一种咖啡豆及其发酵方法与流程

1.本发明涉及一种咖啡豆及其发酵方法。


背景技术：

2.咖啡采后加工的环节涉及四个主要步骤，分别是收获、发酵、干燥和筛选，常见的发酵方法有：湿法、干法和半干法。发酵过程是咖啡香气和风味发展的关键过程之一，现有自然发酵工艺主要利用咖啡豆天然带来的微生物种群在不同的条件下进行发酵，带来咖啡豆不同的风味和品质。不同的自然发酵技术在全球的咖啡产地都已非常成熟，但自然发酵往往存在以下几个缺陷：a.发酵周期长，费时费力；b.发酵程度不稳定，品质不一，存在发酵不足或发酵过度现象；c.发酵菌种不可控，曲霉、青霉等真菌易在咖啡浆中生长，产霉菌毒素或一类不良风味物质，从而影响咖啡品质。
3.乳酸菌是咖啡自然湿法发酵过程中的优势微生物种群，其在发酵体系中表现出三方面的重要作用：a.乳酸菌自身的代谢活动产生对风味有益的代谢产物；b.乳酸菌通过相对生长优势以及产酸、产抗真菌活性物质等性能，改变体系的ph、营养物和空间等生化条件，从而抑制部分产不良风味细菌、产毒素真菌的生长，促进酵母菌的生长，影响整个体系的微生物种群结构；c.乳酸菌与其他微生物协同发酵，所产酶系之间相互补充，促进对咖啡浆果中营养底物的利用，且代谢产物之间相互反应，得到更多对风味有益的产物。
4.在咖啡湿法发酵的过程中接种乳酸菌，可利用其特殊的代谢特性，将咖啡豆的营养物通过糖代谢、蛋白质水解以及脂肪代谢等方式，转化为醛类、酮类、醇类、羧酸类、酯类以及芳香类等产物，除了自身特有酶系的作用外，还可以与其他微生物产物相互作用，发生一些非酶促的氧化或还原反应，改变发酵后咖啡生豆的组成成分，即乳酸菌发酵可以影响生豆中的风味前体物质，最终影响咖啡的风味品质，乳酸菌的接种发酵技术具有实现控制发酵、提高发酵一致性、提高咖啡豆风味的巨大潜力。
5.中国专利申请cn110973317a公开了一种发酵咖啡豆及其制备方法，其将咖啡豆、糖源和水混合为发酵原料液，再接入酵母菌和乳酸菌发酵，得到发酵咖啡豆；该方法降低了咖啡因含量，减少了绿原酸的溶出，同时增加了有机酸的种类和含量。该发明需额外添加糖源来调节咖啡豆内含物质，菌种搭配复杂，未明确经该方法发酵的咖啡豆在风味品质上是否提升。


