รู้ลึกศัพท์ Coffee Fermentation สมัยใหม่ (ฉบับปรีดา) ตอน 2

Coffee Microbiota : จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในนิเวศน์ของการปลูกกาแฟ

จุลินทรีย์ในกาแฟมีด้วยกัน 3 ตัวคือ แบคทีเรีย ยีสต์ และรา (ส่วนไวรัสนั้นไม่มีผลต่อการเน่าเสียอะไร)

‘แบคทีเรีย’ มีขนาดเล็กที่สุดเมื่อเทียบกับอีก 2 ชนิด ต้องส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์กำลังขยายประมาณ 1000 เท่า อาศัยและทำงานในสภาพความชื้นสูงๆหรือพื้นที่เปียกแฉะ ในอุณหภูมิอบอุ่น แบคทีเรียสามารถแบ่งเซลล์เพื่อเพิ่มจำนวนเป็นเท่าตัวได้ทุกๆ 15-20 นาที แบคทีเรียมีส่วนช่วยให้เกิดการหมัก (Fermentation) เพื่อย่อยสลายเมือกกาแฟก่อนจะนำกาแฟขึ้นตาก บางชนิดก็ให้ผลการหมักที่คุณภาพดีได้ แต่ในทางกลับกันพวกเขาก็สามารถทำให้เกิดการเน่าเสียได้ถ้าเราไม่ควบคุมกลไกการหมักให้เหมาะสม

‘ยีสต์’ มีขนาดใหญ่กว่าแบคทีเรีย แบ่งเซลล์เพิ่มจำนวนช้ากว่านิดหน่อย คือเพิ่มขึ้นจำนวนเท่าตัวทุกๆ  30 นาที เราจะสามารถมองเห็นกลุ่มยีสต์ปรากฏในเครื่องดื่มพวกเบียร์ ขนมปัง หรือกาแฟเชอรี่ในลักษณะเหมือนผงแป้งสีขาวๆหรืออาจเป็นฟิล์มฝ้าที่ผิวหน้าของอาหารหรือเครื่องดื่ม ลำพังเฉพาะยีสต์เซลล์เดี่ยวๆนั้นเราจะไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ จะเห็นก็ต่อเมื่อมีจำนวนประชากรยีสต์มากพอ

เรามักพบว่าสภาพแวดล้อมไหนที่เหมาะกับการเจริญของยีสต์ก็จะไม่ค่อยเหมาะกับแบคทีเรีย ซึ่งจุดนี้อาจจะเป็นประโยชน์ต่อนักโปรเสสกาแฟในการเลือก condition ที่เหมาะสมเพื่อกำหนดโปรไฟล์ของกลิ่นรสของกาแฟที่ต้องการได้

เมื่อยีสต์ย่อยเมือกกาแฟด้วยกระบวนการ fermentation จะให้สารกลุ่ม aldehydes และ ketones จำนวนมากซึ่งให้รสชาติในกลุ่มที่เรียกว่า fruity flavor แต่อย่างไรก็ตาม หากปล่อยให้กระบวนการ fermentation เกิดนานเกินไป กลิ่นรสเหล่านี้ก็จะเปลี่ยนไปกลายเป็นน้ำส้มสายชู (vinegar) และรสชาติไม่พึงประสงค์อื่นๆแทน

‘รา’ (mould หรือ fungi) เป็นจุลินทรีย์ขนาดใหญ่ที่สุดในกลุ่ม เราจะคุ้นกับใยปุยฟูๆเหมือนสำลีสีขาวที่เกิดบนผิวผลไม้หรือขนมปังหมดอายุซึ่งพอเวลาผ่านไปอีกสักสองสามวัน เจ้าปุยสีขาวก็อาจจะเปลี่ยนเป็นสีดำ น้ำเงิน เขียวหรือโทนเหลือง-แดง ก็มี ราจะผลิตสปอร์เป็นละอองขนาดเล็กที่สามารถลอยไปตามอากาศได้ไกลมากๆ แต่เมื่อราตกลงบนแหล่งเติบโต จะต้องใช้เวลา 3-4 วันในการงอก โต และเพิ่มจำนวน  ซึ่งหมายความว่า หากที่ไหนมีแบคทีเรียหรือยีสต์เป็นจำนวนมากอยู่แล้วก็เป็นการยากที่ราจะเจริญแข่งได้ คือราก็อาจจะมีจำนวนอยู่เท่าเดิมเพียงแต่เรามองไม่เห็นเท่านั้นเอง

