Động Lực Của Lên Men

Nội Dung Chính

Mặc dù sự phân huỷ của cùi và chất nhầy đã được ghi nhận trong quá trình chế biến ướt. Tuy nhiên, các cơ chế của quá trình vẫn chưa rõ ràng và còn gây tranh cãi. Có ba lý thuyết đã được đề xuất để giải thích các cơ chế phân hủy chất nhầy của hạt cà phê.

Lý thuyết đầu tiên liên kết quá trình phân hủy chất nhầy với các enzyme nội sinh của quả cà phê. Các nhà nghiên cứu đã phân lập được nhiều loài vi sinh vật khác nhau từ hạt cà phê, nhưng tin rằng quá trình phân hủy chất nhầy đã hoàn tất trước khi hoạt động của vi sinh vật trở nên nổi bật. Để giải thích kết luận rằng sự phân rã chất nhầy là do hoạt động của các enzyme nội sinh. Một số cứu được công bố đã xác nhận sự hiện diện của các enzyme nội sinh (đặc biệt là pectin methylesterase) vào sự phân hủy chất nhầy của hạt cà phê trong quá trình “lên men ướt” (quá trình lên men trong quy trình chế biến ướt ).

Lý thuyết thứ hai nhấn mạnh vai trò của vi vinh vật trong quá trình phân huỷ chất nhầy, vì một số nghiên cứu đã phát hiện ra rằng sự phân hủy chất nhầy không xảy ra trong quy trình chế biến ướt nếu sử dụng nước và hạt cà phê vô trùng. Các nhà khoa học đã phân lập được 168 loài vi khuẩn từ hạt cà phê trong quá trình lên men ướt, 44 loài trong số đó có khả năng phân hủy chất nhầy trong vòng chưa đầy 5 giờ.

Mở rộng lý thuyết trên (chúng ta có lý thuyết thứ ba) nhưng với một cơ chế khác. Nhiều loại vi khuẩn và nấm men sẽ sản xuất axit hữu cơ, qua đó làm axit hoá môi trường lên men, môi trường axit này sẽ hoà tan pectin trong lớp chất nhầy. Hay nói cách khác, độ pH thấp của môi trường lên men (pH = 3.5-5.5) mới là nguyên nhân chính dẫn đên sự trương nở và phân ly các phân tử polysaccharide cấu thành lớp màng nhầy trong cà phê. Lập luận này cho thấy tính phù hợp cao hơn vì quá trình lên men thường có mặt của một số nhóm vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí, vi khuẩn axit lactic và nấm men trong quá trình lên men.

Do đó, vi sinh vật có thể đóng một vai trò trong quá trình phân hủy chất nhầy của hạt cà phê bằng thông qua hoạt động enzyme ngoại bào, axit hóa hoặc kết hợp cả hai. Chúng ta sẽ cần chờ thêm các nghiên cứu chuyên sâu hơn để làm rõ và xác định cơ chế, và/hoặc các chủng loài vi sinh vật nào thực sự tham gia vào việc phân rã chất nhầy trong quá trình chế biến cà phê. Tuy nhiên, khi đề cập đến vi sinh vật chúng ta thường phân chia thành ba nhóm chính, với đặc điểm sinh học và vai trò chức năng khác nhau của chúng trong quá trình lên men cà phê gồm: vi khuẩn, nấm sợi (nấm mốc) và nấm men.

1. Vi khuẩn

Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào đa dạng, sống trong nhiều môi trường khác nhau và có các cơ chế chuyển hóa rất khác nhau. Hầu hết sử dụng oxy để chuyển hóa thức ăn của chúng theo cách tương tự đối với động vật, tuy nhiên vẫn có một số chuyển hóa thức ăn của chúng mà không cần oxy (yếm khí), thông qua quang hợp như thực vật – hoặc thậm chí sử dụng hợp chất vô cơ, như lưu huỳnh, làm nguồn năng lượng thay thế.

Các quần thể vi khuẩn thường chiếm ưu thế trong quả cà phê ở giai đoạn ngay sau khi thu hoạch – lên đến 96.3% tổng số vi sinh vật phân lập được trên bề mặt quả (vi khuẩn, nấm men và nấm sợi).

