Th.S Trần Thị Thắm Hà
Bộ môn Công nghệ Sau thu hoạch
1. Giới thiệu về nấm men Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae là loại nấm men được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghệ thực phẩm như: lên men bánh mì, bia, rượu và một số loại đồ uống có cồn. Đây là loại vi sinh vật thuộc chi Saccharomyces, lớp Ascomycetes, ngành nấm. Về đặc điểm hình thái, tế bào nấm men S.cerevisiea có dạng hình cầu hay hình trứng. Kích thước tế bào của nấm men thay đổi tùy thuộc theo giống loài, tuổi và điều kiện nuôi cấy. Chiều rộng trung bình của nấm men từ 2,5 đến 10 mm và chiều dài khoảng 4,5 đến 21 mm, tối đa có chủng loài đạt chiều dài đến 30 mm. Cấu tạo của nấm men S. cerevisiae bao gồm: vỏ tế bào, màng nguyên sinh chất, nguyên sinh chất, ty lạp thể, nhân tế bào, không bào, bộ máy gogi, hạt volutin, ribosome, hạt chất béo và bầu mô. Nấm men sinh sản chủ yếu bằng cách nảy chồi, khi chồi non tách ra khỏi tế bào mẹ sống độc lập thì nơi đó để lại vết sẹo và không có khả năng tạo chồi mới nữa. Nguồn dinh dưỡng chủ yếu của chúng là sử dụng các loại đường như: glucose, galactose, saccharose, maltose như ngồn cung cấp cacbon. Ngoài ra chúng còn sử dụng axit amin và muối amon như nguồn cung cấp nitơ (1).
Hình 1 và 2. Nấm men S.cerevisiea (Nguồn: Power & Syred, 2014)
Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm men:
˗ Nồng độ cơ chất và áp suất thẩm thấu của môi trường: Áp suất thẩm thấu của môi trường phụ thuộc vào hàm lượng đường và các chất hòa tan khác có trong môi trường. Khi nồng độ cơ chất cao kéo theo áp suất thẩm thấu cũng cao thì sự tích tụ nấm men càng nhanh. Tuy nhiên, nếu áp suất thẩm thấu quá cao sẽ xảy ra hiện tượng làm co nguyên sinh chất của tế bào (1).
˗ Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu của sự sinh trưởng và phát triển của nấm men trong khoảng 25÷300C. Khi nhiệt độ giảm, tốc độ phát triển sinh khối của nấm men giảm dần và hoàn toàn bị ức chế với nhiệt độ dưới 50C. Khi nhiệt độ tăng quá cao sinh trưởng của nấm men cũng bị ức chế, và nấm men sẽ bị chết khi nhiệt độ trên 600C (1).
˗ pH của môi trường: pH phù hợp cho nấm men phát triển trong khoảng 4˗5, pH<2 hoặc > 7,5, thì nấm men sẽ bị ức chế và ngừng phát triển (1).
2. Quá trình lên men cà phê và vai trò của nấm men Saccharomyces cerevisiae trong lên men quả cà phê
Tại Việt Nam, 90% cà phê vối được chế biến theo phương pháp khô. Trong phương pháp chế biến này, quả cà phê sau khi thu hoạch được phơi trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời, trên bao bạt hoặc sân xi măng cho đến khi đạt độ ẩm bảo quản từ 12% đến 13%. Quá trình phơi thường diễn ra trong vòng từ 15 đến 20 ngày, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, khí hậu (2). Trong giai đoạn phơi, quá trình lên men lớp nhớt sẽ diễn ra nhờ hoạt động của các loại vi sinh vật có mặt tự nhiên trong quả cà phê như vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Đây là một quá trình sinh hóa, làm phân huỷ các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất đơn phân tử. Cụ thể là phân huỷ hợp chất pectin có trong lớp nhớt là hợp chất có tính liên kết các thành phần khác trong lớp nhớt thành các loại đường đơn như glucose và fructose là các hợp chất không có tính liên kết và tan ra, làm cho nước liên kết dễ bay hơi hơn, quả cà phê dễ khô hơn (2).
Cà phê vối và cà phê chè của Việt Nam cũng còn được chế biến theo phương pháp ướt, có quá trình lên men tách nhớt. Mục đích chính của quá trình lên men cà phê là để loại bỏ lớp nhớt giàu polysaccharide và làm giảm độ ẩm của hạt. Theo báo cáo của Haile và Kang (2019), lớp nhớt của hạt cà phê thóc trước khi lên men chứa 35,3% chất tan, 47% pectin, 6% lipid và 9,4% helocellulose. Sau khi lên men, hàm lượng các chất có thể hoà tan trong nước của lớp nhớt tăng lên, đạt 50,7%. Trong khi đó hàm lượng pectin, lipid và helocellulose giảm (tương ứng với 36,2% pectin, 4% lipid và 8% helocellulose). Một phần các loại đường đơn sẽ thoát ra ngoài, một phần sẽ cùng với các amino axit được hình thành trong quá trình lên men thẩm thấu vào nhân cà phê để tạo nên các tiền hương vị. Trong quá trình rang, chúng tham gia vào phản ứng Mailard tạo nên hương thơm và mùi vị cho nước pha cà phê (3). Do vậy, nếu quá trình lên men được kiểm soát chặt chẽ sẽ làm cải thiện chất lượng của cà phê nhân.
