Ферментация кофе: для чего искусственно добавляют микроорганизмы

Ферментация кофе: для чего искусственно добавляют микроорганизмы

Что такое ферментация

Ферментация - это химическая реакция, в результате которой одни вещества распадаются на более простые вещества под воздействием бактерий, дрожжей и других микроорганизмов. Обычно расщепляются сахар и крахмал, превращаясь в кислоты, газы или спирт.

Это естественное изменение, которое начинает происходить сразу после сбора кофейных ягод (иногда даже раньше из-за от влажности). Вместе с тем это управляемый процесс и объект многочисленных экспериментов, который используется на разных этапах и при разных методах обработки кофейных ягод.

Ферментация может существенно повлиять на вкус и текстуру кофейного зерна. Изменения в температуре, времени, сахарах и типе бактерии/микроорганизма будут создавать новые вкусо-ароматические свойства кофе.

Плохая, неконтролируемая ферментация может привести к появлению плесени, химического вкуса в кофе. Длительная ферментация может привести к существенной потере таких качеств кофе, как кислотность, тело и сладость. Вот почему так важно, чтобы производитель понимал процесс и контролировал его.
Ферментация бывает двух основных типов:
Аэробная (сухая) происходит при доступе кислорода. Недавно собранные кофейные ягоды помещают в резервуар и дают микроорганизмам работать - поедать сладкую клейковину, тем самым разрушая её. Контролируется время и температура. Этот способ помогает стимулировать сладкие, шоколадные и фруктовые характеристики кофейного зерна.
Из недостатков: аэробные процессы менее однородны и их сложнее отслеживать. Слишком длительная ферментация при высокой температуре может привести к нежелательным характеристикам: например, доминированию кислотности спирта - нотам уксуса, сухости, металлическому привкусу.

Анаэробная ферментация (влажная): в этом случае кофейные ягоды укладываются в ёмкость и покрываются водой, работа микроорганизмов идёт без доступа кислорода. Вода поможет продлить время ферментации и привести к более мягкому телу, сложной кислотности и более утончённому вкусовому профилю.



Из-за недостатка кислорода в зерне развивается больше молочной кислоты, а значит, в готовом напитке можно будет ощутить больше тела, сливочность, шелковистость.

Считается, что анаэробные процессы более однородны и их легче отслеживать. Хотя здесь становятся актуальными, например, проблемы непостоянства температуры воды и её качества.

Ещё один современный способ ферментации - углекислотная мацерация. Термин позаимствован из виноделия. При таком способе очищенные кофейные ягоды помещают в баки из нержавеющей стали, откуда кислород вытесняется углекислым газом. Также применяется дополнительное введение углекислого газа внутрь ёмкости с зерном, чтобы в отсутствие кислорода продлить ферментацию; при этом замедляется разложение сахаров и не появляется сухость и уксусный привкус, что характерно для 3х-дневной сухой ферментации.


Мацерация даёт больше плотности и текстуры кофейному зерну, усиливает его вкусо-ароматические свойства и позволяет получить уникальные (порой нехарактерные для региона) ароматические соединения. Говорят, это даёт возможность получить больше сладости в напитке, больше текстуры и более отчётливый вкусовой профиль.

Производители часто экспериментируют с ферментацией в течение процесса обработки в поисках лучшего понимания условий обработки и повышения качества кофе.

В индустрии спешелти кофе с 2000-х годов растёт спрос на более яркие и необычные вкусы. Поэтому производители стали экспериментировать с новыми способами обработки и условиями ферментации.

Некоторые используют фрукты или специи в ферментационном чане либо закладывают зелёный кофе в бочку из-под алкоголя, а другие добавляют дополнительные микроорганизмы при ферментации.

А какие микроорганизмы присутствуют при ферментации изначально? И для чего их добавляют дополнительно?

Известно, что ферментация — это процесс, который проходит во время любой обработки кофе. Его запускают микроорганизмы, которые изначально находятся на ягодах, стенах оборудования, в воде и даже воздухе. В результате их жизнедеятельности образуются продукты распада сахаров, органические кислоты и другие метаболиты. Ферментационная среда становится более кислой.

Проблема в том, что процесс ферментации сложно контролировать. Фермер может управлять только внешними факторами — регулировать температуру, освещение, влажность и доступ кислорода. Но он не всегда знает, какие именно микроорганизмы находятся на его ягодах и оборудовании. Поэтому не может точно сказать, какими точно характеристиками будет обладать кофе после ферментации.

Однако ожидаемый результат можно получить, если использовать определённый вид микроорганизмов.

Какие микроорганизмы добавляют при ферментации

Один из способов контролировать ферментацию — добавлять определённые выращенные в лаборатории штаммы бактерий, дрожжей и грибков. Это поможет усилить дескрипторы, а также проконтролировать процесс и сократить время ферментации.

Лабораторно выращенные штаммы дрожжей могут усилить или подавить вкусовые качества кофе. Также их использование поможет контролировать время ферментации и смягчить неблагоприятные факторы для окружающей среды.

