Sàng lọc và phân loại
Để biến quả cà phê tươi mới thu hoạch thành một sản phẩm thương mại, người trồng cần đảm bảo rằng sản phẩm của mình là 100% cà phê. Điều này đòi hỏi phải loại bỏ các vật liệu hữu cơ nhẹ như cành cây, lá, cũng như những quả cà phê khô hoặc chưa chín.
Ngay cả với phương pháp hái chọn lọc, việc cành cây và lá lẫn vào trong mẻ cà phê vẫn rất dễ xảy ra. Đối với thu hoạch cơ giới, tình trạng này còn tệ hơn khi mọi loại vật thể không phải cà phê, từ đá đến kim loại, có thể lẫn vào. Những vật thể này không chỉ làm giảm chất lượng mà còn có nguy cơ làm hư hỏng thiết bị tại trạm sơ chế, nhà rang hoặc quán cà phê.
Để đảm bảo cà phê có hương vị tốt nhất, các phương pháp sơ chế được đề cập trong Chương 2 cần được thực hiện trong vòng 24 giờ kể từ khi hái quả khỏi cây. Dù ở quy mô lớn hay nhỏ, người trồng không nên để cà phê nằm trong bao tải, silo, hoặc thành đống quá 8 giờ. Cà phê tươi tiếp tục sinh nhiệt khi chín, và nếu nhiệt độ vượt quá 42°C (107°F), cà phê sẽ bị ảnh hưởng bởi quá trình lên men không mong muốn, gây ra hương vị lạ và hình thành khiếm khuyết hạt đen (J.N. Wintgens, 2004).
Đối với những lô cà phê được hái cẩn thận bằng tay, thường có thể bỏ qua bước này. Tuy nhiên, sàng lọc là giai đoạn quan trọng với cà phê được thu hoạch toàn bộ hoặc bằng máy. Phương pháp này giúp loại bỏ các vật thể lớn hoặc nhỏ hơn hạt cà phê thông thường. Quy trình tương tự như cách các nhà sản xuất sử dụng các rổ/rây để sàng bột cà phê.
Phân loại
Hình ảnh dưới đây cho thấy một nhóm nông dân tại Kenya đang thực hiện quá trình phân loại cà phê bằng tay. Đây là một công đoạn quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng đầu vào cho quy trình sơ chế cà phê. Phương pháp này đòi hỏi người lao động phải ngồi hoặc đứng gần những đống quả cà phê tươi và dùng tay để phân tách quả chín hoàn toàn khỏi quả xanh, quả hỏng, và các tạp chất khác như lá hoặc cành cây.
Phân loại thủ công thường được áp dụng tại các vùng sản xuất cà phê quy mô nhỏ hoặc hợp tác xã, nơi mà sự đầu tư vào máy móc tự động còn hạn chế. Ở Kenya, nơi cà phê đặc sản được đánh giá cao trên toàn cầu, việc phân loại cẩn thận không chỉ giúp cải thiện chất lượng cà phê mà còn tăng thêm giá trị cho sản phẩm xuất khẩu.
Hình thức này mặc dù tốn thời gian và công sức, nhưng lại có lợi thế trong việc phát hiện các khiếm khuyết mà máy móc đôi khi bỏ qua. Việc này cũng tạo cơ hội việc làm cho cộng đồng địa phương trong mùa thu hoạch. Sự cẩn thận và tỉ mỉ trong công đoạn này là một trong những yếu tố giúp cà phê Kenya đạt được hương vị và chất lượng đồng nhất cao.
Máy phân loại màu
Nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ máy phân loại quang học (hay còn gọi là máy phân loại theo màu sắc), các thiết bị này đã trở nên rẻ hơn và chính xác hơn so với khi chúng lần đầu tiên được đưa vào ngành cà phê vào những năm 1980. Mặc dù không phổ biến trong ngành cà phê đặc sản, các máy phân loại quang học ngày càng được các trang trại lớn sử dụng nhiều hơn. Những máy này hoạt động cực kỳ nhanh; một máng trong máy có thể phân loại khoảng 1 tấn cà phê mỗi giờ.
