تاثیرات تخمیر

«سوفیا ژوان ژانگ» و «فلورا براین» نتایج ۴ سال تحقیقات مشترک خود را با تمرکز بر ساخت مفهومی عمیق‌تر از تأثیر فراوری پسابرداشت قهوه (Post-harvest Coffee Processing) در کیفیت آن در نقاط جغرافیایی متفاوت منتشر کرده‌اند.

در این مسیر از کنار بذر‌ها، میوه‌ها، دانه‌های سبز قهوه، دانه‌های برشته شده‌ و در نهایت یک فنجان قهوه‌ی دم‌آوری‌شده عبور می‌کنیم و قدردان تلاش‌هایی خواهیم بود که در هر مرحله از زنجیره‌ی قهوه انجام می‌شود. با بهینه‌سازی هر یک از این مراحل که با یکدیگر در ارتباطند، می‌توان کیفیت نوشیدنی نهایی را افزایش داد. معمولاً کیفیت قهوه در مراحل دانه‌ی سبز و فنجان دم‌آوری‌شده ارزیابی می‌شود. از آنجا که دانه‌های سبز قهوه، تمامی پیش‌ساختارهای طعمی را در خود حفظ کرده‌اند، کیفیت آنها رابطه‌ی نزدیکی با کیفیت نهایی فنجان ما دارد. هنگامی که به ارتقای کیفیت نوشیدنی قهوه می‌اندیشیم، نقش فراوری پسابرداشت را نیز باید درنظر داشته باشیم.

هدف اصلی این فراوری، برداشت لایه‌ها‌ی بیرونی گیلاس‌های قهوه و تبدیل دانه‌ی‌ آنها به ساختاری خشک و باثبات به نام دانه‌ی سبز برای حمل پیش‌ساختارهای طعمی است. روش‌های مرسوم برای دستیابی به این هدف، فراوری خشک و شسته (Wet and Dry Processing) است که قدمتی برابر صنعت قهوه دارد. در این میان، بسیاری روش‌های نوظهور یا ترکیبی نیز در خاستگاه‌های تولید قهوه به وجود آمده‌اند؛ برای مثال، فراوری گوشته‌زدایی عسلی (Pulped Honey Process)  یا روش جدید تخمیر بی‌هوازی(Anaerobic Fermentation)  – با محدود کردن یا حذف اکسیژن در طول فرایند تخمیر- از همین روش‌های فراوری ابداعی هستند.

در سال‌های اخیر، بسیاری تولیدکنندگان در خاستگاه‌های  قهوه برای ابداع روش‌های فراوری رقابت داشته‌اند و راه‌های متفاوتی را آزموده‌اند که شواهد تجربی فراوانی مرتبط با مؤلفه‌های خاص مؤثر در کیفیت قهوه را فراهم آورده؛ هرچند که شواهد دقیق علمی برای اثبات این روش‌ها هنوز به دست نیامده است.

در چهار سال گذشته، دانشگاه بروکسل در بلژیک و مرکز تحقیقات شرکت نستله در سوئیس روی پروژه‌ای صنعتی – آکادمیک برای فهم فراوری پسابرداشت قهوه در حال تحقیق بوده‌اند. در این مطلب، به شرح بخشی از نتایج این تحقیقات روی جوره‌های مختلف قهوه در نقاط جغرافیایی متفاوت خواهیم پرداخت.

میکروب‌ها و سوخت و ساز

در فرایند فراوری پسابرداشت با دو رخداد اصلی در دانه‌های قهوه مواجه‌ایم؛ فعالیت‌های میکروبی در محیط فراوری(Microbial Activities in the Processing Environment)  و سوخت و ساز درون‌دانه‌ای (Internal Seed Metabolism). ماهیت پویای فراوری در مصرف پیوسته‌‌ی مواد مغذی و تولید محصولات ریزجانداران و همچنین تغییرات مداوم خصوصیات سوخت و سازی درون دانه مشهود است (مثال: نمایه‌ی تغییر غلظت ساختارها و مواد مختلف داخل دانه). پیچیدگی فراوری پسابرداشت از تعدد مراحل یک روش فراوری واحد و وابستگی آن به عوامل گوناگون خارجی مانند دما، جوره‌ی قهوه و ابزار فراوری سرچشمه ‌گیرد.