Особенно важно добавлять микроорганизмы в регионах, где есть высокая влажность, недостаток солнечного света и большое количество осадков. Такой климат способствует росту нежелательных бактерий. А дополнительные микроорганизмы помогают предотвратить их активное размножение.

Рассмотрим, как влияют на ферментацию определённые микроорганизмы.

Целлюлаза и аспергиллюс (фермент и грибок) помогают предотвратить образование токсинов и ускорить ферментацию, во время которой фермент аспергиллюса растворяет целлюлозу, а грибок потребляет вещества в зерне. В итоге образуются редуцирующие сахара — определённый вид сахаров, которые участвуют в карамелизации и реакциях Майяра. Они положительно влияют на аромат кофе.

Молочнокислые бактерии Lactobacillus играют дополнительную роль в формировании вкуса и аромата кофе. Молочные бактерии используют лимонную кислоту и аминокислоты в качестве источника энергии для ферментации.

Метаболизм лимонной кислоты приводит к образованию диацетила и ацетоина — соединений, способствующих маслянистому вкусу кисломолочных продуктов. А из аминокислот образуются ароматические соединения. Некоторые соединения, такие как сложные эфиры, кетоны, высшие спирты и альдегиды, способны проникать в зерно и формировать цветочные, фруктовые и маслянистые ароматы в напитке.


Отдельно выделяют другой вид ферментации — лактоферментацию. Её главное отличие — бактерии, которые формируют молочную кислоту. Фермер добавляет бактерии в ферментационный чан либо создает условия, способствующие росту уже имеющихся в среде микроорганизмов. В результате их жизнедеятельности образуется молочная кислота. Она придаёт кофе ноты тропических фруктов и интенсивную сладость. К тому же тело кофе улучшается — становится более плотным и округлым.

Управление вкусом через микропроцессы в обработке ягод

На вкус чашки влияют бактерии в среде обработки и обмен веществ внутри зерна.

При долгой мытой обработке кофейные зёрна испытывают недостаток кислорода и влаги. Этот стресс в итоге позитивно влияет на их качество. Например, делает аромат готового напитка более комплексным. И это не единственное, что меняет кофе при обработке.

Исследователи Nestlé Research выяснили, что это за факторы, на какие процессы в ягоде они влияют и как с их учетом получать зёрна с нужными характеристиками.

Внешний микробиом и метаболизм зерна

После сбора урожая в кофейной ягоде происходят 2 основных процесса:

Активность микроорганизмов — в среде обработки. Бактерии и дрожжи потребляют питательные вещества и производят новые;

Метаболизм (обмен веществ) — внутри кофейного зерна. Под влиянием условий среды в нём меняется состав аминокислот, углеводов, органических кислот.

Эти процессы довольно сложные и протекают по-разному в зависимости от обработки ягод: её способа, температуры среды, сорта кофе и вида оборудования.

Активность микроорганизмов, бактерий и дрожжей играет важную роль в производстве ферментированных продуктов: пива, сыров, вина, сметаны. И, конечно, кофе.

Микроорганизмы находятся на поверхности ягоды ещё во время её созревания на дереве. Особенно активно они развиваются в мякоти и клейковине. Эти слои ягоды служат микроорганизмам пищей.


Мякоть и клейковина кофейной ягоды — питательная среда для микроорганизмов

Бактерии и дрожжи расщепляют мякоть и клейковину и выделяют продукты обмена веществ — метаболиты: простые углеводы, аминокислоты и органические кислоты. Этот процесс микробиологи называют ферментацией.

В зависимости от метода обработки метаболиты выделяются и накапливаются в разной среде. Во время мытой обработки ферментация происходит в воде, где находится кофе. При натуральной обработке она протекает во внешних слоях ягоды.

После обработки некоторые продукты ферментации остаются на поверхности зелёного кофе.

Внутри кофейного зерна тоже проходят обменные процессы. Как любой живой организм, оно взаимодействует с окружающей средой. Например, реагирует на факторы стресса при обработке и в зависимости от них регулирует свой состав.

Два главных фактора стресса:

гипоксия — недостаток кислорода при погружении в воду;

«стресс от засухи» — недостаток воды во время сушки.

При мытой обработке зёрна испытывают как гипоксию, так и стресс от засухи. В них повышается количество аминокислот, которые отвечают за ароматы в кофе. При натуральной обработке зёрна подвергаются лишь долгому стрессу от засухи. Всё это формирует отличия мытого кофе от обработанного натуральным методом: аромат первого получается более комплексным.

Таким образом, после сбора ягоды продолжают меняться. Формируются ароматы из-за процессов в наружных слоях, и меняется химический состав самих зёрен.



Любая обработка кофе состоит из нескольких взаимосвязанных процессов, в основном микробной деятельности и эндогенного метаболизма зёрен

Связь этапов обработки и конечного вкуса напитка

При разных условиях обработки активность микроорганизмов и обмен веществ внутри ягод протекают по-разному. На них влияют 3 фактора:

-продолжительность ферментации;

-использование демюсилятора — оборудования для очистки ягод от мякоти;

-промывание и замачивание.