“Máy phân loại quang học đã giảm công việc từ 10 người xuống còn chỉ hai người. Kết quả là một mẫu cà phê sạch hơn và đồng nhất hơn. Chúng tôi thực sự ấn tượng với máy móc này. Nó rất dễ sử dụng, và khi chương trình đã được thiết lập, bạn không thể làm sai được.” (Beanscene)
Trong ngành cà phê đặc sản, những máy này thường được sử dụng ở giai đoạn cuối của quá trình chế biến, vì hạt cà phê xanh sau khi chế biến chỉ chiếm khoảng 20% khối lượng quả cà phê tươi. Việc sử dụng máy phân loại màu không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm, làm tăng giá trị thương mại của cà phê, đặc biệt là trong bối cảnh sản xuất quy mô lớn và các tiêu chuẩn xuất khẩu nghiêm ngặt (Wintgens, 2004, Tr 623).
Phân loại nổi (flotation)
Phân loại nổi (flotation) là một giai đoạn quan trọng trong quy trình sơ chế ướt, nhằm đảm bảo chỉ những quả cà phê chín tiến vào giai đoạn tiếp theo. Điều này đặc biệt cần thiết vì không phải tất cả các loại máy tách vỏ đều có thể xử lý quả cà phê xanh hoặc các tạp chất vô cơ như đá sỏi. Trong khi đá có kích thước lớn hơn hoặc nhỏ hơn quả cà phê có thể được loại bỏ qua sàng lọc, những viên đá có kích thước tương đương với quả chỉ có thể được loại bỏ bằng phương pháp phân loại nổi. Đây là kỹ thuật được áp dụng phổ biến, kể cả bởi các nhà sản xuất cà phê đặc sản hàng đầu, mặc dù trong một số trường hợp, quá trình này có thể được lược bỏ nếu nguồn nguyên liệu không có quả chín quá mức.
Hệ thống phân loại nổi có nhiều hình thức khác nhau, từ những thiết bị đơn giản như xô nhựa đến các máy tách chuyên dụng phức tạp và đắt tiền. Có bốn cách chính để thực hiện: bể nước tĩnh, bể siphon, máng có bẫy tạp chất, và máy rửa-tách cơ học. Mỗi phương pháp đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng, tùy thuộc vào quy mô sản xuất và điều kiện của từng nhà sản xuất.
Bể nước tĩnh
Là một hệ thống đơn giản nhất, thường được sử dụng bởi các nhà sản xuất nhỏ lẻ nhờ chi phí thiết lập gần như bằng không. Trong hệ thống này, quả cà phê được đổ vào các bể chứa nước tĩnh, nơi các quả nổi như chín quá, khô hoặc các tạp chất nhẹ như lá và cành sẽ nổi lên mặt nước và được loại bỏ. Quả chìm bao gồm cả quả chín và xanh sẽ lắng xuống đáy bể và được chuyển sang giai đoạn tách vỏ. Phương pháp này yêu cầu nhiều lao động thủ công nên ít phổ biến ở các nhà máy lớn, nhưng lại rất hiệu quả ở những khu vực như Colombia, nơi địa hình dốc và không thể sử dụng máy thu hoạch cơ giới.
Bể siphon
Một phương pháp phân loại phổ biến hơn, là một hệ thống rửa sử dụng nước với cấu trúc bể hình chữ V làm bằng bê tông hoặc gốm. Quả cà phê được đưa vào bể, nơi các tạp chất như đá nặng lắng xuống đáy, trong khi quả chín quá, khô và các vật liệu nhẹ khác nổi lên bề mặt và được loại bỏ qua một cửa bên. Quả chìm, bao gồm quả chín và xanh, được hút ra từ khu vực gần đáy bể, phía trên lớp đá để đảm bảo không bị lẫn tạp chất nặng. Dù phương pháp này không thể tách riêng quả chín và quả xanh do mật độ tương đồng, nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả cao trong việc loại bỏ tạp chất và chuẩn bị nguyên liệu cho giai đoạn tách vỏ.
