Độ Cao Trồng Cà Phê Thay Đổi Vi Sinh Vật Và Hương Vị Trong Lên Men Yếm Khí

1. Vì Sao Cùng Một Giống Cà Phê, Trồng Cao Hơn Lại Uống Khác?

Người làm cà phê vẫn thường nói cà phê là sản phẩm của "terroir" — chất lượng hạt không chỉ do giống quyết định, mà còn do đất, khí hậu, độ cao và cách chế biến sau thu hoạch. Vùng Caparaó ở Brazil, nằm trên dãy núi chung giữa hai bang Minas Gerais và Espírito Santo, nổi tiếng với cà phê chất lượng cao, **90% sản lượng là cà phê Arabica**. Nhưng độ cao cụ thể đã thay đổi những gì bên trong quả cà phê trong giai đoạn lên men? Nhóm nghiên cứu của Martinez và cộng sự, Đại học Liên bang Lavras, đã trả lời câu hỏi này trong công trình đăng trên tạp chí Frontiers in Microbiology năm 2021.

Điểm đặc biệt là nghiên cứu chỉ lấy **cùng một giống cà phê Arabica Catuaí Vermelho IAC 44, cùng một vùng Caparaó, cùng một vụ**, chỉ khác nhau ở độ cao nơi trồng: 800 m, 1.000 m, 1.200 m và 1.400 m. Tất cả đều được lên men bằng cùng một phương pháp mới gọi là **lên men yếm khí tự phát (SIAF - self-induced anaerobic fermentation)**: quả cà phê chín được cho vào thùng kín, để vi sinh vật tự nhiên trong quả tự tạo ra môi trường không oxy và lên men. Nhờ đó, mọi khác biệt đo được đều có thể quy chủ yếu về độ cao. Cần nói rõ: đây là nghiên cứu về **độ cao và lên men**, không phải nghiên cứu so sánh cà phê hữu cơ với cà phê thường, và các nông trại trong nghiên cứu cũng không được mô tả là có chứng nhận hữu cơ.

2. Nghiên Cứu Làm Như Thế Nào? Bốn Độ Cao, Một Quy Trình Lên Men

Quả cà phê chín được hái tay ở bốn độ cao 800, 1.000, 1.200 và 1.400 m trong vùng Caparaó, rồi chế biến theo phương pháp khô (natural): giữ nguyên quả, cho vào **thùng nhựa thực phẩm 20 lít có nắp đậy kín** để lên men yếm khí tự phát. Mỗi độ cao làm **3 thùng lặp lại**, tổng thời gian lên men là **72 giờ**, và mẫu phân tích được lấy sau **48 giờ** lên men. Tất cả các thùng đều đặt chung tại một nông trại ở độ cao 1.200 m để tránh môi trường nơi lên men làm nhiễu kết quả. Độ ngọt ban đầu của quả khá tương đồng, ở mức **18 đến 19,3 độ Brix**, còn nhiệt độ khối cà phê sau 48 giờ dao động **18 đến 25 độ C**.

Nhóm nghiên cứu dùng **giải trình tự gen thế hệ mới (NGS)** trên hệ thống Illumina MiSeq để xác định cộng đồng vi khuẩn (gen 16S rRNA) và nấm (vùng ITS), xử lý dữ liệu bằng phần mềm dada2. Họ đo các axit hữu cơ, caffeine, trigonelline và axit chlorogenic bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), đo tổng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa bằng hai phép thử DPPH và ABTS, và phân tích **hợp chất bay hơi bằng sắc ký khí - khối phổ (GC-MS)**. Các khác biệt được kiểm định ở mức ý nghĩa p nhỏ hơn hoặc bằng 0,05.

3. Độ Cao Làm Thay Đổi Cộng Đồng Vi Sinh Vật Ra Sao?

