Nấm men và LAB - Khoa Học Vi Sinh Và Hương Vị Sản Phẩm
BOSGAURUS COFFEE là đơn vị tiên phong tại Việt Nam ứng dụng nấm men và vi khuẩn lactic (LAB) vào quá trình lên men cà phê, bắt đầu từ năm 2017, khi khái niệm này còn khá xa lạ trong ngành.
Theo thời gian, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành cà phê specialty, các hãng sản xuất men đã bắt đầu nhận thấy tiềm năng rất lớn của hệ vi sinh, đặc biệt là nấm men và LAB, trong việc tái cấu trúc hương vị cà phê. Họ không ngừng nghiên cứu, phát triển những chủng mới, ngày càng tinh chỉnh và chuyên biệt hơn cho từng điều kiện địa phương và giống cà phê cụ thể.
Trong suốt hành trình ứng dụng vi sinh này, BOS. có cơ hội trở thành đơn vị thử nghiệm chính thức cho nhiều chủng nấm men mới, được cung cấp trực tiếp từ các phòng thí nghiệm quốc tế. Song song đó, việc được tiếp cận với kho tri thức vi sinh đồ sộ từ các đối tác R&D cũng trở thành một nguồn tài nguyên quý giá, điều mà chúng tôi luôn trân trọng như một phần của hành trình học hỏi không ngừng.
Do các cam kết bảo mật thông tin (NDA) với các hãng sản xuất, chúng tôi không thể chia sẻ chi tiết kỹ thuật hay chủng cụ thể. Tuy nhiên, từ kinh nghiệm thực tiễn và hiểu biết tích lũy, chúng tôi hy vọng những chia sẻ chung này có thể góp phần giúp cộng đồng cà phê có một mùa lên men bội thu, cả về năng suất lẫn tri thức.
Nấm men & LAB - Khoa học vi sinh và hương vị sản phẩm
Mặc dù nấm men thuộc về giới nấm, nhưng về mặt di truyền, chúng lại có sự gần gũi đáng ngạc nhiên với động vật (bao gồm cả con người). Cũng giống như chúng ta, nấm men cần một lượng lớn các nguồn năng lượng và chất dinh dưỡng đa dạng để tồn tại và phát triển. Chúng phát triển mạnh nhờ oxy và giải phóng carbon dioxide.
Phân loại và Ứng dụng
Trong số hàng ngàn loại nấm men và hàng trăm phân nhóm của Saccharomyces (cùng với nhiều loại khác chưa được khám phá), chủng được sử dụng phổ biến nhất để sản xuất cồn là Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces trong tiếng Latinh có nghĩa là nấm đường (sugar fungus). Cerevisiae trong tiếng Latinh có nghĩa là bia. Có nhiều chủng Saccharomyces cerevisiae khác nhau có thể được phân biệt về kiểu hình (phenotypically), thông qua hành vi lên men của chúng.
biểu diễn trực quan các hợp chất mà nấm men có thể phân giải và giải phóng trở lại vào môi trường lên men.)
Các Sản phẩm Phụ của Nấm men
Nấm men hấp thụ các axit béo, carbohydrate, và axit amin qua thành tế bào. Các hợp chất này sau đó có thể đi qua một số con đường trao đổi chất khác nhau bên trong tế bào nấm men. Một số con đường đã được biết và nghiên cứu, nhưng nhiều cơ chế con đường và yếu tố kích hoạt vẫn còn là bí ẩn. Nấm men có thể tiết ra các axit hữu cơ và axit béo, este, aldehyd, ketone, phenol, các hợp chất tự phân giải (autolytic compounds), glycerol, và tất nhiên là cả cồn trở lại dịch lên men (fermentation broth). Các sự kết hợp khác nhau của những hợp chất này tạo ra các hương vị và mùi thơm đa dạng trong sản phẩm cuối cùng. Một số hợp chất có tác động tích cực, trong khi một số khác, nếu dư thừa, có thể gây ra các hương vị và mùi thơm không mong muốn.
Hai nhóm hợp chất chính có thể dễ dàng được điều chỉnh trong quá trình lên men là este và cồn bậc cao (higher alcohols). Este chủ yếu chịu trách nhiệm cho các hương thơm trái cây, trong khi cồn bậc cao góp phần vào tiềm năng lão hóa (aging potential) của cồn. Cả hai đều được hình thành thông qua con đường Ehrlich.
Các Tham số Lên men để Tối ưu Hương vị
Mỗi chủng nấm men độc đáo có thể phản ứng khác nhau dựa trên môi trường và chất dinh dưỡng sẵn có, nhưng có một số tham số chính để thay đổi nhằm tạo ra cấu hình hương vị độc đáo của riêng bạn.
