Thời Gian Lên Men Yếm Khí Và Chất Lượng Cà Phê: 48 Giờ Cho Caramel, 72 Giờ Cho Hương Trái Cây

1. Vì Sao Thời Gian Lên Men Lại Quyết Định Hương Vị Cà Phê?

Hương vị của một tách cà phê không chỉ do giống cây và vùng đất quyết định. Khâu chế biến sau thu hoạch, đặc biệt là lên men, đóng vai trò rất lớn trong việc hình thành mùi thơm và vị của hạt. Trong quá trình lên men, vi sinh vật trên quả cà phê ăn đường trong lớp nhầy bao quanh hạt, tạo ra axit hữu cơ và hợp chất bay hơi, rồi những chất này trở thành tiền chất hương thơm khi rang. Chỉ cần thay đổi thời gian lên men, người làm cà phê có thể thu được những hồ sơ hương vị rất khác nhau từ cùng một lô quả.

Một phương pháp lên men đang được chú ý là **lên men yếm khí tự tạo, gọi tắt là SIAF** (Self-Induced Anaerobiosis Fermentation). Quả cà phê được cho vào thùng kín, oxy bên trong dần bị tiêu thụ và khí CO2 sinh ra, tạo ra môi trường thiếu oxy, trong đó vi khuẩn lactic và nấm men phát triển mạnh, sinh ra các chất chuyển hóa có lợi cho hương vị. Nghiên cứu của nhóm Palumbo và cộng sự, công bố năm 2024 trên tạp chí Brazilian Journal of Microbiology, đã thử nghiệm phương pháp này với **năm mốc thời gian khác nhau: 0, 24, 48, 72 và 96 giờ**, trên cà phê Arabica giống Mundo Novo trồng tại Brazil.

Cần nói rõ để tránh hiểu lầm: đây là nghiên cứu về kỹ thuật chế biến, không phải nghiên cứu so sánh cà phê hữu cơ với cà phê thường, và lô cà phê trong thí nghiệm không được ghi nhận là có chứng nhận hữu cơ. Tuy nhiên, phương pháp SIAF chỉ dùng vi sinh vật và men tự nhiên, không dùng hóa chất tổng hợp, nên hoàn toàn tương thích với quy trình chế biến của cà phê hữu cơ.

2. Nghiên Cứu Làm Như Thế Nào? 75 Kg Quả, 5 Mốc Thời Gian

Quả cà phê Arabica giống Mundo Novo chín được hái bằng máy tại nông trại Condado, vùng Santa Rita do Sapucai, bang Minas Gerais, Brazil, rồi tách thủy lực để loại quả lép và chọn tay để chỉ giữ lại quả chín. Mỗi mẻ lên men gồm **75 kg quả**, cho vào thùng nhựa HDPE dung tích 100 lít, đậy kín theo phương pháp SIAF, với độ ẩm của quả là 51%. Nhóm nghiên cứu làm hai nghiệm thức song song: lên men tự nhiên và lên men có cấy men **Saccharomyces cerevisiae chủng CCMA0543** với mật độ khoảng 10 triệu tế bào trên mỗi gam cà phê. Mỗi mốc thời gian được lặp lại ba lần.

Sau khi đủ thời gian lên men, quả được bóc vỏ rồi phơi nắng trên giàn treo cho tới khi độ ẩm hạt đạt **10,8 đến 11,5%**. Nhóm nghiên cứu phân lập và định danh vi sinh vật bằng MALDI-TOF MS và giải trình tự ADN, theo dõi quần thể men S. cerevisiae bằng qPCR, đo đường và axit hữu cơ bằng HPLC, phân tích hợp chất bay hơi trong hạt rang bằng GC-MS, và đánh giá cảm quan bằng phương pháp **TDS** với hội đồng gồm **6 chuyên gia có chứng chỉ Q-Grader**, rang chuẩn 9 phút, pha theo chuẩn của Hiệp hội Cà phê Đặc sản.