مقالات مرتبط:

۱) تغییرات آب‌و‌هوا در کمربند قهوه

۲) بررسی تفاوت جوره‌های بوربون و پاکامارا

۳) اصطلاحات و سبک‌های فراوری قهوه

ریزجاندارها (Microorganisms) در هر محیطی و به‌طبع در زیست بوم(Ecosystem)  فراوری قهوه حضور دارند. این ریزجانداران نقشی حیاتی در تولید محصولات غذایی تخمیری دارند و در طول فرایند فراوری قهوه نیز نقشی مهم و کاربردی ایفا می‌کنند. ریزجاندارها پیش از آغاز فراوری نیز در سطح گیلاس‌های قهوه وجود دارند. هنگامی که فراوری آغاز می‌شود، این ریزجاندارها (به ویژه باکتری لاکتیک اسید) از مواد سرشار از ساختارهای مغذی گیاهی، همچون گوشته‌ی میوه یا موسیلاژ آن که به درون فضای تخمیر وارد شده‌اند، تغذیه کرده و رشد می‌کنند. این ریزجاندارهای درحال رشد، ترکیباتی زیست شیمیایی به نام متابولیت‌ها (Metabolites) را از این مواد می‌سازند و در فضای فراوری انباشته می‌کنند؛ میکروب‌شناسان به این رویداد «تخمیر» می‌گویند.

می‌دانیم که عمل تخمیر در بخش‌های مختلف زیست‌بوم قهوه، در طول فراوری‌های خشک و شسته روی می‌دهد. تخمیر در فراوری شسته، در محل آب فراوری و در فراوری خشک، در لایه‌های بیرونی گیلاس‌های در حال خشک شدن رخ می‌دهد. جالب است بدانید که برخی متابولیت‌های ساخته شده در طول فرایند تخمیر بر سطح دانه‌ها باقی مانده و می‌توانند در تمام طول فرایند فراوری قهوه و حتی روی دانه‌های سبز به عنوان اثری میکروبی(Microbial Signature)  زنده بمانند؛ این پدیده را اثر تخمیری (Fermentation Effect) می‌نامیم.

در عین حال باید بدانید که دانه‌ی قهوه، موجودی زنده است که با محیط اطراف خود تعامل و واکنش دارد و از نظر زیستی در طول فراوری فعال خواهد بود. دانه‌های قهوه، دانه‌هایی هوشمند شناخته شده‌اند؛ زیرا به عوامل مختلف تنش محیطی حتی در رطوبت کم واکنش نشان داده و ترکیب متابولیت خود را بر این اساس تغییر می‌دهند (متشکل از ترکیبی پویا از تمامی کربوهیدرات‌ها، امینو اسیدها، و اسیدهای ارگانیک موجود درون دانه). دو عامل تنش غالب در طول زنجیره‌ی فراوری قهوه، «کمبود اکسیژن» یا «هایپوکسی» در طول غوطه‌وری در زیر آب  و «کمبود آب» یا «تنش خشکسالی» در طول خشک شدن است. در فراوری شسته، دانه‌ها هم کمبود اکسیژن و هم تنش خشکسالی را تجربه می‌کنند؛ در حالی که در فراوری خشک، دانه‌ها به مدت طولانی در معرض تنش خشکسالی  قرار دارند. این تفاوت‌ها عامل تمایز قهوه‌هایی با فراوری شسته و خشک هستند؛ بنابراین، هنگامی که سخن از تأثیر فراوری قهوه بر طعم آن به میان می‌آید، فقط از تشکیل «طعم‌یادهای تخمیری» بر لایه‌ی بیرونی دانه‌های فراوری شده صحبت نمی‌کنیم بلکه تغییرات اساسی در ساختار زیستی درون خود دانه را نیز در نظر داریم.

رویکرد چندجانبه ما با رمزگشایی سفر قهوه از گیلاس تا فنجان، شامل سوخت و سازها (بالا) و زیست میکروبی (پایین) با نگاهی برای کشف زیست بوم فراوری قهوه، علاوه بر ارزیابی‌های حسی فنجان دم آوری شده

انباشتگی غلظت‌های متفاوت متابولیت‌ها با روش‌های مختلف فراوری

در شرایط مختلف فراوری، هردو عامل زیست میکروبی و سوخت و ساز دانه بر نمایه‌ی سوخت و ساز دانه‌های قهوه و در نهایت بر کیفیت فنجان تأثیر می‌گذارند. در ادامه، به طور خلاصه تأثیر سه مؤلفه‌ی اصلی فراوری شسته را مطرح می‌کنیم؛ آیا گیلاس‌ها به صورت مکانیکی گوشته‌زدایی شده‌اند؟ مرحله‌ی تخمیر چقدر طول می‌کشد؟ آیا دانه‌ها پس از مرحله‌ی تخمیر و شستشو غوطه‌ور شده‌اند؟

اما پیش از آن، برخی قواعد مورد استفاده در فرایند فراوری را توضیح می‌دهیم.

