Vai trò của vi khuẩn trong quá trình lên men cà phê và tác động của chúng đến chất lượng cà phê
Mesftn Haile và Won Hee Kang
Department of Horticulture and Bio-system Engineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Republic of Korea
Correspondence should be addressed to Won Hee Kang; whkang@kangwon.ac.kr
Received 16 November 2018; Revised 3 January 2019; Accepted 1 February 2019; Published 7 March 2019
Academic Editor: Susana Fiszman
Copyright © 2019 Mesfin Haile and Won Hee Kang. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
1. Giới Thiệu
Cà phê là một trong những cây trồng thương mại quan trọng và được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Sau khi thu hoạch quả cà phê chín, cà phê phải trải qua nhiều bước để trở thành hạt cà phê nhân xanh. Thông thường, có ba phương pháp chế biến khác nhau được sử dụng để sản xuất cà phê nhân xanh từ quả cà phê, đó là phương pháp chế biên ướt, khô và bán ướt. Các vi sinh vật (nấm men và vi khuẩn) đóng vai trò chính trong quá trình lên men cà phê bằng cách phân hủy lớp thịt nhầy bằng cách tạo ra các enzyme khác nhau (pectinase), axit và rượu. Việc sinh khối vi sinh ban đầu là rất quan trọng và được thực hiện bằng cách chọn lọc các vi sinh vật có những đặc điểm nhất định, chẳng hạn như khả năng phân hủy lớp thịt nhầy, khả năng chịu áp lực (độ cồn cao) trong quá trình lên men, khả năng ngăn chặn sự phát triển của nấm bẩn và tác động khác đến chất lượng cảm quan của cà phê. Hiện nay, hạt cà phê nhân xanh thu được từ các trang trại sử dụng bất kỳ phương pháp chế biến nào ở trên đều được lên men với các vi sinh vật chọn lọc để cải thiện hương vị và hương ướt của cà phê. Đây là kết quả của một cái nhìn sâu sắc mới về sự phát triển của cà phê có hương vị độc đáo và tham gia vào thị trường cà phê để mang lại lợi ích tốt hơn. Đánh giá này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về quá trình lên men, vi sinh vật và giống khởi động cũng như tác động của quá trình lên men đến chất lượng cà phê. Triển vọng trong tương lai cũng được thảo luận thông qua việc kết hợp các nghiên cứu gần đây.
2. Quá trình lên men cà phê
Lên men là một quá trình hóa học trong đó các phân tử phức tạp bị phân hủy thành các phân tử đơn giản, tạo ra các chất lỏng và khí (hợp chất dễ bay hơi). Quả cà phê được chế biến bằng một trong ba phương pháp ngay sau khi thu hoạch để quá trình lên men tự phát hoặc tự nhiên xảy ra. Ba phương pháp chế biến cà phê khác nhau được gọi là khô, ướt và bán ướt. Tùy thuộc vào loại chế biến và thời gian, quá trình lên men sẽ khác nhau. Mục đích chính của quá trình lên men trong tất cả các phương pháp là loại bỏ lớp nhầy giàu polysaccharides (pectin) và làm giảm hàm lượng nước trong hạt cà phê. Tuy nhiên, nếu được kiểm soát cẩn thận, quá trình lên men có tác động tích cực đến chất lượng của cà phê.
Chế biến ướt phương pháp được sử dụng phần lớn để sơ chế cà phê Arabica. Ngay sau khi thu hoạch, những quả cà phê chín sẽ được đưa qua tuyển nổi để làm sạch rác, mảnh vụn và loại bỏ các hạt lép (quả có mật độ thấp). Sau đó, quả cà phê được bóc vỏ, lên men chìm trong bể nước từ 24 đến 48 giờ và phơi khô cho đến khi độ ẩm đạt 10%–12% [9, 10]. Trong chế biến khô, quả cà phê được làm sạch và các trái lép được tách ra ngay sau khi thu hoạch, đồng thời toàn bộ quả cà phê nguyên vỏ được phơi khô dưới nắng ở trên giàn và/hoặc trên sàn [ 11]. Chế biến bán ướt là sự kết hợp của cả hai phương pháp trên, trong đó quả cà phê được tách vỏ nhưng quá trình lên men diễn ra trực tiếp trên giàn phơi và dưới ánh nắng mặt trời [ 12].
2.1. Thành phần của lớp thịt nhầy: Dung dịch thịt nhầy (thịt quả) cà phê có độ sệt cao được tạo ra trong quá trình sơ chế ướt, nếu xả thải trực tiếp vào nguồn nước mà không qua xử lý, sẽ gây ra các vấn đề ô nhiễm nguồn nước và môi trường nghiêm trọng. Tính chất vật lý và hóa học của lớp thịt nhầy cà phê thay đổi tùy theo loài và giống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tỷ lệ lớp thịt nhầy/nước tăng khi độ cao trồng cà phê tăng [ 13]. Lớp thịt nhầy bao gồm nước (84,2%), protein (8,9%), đường khử (4,1%), pectate (0,91%) và tro (0,7%) [ 14]. Biết các thành phần này là điều cần thiết để hiểu rõ về quá trình lên men cà phê. Thành phần hóa học và thành phần lớp thịt nhầy trước và sau lên men được mô tả trong Bảng 1 và 2.