Kết quả giải trình tự cho thấy sự khác biệt rất rõ. Về vi khuẩn, tổng cộng **31 chi** được xác định. **Cà phê ở 800 m có độ phong phú vi khuẩn cao nhất, với 18 chi**, và độ đa dạng vi khuẩn có xu hướng **giảm dần khi độ cao tăng lên**. Chi vi khuẩn chiếm ưu thế cũng đổi theo từng độ cao: ở 800 m là **Gluconobacter chiếm 19,8%**, ở 1.000 m là **Weissella chiếm 32,7%**, ở 1.200 m là **Sphingomonas chiếm 36,2%**, và ở 1.400 m là **Methylobacterium chiếm tới 39,4%**. Bốn chi Sphingomonas, Methylobacterium, Leuconostoc và Weissella xuất hiện ở cả bốn độ cao, còn mỗi độ cao lại có những chi riêng — ví dụ Nakamurella và Hartmannibacter chỉ có ở 1.400 m.

Về nấm, tổng cộng **223 loài** được xác định, trong đó **nấm men chiếm ưu thế tuyệt đối** ở mọi độ cao. Chi nấm men **Cystofilobasidium** là chi trội nhất ở cả bốn độ cao — đây là nhóm nấm men ưa lạnh, chịu được nhiệt độ thấp, rất hợp với khí hậu mát mẻ vùng núi Caparaó. Loài Cystofilobasidium ferigula chiếm tới **83,857%** cộng đồng nấm ở 1.200 m. Cà phê ở **1.000 m có độ phong phú nấm cao nhất với 166 loài**, và **37,7% số loài nấm không xuất hiện ở tất cả các độ cao** — mỗi độ cao nuôi dưỡng một tập hợp loài riêng khá lớn.

Một phát hiện gây bất ngờ: **Saccharomyces cerevisiae**, loài men nổi tiếng nhất trong lên men thực phẩm, ở đây chỉ xuất hiện với tỉ lệ rất thấp — **0,006% ở 1.000 m và 0,003% ở 1.200 m**. Ở vùng núi mát như Caparaó, các nấm men chịu lạnh như Cystofilobasidium mới là nhân vật chính. Nhiều loài nấm men dồi dào ở đây, như Meyerozyma caribbica và Wickerhamomyces anomalus, có tiềm năng làm men giống khởi động cho các vụ lên men sau.

4. Hóa Sinh Thay Đổi Thế Nào: Axit, Hương Thơm, Caffeine Và Chất Chống Oxy Hóa

Về axit hữu cơ, các axit acetic, malic, citric, lactic, succinic và tartaric đều khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các độ cao. **Cà phê vùng cao (1.200 và 1.400 m) chứa nhiều axit acetic, malic và citric hơn hẳn vùng thấp.** Cụ thể, axit acetic cao nhất ở **1.200 m với 5,49 g/kg**, gấp đôi mức thấp nhất ở 800 m chỉ **2,74 g/kg**; axit malic cũng cao nhất ở 1.200 m với **4,66 g/kg**; còn axit citric và axit lactic cao nhất ở 1.400 m, lần lượt **3,07 g/kg và 1,38 g/kg**. Axit tartaric — chất tạo hương trái cây kiểu vang — chỉ được phát hiện ở 1.000 m và 1.200 m với hàm lượng nhỏ **0,04 và 0,11 g/kg**. Đáng mừng là **không phát hiện axit butyric và propionic**, hai axit gây mùi khó chịu — cho thấy 48 giờ là thời gian lên men hợp lý.

Phân tích tương quan còn tìm ra những "cặp đôi" đáng chú ý giữa vi khuẩn và axit: chi **Leuconostoc tương quan rất mạnh với axit lactic, hệ số Pearson 0,93**, gợi ý chính chi này tạo ra axit lactic; axit malic tương quan **0,87** với chi Sphingomonas; axit acetic cũng tương quan **0,87** với Sphingomonas nhưng lại tương quan âm **-0,64** với chi Acetobacter. Tuy nhiên, tương quan chưa phải là chứng minh nhân quả — nhóm tác giả nhấn mạnh điểm này, nhất là với trường hợp Methylobacterium tương quan với axit citric nhưng chưa rõ cơ chế.

