El efecto de la fermentación – 25 Magazine, Issue 10

El efecto de la fermentación – 25 Magazine, Issue 10

EEl viaje del café es complejo y fascinante.

SOPHIA JIYUAN ZHANG y FLORAC DE BRUYN comparten los descubrimientos hechos durante su investigaciones conjunta de cuatro años centrada en la creación de un mejor entendimiento del impacto del procesamiento del café posterior a la cosecha sobre la calidad del café a lo largo de diferentes zonas geográficas.

A medida que recorremos este sendero a través de las semillas, frutos, granos de café verde y granos tostados para, finalmente, llegar a la taza de café, vamos apreciando el esfuerzo que supone cada una de las etapas de la cadena de valor del café completa. No resulta sorprendente comprobar que todas estas etapas están interrelacionadas, y que pueden optimizarse para conseguir un café con una calidad cada vez más alta. La calidad del café se evalúa generalmente a nivel de los granos de café verde y de taza preparada. Dado que los granos de café verde contienen en su interior todos los precursores de los aromas, su calidad está íntimamente relacionada con la calidad final en la taza.

Sin embargo, no podemos ignorar el papel que desempeña el procesado posterior a la cosecha cuando pensamos en mejorar la calidad de un café. El objetivo principal del procesamiento posterior a la cosecha es eliminar las capaz externas de las cerezas de café y transformar sus semillas en un portador deshidratado y estable de precursores de aroma, por ejemplo, café verde. Los métodos más comunes para lograrlo son el procesado húmedo y el procesado seco, cuya historia puede seguirse hasta el mismo nacimiento de la industria del café. Durante este tiempo, también han ido ganando popularidad muchos métodos híbridos o novedosos en las regiones productoras de café, como el ampliamente conocido método de despulpado honey o la vanguardista fermentación anaeróbica (es decir, con limitación o ausencia de oxígeno durante la fermentación). En estos últimos años, muchos productores han asumido el mando a la hora de innovar en el procesado del café, experimentando con diferentes métodos en las regiones más productoras. Esto ha generado una gran cantidad de datos empíricos respecto a la influencia de los métodos de procesado y los parámetros específicos de procesado sobre la calidad del café. Sin embargo, aún no se han descubierto pruebas científicas determinantes que respalden dichos métodos.

Durante los últimos cuatro años, hemos estado trabajando sobre el café a través de una colaboración de investigación bilateral industrial/académica entre la Vrije Universiteit Brussel (Bruselas, Bélgica) y Nestlé Research (Vers-chez-les-Blanc, Suiza), en un esfuerzo por lograr comprender el procesado del café posterior a la cosecha. Llegados a este punto, vamos a destacar algunos de los descubrimientos hechos durante la investigación con diferentes variedades de café en distintas zonas geográficas. Esperamos que les resulte tan esclarecedor y emocionante como lo fue para nosotros durante nuestro viaje.

Microbios y metabolismo

Durante el procesado posterior a la cosecha tienen lugar dos fenómenos principales: las actividades microbianas en el entorno del procesado y el metabolismo interno de las semillas en los granos del café. El carácter dinámico del procesado se ve acentuado por el continuo consumo de nutrientes y por la producción de sustancias por parte de los microorganismos, además de una constante redistribución del propio perfil metabólico de las semillas (por ejemplo, un perfil de concentraciones de muchas sustancias diferentes dentro de los granos). La complejidad radica en las múltiples etapas dentro de un mismo método de procesado, y en su independencia respecto a diferentes factores externos, como la temperatura, la variedad del café y el equipo para el procesado.

Los microorganismos están presentes en virtualmente cualquier entorno, y por tanto también en el ecosistema de procesado del café. Puesto que desempeñan un papel fundamental en la producción de otros alimentos fermentados (consulte «Fermenting Flavor»), quizá no resulte tan sorprendente que los microorganismos también desempeñen un papel funcional importante durante el procesado del café. Los microorganismos ya están presentes en la superficie de la cereza del café antes incluso de que comience el procesado: a medida que el procesado va avanzando, estos microorganismos (especialmente las bacterias del ácido láctico) crecen en el material nutriente de las plantas, como la pulpa y/o el mucílago, que se libera en el entorno de la fermentación. Mientras crecen, los microorganismos producen metabolitos a partir de estos nutrientes de las plantas, y se acumulan en el entorno del procesado. A esto es a lo que los microbiólogos llaman fermentación. Para nuestro deleite, descubrimos que la fermentación tiene lugar en diferentes partes del ecosistema del café durante el procesado en húmedo y en seco. Durante el procesado en húmedo, la fermentación se produce en el agua de procesado, mientras que en el procesado en seco la fermentación tiene lugar en las capas externas secas de las cerezas. Curiosamente, algunos de los metabolitos producidos durante la fermentación permanecen en la superficie de los granos, e incluso pueden sobrevivir al proceso completo. Persisten como tales en los granos de café verde como una característica microbiana. A este fenómeno lo llamamos el efecto de la fermentación.