Trong số rất nhiều vi khuẩn được phân lập từ quá trình lên men cà phê, thì Bacillus, Lactobacillus và Enterobacteriaceae là những loài phổ biến nhất. Các loài Bacillus chiếm khoảng 50% trong các dòng vi khuẩn phân lập được trong quá trình chế biến khô. Các loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus, đặc biệt là B. megaterium, là nguyên nhân tạo ra axit propionic có trong cà phê được chế biến theo phương pháp chế biến khô. Loài này được tìm thấy trong suốt quá trình lên men, nhưng axit propionic chỉ được phát hiện ở nồng độ cao nhất sau khoảng 2 tuần lên men.

2. Nấm sợi / nấm mốc

Trong quá trình chế biến ướt, các loài vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus (viết tắt là LAB) là nguyên nhân chính gây ra sự phân huỷ của lớp nhầy (chúng chuyển hoá đường và sinh ra axit lactic làm giảm độ pH của môi trường lên men). Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn LAB không hiện diện nhiều trong quá trình chế biến khô. Do thích nghi với điều kiện kỵ khí và mức oxy thấp trong quá trình lên men ướt, nên hoạt động của LAB còn giúp ngăn chặn sự gia tăng của các vi khuẩn khác và tạo điều kiện cho nấm men phát triển.

Hầu hết các loại nấm (Fungi) có cấu trúc đa bào. Tương tự như thực vật, chúng được tạo thành từ nhiều tế bào (trong khi đó, vi khuẩn là đơn bào). Nấm đa bào mọc thành sợi dài, vì vậy chúng được gọi là “nấm sợi”. Những sợi nấm này tạo thành một mạng lưới, lan rộng khắp vật liệu mà nấm đang phát triển, để rồi hấp thụ thức ăn qua bề mặt của sợi nấm. Các sợi nấm riêng lẻ quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Tuy nhiên, khi nhiều sợi nấm đan xen dày đặc trên một bề mặt và bắt đầu sinh ra bào tử (mốc) thì quá trình xâm nhiễm của nấm đã rất nghiêm trọng, các sợi nấm đã lan sâu bên dưới bề mặt vật liệu hữu cơ.

Đối với cà phê, không có nhiều nghiên cứu liên quan đến sự tham gia của nấm sợi trong quá trình thoái hóa chất nhầy của quả cà phê. Điều này không nằm ngoài dự đoán – vì quá trình lên men phân rã chất nhầy thường chỉ kéo dài trong khoảng 48 giờ và về cơ bản là một môi trường có hoạt độ nước cao, có lợi hơn cho sự phát triển của vi khuẩn và nấm men. Vi khuẩn và nấm men phát triển nhanh hơn dạng nấm sợi và theo cách này, chúng cạnh tranh để giành chất dinh dưỡng và vị trí xâm nhập của quần thể nấm sợi.

Từ đầu những năm 1900, nhiều học giả đã nghiên cứu mối liên hệ của nấm sợi (fungi) với hạt cà phê. Ban đầu, mối quan tâm chính là tiềm năng của các loại nấm sợi (nấm mốc) trong việc đóng góp các hương vị khác biệt, nhưng trong những năm gần đây, các nghiên cứu tập trung vào việc ngăn ngừa sự lan nhiễm của nấm vì khả năng tạo ra độc tố nấm sợi trong quá trình lên men. Chủ yếu gây ra bởi Aspergillus niger và Aspergillus carbonarius. Sự hiện diện của các loại nấm này trong hạt cà phê có nghĩa là sự ô nhiễm đã xảy ra sau khi thu hoạch và cho thấy rằng quá trình lên men, sấy khô, bảo quản và vận chuyển đã được thực hiện không tốt. Nhìn chung, các nghiên cứu chỉ ra cà phê được sản xuất bằng quy trình chế biến khô có nhiều khả năng bị nhiễm nấm cao hơn cà phê được sản xuất bằng quy trình ướt, do thời gian lên men kéo dài.

3. Nấm men

Một số loài nấm, thay vì hình thành sợi, lại tồn tại chủ yếu dưới dạng đơn bào. Những loại nấm này được gọi là nấm men (yeast). Nấm men có thể tạo bào tử, hoặc chúng có thể sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi. Khả năng này cho phép chúng sinh sản nhanh chóng khi thức ăn dồi dào.