3. Enzyme vi sinh vật và Giống vi khuẩn khởi động cho quá trình lên men cà phê
3.1 Enzyme được tạo ra trong quá trình lên men cà phê. Các báo cáo trước đây đã xác định được hơn 50 loại nấm men và vi khuẩn hiện diện trong quá trình lên men cà phê [ 15, 16]. Silva và cộng sự. [17] đề cập rằng các vi sinh vật trong quá trình lên men cà phê góp phần sản xuất ethanol và axit lactic, butyric, acetic và các axit cacboxylic khác trong quá trình lên men đường pectinaceous. Coughlan và Mayer [18] báo cáo rằng nhiều loại enzyme ngoại bào được tạo ra bởi các loài Cellulolytic Bacillus , có khả năng góp phần phân hủy các chất cellulose và pectin tồn tại trong vỏ, cùi và lớp thịt nhầy của quả cà phê [11].
Ba enzyme quan trọng nhất được vi sinh vật tạo ra để phân hủy các chất pectin trong quá trình lên men cà phê là pectin lyase, polygalacturonase và pectin methyl esterase. Pectin lyase xúc tác sự phân hủy pectin bằng cách chuyển hóa, giải phóng axit galacturonic không bão hòa [ 19]. Polygalacturonase là enzyme chính tham gia vào quá trình lên men cà phê. Nó xúc tác quá trình thủy phân các liên kết glycosidic α -1,4 thành axit pectic (axit polygalacturonic) [20]. Pectin methyl esterase chịu trách nhiệm khử este hóa nhóm methoxyl của pectin, tạo thành axit pectic và metanol [21].
3.2. Giống vi khuẩn khởi động cho quá trình lên men cà phê. Sinh khối khởi động là nuôi cấy vi sinh giúp đẩy nhanh quá trình lên men. Trong ngành công nghiệp lên men thực phẩm, Giống vi khuẩn khởi động được biết đến rộng rãi để ứng dụng trong pho mát, sữa chua, bia và rượu vang [22, 23]. Việc sử dụng Giống vi khuẩn khởi động trong quá trình lên men cà phê có kiểm soát giúp đảm bảo chất lượng cà phê tốt nhất và tăng lợi ích kinh tế cho người trồng [24]. Như Corsetti và cộng sự. [25] đã đề cập, các vi sinh vật được chọn làm giống khởi động dự kiến sẽ có những đặc điểm nhất định, chẳng hạn như không gây bệnh, không gây độc và thích ứng với nguyên liệu thô và quy trình. Chúng cũng phải tạo ra chất lượng cảm quan, kéo dài thời hạn sử dụng, giảm thời gian chế biến và ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh liên quan đến thực phẩm. Chỉ có một số nghiên cứu hạn chế đề cập đến việc sử dụng Giống vi khuẩn khởi động để lên men cà phê. Nghiên cứu đầu tiên của Agate và Bhat [26] đã giới thiệu một cách hiệu quả phương pháp nuôi cấy men lên men cà phê. Nghiên cứu này chứng minh rằng việc bổ sung hỗn hợp ba loài Saccharomyces (viz., S. marxianus , S. bayanus , và S. cerevisiae var. ellipsoideus ) đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men bằng cách đẩy nhanh quá trình phân hủy lớp lớp thịt nhầy.
Một nghiên cứu cũng được tiến hành về các đặc tính vi sinh vật và hóa lý của quá trình lên men cà phê bằng cách cấy vi khuẩn phân giải pectin phân lập từ quá trình lên men tự phát (viz., Lactobacillus brevis L166, Erwinia herbicola C26, B. subtilis C12 và Kluyveromyces fragilis K211) [27]. Tuy nhiên, các tác giả báo cáo cho rằng việc cấy vi khuẩn phân giải pectin không làm tăng tốc độ phân hủy các hợp chất polysaccharide hoặc làm thay đổi các đặc tính cảm quan của đồ uống. Họ gợi ý rằng tốt hơn nên sử dụng vi khuẩn axit lactic để duy trì quá trình lên men càng gần lên men tự nhiên càng tốt.
Gần đây, quá trình lên men cà phê sử dụng nấm men tạo hương để phát triển thêm hương vị đã được nghiên cứu cho chế biến khô [28], bán ướt [28] và ướt [29]. Sự đa dạng lớn về vi sinh vật thường được nhận thấy trong quá trình lên men cà phê; tuy nhiên, hầu hết các vi sinh vật bản địa này có lẽ không có những đặc điểm quan trọng để cải thiện chất lượng sản phẩm cà phê đầu cuối và một số loài được chọn dựa trên tác động của chúng đến hương vị và hương ướt của cà phê.
Hết phần 1/2.