L’effet de la fermentation – 25 Magazine, Issue 10

L’effet de la fermentation – 25 Magazine, Issue 10

LLe parcours du café est à la fois complexe et fascinant.

SOPHIA JIYUAN ZHANG et FLORAC DE BRUYN partagent les résultats de leurs recherches obtenus suite à une collaboration de quatre ans axée sur une meilleure compréhension de l’impact du traitement post-récolte sur la qualité du café à différents emplacements géographiques.

À mesure que nous parcourons le chemin des graines, des fruits, des grains de café vert, des grains torréfiés et enfin, de la tasse de café moulu, nous pouvons apprécier les efforts de chaque étape de la chaîne de valeur complète du café. Il n’est pas surprenant que toutes ces étapes soient liées et puissent être optimisées afin d’offrir un café de qualité toujours meilleure. La qualité du café est couramment évaluée au moyen des grains de café vert et de la tasse de café moulu. Étant donné que les grains de café vert possèdent tous les précurseurs de saveur, leur qualité a un lien étroit avec la qualité finale de la tasse de café.

Cependant, afin d’améliorer la qualité du café, il ne faut pas ignorer le rôle du traitement post-récolte. Le but principal du traitement post-récolte est de retirer les couches extérieures des cerises de café et de transformer leurs graines en des précurseurs de saveur séchés et stables. Par ex. : le café vert. Les méthodes les plus fréquentes pour y parvenir sont le traitement à sec et humide, dont l’histoire remonte à la naissance même de l’industrie du café. Pendant ce temps, de nombreuses méthodes hybrides ou novatrices sont également devenues populaires dans les régions productrices de café. On parle notamment des célèbres techniques du café dépulpé de type miel ou de la fermentation anaérobie (c’est-à-dire l’absence ou la restriction d’oxygène pendant la fermentation). Au cours des dernières années, de nombreux producteurs ont pris l’initiative de proposer des techniques innovantes de traitement du café, et ont essayé des méthodes différentes dans les régions productrices. Cela a permis d’obtenir un très grand nombre de preuves empiriques concernant l’influence des méthodes de traitement ainsi que des paramètres de traitement spécifiques en matière de qualité du café. Cependant, il n’existe à ce jour aucune preuve scientifique rigoureuse à ce sujet.

Ces quatre dernières années, nous avons réalisé des recherches sur le café au moyen d’une collaboration bilatérale académie-industrie entre la Vrije Universiteit Brussel (Bruxelles, Belgique) et Nestlé Research (Vers-chez-les-Blanc, Suisse), afin de comprendre le traitement post-récolte du café. Nous évoquerons ici certaines de nos conclusions concernant différentes variétés de café à plusieurs emplacements géographiques. Nous espérons que vous considérerez ces informations aussi pertinentes et palpitantes que nous.

Microbes et Métabolisme

Deux principaux phénomènes ont lieu pendant le traitement post-récolte du café. Il s’agit des activités microbiennes dans l’environnement de traitement et du métabolisme interne des grains de café. Le caractère dynamique du traitement est mis en évidence dans la consommation continue de nutriments et la production de substances par les micro-organismes, ainsi que le remaniement constant du profil métabolomique des graines (c’est-à-dire, un profil de concentration de nombreuses substances différentes dans les grains de café). Leur complexité tient dans les nombreuses étapes d’une méthode de traitement et sa dépendance vis à vis de plusieurs facteurs externes tels que la température, la variété de café et le matériel de traitement.