3. Vi Sinh Và Hóa Học Thay Đổi Ra Sao Theo Thời Gian?

Trong quá trình lên men tự nhiên, nhóm nghiên cứu phân lập được **228 chủng vi sinh vật**, gồm 20 loài vi khuẩn ưa ấm, 4 loài vi khuẩn lactic và 12 loài nấm men. Những loài chiếm ưu thế là **Leuconostoc mesenteroides, Lactiplantibacillus plantarum, Staphylococcus warneri, Bacillus sp.** cùng các nấm men **Torulaspora delbrueckii, Hanseniaspora uvarum và Meyerozyma caribbica**. Quần thể vi sinh vật tăng mạnh trong **48 giờ đầu**: vi khuẩn ưa ấm đạt **6,40 Log CFU/g**, vi khuẩn lactic đạt **6,08 Log CFU/g**, nấm men đạt **5,01 Log CFU/g**, rồi giảm dần sau mốc 48 giờ. Khi chuyển sang phơi khô, lượng vi khuẩn giảm tới 30%, cuối quá trình phơi còn dưới 2 Log CFU/g, trong khi nấm men bám trụ tốt hơn nhờ điều kiện bên trong hạt.

Men Saccharomyces cerevisiae được cấy vào đã bám trụ rất tốt: ở lô cấy men, mật độ men đạt **7,0 đến 7,2 Log CFU/g**, cao hơn hẳn lô tự nhiên chỉ đạt **5,0 đến 5,1 Log CFU/g**, và cao nhất ở mốc 96 giờ. SIAF cũng giúp men sống sót qua giai đoạn phơi khô tốt hơn hẳn cách lên men hiếu khí: mật độ men trung bình cuối phơi khô đạt **6,92 Log CFU/g**, trong khi một nghiên cứu trước đó với cùng chủng men nhưng lên men hiếu khí chỉ còn khoảng 4,3 Log CFU/g.

Về mặt hóa học, đường trong quả bị vi sinh vật tiêu thụ rất nhanh. Chỉ trong **24 giờ đầu, sucrose đã giảm 92% ở lô tự nhiên và 94% ở lô cấy men**. Glucose giảm từ **25,69 xuống 2,40 mg/g** ở lô tự nhiên và từ **37,50 xuống 2,24 mg/g** ở lô cấy men; fructose giảm từ **44,30 xuống 2,82 mg/g** và từ **58,33 xuống 2,26 mg/g** tương ứng. Men cấy làm quá trình này nhanh hơn rõ rệt: lô cấy men đạt **mức giảm fructose 94% chỉ sau 48 giờ**, trong khi lô tự nhiên phải tới 96 giờ mới đạt mức tương tự.

Axit hữu cơ cũng thay đổi theo thời gian. **Axit citric đạt nồng độ cao nhất 18,67 mg/g ở mốc 96 giờ** trong lên men tự nhiên, còn **axit succinic đạt 5,04 mg/g ở mốc 96 giờ** trong lô cấy men. Axit malic giảm dần trong khi axit lactic tăng lên, phản ánh quá trình lên men malolactic do Leuconostoc mesenteroides và Lactiplantibacillus plantarum thực hiện. Một tín hiệu tốt là **axit butyric và axit tartaric không được phát hiện** trong bất kỳ mẫu nào, vì axit butyric là dấu hiệu của lên men hỏng. Axit propionic đạt cao nhất **0,71 mg/g** ở lô cấy men lên men 72 giờ.

4. Mỗi Mốc Thời Gian, Một Tính Cách Hương Vị

Trong hạt rang, nhóm nghiên cứu phát hiện **121 hợp chất bay hơi**, thuộc 14 nhóm hóa học, trong đó **22 hợp chất chỉ xuất hiện ở cà phê cấy men và 17 hợp chất chỉ có ở cà phê lên men tự nhiên**. Hai hợp chất chính trong hầu hết các mẫu là 2-furanmethanol và axit acetic. Các mốc thời gian tạo ra những nhóm hợp chất khác nhau: cà phê tự nhiên lên men 96 giờ gắn với furan và pyridin, mốc 72 giờ gắn với este, aldehyd và phenol, còn cà phê cấy men ở 72 và 96 giờ gắn với phenol và furan, mốc 24 giờ gắn với pyrazin.

