Men Không Saccharomyces: Những Chủng Men Mới Giúp Lên Men Cà Phê Arabica Và Conilon Thơm Ngon Hơn

1. Vì Sao Lên Men Cà Phê Cần "Men Giống"?

Hai loài cà phê trồng nhiều nhất thế giới là Coffea arabica (Arabica) và Coffea canephora — ở Brazil, giống Canephora được gọi là Conilon. Hai loài này khác nhau rõ rệt về hương vị: Arabica thường thanh nhẹ, ngọt và chua sáng, còn Conilon đậm đà hơn, chua thấp hơn và đắng rõ hơn. Gần đây, cà phê Conilon của Brazil cũng bắt đầu được chú ý trong phân khúc đặc sản. Muốn mỗi loài phát huy hết tiềm năng hương vị của mình, khâu lên men sau thu hoạch cần được "may đo" riêng cho từng loài — đó chính là xuất phát điểm của nghiên cứu này.

Trong chế biến ướt, lên men giúp rút ngắn thời gian phơi khô, tạo tiền chất hương vị và nâng chất lượng tách cà phê. Vi sinh vật trong lớp thịt quả và chất nhầy tiết enzyme phân giải pectin, đồng thời tạo ra axit hữu cơ, este, aldehyde và ketone thấm vào hạt, tạo nên hương thơm và vị của ly cà phê. Nếu để lên men tự phát, kết quả phụ thuộc hoàn toàn vào hệ vi sinh vật tự nhiên, khó kiểm soát và khó lặp lại. Vì vậy, ngành cà phê ngày càng quan tâm tới men giống (starter culture): những chủng vi sinh vật được tuyển chọn kỹ, cấy vào mẻ lên men để quá trình diễn ra nhanh hơn, ổn định hơn và cho hương vị đồng đều hơn.

Trước đây, phần lớn nghiên cứu về men giống cà phê tập trung vào men Saccharomyces cerevisiae — loài men quen thuộc trong làm bánh và ủ rượu. Nhóm nghiên cứu của Đại học Liên bang Lavras (Brazil), do Pâmela Mynsen Machado Martins dẫn đầu, lại đi theo hướng ít được khai thác hơn: tìm trong nhóm men không Saccharomyces (non-Saccharomyces) những chủng mới có thể làm men giống cho cả Arabica lẫn Conilon. Cần nói rõ: đây là nghiên cứu về khoa học lên men cà phê nói chung, không phải nghiên cứu riêng về cà phê hữu cơ hay chứng nhận hữu cơ. Tuy nhiên, lên men bằng men giống là khâu chế biến có thể áp dụng cho cà phê hữu cơ, nên kết quả vẫn đáng tham khảo.

2. Nghiên Cứu Làm Như Thế Nào? Từ 56 Chủng Men Xuống Còn 34

Nhóm nghiên cứu bắt đầu với 56 chủng men thuộc 10 loài, lấy từ Bộ sưu tập vi sinh vật nông nghiệp CCMA của Đại học Liên bang Lavras. Tất cả đều từng được phân lập từ quả cà phê Arabica và Canephora, gồm các loài Cystofilobasidium ferigula, Rhodotorula mucilaginosa, Wickerhamomyces anomalus, Hanseniaspora uvarum, Pichia kluyveri, Meyerozyma guilliermondii và Meyerozyma caribbica.

Vòng tuyển chọn đầu tiên kiểm tra hoạt tính phân giải pectin (pectinase): men phải tiết được hai enzyme quan trọng là polygalacturonase (PG) và pectin lyase (PL) để phá vỡ pectin trong lớp nhầy của quả cà phê. Chỉ những chủng dương tính với cả hai enzyme mới được đi tiếp — và 34 trong 56 chủng đã vượt qua vòng này.

Ở vòng hai, 34 chủng được nuôi trong môi trường CPM — môi trường làm từ vỏ và thịt quả cà phê (20% vỏ và thịt quả, thêm 1,5% glucose, chỉnh pH về 5,5). Arabica và Conilon được thử riêng, mỗi chủng lên men 48 giờ ở 28 độ C, lặp lại 3 lần. Nhóm nghiên cứu theo dõi mật độ men, độ Brix, pH và axit hữu cơ; với các chủng tốt nhất, họ phân tích thêm hợp chất bay hơi bằng GC-MS.

