Влияние ферментации на кофе

 

София Цзиюань Чжан и Флорак де Брюн делятся результатами, собранными в ходе четырехлетних исследований, направленного на лучшее понимание влияния ферментации и обработки кофе на качество кофе в различных географических регионах.

Когда мы проходим по пути через семена, кофейные ягоды, зеленые кофейные зерна, обжаренный кофе и, наконец, заваренную чашку, мы можем оценить усилия, которые прилагаются на каждом этапе всей цепочки создания стоимости кофе.

Неудивительно, что каждый из этих этапов взаимосвязан и может быть оптимизирован для обеспечения кофе еще более высокого качества. Качество кофе обычно оценивается на уровне зеленых кофейных зерен и заваренной чашки. Поскольку в зеленом кофе заключены все предшественники вкуса, их качество тесно связано с качеством конечной чашки.

Но роль обработки нельзя игнорировать, когда речь идет об улучшении качества кофе. Основной целью обработки является удаление наружных слоев кофейной ягоды и превращение их семян в высушенный и стабильный носитель вкуса, т. е. зеленый кофе. Распространенными методами достижения этой цели являются мытая и сухая обработка, история которой восходит к самому зарождению кофейной промышленности. 

 

Между тем, многие гибридные или новые методы обработки также приобрели популярность в регионах производства кофе, такие как хани обработка и модная анаэробная ферментация с ограничением или отсутствием кислорода. В последние годы многие производители взяли на себя ведущую роль в инновациях по переработке кофе и экспериментировали с различными методами в разных регионах производства.

Это дает огромное количество эмпирических данных о влиянии методов ферментации и конкретных параметров обработки на качество кофе. Однако точные научные доказательства, подтверждающие их, остаются завуалированными.

В течение последних четырех лет мы работаем с кофе в рамках двустороннего научно-исследовательского сотрудничества между Брюссельским университетом Врие (Брюссель, Бельгия) и Nestlé Research (Вер-шез-ле-Блан, Швейцария), стремясь понять процесс ферментации кофе после обработк. Здесь мы расскажем о некоторых результатах наших исследований с использованием различных сортов кофе в различных географических точках – мы надеемся, что вы найдете их такими же проницательными и захватывающими, как и мы во время нашего кофейного путешествия.

Микробы и обмен веществ

Во время ферментации после обработки кофе происходят два основных явления, а именно микробная активность в среде обработки и внутренний метаболизм семян кофейных зерен. Динамический характер обработки подчеркивается непрерывным потреблением питательных веществ и производством веществ микроорганизмами.

Сложность заключается в нескольких этапах в рамках одного метода обработки и его зависимости от различных внешних факторов, таких как температура, сорт кофе и технологическое оборудование.

Микроорганизмы присутствуют практически в любой среде и, следовательно, также в экосистеме обработки кофе. Поскольку они играют решающую роль в других ферментированных пищевых продуктах, неудивительно, что микроорганизмы также выполняют важные функциональные роли во время обработки и ферментации кофе.

Более того, они уже присутствуют на поверхности кофейной ягоды еще до начала обработки: в процессе обработки эти микроорганизмы (особенно молочнокислые бактерии) процветают на богатом питательными веществами растительном материале, таком как мякоть и слизь, которая выделяется в среду ферментации. В то время как они растут, микроорганизмы производят метаболиты из этих питательных веществ растений и накапливаются в обрабатывающей среде – микробиологи называют это ферментацией. 

Ферментация

Мы обнаружили, что ферментация происходит в разных частях экосистемы кофе во время влажной и сухой обработки. Во время влажной обработки ферментация происходит в обрабатываемой воде, в то время как во время сухой обработки ферментация происходит в высыхающих наружных слоях вишни.

Интересно, что некоторые из метаболитов, образующихся во время ферментации, остаются на поверхности ягод и даже могут пережить весь процесс. Таким образом, они задерживаются на зеленых кофейных зернах в качестве “микробной подписи”. Мы назвали это явление эффектом ферментации(брожения).