Продолжительность ферментации. Позволяет отрегулировать активность микробиома и концентрацию веществ в зерне. Прежде считали, что длительная ферментация от 36 до 72 часов снижает качество кофе, так как в процессе у зёрен появляются неприятные запахи и уксусная кислотность. Теперь этот этап увеличивают при условии, что ёмкость для обработки и промывочный канал чистят после каждого использования.

Длительная ферментация даёт микроорганизмам время для активности. Они успевают произвести больше метаболитов — например, молочной кислоты и маннита. Таким образом, в кофе интенсивнее проявляются цветочные или фруктовые ароматы.

Также продолжительная ферментация усиливает факторы стресса для ягод. За счёт этого меняется их внутренний метаболизм. Повышается концентрация веществ, отвечающих за фруктовые ноты: например, глюкозы и фруктозы, аспарагиновой кислоты и аланина, янтарной кислоты.

Эти соединения участвуют в основных химических реакциях во время обжарки зёрен. Например, в реакции Майяра, в результате которой кофе обретает характерный аромат обжарки.

Использование демюсилятора. Этот экологичный способ обработки некоторые считают спорным, так как он частично лишает кофе вкусовых качеств.

При мытом и полумытом способах обработки с ягод счищают разные слои. В первом случае проводят депульпацию, то есть удаляют кожицу и часть мякоти. Во втором — при помощи демюсилятора убирают всю мякоть, включая клейковину.

Демюсилятор позволяет обрабатывать кофе эффективно и экологично, но и сто́ит он довольно дорого — до нескольких десятков тысяч долларов, поэтому не все фермеры могут себе позволить это оборудование.

Для сравнения: при классической мытой обработке расходуется примерно в 40 раз больше воды на тонну пачмента.

Удаление мюселяжа с помощью демюсиляторов снижает потребление воды и трудозатраты, облегчает очистку зёрен. Не нужно дополнительно промывать кофе после обработки и тратить время на ферментацию.

Кроме того, исследователи обнаружили ещё одно преимущество демюсилированных зёрен — они были тяжелее, что увеличивает их потенциальную цену. Дело в том, что во время обычной ферментации кофейные зёрна уменьшаются в массе в среднем на 5%. Так происходит в результате метаболизма. При механическом удалении мякоти этого не происходит.

Совершенствование полумытого способа обработки продолжается. Производители пытаются ещё больше снизить потребление воды, но при этом улучшить качество кофе.

Механическое удаление мякоти обеспечивает наилучшее качество зерна. Но при этом меньше воздействует на окружающую среду. Поэтому такой способ становится всё более популярным.

Так, к примеру, демюсиляторы чаще используют в Коста-Рике и Бразилии: местный кофе, обработанный методами хани и палп-нэчурал, стал очень популярным в последнее десятилетие. Демюсиляторы используют даже в странах, известных своими консервативными методами ферментации. Например, в Эфиопии.

Можно сказать, полумытый способ обработки только набирает популярность. И на экологии это скажется наилучшим образом.

Промывание и замачивание. Эти этапы удаляют продукты ферментации, поэтому их проводят избирательно. Они полезны, если при обработке образовались пропионовая или уксусная кислоты, которые добавляют кофе нежелательный привкус. Это случается, когда инструменты для обработки не чистят, используют загрязнённую воду или слишком долго держат ягоды в воде. В таком случае промывание и замачивание могут помочь избавиться от нежелательного эффекта ферментации.

Когда у ягод нет коричневого оттенка и запаха гнилых фруктов, их промывают меньше, а замачивание вообще пропускают. В итоге сохраняется больше продуктов микробного метаболизма, а кофе получается более высокого качества.

Условия обработки влияют на процессы обмена в кофейных ягодах и, в конечном счете — на вкус чашки.



Изменение методов обработки или их параметров влияет на состав кофейных зёрен и в итоге на сенсорный профиль заваренной чашки.

Итак, что мы узнали:

Вкусом кофе можно управлять при обработке кофейных ягод через 2 процесса — ферментацию и обмен веществ внутри зерна.

Ферментация — это расщепление бактериями и дрожжами питательных веществ и производство новых. Она проходит на мякоти и клейковине. На неё можно влиять: например, менять длительность, использовать демюсилятор, промывать и замачивать ягоды.

При долгой ферментации бактерии и дрожжи производят больше продуктов обмена.

Промывание и замачивание удаляет эффект ферментации, а кофе лишается своих вкусов и ароматов. Эти этапы включают, только когда ферментация прошла неудачно, например, в негигиеничных условиях.

Метаболизм зерна — это изменение концентрации веществ в ответ на внешние факторы стресса. На него влияют через продолжительность обработки.

При длительной ферментации зерно дольше испытывает стресс и концентрирует больше ароматических веществ. В чашке такого кофе усиливаются фруктовые и цветочные ноты.