Quá trình lên men diễn ra như thế nào?

Lên men cà phê đóng vai trò quan trọng trong việc định hình hương vị của hạt cà phê. Quá trình này luôn xuất hiện trong mọi phương pháp sơ chế cà phê và cần được kiểm soát kỹ càng để không sản sinh ra các hợp chất không tốt cho chất lượng hạt cà phê.

Lên men cà phê là gì?

Lên men là quá trình thúc đẩy vi sinh vật trao đổi chất tạo ra những biến đổi hóa học của các hợp chất sinh hóa thông qua hoạt động của các enzyme. Trong hóa sinh chúng được định nghĩa là sự khai thác năng lượng từ carbohydrate trong điều kiện không có oxy. Trong phạm trù vi sinh vật học, quá trình lên men có thể diễn giải ngắn gọn là quy trình trao đổi chất của các vi sinh vật, trong đó vi khuẩn biến đổi đường thành hợp chất năng lượng và giải phóng các chất hữu cơ khác.

Lên men cà phê là công đoạn cà phê sau khi sát vỏ được ngâm trong một bể nước đến khi chất nhầy phân rã hoàn toàn. Quá trình lên men là sự thay đổi tự nhiên khi có sự kết hợp giữa đường và nước – 2 thành phần có sẵn trong quả cà phê. Trong khi lên men, các vi sinh vật như nấm và vi khuẩn trong tự nhiên sẽ tiêu thụ, chuyển hóa các hợp chất đường, axit trong cà phê.

Mục đích của việc lên men cà phê là để các hợp chất tích cực từ phần thịt chuyển hóa vào trong hạt ở mức độ hợp lý, sau đó loại bỏ lớp màng nhầy rất giàu polysaccharid và làm giảm hàm lượng nước trong hạt cà phê. 

Các loại lên men cà phê

Lên men cà phê có thể diễn ra theo một trong hai cách: Lên men kỵ khí hoặc lên men hiếu khí. Trong đó: 

– Lên men hiếu khí là những gì xảy ra khi có sẵn Oxy trong không khí. Các vi sinh vật sử dụng Oxy và cơ chất (các hợp chất hữu cơ trong thành phần vỏ quả cà phê) để phát triển và thải ra các chất hữu cơ thứ cấp.

– Lên men kỵ khí xảy ra khi quả cà phê ngâm chìm hoàn toàn trong bể nước (sau khi xát vỏ). Điều đó cho phép các vi sinh vật khác nhau hoạt động mà không cần đến Oxy.

Hai quá trình này có thể diễn ra đồng thời trong quy trình chế biến, song hoạt động lên men cà phê bởi các vi sinh vật kỵ khí dễ dàng kiểm soát, và đồng nhất hơn trong khi lên men hiếu khí thì phức tạp và khó kiểm soát hơn. o

Lên men cà phê diễn ra như thế nào?

Quá trình lên men cà phê xuất hiện ở tất cả các phương pháp sơ chế (tự nhiên, ướt, bán ướt) nhưng thời gian lên men sẽ khác nhau ở mỗi phương pháp.

Lên men cà phê trong sơ chế tự nhiên

Sau khi thu hoạch cà phê sẽ được loại bỏ tạp chất, rửa sạch, thả vào thùng nước lớn, những quả xanh, non, lép và sâu hại nổi lên sẽ được loại bỏ trong 24 giờ đầu. Sau đó toàn bộ cà phê sẽ được phơi nắng trên giàn từ 10 – 25 ngày mà không cần tách vỏ trước đến khi độ ẩm giảm xuống còn 11-12%. Quá trình lên men cà phê sẽ diễn ra trong thời kỳ phơi khô này khi các enzyme từ các vi sinh vật khác nhau được tiết ra, thịt quả và chất nhầy sẽ bị phân hủy hình thành pectinases trên vỏ trấu, quá trình phân giải pectin là nguồn carbon cho vi sinh vật sau khi hấp thụ đường đơn ban đầu. Quá trình lên men bắt đầu khi có sự phân lập của vi khuẩn, nấm men, nấm sợi.