Về hương thơm, nghiên cứu phát hiện tổng cộng **67 hợp chất bay hơi**, gồm cồn (19 chất), este (13), andehit (10) và một số nhóm nhỏ khác. Hai cồn bay hơi dồi dào nhất là **2-heptanol (26,3 đến 70,6 mg/g)** và **1,6-octadien-3-ol, 3,7-dimethyl- (11,8 đến 37,5 mg/g)**. Quy luật rất rõ: **cà phê vùng thấp (800 và 1.000 m) giàu cồn bay hơi** — nhóm chất thường gợi hương hoa và trái cây; trong khi **cà phê vùng cao (1.400 m) giàu este, andehit và tổng phenolic** — khoảng **70% số este được phát hiện là đặc trưng cho độ cao 1.400 m**.

Về các chất hoạt tính sinh học, **caffeine cao nhất ở 1.200 m với 11,64 g/kg**, chiếm **44,5%** trong tổng ba chất caffeine, trigonelline và axit chlorogenic; trigonelline cao nhất ở 1.000 m với **6,63 g/kg**; còn axit chlorogenic cao nhất ở 800 m với **9,70 g/kg**. Tổng phenolic cũng cao nhất ở **1.200 m với 203,90 mg/g**, tiếp theo là 1.400 m với **160,12 mg/g**. Hoạt tính chống oxy hóa đo bằng phép thử ABTS cao nhất ở 1.200 m với **340,16 micromol Trolox tương đương mỗi gam**; còn phép thử DPPH cao nhất ở 1.000 m với **95,01 micromol Trolox tương đương mỗi gam**.

5. Nghiên Cứu Này Có Hạn Chế Gì?

Như mọi nghiên cứu thực địa, công trình này có những giới hạn cần nói thẳng. Thứ nhất, đây là **nghiên cứu thí điểm trên một giống duy nhất (Catuaí Vermelho IAC 44), một vùng duy nhất (Caparaó) và một vụ thu hoạch** — kết quả có thể khác ở giống khác, vùng khác hay vụ khác có thời tiết khác. Thứ hai, mẫu chỉ được phân tích ở **một thời điểm duy nhất sau 48 giờ lên men**, nên chưa thấy được diễn biến vi sinh trong suốt quá trình lên men và phơi khô. Thứ ba, các mối tương quan giữa vi khuẩn và axit hay chất bay hơi — dù có hệ số cao như **0,93 hay 0,99** — vẫn chỉ là tương quan, chưa chứng minh được vi khuẩn đó trực tiếp tạo ra chất đó; cần thí nghiệm cấy men giống đơn lẻ mới khẳng định được.

Thứ tư, nghiên cứu **không đánh giá cảm quan tách cà phê cuối cùng** — chưa có hội đồng thử nếm để xác nhận khác biệt hóa học có thực sự chuyển thành khác biệt hương vị người uống cảm nhận được hay không. Cuối cùng, xin nhắc lại: nghiên cứu này **không so sánh canh tác hữu cơ với canh tác thường**, nên không thể dùng nó để kết luận cà phê hữu cơ ngon hơn hay khác gì cà phê thường.

Kết Luận: Độ Cao Không Chỉ Là Con Số Trên Nhãn, Mà Là Cả Một Hệ Sinh Thái Vi Sinh

Nghiên cứu của Martinez và cộng sự cho thấy: **ngay cả khi cùng giống, cùng vùng, cùng quy trình lên men, chỉ cần khác độ cao trồng là cộng đồng vi sinh vật và thành phần hóa sinh của cà phê đã thay đổi đáng kể**. Vùng thấp 800 m giàu vi khuẩn nhất, vùng 1.000 m giàu nấm nhất, nấm men chịu lạnh Cystofilobasidium thống trị khắp các độ cao, còn cà phê vùng cao thì giàu este, andehit, axit hữu cơ và phenolic tổng hơn. Với người trồng cà phê, độ cao không chỉ quyết định cây có sống khỏe hay không, mà còn định hình "đội quân" vi sinh vật lên men quả cà phê — và từ đó định hình hương vị trong tách.

Nguồn: Martinez S. J. và cộng sự, "The Altitude of Coffee Cultivation Causes Shifts in the Microbial Community Assembly and Biochemical Compounds in Natural Induced Anaerobic Fermentations", tạp chí Frontiers in Microbiology, 2021, PMCID: PMC8172976.