Les micro-organismes sont présent dans pratiquement tous les environnements. Par conséquent, ils sont également présents dans l’écosystème de traitement du café. Étant donné qu’ils jouent un rôle essentiel dans la production d’autres aliments fermentés (voir « Saveur de fermentation »), il n’est pas surprenant que les micro-organismes assument également des rôles fonctionnels importants pendant le traitement du café. Les micro-organismes sont déjà présents sur la surface de la cerise de café avant même que le traitement ne commence : à mesure que le traitement avance, ces micro-organismes (particulièrement les bactéries lactiques) se développent grâce aux matières végétales riches en nutriments, telles que la pulpe et / ou le mucilage, qui se libèrent dans l’environnement de fermentation. À mesure qu’ils croissent, les micro-organismes produisent des métabolites à partir de ces nutriments et s’accumulent dans l’environnement de traitement. Les microbiologistes appellent ce processus la fermentation. La bonne nouvelle est que la fermentation a lieu dans différentes parties de l’écosystème du café au cours du traitement à sec et humide. Pendant le traitement humide, la fermentation se produit dans l’eau de traitement. Pendant le traitement à sec, la fermentation a lieu sur les couches extérieures de séchage des cerises. Curieusement, certains des métabolites produits au cours de la fermentation restent sur la surface des grains, et peuvent même survivre à l’ensemble du processus. De ce fait, ils persistent sur les grains de café vert comme une signature microbienne. On a appelé ce phénomène l’effet de la fermentation.

Figure 1: Our multiphasic approach decoding the journey of coffee from cherry to cup, including metabolomic (top) and microbiological (bottom) approaches to unravel the coffee processing ecosystem, as well as the sensory evaluations of the brewed cup. For full results, see relevant research papers.

Figure 1 : Notre approche multiphasique consistant à décoder le parcours du café allant de la cerise à la tasse, y compris les approches métabolomique (haut) et microbiologique (bas) visant à comprendre l’écosystème de traitement du café, ainsi que les évaluations sensorielles de la tasse de café moulu. Pour obtenir les résultats complets, veuillez consulter les documents de recherche pertinents.

En parallèle, le grain de café est également une entité vivante qui interagit avec son environnement et réagit à ce dernier. Comme tout autre organisme vivant, il sera donc métaboliquement actif pendant toute la durée du processus. Les grains de café sont considérés comme des graines intermédiaires, qui leur permettent de réagir à différents facteurs externes de stress environnemental même en cas de faible teneur en humidité et de changer leur composition métabolique en conséquence (composée de l’ensemble des hydrates de carbone, acides aminés et acides organiques présents au sein de la graine). Les deux facteurs de stress dominants  tout au long de la chaîne de traitement sont l’hypoxie, également appelée manque d’oxygène, pendant l’immersion sous l’eau et le « stress de sécheresse » (manque d’eau) pendant le séchage. Au cours du traitement humide, les grains souffrent à la fois d’hypoxie et de stress de sécheresse. Au cours du traitement à sec, les grains souffrent de stress de sécheresse pendant une longue durée. Ces différences contribuent à expliquer la distinction entre un café lavé et un café naturel. Par conséquent, lorsque nous parlons de l’impact du traitement du café sur la saveur, nous ne parlons pas seulement de la création de « saveurs fermentées » que l’on trouve à l’extérieur des grains traités, mais également des changements importants qui affectent la composition métabolique du grain de café lui-même.

Les différents processus accumulent différentes concentrations de métabolites

Dans différentes conditions de traitement, la microbiologie et le métabolisme des graines affectent les profils métaboliques des grains de café ainsi que la qualité de la tasse de café. Dans le présent document, nous parlons brièvement de l’impact de trois paramètres spécifiques du traitement humide qui ont fait l’objet d’études approfondies : la durée de la fermentation, si les cerises ont subi un procédé de démucilage mécanique et si les grains ont été trempés après la fermentation et le lavage. Cependant, avant de commencer, il est important de définir clairement certains termes utilisés lors du traitement.