3. Men Sinh Trưởng Và Tạo Axit Hữu Cơ: Ai Nổi Bật Nhất?

Sau 48 giờ lên men, 17 chủng men sinh trưởng đáng kể trong môi trường Arabica và 8 chủng trong môi trường Conilon, với mức tăng quần thể từ 10,96% đến 18,38%. Ở Arabica, chủng tăng trưởng mạnh nhất là Cystofilobasidium ferigula CCMA1619 (17,18%), tiếp theo là Pichia kluyveri CCMA1652 (16,18%) và Meyerozyma caribbica CCMA1950 (15,98%). Ở Conilon, nổi bật nhất là Rhodotorula mucilaginosa CCMA1637 với mức tăng tới 21,91%, cùng các chủng C. ferigula CCMA1619 (18,40%) và W. anomalus CCMA1660 (16,62%).

Men tiêu thụ đường và tạo axit nên độ Brix và pH giảm dần. Môi trường Arabica ban đầu có 5 độ Brix; sau 48 giờ, mẻ lên men với Hanseniaspora uvarum CCMA1944 chỉ còn 2 độ Brix — mức thấp nhất. Môi trường Conilon ban đầu có 5,5 độ Brix; thấp nhất cũng là 2 độ Brix, ở các mẻ lên men với C. ferigula CCMA1647 và W. anomalus CCMA1640. Cuối quá trình, pH của các mẻ lên men dao động trong khoảng 4,0 đến 5,0.

Về axit hữu cơ — nhóm chất quyết định độ chua, cảm giác ngọt và nốt hương trái cây của cà phê — 9 chủng men tạo axit cao ở Arabica và 5 chủng ở Conilon. Ở Arabica, hai chủng dẫn đầu là Meyerozyma caribbica CCMA1993 với 1,421 g/L và Meyerozyma guilliermondii CCMA1737 với 1,277 g/L axit hữu cơ tạo thêm sau 48 giờ. Các chủng C. ferigula CCMA1647, H. uvarum CCMA1944, P. kluyveri CCMA1658 và M. caribbica CCMA1617, CCMA1950, CCMA1992, CCMA1735 cũng tạo axit đáng kể, từ 0,826 đến 0,989 g/L. Ở Conilon, nhóm dẫn đầu gồm H. uvarum CCMA1944 (1,336 g/L), P. kluyveri CCMA1652 (1,013 g/L), M. caribbica CCMA1950 (1,105 g/L), R. mucilaginosa CCMA1663 (0,979 g/L) và H. uvarum CCMA1895 (0,889 g/L). Đáng chú ý, hai chủng H. uvarum CCMA1944 và M. caribbica CCMA1950 tạo axit tốt ở cả hai loài cà phê — một lợi thế lớn nếu muốn dùng chung một men giống cho cả Arabica lẫn Conilon. Ba axit chính được phát hiện là citric, malic và succinic; trong đó axit malic mang vị chua nhẹ, bền và gợi nốt táo xanh.

4. Hương Thơm Bay Hơi: 44 Hợp Chất Ở Arabica, 61 Hợp Chất Ở Conilon

Nhóm nghiên cứu chọn 9 chủng tốt nhất ở Arabica và 5 chủng tốt nhất ở Conilon để phân tích hợp chất bay hơi — những phân tử tạo nên mùi hương mà chúng ta ngửi thấy trong ly cà phê. Kết quả: 44 hợp chất bay hơi được phát hiện trong môi trường Arabica và 61 hợp chất trong môi trường Conilon. Hồ sơ hương thơm của từng chủng men khác nhau rõ rệt — cùng một loài cà phê nhưng men khác nhau thì "bó hương" tạo ra cũng khác nhau.

Trong các nhóm hương thơm, este là nhóm quan trọng nhất vì mang nốt hương trái cây và hoa. Ở Arabica, M. caribbica CCMA1950 rồi tới H. uvarum CCMA1944 tạo este mạnh nhất, tiêu biểu là ethyl dodecanoate. Ở Conilon, P. kluyveri CCMA1652 dẫn đầu về este, nổi bật với 2-phenylethyl acetate — hợp chất có mùi hoa hồng, được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm và hương liệu. Về ketone mang hương hoa, M. caribbica CCMA1735 dẫn đầu ở Arabica và M. caribbica CCMA1950 dẫn đầu ở Conilon. Về aldehyde, R. mucilaginosa CCMA1663 nổi bật nhất ở Conilon với hợp chất 2,4-dimethylbenzaldehyde.

