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关于云南咖啡水洗处理法中有机酸含量及细菌

2017年11月21日 | 作者: 重庆百瑞斯特咖啡西点调酒学院 | 分类: 咖啡烘焙, 行业动态 | 

培训

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咖啡生产加工工艺有干 、湿两种方法.在我国的云南,一般采用 湿法加工 . 湿法加工包括咖啡豆的发酵过程–使残余在种子上的果肉脱落,顺便也会溶解咖啡豆表面的黏质物,最后用水洗净,经日光晒干即可.
黏液状的果胶物质是 由糖、酶、原果胶质和果胶脂组成的化学物质构成,通过自然发酵可以除去.如果发酵不完全, 残留的黏液将给微生物生长提供有利媒介,会在干燥和贮存过程中形成二次发酵,致使咖啡出现异味 .此外 ,如果发酵过度 ,会有丙酸 、丁酸等代谢产物的生成,这些物质的存在会使咖啡味道出现酸味 和 苦味过重 ,严重影响咖啡品质 . 所以咖啡的发酵过程在整个处理过程中占有重要位置.
研究表明,大量产果胶酶的细菌广泛的存在于湿法发酵过程中 .而国外报道的干法工艺中 ,发现成团肠杆菌 、大肠杆菌 、蜡样芽胞杆菌 、巨大芽胞杆菌、芽孢杆菌和浸麻乳酸菌为发酵过程中的优势 菌种.细菌的种类要比酵母和真菌的复杂,且会产 生大量的酸性代谢物,从而能引起 pH 的降低, 影响咖啡品质,所以对发酵过程存在的细菌研究很 有必要.果胶在果胶酶的作用下水解生成乳酸、乙酸和更多的羧酸.在咖啡发酵中起到影响酸味作用 的主要有 6 种有机酸,分别是苹果酸、柠檬酸、乳酸、乙酸、琥珀酸和草酸.而丁酸和丙酸的形成会降低咖啡的品质[.
研究表明,墨西哥的咖啡干法发酵中微生物分布主要表现为以细菌为主,且数量要大于酵母和真菌.在罗布斯塔咖啡湿法发酵中,酵母菌种是占优势菌种,数量大于细菌和真菌.造成这种菌种相对优势比例不同的最重要的原因就是pH的不同.
在湿法发酵中由于微生物的酸性代谢物的产生,pH是随着发酵的进行逐渐降低的,在这种酸性较低的 条件下则会引起好氧细菌数量的减少,而酵母菌的数量却是逐渐增加的.因此推测 pH 的变化间 接的反映了微生物的变化,从而间接的影响了咖啡 的品质.
本文中的实验对咖啡湿法发酵整个周期内都进行了采样,对咖啡发酵体系里 pH 值的变化及存在的主要 酸类型进行了测定,并对分离到的细菌进行了16SrDNA测序鉴定,得到了多种产果胶酶细菌,为更深 一步研究微生物的种群结构及其在湿法发酵过程中 的作用奠定了基础.
实验结果
a/咖啡湿法发酵过程中的pH值变化
发酵体系中的pH值对咖啡发酵过程中微生物影响很大,本实验对咖啡整个发酵周期内的pH进行了检测.通过分析发现,整个发酵过程中pH变化呈下降趋势,发酵前期,pH暂时处于基本稳定状态,保持在5.1左右.在发酵18h之后pH下降的较快, 发酵23h之后,pH则下降缓慢.
b/咖啡湿法发酵过程中7种有机酸量的变化
发酵过程中7种有机酸随发酵时间的的变化情况.草酸、乙酸和乳酸含量在整 个过程含量呈上升趋势,草酸含量最高.这3种有 机酸在发酵初期,增长缓慢.发酵18h后草酸,乳酸和乙酸增加都是最快的,发酵后期增加量变缓,这3种酸的变化规律和pH值的变化是相吻合的.
变化不明显的有机酸如苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和丙 酸,研究中未检测出丁酸,而检测出的丙酸是有机酸中含量最低的,发酵 23 h 质量浓度达到整个周期的最大值,为0.188mg/mL,而在发酵结束的时候,质量浓度为0.016mg/mL,基本上检测不到.
c/咖啡发酵过程中细菌的鉴定及其分离
本次研究对传统湿法咖啡发酵过程中细菌群落 的多样性进行了评估,一共挑送了225个纯化菌落进行了PCR测序、鉴定和保存.共鉴定出27种不同种类的细菌菌种,归为15类菌属, 其中数量最多的为肠杆菌属,如变形菌门Enter-obacter cowanii、阪崎肠杆菌 Enterobacter sakazakii、路 德维希肠杆菌 Enterobacter ludwigii.其次是芽孢菌属、假单胞菌属,如成团泛菌枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis、蜡样芽孢杆菌 Bacillus cereus、巨大芽孢杆菌 Bacillus megaterium、萤光假单孢菌 Pseudomonas fluo- rescens、铜绿假单胞菌 Pseudomonas fulva.还有葡糖 杆菌属、克吕沃尔菌属,如弗托氏葡萄糖酸杆菌Glu-conobacter frateurii、氧化葡萄糖酸杆菌 Gluconobacter oxydans、葡萄糖杆菌 Gluconobacter cerinus、中间克吕 沃尔菌 Kluyvera intermedia、栖冷克吕沃尔菌Kluyvera cryocrescens.