Cuối cùng, các máy rửa-tách cơ học là giải pháp hiện đại và hiệu quả nhất trong phân loại nổi. Những máy này không chỉ loại bỏ tạp chất và quả nổi mà còn rửa sạch vỏ quả, chuẩn bị nguyên liệu cho các công đoạn tiếp theo. Ví dụ, các máy rửa-phân loại như từ Brazil được đặt ngay sau bể tiếp nhận trong dây chuyền chế biến để xử lý nhanh và hiệu quả. Máy không yêu cầu đào bể hoặc xây dựng phức tạp như bể siphon, đồng thời có khả năng tách quả nổi, quả chìm, đá và các vật liệu nhẹ một cách chính xác.
Nhìn chung, phân loại nổi là bước đầu tiên quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm cà phê. Dù sử dụng phương pháp đơn giản hay công nghệ hiện đại, mục tiêu cuối cùng là loại bỏ các yếu tố không mong muốn, giữ lại những quả chín để tạo nên ly cà phê hoàn hảo.
Tách vỏ
Tách vỏ là bước quan trọng trong quy trình sơ chế ướt và tự nhiên bán ướt, nhằm loại bỏ lớp vỏ ngoài (exocarp) và một phần thịt quả (mesocarp) bên ngoài của quả cà phê. Đây là một công đoạn đòi hỏi sự chính xác và cẩn thận bởi nếu lớp vỏ lụa (parchment) bị rách hoặc hạt cà phê bên trong bị tổn thương, nguy cơ nhiễm khuẩn sẽ tăng cao, ảnh hưởng lớn đến chất lượng và giá trị kinh tế của cà phê. Quá trình tách vỏ không chỉ liên quan đến kỹ thuật mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường của các khu vực trồng cà phê áp dụng phương pháp sơ chế ướt.
Một trong những yếu tố quan trọng của xát vỏ là việc điều chỉnh máy móc để ngăn chặn tắc nghẽn trong máy tách, đồng thời tránh mất mát lượng cà phê có giá trị trong quá trình loại bỏ thịt quả. Mặc dù nước không phải là yếu tố bắt buộc để vận hành máy tách vỏ, nhưng nó thường được sử dụng để hỗ trợ đưa quả vào máy một cách trơn tru. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều nước có thể gây ra các vấn đề khác, như việc tạo ra lượng lớn sợi thực vật từ thịt quả bị xé nhỏ, làm phức tạp quy trình tái chế nước và tăng chi phí xử lý môi trường. Trong một hệ thống sơ chế ướt truyền thống, từ bể tiếp nhận quả đến bể lên men, mỗi tấn cà phê cần tiêu thụ tới 40m³ nước, (J. C. Vincen 1987.
Những nông hộ áp dụng phương pháp thu hoạch chọn lọc và phân loại nổi trước đó thường gặp ít khó khăn hơn trong quá trình xát vỏ. Những quả chín mềm dễ dàng đi qua bất kỳ loại máy xát vỏ nào mà không gây hại cho thiết bị. Tuy nhiên, ngay cả khi đã phân loại kỹ càng, sự khác biệt về kích thước quả trong mỗi mùa vụ vẫn là thách thức. Do đó, các máy tách vỏ cần được hiệu chỉnh chính xác và bảo trì thường xuyên để hạn chế thất thoát và đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Trong các hệ thống tách vỏ, ba loại máy tách được đánh giá cao về tính tiết kiệm nước và hiệu quả. Mỗi loại máy phù hợp với mức độ phân loại đồng đều của quả cà phê trước khi đưa vào:
- Máy xát dạng trống (Drum pulper): Loại bỏ thịt quả giữa tấm nén cố định và trống quay.
- Máy xát dạng đĩa (Disc pulper): Loại bỏ thịt quả giữa thanh tách vỏ và đĩa quay.