Tế bào nấm men thường lớn hơn tế bào vi khuẩn, một phần vì chúng chứa các cấu trúc tế bào phức tạp hơn, chẳng hạn như nhân và ty thể (do đó, chúng có thể tiến hành quá trình hô hấp hiếu khí để tạo ra năng lượng, khi có oxy). Một số loại nấm có thể chuyển đổi giữa dạng đơn bào và dạng sợi. Nấm men sử dụng đường trong môi trường của chúng như một nguồn thức ăn chính để phát triển, một số loài cần oxy để phát triển, trong khi những loài khác có thể phát triển khi có hoặc không có oxy. Nếu không có oxy, các loại nấm men này sẽ sử dụng quá trình lên men như một phương tiện để lấy năng lượng từ thực phẩm.

Tương tự như các chủng loài vi khuẩn, nấm men cũng tham gia vào quá trình lên men (trong chế biến ướt và khô) với sự đa dạng rất lớn. Điều đáng chú ý là một số loài nấm men có hoạt tính pectolytic (tức là khả năng phân hủy hoặc phá vỡ liên kết của pectin – thành phần chính trong lớp nhầy của cà phê bằng một hệ gồm nhiều loại enzyme – các enzyme này được gọi chung là enzyme pectinase). Nhiều loại nấm men có hoạt tính pectolytic cao đã được sàng lọc từ quá trình sản xuất cà phê sau đó phân loại bằng cách sử dụng môi trường pectin tổng hợp. Kết quả cho thấy hoạt tính pectolytic của nấm men mạnh hơn 1.7 lần so với vi khuẩn phân lập từ hạt cà phê, với ba loại nấm men chính là Saccharomyces cerevisiae, Candida parapsilosis và Pichia guilliermondii.

Trong khi nấm sợi có thể ảnh hưởng xấu đến hương vị cà phê và sinh ra độc tố ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và sự an toàn của người tiêu dùng. Một số nhà nghiên cứu đã nhận thấy rằng một số loài nấm men và vi khuẩn được phân lập từ quá trình lên men cà phê có thể ức chế sự phát triển của các loài nấm không mong muốn này. Các loài nấm men được xác định có hoạt tính đối kháng như vậy là Pichia anomala, Pichia kluyveri, Debaryomyces hansenii, Saccharomyces cerevisiae, Hanseniaspora uvarum. Ngoài ra còn có một số chi vi khuẩn như: Leuconostoc, Lactobacillus và Enterococcus. Các loài vi khuẩn và nấm men thuộc các chi này có thể được sử dụng như một tác nhân kiểm soát sinh học tự nhiên để ngăn chặn các loại nấm không mong muốn.

Khoảng 200 loại nấm men đã được phân lập trong quá trình lên men cà phê bằng quy trình chế biến khô. Trong đó phổ biến nhấtlà các đại diện của Debaryomyces, Pichia và Candida. Trong số này, Debaryomyces hansenii là loài được phân lập phổ biến nhất (~40% số phân lập),tiếp theo là Pichia guilliermondii (khoảng 20% số phân lập). Những loài này được phân lập trong suốt quá trình nhưng phổ biến nhất vào ngày thứ 14-18 khi tổng quần thể nấm men đã tăng lên giá trị tối đa.

Trong quá trình lên men cà phê bằng quy trình chế biến ướt. Hầu hết các loài được phân lập đều thuộc chi Saccharomyces như S. marxianus, S. bayanus, S. cerevisiae, v.v… (tương tự với quần thể nấm men tham gia vào quá trình lên men rượu hoặc bia). Nhìn chung quần thể nấm men này được phân lập từ bề mặt của quả cà phê ngay từ khâu thu hoạch. Hơn nữa, quần thể nấm men trong cà phê mới xát vỏ quả và trong quá trình lên men (chế biến ướt ) cao hơn quần thể vi khuẩn.

Hãy là người đầu tiên chia sẻ bài đăng này!

Bài đăng mới

Máy Pha Cà Phê Espresso

Theo từ điển Merriam-Webster, Espresso được định nghĩa là “cà phê được pha bằng cách ép hơi nước hoặc nước nóng qua các hạt cà

Hạt Mịn (Fine)

Hạt cà phê là một ma trận ba chiều phức tạp của các sợi cellulose được phủ bằng dầu và các chất rắn khác. Những