Tổng hợp cả ba tiêu chí — sinh trưởng, tạo axit và tạo hợp chất bay hơi — nhóm tác giả chốt danh sách ứng viên triển vọng nhất. Cho lên men Arabica: M. guilliermondii CCMA1737; M. caribbica CCMA1993, CCMA1617, CCMA1992, CCMA1950 và CCMA1735; P. kluyveri CCMA1658; C. ferigula CCMA1647; và H. uvarum CCMA1944. Cho lên men Conilon: H. uvarum CCMA1895 và CCMA1944; R. mucilaginosa CCMA1663; P. kluyveri CCMA1652; và M. caribbica CCMA1950. Đây là lần đầu tiên H. uvarum và R. mucilaginosa được chọn làm men giống tiềm năng cho lên men cà phê Conilon. Theo các nghiên cứu trước, R. mucilaginosa và P. kluyveri còn có thể ức chế ochratoxin A, độc tố nấm mốc trong cà phê.

5. Nghiên Cứu Này Còn Hạn Chế Gì?

Kết quả rất hứa hẹn, nhưng cần đọc kèm với những giới hạn của nghiên cứu. Thứ nhất, toàn bộ thí nghiệm được làm trong môi trường CPM trong phòng thí nghiệm — dung dịch vỏ và thịt quả xay, không phải quả nguyên vẹn lên men ngoài nông trại. Men hoạt động tốt trong ống nghiệm chưa chắc đã thắng được hệ vi sinh vật tự nhiên khi ra ruộng.

Thứ hai, nghiên cứu không đánh giá cảm quan (cupping) — chưa có bằng chứng trực tiếp rằng những mẻ cà phê lên men bằng các chủng men này thực sự ngon hơn khi pha ra ly. Các hợp chất bay hơi được đo trong môi trường lên men, chưa phải trong hạt rang hay tách cà phê thành phẩm. Thứ ba, chỉ 14 trong số 34 chủng được phân tích hợp chất bay hơi, nên có thể còn những chủng tốt khác chưa được đánh giá hết về hương thơm. Cuối cùng, tất cả các chủng đều lấy từ cà phê Brazil; chưa rõ chúng có thích nghi tốt với cà phê ở vùng khác hay giống khác hay không. Các tác giả kết luận rằng cần thử nghiệm tiếp các chủng men này trong lên men thực tế, trên nhiều giống cà phê và nhiều phương pháp chế biến khác nhau.

Kết Luận: Men Giống Là Bước Tiến Tới Lên Men Cà Phê Có Kiểm Soát

Từ 56 chủng men ban đầu, nghiên cứu của Martins và cộng sự đã tuyển chọn được những ứng viên sáng giá cho men giống lên men cà phê: 9 chủng cho Arabica và 5 chủng cho Conilon, với hai cái tên nổi bật nhất là Meyerozyma caribbica CCMA1950 và Hanseniaspora uvarum CCMA1944 — tạo axit tốt ở cả hai loài cà phê. Các chủng này không chỉ phân giải được pectin trong lớp nhầy quả cà phê mà còn tạo ra axit hữu cơ và hợp chất bay hơi mang nốt hương trái cây, hoa — những yếu tố làm nên cà phê đặc sản.

Với người làm cà phê, thông điệp thực tế là: lên men không còn là chuyện "phó mặc cho tự nhiên". Khi có men giống phù hợp với từng loài cà phê, nhà sản xuất có thể chủ động tạo ra hương vị ổn định, khác biệt và lặp lại được từ vụ này sang vụ khác. Dĩ nhiên, đây mới là bước tuyển chọn trong phòng thí nghiệm; từ ống nghiệm tới bể lên men ngoài nông trại vẫn cần thêm nhiều thử nghiệm.

Nguồn: Martins P. M. M. và cộng sự, "Selection and Characterization of Non-Saccharomyces Yeast Strains for Potential Use in Arabica and Conilon Coffee Fermentations", tạp chí Journal of Food Science, 2025, PMCID: PMC12291027.