- Nhiệt độ: Giả sử có bồn lên men được kiểm soát nhiệt độ, nhiệt độ là một cách dễ dàng để điều chỉnh các con đường trao đổi chất trong tế bào nấm men. Nói chung, nhiệt độ cao hơn sẽ hỗ trợ sự phát triển của nấm men nhiều hơn, và sự phát triển nhiều hơn của nấm men có liên hệ với sự hình thành cồn bậc cao cao hơn. Về sản xuất este, nhiệt độ cao hơn dẫn đến giảm sản xuất este. Có những giới hạn cho phạm vi nhiệt độ bạn nên sử dụng. Nấm men sẽ lên men rất chậm ở nhiệt độ quá thấp, và nếu nhiệt độ quá cao, nấm men có thể bị sốc nhiệt và chết sớm.
- Độ đường Ban đầu (Starting Gravity) và Cấu hình Đường (Sugar Profile): Độ đường ban đầu (hoặc độ đường nguyên thủy - original gravity) dùng để chỉ lượng đường có trong dịch lên men lúc bắt đầu. Nồng độ đường cao chỉ có thể được xử lý bởi một số loại nấm men nhất định. Các loại đường cũng ảnh hưởng đến các hợp chất hương vị được tạo ra trong quá trình lên men. Các loại đường khác nhau về cấu trúc hóa học và do đó sẽ thay đổi các con đường trao đổi chất trong tế bào nấm men.
- Tỷ lệ Cấy (Pitching Rate): Các nhà sản xuất nấm men đề xuất một phạm vi tỷ lệ cấy phù hợp, và không nên bỏ qua các phạm vi này. Cấy không đủ nấm men có thể dẫn đến quá trình lên men chậm hoặc bị đình trệ. Một nguyên tắc chung là 1 triệu tế bào trên mỗi mililit trên mỗi độ Plato. Tăng hoặc giảm nhẹ so với giá trị này có thể gây ra sự khác biệt trong các hợp chất hương vị. Sự phát triển tế bào giảm khi tỷ lệ cấy giảm, đặc biệt khi tỷ lệ cấy vượt quá mức cần thiết. Do đó, tỷ lệ cấy nhỏ hơn sẽ kích thích mức độ cồn bậc cao và mức độ este cao hơn
- Loại Nấm men (Yeast Type): Loại nấm men có ảnh hưởng lớn đến lượng và loại este được sản xuất, cùng với các hợp chất hương vị và mùi thơm khác. Giữ tất cả các biến số khác như nhau, nếu bạn cấy hai chủng nấm men khác nhau, bạn sẽ có hai sản phẩm cuối cùng hoàn toàn khác nhau. Các hợp chất lưu huỳnh mà nấm men tạo ra cũng phụ thuộc vào chủng nấm men. Một số chủng hoàn toàn không tạo ra lưu huỳnh, trong khi một số khác được biết là tạo ra lượng lưu huỳnh đáng kể khi bị căng thẳng.
- Chất Dinh dưỡng (Nutrients): Chất dinh dưỡng của nấm men bao gồm nitơ tự do, vitamin, và kim loại. Nấm men cần nitơ để chuyển hóa đường thành cồn. Mức độ nitơ bằng không hoặc cực kỳ thấp ngăn cản quá trình lên men xảy ra. Mức độ nitơ axit amin tự do (free amino nitrogen) thấp hơn dẫn đến giảm sự phát triển của nấm men và do đó giảm mức độ cồn bậc cao. Kẽm là một kim loại rất quan trọng cho quá trình chuyển hóa cồn. Con đường từ glucose đến ethanol là đa bước, nhưng bước cuối cùng là chuyển hóa acetaldehyde thành ethanol bởi enzyme alcohol dehydrogenase. Kẽm là cần thiết để enzyme này hoạt động bình thường. Do đó, nếu một loại rượu mạnh có mức acetaldehyde cao, quá trình lên men có thể đã thiếu kẽm.
- Áp suất Tĩnh (Head Pressure): Áp suất tĩnh được đề cập là lượng áp suất tác động lên nấm men. Nó dựa trên tổng lượng chất lỏng được chứa trong bình trên một diện tích nhất định, tạo ra một lực nhất định. Một bình chứa ngang chứa cùng một lượng chất lỏng sẽ có ít áp suất tĩnh tác động lên nấm men hơn so với một bình chứa dọc chứa cùng một lượng chất lỏng. Điều này là do trọng lượng của chất lỏng được phân tán rộng hơn trong bình ngang so với bình dọc. Áp suất tĩnh cao hơn tác động lên nấm men dẫn đến giảm sự phát triển của nấm men và do đó giảm mức độ cồn bậc cao. Áp suất tĩnh giảm dẫn đến mức độ este cao hơn. Hiện tượng này được khai thác rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất bia (Hiện tại rất nhiều người trong ngành cà phê viết và truyền đạt sai về Áp suất lên men. BOS. sẽ sớm có bài mới về vấn đề này).
Có nhiều biến số mà nhà lên men có thể điều chỉnh trong quá trình lên men để tạo ra các hợp chất hương vị và mùi thơm mong muốn. Tôi khuyên bạn nên tham khảo ý kiến nhà cung cấp nấm men của mình để thử nghiệm với các loại nấm men và môi trường lên men được điều chỉnh phù hợp với mục tiêu, sản phẩm và cơ sở vật chất của bạn.