Lên men cà phê trong sơ chế ướt

(Nguồn ảnh: PrimeCoffea)

Phương pháp này sử dụng một lượng lớn nước. Sau khi được rửa sạch quả cà phê sẽ được ép tách lớp vỏ, thịt và chất nhầy một cách cơ học, sau đó được đặt vào một bể lớn ngâm trong nước từ 36-72 giờ và cà phê bắt đầu quá trình lên men dưới nước. Mục đích của việc này là loại bỏ chất nhầy còn lại, sau đó được phơi khô dưới nắng hoặc sấy bằng máy.

Sơ chế ướt sẽ hạn chế lượng chất nhầy dính trên hạt. Chất nhầy là cơ chất được vi khuẩn và nấm men (nguồn gốc tự nhiên trong quả) sử dụng trong quá trình lên men, chúng có các chất pectin (polysaccharides) tiền chất của các hợp chất tăng cường hương vị được bài tiết tự nhiên bởi hệ vi sinh vật lên men. Vì nó có tính kết dính nên phải dùng nước để tách rời. 

So với sơ chế khô thì các vi sinh vật sinh ra trong sơ chế ướt ít đa dạng hơn vì thời gian lên men thấp (khoảng 36-72 giờ), pH giảm nhanh hơn và không có sự tham gia của nấm sợi trong quá trình lên men. 

Lên men cà phê trong sơ chế Honey

Giống như sơ chế ướt, hạt cà phê và một phần đáng kể chất nhầy được tách ra trong quá trình xát vỏ. Tuy nhiên người ta lại không loại bỏ chất nhầy hoàn toàn bằng quá trình lên men trong nước mà phơi khô phần chất nhầy còn lại cùng với hạt. Khi so sánh các chất chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp của cà phê được chế biến theo hai phương pháp ướt và tự nhiên, người ta đã tìm thấy các kết quả giống nhau tương đối về cấu hình phân bố của chín axit chlorogeric (CGA) và trigonelline. Nhưng nếu xem xét cụ thể thì chế biến ướt có tổng hàm lượng CGA cao hơn. Cụ thể:

– Trong phương pháp ướt, hàm lượng trung bình của CQA, di-CQA và FQA lần lượt là 4,94 ± 0,41; 0,94 ± 0,05 và 0,32 ± 0,02 g / 100 g (dm), chiếm 81,3%, 13,3% và 5,3% tổng hàm lượng CGA (6,08 ± 0,44 g / 100 g, dm).

– Trong phương pháp bán ướt, mức trung bình của CQA là 4,70 ± 0,37 g / 100 g (dm), tiếp theo là diCQA với 0,98 ± 0,02 g / 100 g (dm) và FQA với 0,30 ± 0,01 g / 100 g (dm ). Các lớp này lần lượt chiếm 81,0%, 14,0% và 5,1% tổng mức CGA (5,8 ± 0,38 g / 100 g, dm).

Tổng hàm lượng sucrose, CGA thấp trong hạt bán ướt có thể liên quan đến việc ngâm nước trong thời gian ngắn hơn dẫn đến mất các thành phần hòa tan trong nước do quá trình rửa và lên men.

Enzyme được tạo ra trong quá trình lên men cà phê

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng có hơn 50 loại nấm men và các loài vi khuẩn có trong quá trình lên men cà phê. Chúng góp phần tạo ra etganol, axit lactic, butyric, axetic, và các axit cacboxylic đồng thời nhiều loại enzym ngoại bào được tạo ra bởi các loài bacillus phân giải xenluloza đóng góp vào quá trình phân hủy các chất xenlulo và pectin tồn tại trong vỏ, cùi và niêm mạc của quả cà phê. Ba loại enzym quan trọng nhất do vi sinh vật tạo ra để phân giải các chất pectin trong quá trình lên men cà phê là pectin lyase, polygalacturonase và pectin methyl esterase:

– Pectin lyase xúc tác sự phân giải pectin bằng cách trans-elimination, giải phóng axit galacturonic không bão hòa

– Polygalacturonase là enzym chính tham gia vào quá trình lên men cà phê. Nó xúc tác quá trình thủy phân liên kết α -1,4 glycosidic thành axit pectic (axit polygalacturonic)

– Pectin metyl esterase chịu trách nhiệm cho quá trình khử este hóa nhóm metoxyl của pectin, tạo thành axit pectic và metanol.