- Máy xát dạng lưới (Screen pulper): Loại bỏ thịt quả khi quả cà phê đi qua các khe lưới.
Nhìn chung, tách vỏ không chỉ là một công đoạn kỹ thuật mà còn là mắt xích quan trọng trong việc duy trì chất lượng và giá trị của cà phê. Lựa chọn đúng hệ thống và đảm bảo vận hành tối ưu sẽ giúp nhà sản xuất đạt được hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.
Các loại máy tách vỏ
Máy tách vỏ cà phê là một thiết bị quan trọng trong quá trình sơ chế ướt, giúp loại bỏ lớp vỏ bên ngoài của quả cà phê để thu được hạt cà phê nhân. Hiện nay, có hai loại máy tách vỏ cà phê chính, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Máy tách vỏ dạng trống (Drum Pulpers)
Vào năm 1850, nhà phát minh người Anh John Walker đã đăng ký bằng sáng chế cho máy tách vỏ dạng trống. Mười năm sau, ông tiếp tục đăng ký bằng sáng chế cho máy tách vỏ dạng đĩa. Máy tách vỏ dạng trống thường bao gồm một trục quay được phủ một lớp đồng với bề mặt nổi dạng gờ, tương tự như các rãnh trên sàn đồng chống trượt. Quả cà phê được đưa vào máy thông qua một phễu nạp. Sau đó, các gờ trên trống quay kéo quả cà phê đến vị trí ép chúng vào một thanh tách vỏ có thể điều chỉnh. Trống quay với tốc độ khoảng 120 vòng/phút (Wintgens, 2004, trang 719). Lớp vỏ trấu (parchment) được dẫn vào các rãnh nhờ một kênh tách vỏ được hiệu chỉnh kỹ lưỡng, trong khi phần lớn thịt quả được đẩy ra phía bên kia của máy, tách biệt với kênh dẫn parchment.
Máy tách vỏ dạng đĩa (Disc Pulper)
Máy tách vỏ dạng đĩa được giới thiệu lần đầu tiên tại Ceylon (nay là Sri Lanka) ngay trước khi dịch bệnh gỉ sắt trên lá bùng phát, dẫn đến sự sụp đổ hoàn toàn của ngành sản xuất cà phê Arabica tại quốc gia này chỉ trong một thế hệ. Đây là một cải tiến quan trọng vì máy có trọng lượng nhẹ và có thể dễ dàng vận chuyển đến các khu vực xa xôi. Khác với máy tách vỏ dạng trống, vốn sử dụng trục quay ngang để mài mòn lớp vỏ cà phê, máy tách vỏ dạng đĩa hoạt động bằng cách ép quả cà phê lên một đĩa quay với bề mặt giống như lưỡi bào phô mai. Đĩa quay với tốc độ khoảng 120 vòng/phút.
Máy tách vỏ dạng đĩa thường được trang bị nhiều đĩa để tăng năng suất; một đĩa đơn lẻ có thể xử lý khoảng 1 tấn quả cà phê mỗi giờ. Các đĩa này thường được làm bằng gang. Trong video bên dưới, bạn có thể thấy một máy tách vỏ ba đĩa đang hoạt động tại Burundi. Lớp vỏ quả cà phê được tách ra khỏi lớp parchment (lớp vỏ lụa bao bọc hạt cà phê) khi đi qua một khe hẹp giữa tấm phân tách và đĩa. Sau đó, hạt cà phê được chuyển sang giai đoạn lên men.
Tuy nhiên, các quả cà phê nhỏ có thể trượt qua khe và bị loại bỏ cùng với phần vỏ, gây lãng phí. Để giảm thiểu vấn đề này, một thiết bị xát phụ. Đây thường là một máy tách vỏ dạng trống nhỏ được hiệu chỉnh sao cho thanh tách vỏ và tấm phân tách nằm sát hơn với trống quay, nhằm xử lý hiệu quả các quả cà phê nhỏ sót lại.