Tuy nhiên, sự phụ thuộc vào các loại vi sinh vật tự nhiên trong quá trình lên men sẽ gây khó khăn cho việc kiểm soát quá trình lên men và chất lượng đầu ra của cà phê nhân. Trong quá trình này còn có sự phát triển của các vi sinh vật bất lợi, vi khuẩn gây thối rữa, tạo ra những hợp chất không mong muốn trong cà phê nhân như propionic và axit butyric ảnh hưởng xấu đến hương thơm và mùi vị của nước pha cà phê (tạo ra mùi hành, tỏi) làm giảm chất lượng cảm quan của cà phê tách (3). Sự phát triển mạnh của vi khuẩn enterobacteria và vi khuẩn acetic axit cũng tạo ra một lượng lớn axit acetic trong nhân cà phê, tạo nên vị chua acid và làm giảm chất lượng cảm quan của nước pha. Bên cạnh đó sự hình thành của các hợp chất béo mạch ngắn và các ester của chúng như 2-methyl butanoic acid ethyl ester, 3-methyl butanoic acid ethyl ester, và cyclohexanoic acid ethyl ester do không kiểm soát được quá trình lên men sẽ làm giảm nghiêm trọng chất lượng cảm quan của nước pha (3). Hơn nữa, nếu quá trình lên men không được kiểm soát chặt chẽ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nấm mốc filamentous sinh độc tố mycotoxin, A.niger sinh độc tố OTA điều này không những ảnh hưởng xấu đến hương thơm và mùi vị của nước pha cà phê mà còn làm mất vệ sinh an toàn thực phẩm của sản phẩm. Do vậy để nâng cao chất lượng của cà phê nhân, giảm nguy cơ sinh độc tố thì cần phải kiểm soát chặt chẽ quá trình lên men.
Để kiểm soát quá trình lên men nhằm cải thiện chất lượng cà phê nhân có nhiều phương pháp, trong đó phương pháp bổ sung nấm men Saccharomyces cerevisiae là phương pháp được nhiều tác giả lựa chọn nghiên cứu. Theo nghiên cứu của Silva và cộng sự (2000), nấm men S. cerevisiae là loại nấm men có mặt tự nhiên trong quả cà phê, chúng có khả năng sản sinh enzyme pectinlyase và polygalacturonase. Đồng thời, nấm men này có thể sinh trưởng và phát triển mạnh trong suốt quá trình lên men, có khả năng cạnh tranh với các loại vi sinh vật khác có mặt tự nhiên trong quả cà phê và có khả năng sử dụng lớp cơm nhầy của quả để làm cơ chất cho quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng. Do vậy nấm men S. cerevisiae có thể được sử dụng trong quá trình lên men cà phê để phân huỷ lớp nhớt cà phê, thúc đẩy quá trình lên men. Kết quả nghiên cứu của Evangelista (2014) cũng cho thấy, việc sử dụng nấm men S. cerevisiae trong quá trình lên men cà phê sẽ nâng cao chất lượng cảm quan của nước pha, cho cà phê có mùi caramel, đồng thời ngăn chặn sự hình thành của một số acid gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng cảm quan của cà phê tách như axit butyric và axit propionic. Kết quả nghiên cứu của Berthiot và cộng sự cũng cho thấy, việc sử dụng nấm men S. cerevisiae trong lên men cà phê không làm gia tăng số lỗi của cà phê nhân, tuy nhiên có khả năng tăng chất lượng của cà phê tách. Các nghiên cứu trên cho thấy, nấm men S. cerevisiae nếu được ứng dụng trong lên men cà phê sẽ có tác dụng thúc đẩy quá trình lên men, ngăn ngừa các vi sinh vật khác phát triển, đồng thời nâng cao chất lượng cảm quan của cà phê.
3. Phương pháp sử dụng nấm men S. cerevisiae trong quá trình chế biến cà phê
* Sử dụng chế phẩm nấm men S. cerevisiae trong phương pháp chế biến khô.
Phương pháp chế biến khô có giai đoạn đầu khi quả cà phê còn có độ ẩm cao, lớp nhớt cà phê có hàm lượng đường cao là môi trường rất thích hợp cho các vi sinh vật phát triển, lên men, đặc biệt là các vi khuẩn gây bệnh và các loại nấm tạo độc tố mycotoxin. Do vậy bổ sung nấm men S.cerevisiea vào giai đoạn này sẽ hạn chế được sự phát triển các vi sinh vật gây hại, tạo nên một số tiền hương vị cho sản phẩm cà phê nhân.