จุลินทรีย์อยู่ในทุกหนแห่งรอบตัวเรา รวมทั้งในผลกาแฟ ใบกาแฟ ในดิน และในอากาศ สิ่งที่เราต้องควบคุมคือปริมาณจุลินทรีย์เริ่มต้นและสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการเจริญ (เพิ่มจำนวน) ของจุลินทรีย์ที่สนใจ ...ทำยังไงให้จุลินทรีย์ที่ดีทำงานในขณะที่จุลินทรีย์ไม่ดีมีจำนวนเริ่มต้นน้อยและทำงานได้ยาก

Natural Fermentation หรือ Spontaneous Fermentation : การหมักโดยธรรมชาติที่เกิดโดยจุลินทรีย์ในพื้นที่ปลูก

โดยปกติแล้ว ผลกาแฟทั้งหลายจะเกิดกระบวนการหมักขึ้นได้เองอยู่แล้วโดยอาศัยจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในผล ใบ ดิน อากาศและสิ่งแวดล้อม (microbiota)  กาแฟที่ถูกเก็บเกี่ยวมีจุลินทรีย์อยู่หลากหลายชนิดขึ้นกับสภาพของดิน อากาศ ความชื้น สายพันธุ์และการจัดการแปลงปลูก ดังนั้นสิ่งแวดล้อม, จุลินทรีย์ในพื้นที่และเทคนิคการทำงานของจึงเป็นตัวกำหนดการเกิด fermentation ในระหว่างการแปรรูป

เมล็ดกาแฟมีสารอาหารสำหรับการเจริญของแบคทีเรีย ยีสต์และรา โดยเป็นแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจนที่จุลินทรีย์ใช้ในการสร้างพลังงานผ่านกระบวนการหมัก (fermentation) ซึ่งสารอาหารในกาแฟทั้งหลายที่อยู่ในรูป pectin, น้ำตาลรีดิวซ์ (reducing sugar), sucrose, แป้ง, oil, โปรตีน,กรดและคาเฟอีน คือวัตถุดิบที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีเหล่านั้น

การเกิดชีวเคมีในระหว่างการหมักไม่ได้จำกัดเพียงการนำ Glucose ไปสร้าง Lactic Acid หรือ Ethanol เท่านั้น แต่ยังช่วยสลาย Polysaccharide และสร้างกรดต่างๆ เพิ่มหรือลดสารประกอบ Phenolic เพิ่มหรือลดปริมาณคาเฟอีน ฯลฯ ซึ่งสารที่เปลี่ยนแปลงเหล่านี้ก็จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของสารกาแฟ (Green Bean) ก่อนจะนำไปคั่วโดยนักคั่วต่อไป

โดยส่วนใหญ่ผู้ผลิตมักจะเลือกเทคนิคหมักแบบ Wet process เพราะสามารถตากกาแฟให้แห้งได้เร็วจึงลดความเสี่ยงต่อปัญหาการขึ้นราหรือ over fermentation ในระหว่างตาก ส่วนการทำ Dry process นั้นสามารถสร้างกลิ่นรสที่ซับซ้อนและบอดี้ที่มากกว่าแต่ก็มีความเสี่ยงของการเกิด Phenolic fermentation ซึ่งเป็นผลของรสชาติทางด้านลบอันเนื่องจากการตากที่อาจใช้เวลายาวนานเกินไป ดังนั้นการจะทำ Dry process ที่ให้คุณภาพดีจึงต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับการตากที่เหมาะสม

