当我们沿着从种子到杯子这条路走过来,我们可以看到人们在咖啡价值链每一个阶段所付出的努力。每个阶段都是相互联系的,可以不断优化来提高咖啡品质。咖啡品质通常是通过杯测来评价,由于生豆中含有所有的风味前体物质,所以风味前体物质的质与量与最终的杯测有着密切的关系。

    当人们考虑提高咖啡品质时,收获之后加工处理的作用不可忽视。后制处理的主要目的是去除咖啡樱桃的外层,将其种子转化为干燥的风味前体物质载体,即咖啡生豆。

    实现这一目标的常用方法是水洗处理法和日晒处理法。与此同时,许多混合或新颖的处理法也在咖啡产区得到了普及,如蜜处理和厌氧发酵。近年来,许多咖啡生产商在创新加工方面走在了前列,在不同的产地区尝试了不同的加工方法。这为加工方法和特定加工参数对咖啡品质的影响提供了大量的实证证据,虽然严格的科学证据仍显不足。

    在过去的四年里,布鲁塞尔自由大学和雀巢研究中心的双边产学研究合作在努力了解咖啡收获后的加工过程。在这里,介绍我们在不同产区对不同咖啡品种的一些研究结果。

    微生物和新陈代谢

    咖啡采后加工过程中主要存在两种现象,一是加工环境中的微生物活动,二是咖啡豆内部的种子代谢。加工过程的动态特性突出表现在微生物对营养物质的不断消耗和代谢物质的产生,以及对种子自身代谢的影响(例如种子内部物质浓度分布变化)。其复杂性源于加工方法中的众多步骤及其对温度、品种、加工设备等各种外部因素的依赖性。

    微生物几乎存在于任何环境中,因此也存在于咖啡加工生态系统中。由于微生物在其他发酵食品生产中发挥着至关重要的作用,微生物在咖啡加工过程中也发挥着重要的功能。甚至在加工开始之前,微生物就已经存在于咖啡樱桃的表面上。

    随着加工的进展,这些微生物(尤其是乳酸菌)以富含营养的植物材料为食,如果肉和/或果胶粘液。当微生物生长时,它们从这些植物的营养物质中产生代谢物,并在加工环境中积累——这被微生物学家称为发酵。

    令我们兴奋的是,我们发现在水洗及日晒加工过程中,发酵发生在咖啡生态系统的不同部分。在水洗加工过程中,发酵发生在水中,而在日晒加工过程中,发酵发生在不断干燥的咖啡樱桃外部。有趣的是,一些在发酵过程中产生的代谢物仍然停留在生豆表面,甚至可以在整个过程中存活下来。因此,它们在生豆上留下了微生物的印记,我们把这种现象称为发酵效应。


    代谢学(上)和微生物学(下)方法来解开咖啡加工生态系统,以及对杯中咖啡的感官评价。

    同时,咖啡豆也是一个与环境交互并对环境做出反应的活实体。作为有机生物体,咖啡豆在整个加工过程中都具有代谢活性。咖啡豆被认为是中间型种子,即使在低含水量的情况下,也可以对不同的外部环境应力因素做出反应,从而改变其代谢物组成metabolite composition(由种子内部所有碳水化合物、氨基酸和有机酸的动态总和构成)。

    两个主要的应力因素是咖啡豆浸泡于水下时的缺氧应力和干燥时的"干旱应力" drought stress。在水洗加工过程中,咖啡豆同时经历了缺氧和"干旱应力" ,而在日晒加工过程中,咖啡豆则经历了长时间的"干旱应力"。这些差异也有助于区分水洗处理咖啡和日晒处理咖啡。因此,当我们谈论咖啡加工对风味的影响时,我们不仅仅是在谈论咖啡豆外部的"发酵风味"的产生——我们还在谈论咖啡豆自身代谢成分的变化。

    不同加工产生不同浓度的代谢物

    在不同的加工条件下,微生物和种子代谢都会影响咖啡豆的代谢物组成特性,最终影响咖啡的质量。在这里,我们简要地考虑了三个具体水洗加工参数的影响:发酵时间、咖啡樱桃是否经过机械脱胶、豆子在发酵和清洗后是否浸泡过。然而,在开始之前,最好清楚地定义一些与加工相关的术语。