Máy tách vỏ dạng lưới (Screen Pulpers)
Đối với các trang trại có tỷ lệ quả chưa chín cao trong hỗn hợp, máy tách vỏ dạng lưới cho phép tách quả chín và chưa chín bằng phương pháp cơ học. Quả cà phê được ép qua một lưới được thiết kế đặc biệt, đồng thời lưới này cũng hoạt động như một máy tách vỏ. Máy tách vỏ dạng lưới bao gồm một xi-lanh ngang với các khe dài, tạo thành phần “lưới”. Bên trong xi-lanh, một rôto có hình dạng giống như trục vít kéo quả cà phê qua phần giữa của xi-lanh. Các quả chín mềm sẽ đi qua các khe của lưới và mất lớp vỏ thịt khi đi qua. Ngược lại, các quả chưa chín, cứng sẽ không thể ép qua các khe. Chúng buộc phải di chuyển dọc theo chiều dài của xi-lanh và được đẩy ra ngoài đầu xi-lanh bởi rôto.
Tuy nhiên, máy tách vỏ dạng lưới không tách lớp vỏ ngoài khỏi nhân cà phê hoàn toàn. Vì vậy, hệ thống này cần thêm một giai đoạn cuối cùng. Một máy tách vỏ dạng trống thông thường sẽ được sử dụng để làm nhiệm vụ tách vỏ thịt khỏi nhân cà phê (cùng lớp nhầy quanh nó), đồng thời xử lý các quả cà phê nhỏ đã đi qua khe của máy tách vỏ dạng lưới nhưng chưa được tách vỏ hoàn toàn (JN Wintgens, 2004, trang 624).
Quá trình lên men
Xét trên phương diện thực tiễn, lý do giai đoạn lên men chính thức được đưa vào quy trình chế biến cà phê là vì đây là cách rẻ nhất để loại bỏ lớp nhớt (mucilage) bám trên hạt. Lớp pectin trong nhớt có thể được loại bỏ bằng máy móc hoặc thông qua việc bổ sung enzyme, nhưng những phương pháp này đòi hỏi nhiều chi phí và kỹ thuật hơn so với việc chỉ để cà phê trong đống hoặc trong bể trong vài giờ.
Nhiều tài liệu khoa học cho rằng hai loại enzyme tự nhiên trong quả cà phê, pectinase và pectase, tham gia vào quá trình phân hủy lớp nhớt trong phương pháp chế biến ướt. Tuy nhiên, điều này có vẻ không đúng. Nghiên cứu đột phá của Avallone và cộng sự (2002) cho thấy việc phân hủy lớp nhớt thực chất là kết quả của quá trình axit hóa môi trường lên men, thay vì do các enzyme pectolytic (enzyme phân hủy pectin). Biểu đồ dưới đây, trích từ nghiên cứu của họ, chỉ ra rằng phạm vi pH tối ưu để các enzyme pectolytic hoạt động (ngoại trừ Lactobacillus brevis, vốn không xuất hiện với số lượng lớn đáng kể trong quá trình lên men cà phê) cao hơn rất nhiều so với phạm vi pH trong điều kiện lên men cà phê thông thường, vốn có tính axit (5.3–3.5).
Vai trò của vi sinh vật trong lên men cà phê
Ngay cả khi các chủng vi khuẩn, nấm men, và nấm mốc hoang dã không trực tiếp tham gia vào việc phân hủy lớp nhớt cà phê, chúng vẫn đóng vai trò gián tiếp quan trọng. Hệ vi sinh vật có mặt trên bề mặt thiết bị chế biến cà phê, vỏ quả cà phê, trong nước, và thậm chí trong không khí tạo ra các chất chuyển hóa (metabolite), khiến môi trường lên men ngày càng có tính axit theo thời gian. Các sản phẩm phụ từ quá trình chuyển hóa của vi sinh vật này tạo ra các axit hữu cơ như axit lactic và axit acetic.
