing aroma retention over time needs to lock the packaging system, filled mass, and storage conditions.
References
- Ishwarya & Anandharamakrishnan (2015), Spray-Freeze-Drying approach for soluble coffee processing and its effect on quality characteristics, Journal of Food Engineering.
- Comparative Evaluation of Volatile Aroma Compounds Content of Freeze-Dried and Spray-Dried Instant Coffees (2024), Burapha Science Journal.
- Influence of freeze-drying parameters on the retention of flavor compounds of coffee (1973), Journal of Food Science.
- Zanin et al. (2021), Food Chemistry, 341, 128193.