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.

Figura 1: Nuestro enfoque multifásico tienen intención de decodificar el viaje del café desde la cereza hasta la taza, incluyendo los enfoques metabolómico (superior) y mocrobiológico (inferior), para desentrañar el ecosistema del procesado del café, además de las evaluaciones sensoriales de la taza preparada. Para conocer los resultados completos, consulte los documentos relevantes de la investigación.

Simultáneamente, el grano de café también es una entidad viviente que interacciona con su entorno y reacciona ante él. Como cualquier organismo vivo, permanecerá metabólicamente activo durante el procesado. Los granos de café se consideran semillas intermedias, lo que les permite reaccionar ante diferentes factores de estrés ambiental exteriores incluso con bajo contenido en humedad, y cambiar su composición de metabolitos consiguientemente (formada por la suma dinámica de todos los hidratos de carbono, aminoácidos y ácidos orgánicos que hay dentro de la semilla). Los dos factores estresantes dominantes a lo largo de la cadena de procesado son la hipoxia (falta de oxígeno) durante la inmersión en agua, y el «estrés por sequía» (falta de agua) durante el secado. Durante el procesado en húmedo, los granos experimentan tanto hipoxia como estrés por sequía, mientras que, durante el procesado en seco, los granos se someten a un estrés por sequía prolongado. También existen aquellas diferencias que contribuyen a distinguir entre una café lavado y uno natural. Por tanto, cuando hablamos del impacto del procesado del café sobre su aroma, no solo estamos hablando de la creación de «aromas fermentados» que existen en el exterior de los granos procesados, sino que también estamos hablando de cambios fundamentales en la composición metabólica del propio grano de café.

Diferentes procesos hacen que se acumulen diferentes concentraciones de metabolitos

Bajo diferentes condiciones de procesado, tanto la microbiología como el metabolismo de las semillas afectan a los perfiles metabolómicos de los granos de café y, en último término, a la calidad en la taza. En este estudio, consideramos brevemente el impacto de tres parámetros específicos del procesamiento en húmedo que hemos estudiado de forma exhaustiva: durante cuánto tiempo ha tenido lugar la fermentación, si se ha eliminado el mucílago de las cerezas mecánicamente y si los granos fueron o no remojados después de la fermentación y el lavado. Sin embargo, antes de comenzar, resultará útil definir claramente algunos términos que se emplean en el procesado.

Durante un procesado en húmedo básico, se retira la pulpa de las cerezas de café frescas (despulpado) y se sumergen en agua (fermentación). Posteriormente, se drena el tanque de fermentación, y los granos fermentados se limpian con agua para eliminar cualquier resto de mucílago (lavado). A veces, estos granos lavados se vuelven a sumergir en el tanque o en cubos independientes con agua limpia (remojado). Después del lavado o el remojado, los granos se secan durante una etapa de secado. Una variación de la fermentación clásica es eliminar el mucílago mecánicamente mediante un desmucilador (donde dos tambores giratorios exprimen los granos para extraer una gran parte del mucílago mecánicamente), a lo que denominaremos proceso de desmucilado.

La duración de la fermentación tiene un impacto considerable en la calidad el café. Descubrimos que, mientras que suele creerse que una fermentación larga reduce la calidad del café generando malos olores o granos ácidos, también puede presentar efectos positivos e incluso deseables, siempre y cuando se mantengan unas prácticas perfectamente controladas. Bajo unas condiciones de procesado higiénicas (en particular en el tanque de fermentación y en el canal de lavado), una fermentación más duradera permitía disponer de más tiempo para que se desplegasen las actividades microbianas deseables, dando como resultado un mayor efecto de fermentación en los granos. Este efecto de fermentación persistía en los granos de café verde, como se refleja en las mayores concentraciones de metabolitos microbianos (por ejemplo, ácido láctico y manitol) y en las mayores intensidades de los componentes volátiles orgánicos volátiles florales o frutales. En la otra cara de la microbiología, una duración elevada de la fermentación potenciaba el papel de la hipoxia a través del metabolismo endógeno de los granos, afectando a las concentraciones de hidratos de carbono simples (p.ej. glucosa y fructosa), aminoácidos (p.ej. ácido aspártico y alanina) y ácidos orgánicos (p.ej. ácido succinico). Estos compuestos mencionados pueden actuar como precursores principales en una serie de reacciones químicas durante la tostación, especialmente la reacción de Maillard, generando un aroma característico en el café. Con la modificación de la abundancia de estos precursores de aromas en los granos verdes, una fermentación más prolongada dio como resultado un aumento de las notas afrutadas en la taza.