Phần lớn các quá trình lên men cà phê trong chế biến ướt được gọi là lên men tự nhiên (wild fermentation). Điều này có nghĩa là nông dân và các nhà chế biến không bổ sung thêm bất kỳ vi sinh vật nào vào bể lên men. Các quá trình lên men không sử dụng nước diễn ra nhanh hơn vì môi trường lên men trở nên axit nhanh hơn. Tuy nhiên, chúng lại kém đồng nhất và khó kiểm soát hơn. Nước có tác dụng làm tăng thể tích môi trường lên men, giúp phân tán vi sinh vật trên diện rộng hơn, từ đó làm tăng độ pH và làm chậm quá trình axit hóa lớp nhớt.
Tái sử dụng nước trong các giai đoạn trước khi lên men là một phương pháp tiết kiệm và cần thiết ở các khu vực khan hiếm nước ngọt. Nhưng nước sử dụng trong bể lên men thì cần phải là nước mới. Sau khi nước được dùng để vận chuyển cà phê (từ máy xát vỏ) vào bể, nó phải được xả bỏ hoàn toàn và cấp nước mới cho quá trình lên men (CHJ Brando và MFP Brando, (2014).
Lượng nước tiêu tốn để tạo ra những mẻ cà phê chế biến ướt chất lượng cao. Tuy nhiên, việc sử dụng nước tái chế ở bất kỳ giai đoạn nào tiếp xúc trực tiếp với lớp nhớt là rất rủi ro. Trước khi tách vỏ, lớp vỏ quả bảo vệ hạt khỏi những tác động tiêu cực tiềm tàng của nước tái chế. Nhưng sau khi lớp vỏ này bị loại bỏ, bạn sẽ đối mặt với nguy cơ nước tái chế + lớp nhớt ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng ly cà phê.
Thời gian lên men
Thời gian lên men cà phê có thể kéo dài từ 6 đến 72 giờ, tùy thuộc vào nhiệt độ và độ dày của lớp nhớt. Lớp nhớt chiếm từ 15.5–22.0% trọng lượng quả tươi và thường dày hơn ở các quả cà phê trồng ở độ cao lớn hoặc dưới bóng râm.
Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn và lớp nhớt dày hơn, quá trình lên men diễn ra nhanh hơn. Vì vậy, cà phê robusta thường lên men nhanh hơn arabica do robusta thường được trồng ở các khu vực thấp, nơi có nhiệt độ cao hơn. Số lượng enzyme sẵn có cũng ảnh hưởng đến tốc độ lên men. Khi cà phê được xát khô, lượng vi sinh vật đi vào bể lên men sẽ nhiều hơn. Ngược lại, các phương pháp rửa và tuyển nổi trước khi lên men làm giảm lượng nấm men trong bể, đồng thời vi khuẩn có xu hướng xuất hiện nhiều hơn nấm men trong các trường hợp này.
Thông thường, cà phê được giữ trong bể lên men cho đến khi lớp nhớt bị phân hủy hoàn toàn. Truyền thống, người chế biến thường chà xát cà phê và nghe tiếng rít, lúc đó hạt sẽ có cảm giác sần sùi, giống như sỏi đá. Nếu lên men dừng lại trước khi lớp nhớt được phân hủy hết, hạt có thể chứa dư lượng nhớt và đường, gây khó khăn trong việc làm khô đều. Điều này làm tăng nguy cơ xảy ra quá trình lên men thứ cấp, dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn và nấm hư hỏng.
Trong quá trình lên men, một số vi sinh vật có thể phát triển và tạo ra các chất chuyển hóa có hại, thẩm thấu qua lớp vỏ trấu và ảnh hưởng đến chất lượng hạt cà phê bên trong. Những hạt bị hư do quá trình lên men không hoàn thiện hoặc quá chậm thường được gọi là “hạt thối.” Quá trình lên men quá mức có thể tạo ra các axit như butyric và propionic, gây ra mùi vị khó chịu như hành thối.