    在基本的水洗加工过程中,新鲜咖啡樱桃的果肉被去除,并浸入水中(发酵)。然后,将发酵池水排干,用清水清洗发酵豆去除残留的果胶黏液。有时,这些洗过的豆子会被浸泡在水池里或单独的桶里,再用清水浸泡。在清洗或浸泡后,豆子被干燥到一定的水分含量水平。水洗加工的一个变化是通过脱胶机机械地去除果胶粘液。在这里我们将此两种方法都定义为脱胶过程。

    1、发酵时间对咖啡品质有显著影响。一般认为长时间发酵通常会降低咖啡品质,产生臭豆或酸豆,但如果得到严格控制,长时间发酵也可以产生积极甚至令人满意的效果。在卫生的加工条件下(特别是发酵池和洗涤槽),发酵时间越长,微生物活动展开所需的时间越长,发酵效果越好。这种发酵效应在生豆上持续存在,表现为微生物代谢物,如乳酸和甘露醇（有类似蔗糖的甜味)浓度较高,花香或果香挥发性有机化合物浓度较高。

    另一方面,长时间的发酵,咖啡豆内源性谢加强了厌氧的作用,影响了碳水化合物(如葡萄糖和果糖)、氨基酸(如天冬氨酸和丙氨酸)和有机酸(如琥珀酸)的浓度。这些化合物可以作为烘焙过程中一系列化学反应的主要前驱体,尤其是美拉德反应(点击蓝字查看有关美拉德反应的文章),并产生独特的咖啡风味。随着这些风味前体丰富程度的改变,较长的发酵时间导致了咖啡水果风味的增强。

    2、在水洗加工过程中,使用去果皮果肉咖啡豆（ depulped beans）还是使用去除果皮果肉以及果胶的咖啡豆（demucilaged beans）作为发酵的起始原料一直存在争议,即在水洗加工过程中要不要去除果胶。

    除胶机作为传统发酵的生态替代品,可以节约发酵过程的用水量,缩短加工时间,但其对感官品质的影响仍然难以评估。我们的研究表明,果胶粘液可以增加发酵水中微生物所需要的营养量,这就是为什么水中带果胶发酵效果比去果胶发酵更强烈。带果胶发酵的生豆保留了更多的微生物代谢物,而且氨基酸和酚类成分与去除果胶发酵的生豆不同。研究结果表明,这两种工艺制取杯测样品在花香和果味强度上存在细微差异。

    3、与上述因素相比,清洗和浸泡的应用降低了发酵效果。在不浸泡甚至减少清洗次数的情况下,发酵过程中积累的宝贵代谢物在生豆上有较高程度的保留,提高了杯测评分。然而,如果由于某种原因,发酵效果不佳,浸泡可以帮助去除发酵过程中积累的一些不良代谢物,成为一种控制咖啡异味的方法。

    发酵变量-咖啡品种

    不同的咖啡品种在其粘液和果肉的代谢物组成上表现出多样性。作为微生物营养物质的主要提供者,不同咖啡品种粘液成分的差异也会影响发酵效果的程度。例如,我们发现拉丁美洲Typica铁皮卡咖啡樱桃有一个多汁的中果皮层,比亚洲的Catimor卡蒂姆中果皮层营养更丰富。结合外部因素,如局部环境温度,我们发现这影响了发酵过程中的pH值分布、微生物群落动态和代谢产物组成。因此,在评估加工实践的潜在影响时,考虑咖啡品种是很重要的。


    咖啡采收后的加工过程由几个动态的、相互交织的活动组成,主要是微生物活动和内源性的咖啡豆代谢(左)。改变加工方法或改变加工参数可以改变生豆的感官形态。它们对咖啡品质的影响程度取决于改变的参数和加工条件(右)。

    我们相信这种多样性是咖啡的优势所在,因为这意味着上述因素的大量排列仍有待探索,而咖啡价值链的这种多样性交织着工艺和科学的应用与发展。我们相信,其中一些结果一定会带来一杯更美味的咖啡。

    发酵的味道

    微生物在我们所熟知和喜爱的发酵食品中起着至关重要的作用。

    泡菜--单胞菌和乳酸杆菌菌群使其酸化,赋予其特有的宜人酸度。

    酸奶--乳酸菌和链球菌的细菌种类在创造乳脂、光滑的质地和清爽的酸度方面发挥着重要作用。

    啤酒--酵母产生酒精和水果/花的香味,使啤酒的消费愉快。

    软奶酪--乳球菌产生柔软和奶油般质地。在这之上,霉菌会在表面形成一个白色褶皱外皮。