El uso de granos demucilados en lugar de despulpados como material de partida para la fermentación durante el procesado en húmedo del café ha sido motivo de controversia. Como alternativa más ecológica a la fermentación clásica, el uso de un demucilador puede suponer un ahorro en agua fresca empleada durante la fermentación, y reduce el tiempo de fermentación, mientras que su impacto en la calidad sensorial se mantiene imperceptible. Nuestro trabajo demostró que la presencia de mucílago en los granos despulpados aumentaba la densidad de los nutrientes de los que se alimentaban los microbios en el agua de fermentación. Ese es el motivo por el que el efecto de la fermentación en el agua y en los granos era más intenso comparado con un proceso de fermentación con demucilación. Esto dio como resultado que los granos de café verde procedentes del proceso despulpado retuviesen más metabolitos microbianos, difiriendo en aminoácidos y perfiles fenólicos en comparación con el proceso con demucilación. Como resultado de ello, la calidad en la taza derivada de estos dos procesos mostró unas diferencias sutiles en sus intensidades florales y frutales.

En contraste con los factores anteriormente mencionados, la aplicación del lavado y el remojado redujo el efecto de la fermentación. Con la ausencia del remojado o incluso con una reducida cantidad de lavado, los preciosos metabolitos acumulados durante la fermentación eran retenidos en los granos de café verde en mayor medida, mejorando la puntuación de cata. Sin embargo, si por alguna razón la fermentación no transcurre correctamente, el remojado puede servir de ayuda para deshacernos de algunos de los metabolitos no deseados acumulados durante la fermentación, proporcionando un medio para controlar los aromas no deseados en el café.

La variedad del café como una variable en la fermentación

Las diferentes variedades de café mostrarán una variabilidad en la composición de los metabolitos del mucílago y la pulpa de las cerezas frescas del café. Como principal proveedor de nutrientes para los microorganismos, las diferencias de composición en el mucílago entre las diferentes variedades del café también tienen impacto sobre el grado de fermentación alcanzado. Por ejemplo, descubrimos que las cerezas del café Típica que utilizamos en Latinoamérica tenían una jugosa capa de mesocarpio que era más rica en nutrientes que las de Catimor procedentes de Asia. En combinación con los factores externos, como la temperatura ambiente local, descubrimos que esto afectaba a los perfiles de pH, a la dinámica de la comunidad microbiana y a la composición de los metabolitos durante la fermentación. Por tanto, es importante tener en cuenta la variedad del café a la hora de evaluar los posibles impactos sobre las prácticas del procesado.

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).

Figura 2: El procesado posterior a la cosecha consta de diferentes actividades dinámicas y entrelazadas, principalmente actividades microbianas y metabolismo endógeno de los granos (izquierda). Cambiando los métodos de procesado o modificando los parámetros de procesado pudimos cambiar la composición del grano de café (verde) y el perfil sensorial de la taza preparada. El alcance de los impactos en la calidad del café dependía del parámetro modificado y de las condiciones de procesado (derecha).

Creemos que en esta diversidad reside la fuerza del café, porque significa que hay una gran cantidad de permutaciones de los factores descritos que aún no han sido exploradas, y esta diversidad dentro de la cadena de valor del café sirve para relacionar artesanía y ciencia. Seguimos estando convencidos de que algunas de las conclusiones extraídas nos llevarán a conseguir una extraordinaria taza de café.

SOPHIA JIYUAN ZHANG, química y entusiasta del café, ha trabajado en multitud de plantaciones de café en todo el mundo para poder entender los vínculos que unen el procesado y la calidad del café. FLORAC DE BRUYN es microbiólogo y tiene un gran interés en la fermentación espontánea de los alimentos, centrándose en el ecosistema microbiano de la fermentación del café para la realización de su tesis doctoral. Ambos trabajan actualmente para Nestlé Research en Suiza.

Lecturas complementarias

Se han publicado otros artículos de investigación relevantes en: De Bruyn, F*., Zhang, S.J.*, Pothakos, V.*, Torres, J., Lambot, C., Moroni, A.V., De Vuyst, L. (2017). Exploring the impacts of post-harvest processing on the microbiota and metabolite profiles during green coffee bean production. 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). Following coffee production from cherries to cup: microbiological and metabolomic analysis of wet processing of Coffea arabica. Applied and Environmental Microbiology 85, e02635-18.

* contribución igualitaria

El aroma de la fermentación

Los microorganismos desempeñan un papel fundamental en los productos alimentarios fermentados que todos conocemos y adoramos.

Chucrut

Los grupos bacterianos leuconostoc y lactobacilli acidifican el repollo, confiriéndole una agradable acidez característica y haciendo que su consumo sea seguro.

Yogur

Las especies bacterianas de lactobacilli y streptococci desempeñan un papel muy importante en la creación de su textura cremosa y suave y su refrescante acidez.

Cerveza

Las levaduras producen alcohol y aromas afrutados/florales, haciendo que consumir cerveza sea un placer.

Queso de maduración suave

Las especies bacterianas lactococcus crean un interior suave y cremoso. Sobre él, los mohos crean una corteza blanquecina en la superficie.

Obtenga más información sobre la fermentación del queso en “Fermenting a Farming System” by Bronwen Percival en la edición 2 de la revista 25.

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