Bể lên men
Không có tiêu chuẩn cố định nào cho các loại bể được sử dụng trong quá trình lên men cà phê. Các thiết bị được sử dụng rất đa dạng, từ xô nhựa, túi nhựa đến bồn tắm. Ở quy mô lớn hơn, người ta sử dụng bể bê tông, đôi khi được lót bằng gạch men, thép không gỉ hoặc thậm chí được sơn phủ. Không rõ chính xác phương pháp chế biến ướt đã xuất hiện từ khi nào; Nhưng một số tài liệu (Wintgens, 2004, trang 652) ước tính rằng phương pháp này bắt đầu từ đầu thế kỷ 20, trong khi phương pháp chế biến tự nhiên (natural processing) đã tồn tại lâu đời hơn rất nhiều.
Kích thước bể và quy mô từng mẻ lên men phụ thuộc trực tiếp vào công suất của hệ thống tách vỏ tại xưởng chế biến ướt. Nếu bể hoặc mẻ lên men quá lớn, thời gian giữa lúc những quả cà phê đầu tiên và cuối cùng được đưa vào bể có thể quá dài, dẫn đến sự khác biệt lớn về thời gian lên men (C CHJ Brando và MFP Brando, 2014). Tuy nhiên, điều này cũng không phải là quy luật. Một số nông dân Colombia đã đạt được kết quả xuất sắc bằng cách trộn cà phê vừa được tách vỏ vào các mẻ lên men đã bắt đầu trước đó 24–48 giờ. Dù không được khuyến nghị, nhưng cách làm này lại rất hiệu quả và xuất phát từ lý do thực tiễn: Trong một số ngày thu hoạch, các nông hộ nhỏ chỉ thu được một lượng nhỏ quả cà phê chín, không đủ để chế biến riêng lẻ – việc trộn chúng vào một mẻ lên men sẵn có là giải pháp đơn giản và hợp lý hơn.
Trong gần 120 năm qua, quá trình lên men cà phê thường được thực hiện trong các bể mở ngoài trời. Việc sử dụng nước không phải là yếu tố bắt buộc. Khi thực hiện lên men khô, cần có mái che để ngăn lớp trên cùng của khối cà phê đang lên men bị khô. Việc phương pháp lên men ướt hay khô cho hương vị tốt hơn vẫn còn là điều gây tranh cãi – mặc dù chúng ta đều đã trải nghiệm những ly cà phê tuyệt vời từ cả hai phương pháp. Tuy nhiên, lên men khô có một số lợi thế đáng kể: Quá trình này thường nhanh hơn nhiều và giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến nước thải.
Đối với các quy trình lên men quy mô lớn, các bể thường có hình chữ nhật với đáy nghiêng, giúp dễ dàng rửa sạch và chuyển cà phê sang giai đoạn tiếp theo sau khi quá trình lên men kết thúc. Các xưởng chế biến ướt thường được xây dựng trên địa hình bậc thang, tận dụng trọng lực để dễ dàng di chuyển cà phê ra vào bể lên men. Quá trình lên men khô yêu cầu độ nghiêng lớn hơn vì cà phê khó di chuyển mà không cần sự hỗ trợ của nước để rửa sạch và đưa chúng ra khỏi bể (Wintgens, 2004, trang 652.
Hô hấp và Lên men
Hô hấp là quá trình các sinh vật sử dụng để khai thác năng lượng lưu trữ trong các hợp chất hữu cơ như đường. Quá trình này sử dụng oxy và thải ra carbon dioxide cùng nước. Đây là cách động vật lấy năng lượng từ thức ăn và cũng là cách thực vật lấy năng lượng từ đường mà chúng tạo ra trong quá trình quang hợp.
Hô hấp bao gồm một chuỗi phản ứng phân hủy các phân tử hữu cơ lớn hơn như đường, axit béo và axit amin từ protein. Ở các sinh vật nhân chuẩn, phần của chuỗi phản ứng sử dụng oxy diễn ra bên trong một bào quan chuyên biệt gọi là ty thể. Nhờ liên kết năng lượng cao giữa hai nguyên tử oxy trong phân tử oxy, hô hấp là một cách rất hiệu quả để lấy năng lượng từ các phân tử hữu cơ.