Схема 1: Наш подход, расшифровывающий путь кофе от ягоды к готовому напитку, включая метаболомный (сверху) и микробиологический (снизу) подходы к разгадке экосистемы обработки кофе, а также восприятие заваренной чашки по вкусовым характеристикам.

*метаболомика — это «систематическое изучение уникальных химических „отпечатков пальцев“ специфичных для процессов, протекающих в живых клетках» — конкретнее, изучение их низкомолекулярных метаболических профилей.

 

В то же время кофейное зерно также является живым существом, которое взаимодействует с окружающей средой и реагирует на нее. Как и любой живой организм, он, таким образом, будет метаболически активен на протяжении всей обработки.

Кофейные зерна считаются промежуточными семенами, что позволяет им реагировать на различные стрессовые факторы внешней среды даже при низком содержании влаги и соответствующим образом изменять свой метаболический состав (состоящий из динамической суммы всех углеводов, аминокислот и органических кислот внутри зерен).

Двумя доминирующими факторами стресса в технологической цепочке являются гипоксия, или недостаток кислорода, во время подводного погружения и “стресс засухи” (недостаток воды) во время сушки. Во время мытой обработки зерна испытывают как гипоксию, так и стресс от сушки, в то время как во время сухой (натуральной) обработки ягоды подвергаются длительному стрессу сушки.

Это факторы, которые способствуют различию между мытым и натуральным кофе. Когда мы говорим о влиянии обработки кофе на вкус, мы говорим не только о создании “ферментированных” ароматах и вкусов, которые существуют снаружи обработанных ягод, – мы также говорим о фундаментальных изменениях в метаболическом составе самих кофейных зерен.

 Различные процессы накапливают различные концентрации метаболитов

При различных условиях обработки как микробиология, так и метаболизм семян влияют на метаболические профили кофейных зерен и, следовательно, в конечном итоге на качество чашки. Здесь мы кратко рассмотрим влияние трех конкретных параметров мытой обработки, которые мы изучили: как долго происходила ферментация, была ли ягода механически депульпирована и были ли ягоды погруженны в воду после ферментации и промывки. Однако, прежде чем мы начнем, полезно четко определить некоторые термины, используемые при обработке.

Во время основной мытой обработки свежее зерно удаляется из мякоти (депульпирование) и погружается под воду (ферментация). После этого ферментационный резервуар сливают, а ферментированные зерна очищают водой, чтобы удалить остатки слизи, так происходит промывка после ферментации. Иногда эти промытые зерна снова замачивают в резервуаре или отдельных ведрах с чистой водой (замачивание или ферментация с ипользованием воды). 

После промывки или замачивания зерна сушат, это называется стадия сушки. Одним из вариантов классической ферментации является механическое удаление слизи через демуцилагер (где два вращающихся барабана сжимают зерно, чтобы механически соскоблить большую часть слизи), что мы называем демуселяжем.

Продолжительность ферментации оказывает значительное влияние на качество кофе. Мы обнаружили, что, хотя обычно считается, что длительная ферментация снижает качество кофе, приводя к появлению зерен с кислым вкусом или неприятным запахом, но она также может иметь положительные и даже желательные эффекты при условии соблюдения тщательно контролируемых методов обработки и ферментации, сушки.

В стирильных гигиенических условиях обработки (в частности, для ферментационного резервуара и промывочного канала) более длительная ферментация давала больше времени для образования желательной микробной активности и это привело к большему эффекту брожения и ферментирования на ягоде.

Этот эффект ферментации сохранялся на зеленых кофейных зернах, что отражалось в более высоких концентрациях микробных метаболитов (например, молочной кислоты и маннита) и более высокой интенсивности цветочных и фруктовых летучих органических соединений.