Au cours du traitement humide de base, on retire la pulpe des cerises de café (dépulpage) et on l’immerge dans l’eau (fermentation). Après cela, le réservoir de fermentation est drainé, et les grains fermentés sont nettoyés avec de l’eau afin de retirer le mucilage restant (lavage). Parfois, les grains lavés sont ensuite trempés dans le réservoir ou dans des seaux distincts avec de l’eau propre (trempage). Après le lavage ou le trempage, les grains sont séchés lors de l’étape de séchage. Il existe une méthode différente de la fermentation classique qui consiste à retirer le mucilage à l’aide d’un procédé mécanique au moyen d’un démucilageur (deux tambours rotatifs pressent les grains afin de racler une grande partie du mucilage), que nous définissons comme le processus de démucilage.

La durée de la fermentation a un impact important sur la qualité du café. Alors que l’on estime communément qu’une longue fermentation diminue la qualité du café et entraîne des grains puants ou acides, elle peut également avoir des effets positifs voire bénéfiques à condition que les pratiques agricoles soient scrupuleusement contrôlées. Dans des conditions hygiéniques de traitement (en particulier pour le réservoir de fermentation et le canal de lavage), une plus longue fermentation a laissé davantage de temps aux activités microbiennes bénéfiques et a entraîné des conséquences positives pour les grains fermentés. Ces conséquences en matière de fermentation perdurent pour les grains de café vert, comme en témoignent les concentrations plus élevées de métabolites microbiens (par ex. : acide lactique et mannitol) et les intensités plus élevées des composés organiques volatils des fruits ou des fleurs. Nous avons constaté d’autres faits en matière de microbiologie. Une longue fermentation a renforcé le rôle de l’hypoxie au moyen d’un métabolisme endogène du grain, ce qui a affecté les concentrations d’hydrates de carbone simples (par ex. : glucose et fructose), d’acides aminés (par ex. : acide aspartique et alanine) et d’acides organiques (par ex. : acide succinique). Les composés énumérés se veulent les précurseurs d’un ensemble de réactions chimiques au cours de la torréfaction, en particulier la réaction de Maillard, et ils génèrent une saveur de café signature. En raison de la modification de l’abondance de ces précurseurs de saveur dans les grains de café vert, une plus longue fermentation a permis d’améliorer les notes fruitées présentes dans la tassé de café.

L’utilisation de grains démucilagés au lieu de grains dépulpés pour la fermentation, pendant le traitement humide du café, est un sujet controversé. Étant une alternative plus écologique que la fermentation classique, l’utilisation d’un démucilageur peut permettre d’économiser l’eau fraîche utilisée pendant la fermentation et réduit la durée du traitement. Pourtant, son impact sur la qualité sensorielle reste approximatif. Notre travail nous a permis de conclure que la présence de mucilage sur les grains dépulpés a augmenté la densité en nutriments de l’eau de fermentation pour l’étude des microbes. C’est pourquoi les conséquences de la fermentation ont été plus importantes pour l’eau et les grains par rapport au processus de démucilage. En effet, les grains de café vert issus du processus de dépulpage ont conservé davantage de métabolites microbiens et ont présenté des profiles phénoliques et d’acides aminés différents de ceux du processus de démucilage. Par conséquent, la qualité des tasses de cafés préparées à partir de ces deux processus a présenté de légères différences concernant le caractère fruité et floral.

Contrairement aux facteurs mentionnés ci-dessus, le lavage et le trempage ont réduit les conséquences de la fermentation. En l’absence de trempage ou en cas de lavage rapide, les métabolites accumulés au cours de la fermentation restaient davantage sur les grains de café vert et amélioraient les scores de la dégustation. Cependant, si pour une raison quelconque la fermentation ne se passe pas bien, le trempage pourrait aider à se débarrasser de l’accumulation indésirable de métabolites lors de la fermentation, puis permettrait de contrôler les mauvais arômes présents dans le café.