Khi không có oxy, nhiều sinh vật chuyển sang quá trình lên men. Tuy nhiên, vì lên men không thể sử dụng liên kết năng lượng cao trong oxy, nó tạo ra ít năng lượng hơn nhiều trên mỗi phân tử đường so với hô hấp. Trong hô hấp, sản phẩm thải là carbon dioxide và nước. Trong lên men, các sinh vật khác nhau tạo ra các sản phẩm thải khác nhau, thường là axit lactic và ethanol.
Chúng ta quen thuộc với quá trình lên men của vi khuẩn và nấm men trong ngữ cảnh cà phê hoặc ủ bia. Nhiều loài vi khuẩn, chẳng hạn như Lactobacillus, tạo ra axit lactic trong quá trình lên men. Axit lactic là nguyên nhân gây vị chua trong sữa chua.
Axit lactic cũng là sản phẩm phụ của quá trình lên men ở động vật và một số loài vi khuẩn. Quá trình trao đổi chất tương tự diễn ra trong các tế bào cơ của động vật, ví dụ như trong lúc tập thể dục gắng sức. Axit lactic có thể tích tụ trong các tế bào cơ khi không nhận đủ oxy từ máu, gây cảm giác “đau cơ” sau khi tập luyện.
Ethanol là sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men bởi nấm men và một số loài vi khuẩn.
Lên men hiếu khí và Lên men kỵ khí
Theo định nghĩa sinh học chặt chẽ, lên men không sử dụng oxy và vì thế được coi là một quá trình kỵ khí. Tuy nhiên, một số quá trình được gọi là lên men lại xảy ra khi có oxy.
Thuật ngữ “lên men hiếu khí” đôi khi được dùng để chỉ các quá trình lên men diễn ra ngay cả khi có mặt oxy. Hầu hết các loại nấm men sẽ chuyển sang hô hấp thay vì lên men khi có oxy, nhưng một số, chẳng hạn như Saccharomyces cerevisiae (nấm men dùng trong ủ bia), vẫn tiếp tục lên men khi có oxy nếu có đủ đường. Khả năng này được cho là đã tiến hóa để ethanol, một chất độc, giảm sự cạnh tranh từ vi khuẩn, và có lẽ còn được phát triển thêm nhờ quá trình thuần hóa. Dù không sử dụng oxy, quá trình này vẫn có thể được coi là kỵ khí, dù tên gọi có thể gây nhầm lẫn.
Ngoài ra, thuật ngữ “lên men” đôi khi được dùng theo nghĩa rộng hơn để mô tả bất kỳ quá trình trao đổi chất nào do vi sinh vật thực hiện trên thực phẩm hoặc trong các bể phản ứng sinh học. Ví dụ, sản xuất giấm (axit acetic), đôi khi gọi là “lên men oxy hóa”, cần oxy. Trong quá trình này, vi khuẩn như Acetobacter chuyển đổi ethanol thành axit acetic, sử dụng oxy trong quá trình. Loại quá trình này xảy ra trong nhiều quá trình “lên men tự nhiên,” như trong kombucha, và cả trong các bể lên men cà phê tiếp xúc với oxy.
Trong ngữ cảnh cà phê, thuật ngữ “lên men” thường chỉ quá trình trao đổi chất tổng quát này. Trong một bể lên men điển hình, nhiều chủng vi khuẩn và nấm men sẽ thực hiện cả quá trình lên men lẫn hô hấp, cùng với nhiều hoạt động trao đổi chất khác.
Sự khác biệt trong cách sử dụng thuật ngữ “lên men” này giải thích phần nào sự nhầm lẫn trong việc gọi tên đúng các phương pháp lên men kỵ khí và hiếu khí trong cà phê. Để rõ ràng, chúng tôi ưu tiên sử dụng các thuật ngữ cụ thể để mô tả các quá trình lên men được kiểm soát nhằm loại bỏ oxy, chẳng hạn như “lên men trong túi.”