درطول فرایند پایه‌ی فراوری شسته، گوشته‌ی گیلاس‌های تازه‌ی قهوه جدا شده (گوشته‌زدایی-Depulping) و در زیر آب فروبرده می‌شوند (تخمیر-Fermentation). پس از آن، مخزن تخمیر تخلیه شده و دانه‌های تخمیر شده با آب کاملاً شسته می‌شوند تا تمام موسیلاژ باقیمانده بر سطح آنها برداشته شود (شستن-Washing) گاهی این دانه‌های شسته شده در مخازن یا سطل‌های جداگانه دوباره در آب تمیز غوطه‌ور می‌شوند (غوطه‌وری-Soaking). پس از شستشو یا غوطه‌وری، دانه‌ها در مرحله‌ی خشک‌سازی خشک می‌شوند. یکی از تغییرات در فرایند تخمیر کلاسیک، جداسازی موسیلاژ به صورت مکانیکی با دستگاه جداکننده‌ی موسیلاژ است (دستگاهی که دو استوانه‌ی چرخان، دانه‌های قهوه را با فشردن به یکدیگر می‌خراشد و بخش عظیمی از موسیلاژ آن را به صورت مکانیکی از دانه جدا می‌کند)؛ عملی که ما آن را به عنوان فرایند موسیلاژزدایی(Demucilaging Process)  می‌شناسیم.

طول فرایند تخمیر، تأثیر قابل توجهی بر کیفیت قهوه می‌گذارد. با وجود اعتقاد همگانی بر تأثیر منفی تخمیر طولانی‌مدت در کیفیت قهوه و ایجاد دانه‌هایی با بوی نامطلوب(Stinkers)  یا طعم ترش نامطلوب(Acid Beans)  ممکن است این اتفاق، اثرات مثبت و حتی مطلوبی در پی داشته باشد؛ به شرط آنکه دانش مزرعه با دقت کنترل و هدایت شود. با رعایت شرایط بهداشتی در طول فراوری (به‌خصوص در مخزن تخمیر و جوی‌های شستشو)، تخمیر طولانی‌تر، زمان بیشتری برای فعالیت‌های میکروبی مطلوب و اثر بهتر تخمیر بر دانه‌ها فراهم می‌کند. این اثر تخمیر بر دانه‌های سبز قهوه باقی می‌ماند و در نهایت با غلظت‌های بالاتر متابولیت‌های میکروبی (برای مثال لاکتیک اسید و مانیتول) و شدت‌ بیشتر ذرات فرّار طبیعی گلی و میوه‌ای منعکس می شود. از سوی دیگر، در زیست میکروبی، تخمیر طولانی‌مدت، نقش کمبود اکسیژن یا هایپوکسی در متابولیسم داخلی دانه را با تأثیر بر افزایش غلظت انباشت کربوهیدرات‌های ساده (مانند گلوکز و فروکتوز)، آمینو اسیدها (آسپارتیک اسید و آلانین) و اسیدهای ارگانیک (سوکسینیک اسید) تقویت می‌کند. این ساختارها می‌توانند به عنوان پیش‌سازهای اصلی در مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی در طول برشته‌کاری، به‌ویژه در واکنش مایار(میارد-میلارد) (Maillard Reaction) عمل کنند و طعمی منحصر بفرد در قهوه به وجود آورند. با تغییر فراوانی این پیش‌سازهای طعمی در دانه‌ی سبز قهوه در اثر تخمیر طولانی‌تر، افزایش طعم‌یادهای میوه‌ای در فنجان نهایی را می‌توان حاصل این اتفاق دانست.

