Vai Phụ Không Được Ở Lại Lâu - Enterobacteriaceae Trong Lên Men Cà Phê

Trong thế giới vi sinh của lên men cà phê, chúng ta thường nghe nhiều về nấm men và vi khuẩn lactic (LAB), những vi sinh vật tạo ra các ester hương, axít mềm diệu, và cảm quan tốt hơn. Nhưng còn một nhóm vi khuẩn khác, thường bị gán nhãn là “tác nhân gây lỗi”, đó là Enterobacteriaceae. Không ít nhà sản xuất muốn loại bỏ hoàn toàn nhóm này. Nhưng làm vậy liệu có cần thiết? Enterobacteriaceae có vai trò gì trong lên men cà phê, và nếu có mặt, làm sao để kiểm soát chúng đúng cách?

Enterobacteriaceae là ai trong hệ vi sinh cà phê?

Enterobacteriaceae là một họ lớn vi khuẩn, gồm nhiều chi như Enterobacter, Pantoea, Tatumella, Leclercia, và đôi khi cả Escherichia. Đây là vi khuẩn yếm khí tùy nghi (facultative anaerobes), nghĩa là có thể sống trong cả môi trường có và không có oxy, nhưng thường phát triển mạnh hơn trong điều kiện có oxy và pH trung tính.

Hình từ bioninja.

Nguồn gốc của chúng thường đến từ môi trường đất, nước, vỏ quả cà phê, và thiết bị sơ chế. Trong quá trình lên men tự nhiên, Enterobacteriaceae thường xuất hiện với mật độ cao trong 12–24 giờ đầu, khi môi trường chưa ổn định, pH còn cao, và hệ vi sinh vật đối kháng chưa chiếm ưu thế. Theo nghiên cứu của Lee et al. (2023), trong mô hình lên men môi trường tự yếm (Self-Induced Anaerobic Fermentation - SIAF), mật độ Enterobacteriaceae trong 12h đầu có thể chiếm tới 70–90% tổng vi sinh vật được phát hiện. Điều này cho thấy vai trò mở đầu rất lớn, nhất là trong các phương pháp lên men không cấy vi sinh vật chủ động.

Chúng làm gì trong giai đoạn đầu lên men?

Về mặt enzyme học, một số loài thuộc họ Enterobacteriaceae có khả năng tiết enzyme như pectinase, polygalacturonase, cellulose, giúp phân giải các cấu trúc polysaccharide trong lớp nhầy mucilage của quả cà phê. Khi pectin bị phân giải, mucilage trở nên dễ rửa trôi hơn, tạo điều kiện cho các vi sinh vật khác như LAB và nấm men tiếp cận được lớp chất nền bên trong. Nghiên cứu của De Bruyn et al. (2017) tại Brazil cũng ghi nhận một số chi Enterobacter có khả năng hoạt động enzyme đáng kể trong môi trường lên men cà phê.

Enterobacteriaceae có thể đóng vai trò khởi động trong phân giải mucilage, một giai đoạn tiền đề cho các phản ứng sinh học tiếp theo.

Hình từ nghiên cứu Understanding the Effects of Self-Induced Anaerobic Fermentation

Vấn đề bắt đầu từ đâu?

Vấn đề không nằm ở việc Enterobacteriaceae “có mặt”, mà là chúng ở lại quá lâu, hoặc phát triển quá nhanh. Nếu môi trường không chuyển sang yếm khí đủ nhanh, hoặc pH không giảm về mức <4.5 trong vòng 24–36 giờ, Enterobacteriaceae sẽ chuyển hướng sinh học, bắt đầu sinh ra các hợp chất gây lỗi cảm quan (off-flavor):

• Acetic acid → mùi giấm, chua gắt
• Butyric acid → mùi mồ hôi, bơ hỏng
• Dimethyl sulfide → mùi hành

Trong nghiên cứu của Liu et al. (2022), các mẫu cà phê lên men kéo dài 72h trong điều kiện không kiểm soát chặt đã xuất hiện các mùi off-flavor này, với mật độ Enterobacteriaceae vẫn duy trì trên 30% sau 48h, cho thấy khả năng chiếm lĩnh kéo dài.

Tác động đến hương vị ra sao?

Vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriaceae không tạo ra ester thơm hay acid hữu cơ dễ chịu như LAB và nấm men. Ngược lại, sản phẩm chuyển hóa của chúng thường là các hợp chất mạch ngắn, có mùi khó chịu, không bền mùi và làm giảm điểm số cảm quan rõ rệt. Nghiên cứu của De Oliveira Junqueira et al. (2022) phân tích rằng sự hiện diện kéo dài của Enterobacteriaceae có liên quan chặt đến các hợp chất có mùi sulfur và acid acetic, hai chỉ dấu phổ biến của cà phê lên men lỗi.

Giải pháp là gì?

Có hai hướng tiếp cận chính:

1. Giảm thời gian chiếm ưu thế của Enterobacteriaceae

• Rút ngắn giai đoạn lên men đầu (12–24h)
• Cấy nấm men/vi khuẩn LAB để giảm pH về <4.5 sớm

2. Duy trì môi trường yếm khí hoàn toàn

Đây là hướng được xác nhận rõ ràng trong nghiên cứu của Lee et al. (2023), nơi mô hình Self-Induced Anaerobiosis cho thấy Enterobacteriaceae bị suy giảm nhanh sau 24 giờ khi hệ thống được khóa khí hiệu quả.

Khi không có oxy:

• Vi khuẩn yếm khí bắt buộc như LAB chiếm ưu thế
• Vi khuẩn Yếm khí tùy nghi như Enterobacteriaceae bị cạnh tranh và suy yếu

Liệu có thể tận dụng Enterobacteriaceae không?

Trong một số trường hợp hiếm (lên men tự nhiên nhanh, điều kiện nhiệt đới, rửa nhanh), có thể cho phép Enterobacteriaceae hoạt động trong 6–12 giờ đầu như một bước khởi động phân rã mucilage. Tuy nhiên:

• Không có bằng chứng cho thấy việc giữ lại Enterobacteriaceae lâu hơn mang lại lợi ích cảm quan
• Không có chỉ số tích cực nào về mặt tạo ester hoặc acid dễ chịu
• Có rủi ro an toàn thực phẩm nếu một số chủng mang gene độc tố

Vì vậy, không có cơ sở để “tối ưu hóa” Enterobacteriaceae như một phần cố định của quy trình lên men.

HTX Tramhamin - Bể Lên Men.

Vai Phụ và Rời Sân Khấu Đúng Lúc.

Enterobacteriaceae không phải là “kẻ xấu tuyệt đối”. Nhưng để sản xuất cà phê chất lượng cao và ổn định, nhóm vi khuẩn này cần được kiểm soát chặt trong 24–36 giờ đầu của lên men. Cách kiểm soát hiệu quả nhất bao gồm:

• Duy trì môi trường yếm khí hoàn toàn.
• Chủ động cấy nấm men/vi khuẩn LAB
• Rút ngắn giai đoạn đầu khi pH còn cao

Hệ vi sinh là một phần không thể thiếu trong quá trình tạo hương cà phê. Nhưng không phải vi sinh vật nào cũng nên được giữ lại. Enterobacteriaceae chỉ nên đóng vai phụ và rút khỏi sân khấu đúng lúc.