คุณภาพของกาแฟเกี่ยวพันกับองค์ประกอบทางเคมีตั้งต้นหลายชนิด อาทิเช่น น้ำตาล, กรด, สารประกอบ , คาเฟอีน สารประกอบ volatile, ไขมัน, โปรตีน และเอนไซม์บางชนิด ซึ่งล้วนเป็นปัจจัยกำหนดคาแรคเตอร์ของกลิ่นรสทั้งสิ้น สารประกอบเหล่านี้จะมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการแปรรูปและเส้นทางการหมักที่ผู้ผลิตเลือกใช้หลังการเก็บเกี่ยว มีการประเมินว่าคุณสมบัติทางกลิ่นรสของกาแฟนั้น 40% เป็นผลจากช่วงเวลาก่อนเก็บเกี่ยว (สายพันธุ์ ภูมิอากาศ คุณภาพดิน การดูแลแปลง)  ส่วนอีก 60% ถูกกำหนดในช่วงเวลาหลังการเก็บเกี่ยว (การเก็บเกี่ยว การหมัก-ตาก การเก็บรักษา)

Fermentation with Cultures Starters :การหมักโดยการเติมจุลินทรีย์เฉพาะ

ในปัจจุบันเริ่มมีความนิยมหมักกาแฟโดยการเติมจุลินทรีย์เนื่องจากมีข้อดีหลายประการได้แก่

1.       กำหนดปริมาณจุลินทรีย์เริ่มต้นได้แม่นยำ ทำให้สามารถควบคุมทิศทางและอัตราการเกิด fermentation ได้

2.       ได้กลิ่นรสที่มีคาแรคเตอร์ตามต้องการ

3.       สามารถสร้าง value added ของกาแฟได้ด้วยจุลินทรีย์ที่พัฒนามาแล้วและให้กลิ่นรสดีกว่า

4.       ควบคุมคุณภาพการผลิตกาแฟจำนวนมากได้คงที่ใกล้เคียงกันทุกล็อต

 โดยทั่วไปแล้ว การเลือกทำเลในการโปรเสสเป็นการกำหนดปัจจัยพื้นฐานโดยรวมของการหมักคือ อุณหภูมิ และชนิดของจุลินทรีย์หลักที่มีในพื้นที่นั้น แต่การเลือกชนิดของจุลินทรีย์แล้วนำมาใส่ลงตั้งแต่ขั้นตอนการหมักจะเป็นวิธีพิเศษที่ช่วยให้เกิดการหมักที่มีคาแรคเตอร์ตามต้องการจริงๆโดยลดอิทธิพลของจุลินทรีย์ในท้องถิ่นที่มีต่อการหมักลง

นอกจากนี้ยังมีการศึกษาพบว่าการเติมจุลินทรีย์เฉพาะเช่นนี้ยังสามารถช่วยลดการปนเปื้อนของเชื้อรา (Fungi Contamination) คือเชื้อราไม่สามารถเจริญได้ง่ายถ้าหากมีจุลินทรีย์ที่ให้ประโยชน์และแข็งแรงเจริญอยู่มากๆ ซึ่งส่งผลเป็นความปลอดภัยต่อสารก่อมะเร็งที่ผลิตโดยเชื้อรา และมาตรฐานในกลิ่นรสของกาแฟ

จุลินทรีย์ที่ผู้ผลิตนิยมเลือกนำมาใช้เติม (Starter Culture) ได้แก่ ยีสต์กลุ่ม Saccharomyces cerevisiae และ Lactic Acid Bacterias (LAB) ทั้งนี้จากการวิจัยพบว่าในระหว่าง fermentation จะเกิดการก่อตัวของสารระเหยให้กลิ่นหลากหลายชนิดที่กลายเป็น Aroma Precursur ในสารกาแฟ คาแรคเตอร์สำคัญๆทั้ง aroma, body, taste, และ acidity สามารถพัฒนาขึ้นได้โดยการหมักแบบเติมจุลินทรีย์

การควบคุมปัจจัยต่างๆในระหว่าง fermentation จะส่งผลต่อการเจริญของจุลินทรีย์และทิศทางของ metabolism เครื่องมือที่ใช้ควบคุมการหมักที่ทำกันโดยทั่วไปได้แก่ การตรวจวัดค่าความเป็นกรด (pH) , เปอร์เซ็นต์แอลกอฮอล์, ชนิดของจุลินทรีย์, อุณหภูมิการหมัก (ซึ่งอาจเป็นการเลือกพื้นที่ทำเลที่ใช้หมักหรือสร้างห้องควบคุมอุณหภูมิ) และการควบคุมระดับออกซิเจนในถังหมัก เป็นต้น