Kết quả cảm quan bằng phương pháp TDS, ghi nhận cảm giác chiếm ưu thế theo từng giây trong 20 giây nếm, cho thấy bức tranh rất rõ ràng. Ở cà phê lên men tự nhiên, mốc **0 giờ cho nốt gia vị, 24 giờ cho nốt rượu vang, 48 giờ cho nốt gỗ và hạt dẻ, 72 giờ cho caramel, sô cô la và rượu vang, 96 giờ cho sô cô la, gia vị và rượu vang**. Ở cà phê cấy men, mốc 0 giờ cho caramel và gia vị, 24 giờ cho caramel và gỗ, 48 giờ cho caramel, gỗ và hạt dẻ, **72 giờ nổi bật nốt trái cây**, và **96 giờ cho sô cô la, trái cây, nốt thảo mộc kéo dài tới cuối lượt nếm và rượu vang**.

Hai điểm khác biệt quan trọng nhất mà nhóm tác giả nhấn mạnh: thứ nhất, **nốt trái cây ở mốc 72 và 96 giờ và nốt thảo mộc ở mốc 96 giờ chỉ xuất hiện ở cà phê cấy men**, không có ở cà phê tự nhiên; thứ hai, **cấy men làm tăng cường độ nốt caramel trong 48 giờ đầu và tăng hương trái cây sau 72 giờ**. Ngoài ra, ở cà phê cấy men, các thuộc tính cảm quan ít chồng lấn lên nhau hơn, nghĩa là người uống cảm nhận hương vị rõ ràng và tách bạch hơn.

5. Nghiên Cứu Này Có Hạn Chế Gì?

Như mọi nghiên cứu thực nghiệm, kết quả này có phạm vi áp dụng nhất định. Thí nghiệm chỉ dùng **một giống cà phê duy nhất là Mundo Novo, một nông trại và một vụ thu hoạch** ở bang Minas Gerais, Brazil. Giống khác, vùng trồng khác hay vụ khác hoàn toàn có thể cho hệ vi sinh vật và hồ sơ hương vị khác, vì vậy không nên coi các mốc thời gian 48 hay 72 giờ là công thức chung cho mọi loại cà phê. Hội đồng cảm quan chỉ có **6 chuyên gia** và mỗi lượt nếm TDS chỉ kéo dài 20 giây.

Ngoài ra, nghiên cứu dùng chủng men cụ thể **S. cerevisiae CCMA0543** trong thùng kín có kiểm soát; dùng chủng men khác, men hoang dại hay thùng hở sẽ cho kết quả khác. Nhóm tác giả cũng lưu ý rằng lên men kéo dài mà không kiểm soát có thể tạo điều kiện cho vi khuẩn không mong muốn như Clostridium butyricum sinh ra axit butyric gây mùi hỏng, và hợp chất 2,3-butanediol có liên quan tới hạt lỗi và lên men quá mức.

Kết Luận: Chọn Thời Gian Theo Hương Vị Muốn Có

Thông điệp thực tế nhất của nghiên cứu là: **thời gian lên men không có đúng hay sai tuyệt đối, mà là một công cụ để nhà sản xuất chọn hương vị**. Cà phê chế biến bằng phương pháp SIAF nên ở trong thùng kín **ít nhất 48 giờ** để tăng cường nốt caramel, với nốt gỗ và hạt dẻ đặc trưng ở lô tự nhiên. Nếu muốn hương trái cây nổi bật, hãy cấy men Saccharomyces cerevisiae CCMA0543 và kéo dài lên men tới **72 giờ**; còn mốc **96 giờ** với men cấy sẽ cho thêm nốt thảo mộc độc đáo, đổi lại là rủi ro lên men quá mức cao hơn và cần giám sát kỹ.

Với người trồng cà phê hữu cơ, đây là một gợi ý đáng giá: chỉ bằng cách điều chỉnh đồng hồ lên men và có hay không cấy men, cùng một lô quả có thể cho ra nhiều hồ sơ hương vị khác nhau mà không cần thêm bất kỳ hóa chất nào.

Nguồn: Palumbo J. M. C. và cộng sự, "Impact of different fermentation times on the microbiological, chemical, and sensorial profile of coffees processed by self-induced anaerobiosis fermentation", tạp chí Brazilian Journal of Microbiology, 2024, PMCID: PMC11405557.