استفاده از دانه‌های موسیلاژزدایی‌شده به جای دانه‌های گوشته‌زدایی شده به عنوان ماده‌ی اولیه‌ی تخمیر در طول فراوری شسته بحث برانگیز شده است. استفاده از دستگاه موسیلاژزدا به عنوان جایگزینی سازگارتر با محیط زیست برای تخمیر سنتی، می‌تواند مصرف آب تازه در طول تخمیر را کاهش داده و زمان فراوری را نیز کم کند اما همچنان تأثیر آن بر کیفیت حسی مشخص نیست.

تحقیقات نشان داده که حضور موسیلاژ بر دانه‌های گوشته‌زدایی شده، غلظت مواد مغذی در آب تخمیر را برای فعالیت میکروب‌ها بر روی آن افزایش می‌دهد؛ به همین دلیل تأثیر تخمیر دانه‌های گوشته‌زدایی‌شده در آب (محیط تخمیر) در مقایسه با فرایند تخمیر دانه‌های موسیلاژزدایی شده بیشتر بوده است. این اتفاق در دانه‌های سبز قهوه‌ی حاصل از فراوری گوشته‌زدایی  با حفظ متابولیت‌های میکروبی بیشتر و ایجاد تفاوت در آمینو‌ اسیدها و نمایه‌ی فنولی آنها در مقایسه با دانه‌های  موسیلاژزدایی‌شده، تفاوت‌های ظریفی در شدت رایحه‌های گلی و میوه‌ای کیفیت فنجان این قهوه‌ها در پی داشته است.

در مقابل، شستشو و خیساندن باعث کاهش اثر تخمیر می‌شود. در صورت عدم خیساندن یا حتی کاهش میزان شستشو، متابولیت‌های ارزشمندی که در طول تخمیر متراکم شده‌اند، بر روی دانه‌های سبز قهوه به مقدار بیشتری حفظ شده و امتیاز قهوه‌آزمایی آن را افزایش می‌دهند. با این حال، اگر به هر دلیلی تخمیر به خوبی اثر خود را نشان ندهد، خیساندن می‌تواند به حذف برخی متابولیت‌های ناخواسته‌ای که در طول تخمیر ساخته شده‌اند کمک کند و راهی برای کنترل گشته‌طعم‌ها (Off-flavors)  در نوشیدنی قهوه پیش روی ما قرار دهد.

فراوری پسابرداشت قهوه شامل فعالیت‌های پویا و پیچیده بسیاری است؛ عمدتاً فعالیت‌های میکروبی و سوخت و ساز درون دانه‌ای (سمت چپ). تغییر روش‌های فراوری یا تغییر در مؤلفه‌های فراوری می‌تواند ترکیبات دانه‌ی سبز قهوه و نمایه‌ی قهوه‌آزمایی قهوه‌ی دم‌شده را تغییر دهد. میزان تأثیر آنها بر کیفیت قهوه بستگی به تغییر عوامل و شرایط فراوری دارد (سمت راست).

جوره‌ی قهوه به عنوان متغیری در تخمیر

تفاوت جوره‌های قهوه در ترکیبات ساختار موسیلاژ و گوشته‌ی گیلاس‌های میوه‌ی آنهاست. این بخش از ساختار میوه به عنوان تأمین‌کننده‌ی اصلی مواد ‌مغذی برای ریزجانداران، با تغییرات ساختاری موسیلاژ در جوره‌های متفاوت بر دامنه‌ی اثر تخمیر تأثیرگذار است؛ برای مثال، تحقیقات نشان داد گیلاس‌های قهوه‌ در تیپیکای آمریکای لاتین، قشر گوشته‌ی میوه‌ی آبدارتری داشتند که مغذی‌تر از نوع مشابه در کاتیمورهای آسیا بود. در مقایسه با عواملی که افزوده شده است (عوامل خارجی)، مانند دمای محیط محلی، به این نتیجه رسیدیم که این موضوع بر نمایه‌ی درجه‌ی اسیدی (PH)، پویایی جمعیت میکروبی و ترکیب متابولیت‌ها در طول تخمیر تأثیر می‌گذارد؛ بنابراین، مهم است که جوره‌ی قهوه را در ارزیابی ابعاد و اثرات بالقوه‌ی دانش فراوری در نظر داشته باشیم.

منبع: سوفیا ژوان ژانگ و فلورا براین (سپتامبر ۲۰۱۹)، وبسایت انجمن قهوه تخصصی (Specialty Coffee Association)