Sơ đồ sử dụng nấm men trong chế biến khô cà phê:
Cà phê quả sau khi thu hoạch được phun với nấm men S. cerevisiae với liều lượng 1g nấm men (mật độ 109-1011CFU/g)/1kg cà phê quả và được đảo trộn đều. Trước đó, nấm men S. cerevisiae đã được hoạt hoá trong nước ở nhiệt độ 370C trong vòng 20 phút. Sau khi phun nấm men, khối cà phê được ủ qua đêm để nấm men phát triển và hạn chế các vi sinh vật khác trong khối quả, sau đó khối hạt được trải đều trên nền xi măng với độ dày khoảng 5cm để làm khô như qui trình bình thường. Quả cà phê thường được phơi trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời cho đến khi đạt độ ẩm từ 12 – 13%. Trong quá trình phơi, cà phê được cào đảo ngày 4 lần nhằm tăng cường tốc độ thoát hơi nước. Sau khi phơi khô, cà phê được đem đi xát vỏ quả để thu được cà phê nhân.
*Sử dụng nấm men S. cerevisiae trong phương pháp chế biến ướt
Quá trình chế biến ướt có giai đoạn lên men để tách lớp nhớt. Khi sử dụng nấm men sẽ được bổ sung vào giai đoạn này để hỗ trợ cho quá trình lên men được nhanh và hiệu quả hơn.
Sơ đồ bổ sung nấm men trong chế biến ướt cà phê 
Cà phê quả với tỉ lệ quả chín trên 90% được xát tươi bằng máy xát trống hoặc máy xát đĩa để tách bỏ lớp vỏ quả, thu được cà phê thóc ướt còn lớp nhớt. Sau công đoạn tách vỏ quả, cà phê thóc ướt được cho vào thùng hoặc bể ủ lên men để tách lớp nhớt ra khỏi cà phê thóc, nấm men S. cerevisiae được bổ sung vào khối hạt giai đoạn này với tỉ lệ 1g nấm men (109-1011cfu/g)/1kg cà phê thóc ướt và được đảo trộn đều để nấm men phân bố đồng đều trong khối hạt. Trước khi bổ sung vào khối hạt, nấm men phải được hoạt hoá trong nước ở nhiệt độ 37oC trong 20 phút. Thời gian lên men có thể diễn ra trong vòng từ 12 đến 14h. Trong quá trình lên men, cần thường xuyên kiểm tra mức độ sạch lớp nhớt của cà phê thóc để quyết định thời gian kết thúc và rửa cà phê. Cách kiểm tra gồm 2 bước như sau:
– Lấy khoảng 50 – 100g cà phê thóc ướt cho vào bát nước sạch và rửa sơ bộ, dùng tay bóp mạnh một lượng cà phê trong lòng bàn tay, nếu nghe có tiếng lạo sạo thì quá trình phân hủy lớp nhớt đã hoàn thành;
– Lấy khoảng 10 hạt cà phê đã rửa, dùng móng tay cào mạnh bề mặt lớp vỏ thóc, nếu không còn dấu hiệu của nhớt trên bề mặt vỏ thóc thì quá trình phân hủy lớp nhớt đã hoàn thành.
Sau khi lớp nhớt đã được phân huỷ hoàn toàn, cà phê được đem đi rửa sạch, phơi/sấy để thu được cà phê thóc khô.
Tóm lại: Việc ứng dụng được nấm men S.cerevisiea trong chế biến cà phê thì sẽ hạn chế được quá trình phát triển các loại nấm men, nấm mốc gây hại và cải thiện được chất lượng của cà phê nhân trong cả 2 phương pháp chế biến ướt và chế biến khô.
Tài liệu tham khảo:
1. Lê Ngọc Tú, Nguyễn Chức, 1992. Men và công nghệ thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật.
2. Evangelista, S., Silva, C., Miguel, M., Cordeiro, C., Pinheiro, A., Duarte, W. and Schwan, R., 2014. Improvement of coffee beverage quality by using selected yeasts strains during the fermentation in dry process. Food Research International, 61, pp.183-195.
3. Haile, M. and Kang, W., 2019. The Role of Microbes in Coffee Fermentation and Their Impact on Coffee Quality. Journal of Food Quality, 2019, pp.1-6.
4. Silva, C. F., Schwan, R. F, Dias, E. S., and Wheals, A. E., 2000. “Microbial diversity during maturation and natural processing of coffee cherries of Coffea arabica in Brazil,” International Journal of Food and Microbiology, vol. 60, pp. 251–260, 2000.
5. Berthiot, L., Ortiz-Julien, A., Ortiz-Julien, N., Vidal, F. and Fundira, M., 2018. Effects of Selected Saccharomyces cerevisiae Yeast Inoculation on Coffee Fermentation and Quality. International Congress on Cocoa Coffee and Tea./.