Trong quá trình chế biến sau thu hoạch, hoạt động của vi sinh vật trong lên men giữ vai trò quyết định đến việc giải phóng nhân cà phê khỏi các lớp vỏ bọc ngoài cũng như sự tích tụ của các tiền chất hương vị. Trong số các loài nấm men tham gia vào hệ sinh thái này, chủng Saccharomyces cerevisiae được xem là tác nhân sinh học cốt lõi khi ứng dụng phương pháp lên men kỵ khí.
Cơ chế phân giải lớp chất nhầy mucilage bằng enzyme pectinolytic
Lớp chất nhầy (mucilage) nằm giữa vỏ quả và vỏ trấu của hạt cà phê có thành phần cấu tạo giàu đường phức hợp và pectin. Để quá trình bóc tách diễn ra hiệu quả, việc phân hủy cấu trúc pectin là yêu cầu bắt buộc.
Chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae có khả năng tiết ra các enzyme pectinolytic đặc hiệu, tiêu biểu là polygalacturonase và pectin lyase. Bằng cách cắt đứt các liên kết glycosidic trong chuỗi polysaccharide của pectin, các enzyme này thủy phân nhanh chóng lớp mùn nhầy bao quanh hạt. Quá trình này không chỉ làm sạch bề mặt hạt cà phê mà còn giải phóng các gốc đường đơn, tạo nguồn thức ăn tiếp theo cho vi sinh vật.
Chu trình trao đổi chất yếm khí: Sản sinh ethanol, CO2 và hợp chất thơm
Khi được đưa vào môi trường kín thiếu oxy (như trong kỹ thuật SIAF hoặc các bể lên men kỵ khí), Saccharomyces cerevisiae chuyển từ cơ chế hô hấp hiếu khí sang đường phân kỵ khí.
Trong điều kiện này, nấm men tiêu thụ các loại đường tự do thu được từ lớp nhầy để thực hiện phản ứng lên men rượu:
- Chuyển hóa đường thành ethanol và CO2: Nấm men phân giải glucose và fructose thành pyruvate, sau đó khử pyruvate thành ethanol và giải phóng khí CO2. Lượng CO2 sinh ra giúp duy trì áp suất dương và triệt tiêu hoàn toàn không gian còn lại của oxy trong bình chứa.
- Tổng hợp hợp chất hữu cơ thứ cấp: Bên cạnh ethanol, quá trình trao đổi chất kỵ khí của S. cerevisiae còn tạo ra các acid hữu cơ, ester và rượu cao phân tử. Đây là những tiền chất quan trọng ngấm qua lớp vỏ lụa vào nhân cà phê, góp phần gia tăng điểm số cảm quan (cupping score), đồng thời bổ sung các nốt hương trái cây, hoa và vị ngọt hậu sau khi rang.
Khả năng kiểm soát vi sinh vật hiếu khí và nấm mốc trong bình kín
Một thách thức lớn trong sơ chế cà phê nhân xanh là nguy cơ nhiễm nấm mốc và vi khuẩn gây mùi ôi thiu. Saccharomyces cerevisiae hoạt động như một rào cản sinh học giúp ổn định quá trình lên men.
Sự gia tăng nhanh chóng của nồng độ ethanol do S. cerevisiae tiết ra, kết hợp với môi trường giàu CO2 và tính acid tăng nhẹ, tạo ra điều kiện khắc nghiệt đối với các nấm mốc sợi hiếu khí và vi khuẩn gây hư hỏng. Việc ức chế các vi sinh vật không mong muốn này giúp hạn chế tối đa sự xuất hiện của các khiếm khuyết hương vị (off-flavors), đảm bảo nhất quán chất lượng cho mẻ cà phê sơ chế.