讨论
通过分析发现,整个发酵过程中pH值变化呈下降趋势,整体偏酸性,其变化与微生物代谢活动有关.而本文中的草酸、乙酸和乳酸是主要的酸代谢 物.Avallone等对墨西哥的小粒咖啡发酵的机理进行了报道,发现产生乳酸和乙酸的细菌,作用主要引起 pH 降低的.发酵前18h,pH降低比较缓慢,可能是因 为发酵时间( 夜间) 温度较低,微生物代谢处于一个 停滞期,初期微生物的种类丰富,如乳酸细菌等存 在 ,仅 仅 消 耗 营 养 物 中 单 糖 ,产 生 少 量 的 有 机 酸 . 但 18 h 之后一些好氧微生物大量生长,如产酸克雷伯式菌 Klebsiella oxytoca产酸克雷伯菌、荧光假单胞 菌Pseudomonas fluorescens等,产生纤维素酶和果胶酶,降解果胶,产生大量的酸性物质,使 pH 迅速降 低.发酵后期因为酸度过低导致一些细菌生长受到抑制,推测这些菌种和酸性代谢物的产生对咖啡的发酵起到调节促进作用.
本文分离出的产果胶酶细菌肠系膜明串珠菌 Leuconostoc mesenteroides 曾被报道产生大量的乳酸,引 起 pH 的降低.本文被分离出的草生欧文菌 Erwinia herbicola、佛里德兰德氏杆菌 Klebsiella pneu moniae 是降解果胶酶的细菌.草生欧文菌 Er-winia herbicola、佛 里 德 兰 德 氏 杆 菌 Klebsiella pneu-moniae是降解果胶酶的细菌.Escherichia her-mannii菌属据报道有降低果胶黏液的作用].产气肠杆菌Enterobacter aerogenes能分泌果胶酶,当咖啡发酵中的果胶质量分数达到 60%–70% 时,这种细菌就参与果胶酶的分解.芽胞杆菌属 Bacil-lus sp产生一些列胞外酶,如纤维素酶、酰胺酶、蛋白酶,可能在发酵过程中起着重要作用,这些胞外酶 能够降解诸如纤维素及果胶之类的化合物.如本文分离出的蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus、巨大芽胞杆菌Bacillus megaterium和枯草芽胞杆菌 Bacillus sub- tilis 是最常见的水解纤维素的芽孢杆菌[6].另外发现的菌种中如阴沟肠杆菌Enterobacter cloacae、产气肠杆菌Enterobacter aerogenes、Enter- obacter sakasaki 以及克雷伯氏菌属Klebsiella sp曾在巴西咖啡干法工艺处理中 鉴定出来 .同样 ,菌种如蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus、枯草芽胞杆菌Bacil- lus subtilis、巨大芽胞杆菌 Bacillus megaterium、肠系膜明串珠菌Leuconostoc mesenteroides、肠杆菌属En-terobacter sp、耶尔森氏菌属Yersinia sp和沙雷氏菌 属Serratia sp已经在国外的咖啡发酵中被报道过.本研究发现的未见报道的细菌种类有葡糖杆菌属Gluconobacter sp、泛菌属 Pantoea sp和鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas sp,对它们在发酵过程中所起的作用有待于进一步的研究,而从本研究中分离出的大量细菌对产果胶酶的验证试验仍在继续进行.
本实验使用6种培养基全面系统的分离和鉴定了云南阿拉比卡咖啡湿法发酵过程中的细菌种群,且对发酵环境中的pH值及8种有机酸的含量的变化进行了测定.由于每种培养基对细菌种类的计数较复杂,因此本文中只是从咖啡发酵中初步筛菌,简单的 剖析了分离出来的各细菌在发酵过程中所扮演的角色.

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