С другой стороны, длительная продолжительность ферментации усиливала роль гипоксии через эндогенный метаболизм ягоды, влияя на концентрацию простых углеводов, таких как глюкоза и фруктоза. Сюда же можно внести и аминокислоты: например, аспарагиновая кислота и аланин, органические кислоты, например янтарную кислоту. 

Перечисленные соединения могут выступать в качестве основных предшественников в ряде химических реакций во время обжарки, особенно в реакции Майяра, и генерировать фирменный, уникальный аромат кофе. С изменением количества этих предшественников вкуса на зеленом кофе более длительная ферментация привела к усилению фруктовых нот в чашке.

Сорт кофе как переменная ферментации

Различные сорта кофе будут демонстрировать вариативность метаболического состава слизи и мякоти из свежих кофейных ягод. Как основной поставщик питательных веществ для микроорганизмов, различия в составе слизи между различными сортами кофе также влияют на степень эффекта ферментации.

Например, мы обнаружили, что типичные разновидности, которые мы использовали в Латинской Америке, имели сочный мезокарпический слой, который был богаче питательными веществами, чем у разновидности катимор из Азии. В сочетании с внешними факторами, такими как терруар и температура окружающей среды, мы обнаружили, что это влияет на профили рН, динамику микробного сообщества и состав метаболитов во время ферментации. Поэтому важно учитывать сорт кофе при оценке потенциального воздействия методов обработки.

Схема 2: После сбора урожая обработки и ферментации в кофе происходит нескольких динамичных и взаимосвязанных видов деятельности, в основном микробной деятельности и эндогенного метаболизма ягод (слева).

Изменение методов обработки или изменение их параметров может изменить состав (зеленых) кофейных зерен и вкусовые характеристики заваренной чашки. Степень их влияния на качество кофе зависела от измененного параметра и условий обработки (справа).

Мы считаем, что это разнообразие является сильной стороной кофе и это означает, что существует огромное количество перестановок вышеперечисленных факторов, которые еще предстоит изучить. Разнообразие в цепочке создания вкусового профиля кофе переплетает ремесло и науку. Некоторые результаты ферментации и пост ферментации обязательно приведут к чертовски хорошей чашке кофе. В нашем ассортименте есть несколько сторов, которые стоит обязательно попробовать, чтобы понять влияние обработки и ферментации - Колумбия Ла Прадера и Индонезия Фринса Коллектив.

Источники

София Цзиюань Чжан - химик и энтузиаст кофе, работала на нескольких кофейных плантациях по всему миру, чтобы понять связь между обработкой и качеством кофе. 

Флорак де Брюн - микробиолог, проявляющий большой интерес к спонтанным ферментам пищевых продуктов, сосредоточив внимание на микробной экосистеме ферментации кофе во время своей докторской диссертации. Оба сейчас работают в Nestlé Research в Швейцарии.

Relevant research papers have been published in: De Bruyn, F*., Zhang, S.J.*, Pothakos, V.*, Torres, J., Lambot, C., Moroni, A.V., De Vuyst, L. (2017). Exploring the impacts of post-harvest processing on the microbiota and metabolite profiles during green coffee bean production. Applied and Environmental Microbiology 83, e02398-16.Zhang, S.J.*, De Bruyn, F.*, Pothakos, V.*, Falconi, C., Torres, J., Moccand, C., Weckx, S., De Vuyst, L. (2019). Following coffee production from cherries to cup: microbiological and metabolomic analysis of wet processing of Coffea arabica. Applied and Environmental Microbiology 85, e02635-18.





В блог
Профессионально о кофе:
- прямые эфиры
- интересные рецепты
- новости из мира кофе
Кофе из Азии Африканский кофе Кофе из Латинской Америки Кофе из Центральной Америки Кофе в джутовых мешках Кофе итальянской обжарки Кофе для дома Кофе для кофеен Кофе в офис Кофе для кофейных автоматов Кофе крупнозерновой Кофе оптом Кофе спешелти...