La variété de café comme une variable de la fermentation

Différentes variétés de café présenteront une variabilité de la composition des métabolites du mucilage et de la pulpe de leurs cerises de café. Considéré comme le principal fournisseur de nutriments pour les microorganismes, les différences dans la composition du mucilage de différentes variétés de café ont également un impact sur la portée des conséquences de la fermentation. Par exemple, nous avons constaté que les cerises du café Typica que nous consommions en Amérique latine présentaient une couche de mésocarpe juteuse davantage riche en nutriments que celle de la variété Catimor que l’on trouve en Asie. Associé à des facteurs externes tels que la température ambiante locale, nous avons constaté qu’il affecte les profils du pH, la dynamique de la communauté microbienne et la composition des métabolites au cours de la fermentation. Par conséquent, il est important de prendre en compte la variété de café lorsque nous évaluons les impacts potentiels des méthodes de traitement.

Figure 2: Coffee post-harvest processing consists of several dynamic and intertwined activities, mainly microbial activities and endogenous bean metabolism (left). Switching the processing methods or changing the processing parameters could change the (green) coffee bean composition and the sensory profile of the brewed cup. The extent of their impacts on coffee quality depended on the parameter altered and the processing conditions (right).

Figure 2 : Le traitement post-récolte du café consiste en plusieurs activités dynamiques étroitement liées, principalement des activités microbiennes et le métabolisme endogène du grain (gauche).  Changer de méthode ou paramètres de traitement pourrait modifier la composition des grains de café (vert) et le profil sensoriel de la tasse de café moulu. L’étendue de leurs impacts sur la qualité du café dépend du paramètre modifié et des conditions de traitement (droite).

Nous considérons que cette diversité fait la force du café, car cela signifie qu’il existe de nombreuses versions des facteurs ci-dessus qui n’ont pas été explorées et que cette diversité de la chaîne de valeur du café met en commun la technique et la science. Nous sommes convaincus que certains des résultats donneront naissance à une excellente tasse de café.

SOPHIA JIYUAN ZHANG, chimiste et passionnée de café, a travaillé dans de nombreuses plantations de café dans le monde entier afin de comprendre le lien entre le traitement et la qualité du café. FLORAC DE BRUYN est un microbiologiste très intéressé par la fermentation spontanée des aliments, qui a axé son doctorat sur l’écosystème microbien de la fermentation du café. Actuellement, ils travaillent tous les deux pour Nestlé Research en Suisse.

Lecture complémentaire

Des documents de recherche pertinents ont été publiés dans : De Bruyn, F*., Zhang, S.J.*, Pothakos, V.*, Torres, J., Lambot, C., Moroni, A.V., De Vuyst, L. (2017). Explorer les impacts du traitement post-récolte des profils microbiotes et métabolites pendant la production de grains de café vert. Applied and Environmental Microbiology 83, e02398-16.

Zhang, S.J.*, De Bruyn, F.*, Pothakos, V.*, Falconi, C., Torres, J., Moccand, C., Weckx, S., De Vuyst, L. (2019). Parcours de la production de café allant des cerises à la tasse : analyse microbiologique et métabolomique du traitement humide du Coffea arabica. Applied and Environmental Microbiology 85, e02635-18.

* contribution égale

Saveur de fermentation

Les microorganismes jouent un rôle essentiel dans la vie des aliments fermentés que nous connaissons et adorons.

Choucroute

Des groupes bactériens de leuconostoques et lactobacilles acidifient le chou blanc, clin d’œil à l’acidité signature, et garantissent une consommation sûre.

Yaourt

Des espèces bactériennes de lactobacilles et streptocoques jouent un rôle important dans la création de la texture onctueuse et crémeuse et de l’acidité rafraichissante.

Bière

La levure permet de produire l’alcool et les arômes fruités/floraux, ce qui fait de la bière un produit apte à la consommation.

Fromage à pâte molle

Des espèces bactériennes de lactocoques aideront à créer un intérieur moelleux et crémeux. À côté de cela, la moisissure donnera naissance à une croûte blanche fleurie sur la surface.

Pour en savoir plus sur la fermentation du fromage, veuillez consulter “Fermenting a Farming System” par Bronwen Percival dans la Question 2 sur 25.

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