技术实现要素：

6.为解决现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种咖啡豆及其发酵方法，应用乳酸菌发酵以提高咖啡豆品质。通过挑选合适的乳酸菌菌株进行单菌或混合菌接种，进行湿法发酵，有效提高生豆中的糖类、绿原酸及总氨基酸含量，增加有机酸中的苹果酸、乳酸含量，改变生豆中的前体物质，经烘焙后最终影响烘焙豆的风味品质，提高芳香醛类、酯类、硫化物等香气物质含量，改变咖啡豆的非挥发性营养物组成，最终提升咖啡豆的杯测评分。
7.本发明的目的通过下述技术方案实现：
8.一种咖啡豆发酵方法，包括以下步骤：
9.(1)将咖啡去皮浆果浸泡在水中，接种乳酸菌，纱布封口，厌氧发酵36
‑
72h，发酵终点的发酵液ph值为3.35
‑
4.00，得到脱去粘液层的咖啡豆；
10.(2)将步骤(1)所得咖啡豆水洗、干燥、脱壳、烘焙，得到成品咖啡豆；
11.步骤(1)所述的咖啡去皮浆果，是将咖啡鲜果机械或人工去皮，保留咖啡果的粘液层，得到咖啡去皮浆果，作为乳酸菌的营养底物；
12.步骤(1)所述的乳酸菌，使用前先经过活化，发酵体系中所接种的乳酸菌活菌数为107‑
109cfu/g；
13.所述活化包括以下步骤：取适量乳酸菌直投式冻干菌粉接种于mrs肉汤中，在37℃下恒温培养，继代培养两次，单次12
‑
24h，活化总时长24
‑
48h；
14.优选地，所述的乳酸菌由植物乳杆菌l.plantarum 115(lp115)、肠膜明串珠菌l.mesenteroides 57(lm57)或干酪乳杆菌l.casei m(lcm)中的一种以上组成；
15.步骤(1)所述的发酵，优选每隔12h搅拌一次；
16.步骤(1)所述的发酵，发酵温度优选控制在24
‑
28℃；
17.步骤(2)所述水洗为流动水清洗，去除多余残留物，可配合搓洗；
18.步骤(2)所述干燥可以为日晒干燥、自然低温干燥或机械恒温干燥，最终咖啡豆水分含量降至10
‑
12％；
19.步骤(2)所述脱壳包括去除咖啡豆干燥后的外壳和银皮；
20.步骤(2)所述烘焙优选浅中度烘焙，烘焙温度不超过250℃，烘焙总时长控制在10
‑
15min，更能突出乳酸菌接种发酵处理得到的咖啡豆特殊风味。
21.本发明的原理：微生物代谢通过微生物酶系与有机酸的复杂作用，降解代谢咖啡豆粘液层果胶质和其他营养组分，碳水化合物、蛋白质和多酚等大分子物质水解，再经过微生物的代谢和咖啡豆内源性代谢反应产生还原糖、蛋白质、氨基酸和酚类化合物等重要的香气前体物质，这些物质在烘焙过程中通过美拉德、strecker降解、焦糖化等一系列反应形成吡嗪、呋喃、酮类、醛类、酯类等挥发性香气物质，赋予咖啡独特的焙烤香气，除此之外，保留下来的有机酸、酚酸类等物质也能改变咖啡杯测时的酸度、醇厚度等感官属性。因此，接种乳酸菌影响咖啡发酵过程，具有提高咖啡豆风味品质的潜力。
22.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
23.(1)本发明接种乳酸菌发酵，充分利用乳酸菌的代谢特性，利用咖啡粘液层及豆体的营养物，且在液体中进行，创造适合乳酸菌、酵母菌生长的厌氧、酸性条件，并增加菌株与豆体的接触面积，加快发酵进程，有效脱除咖啡豆粘液层，同时改变所得生豆的风味前体物质组成。
24.(2)本发明接种优势数量的乳酸菌，使其能够在发酵体系的微生物种群中占据主导地位，有效抑制有害菌生长，与天然酵母菌在一定程度上协同发酵，提高发酵的可控性。
25.(3)本发明所述方法可改变生豆中的前体物质，有效提高生豆中的糖类、绿原酸及总氨基酸含量，使小分子糖类总量提升30％
‑
200％，绿原酸总量提升30％
‑
50％，总氨基酸含量提升6％
‑
120％，经烘焙后最终提升烘焙豆的风味品质。
26.(4)本发明的接种方法具有灵活性，可以选用单菌接种、混合菌接种，也可以结合
酵母菌混合接种或结合酶制剂使用，操作可控性强，对咖啡豆风味提升效果明显，带来咖啡豆优质的果香、果酸特质。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
28.本发明使用的乳酸菌菌粉具有通用性，实施例中为实验室自制菌种，与一般市售商用菌粉均可通用。实施例中所用菌粉活菌数为植物乳杆菌l.plantarum115(lp115):活菌数6.65
×
10
10
cfu/g；肠膜明串珠菌l.mesenteroides 57(lm57):2.11
×
10
10
cfu/g；干酪乳杆菌l.casei m(lcm):6.34
×
10
10
cfu/g。
29.实施例1
30.一种咖啡豆发酵方法，包括以下步骤：
31.取新鲜采摘经筛选后的咖啡鲜果，进行去皮处理，得到咖啡去皮浆果1.5kg，置于发酵容器中，以豆水比1∶2(m/m)比例加水浸没咖啡浆果，混合均匀，取植物乳杆菌lp115的活化菌种以2.00
×
107cfu/g的接种量加入发酵体系中，搅拌均匀后用纱布密封，于28℃下恒温发酵，每隔12h搅拌和取样一次，监测发酵发酵液ph值和咖啡豆果胶脱落状态。发酵72h后，结束发酵。去除发酵液，清洗咖啡豆，使用流动水冲洗并简单搓洗，后经37℃机械恒温干燥至水分含量达到11.1％，进行脱壳处理，所得咖啡豆采用中度烘焙(250℃烘烤10min)。
32.以自然发酵处理作为空白对照，自然发酵处理以咖啡豆原生菌株作为发酵微生物群，无人工接种菌株，所采用的豆水比、发酵温度、发酵操作方法、干燥方法及烘焙方法均与所在实施例相同。
33.经本实施例处理发酵体系的最终ph为3.35，所得的咖啡烘焙豆具有较高含量的芳香醛类和酯类香气物质，相比自然发酵所得的咖啡豆，分别提升了18.8％和170.4％，该咖啡豆具备柔和的水果和奶油的香气特点，依照scaa国际杯测标准对该咖啡豆进行评分，得到了82.5的高评分。
34.实施例2
35.一种咖啡豆发酵方法，包括以下步骤：
36.取新鲜采摘经筛选后的咖啡鲜果，进行去皮处理，得到咖啡去皮浆果1.0kg，置于发酵容器中，以豆水比1∶2(m/m)比例加水浸没咖啡浆果，混合均匀，取肠膜明串珠菌lm57的活化菌种以2.00
×
107cfu/g的接种量加入发酵体系中，搅拌均匀后用纱布密封，于28℃下恒温发酵，每隔12h搅拌和取样一次，监测发酵发酵液ph值和咖啡豆果胶脱落状态。发酵72h后，结束发酵。去除发酵液，清洗咖啡豆，使用流动水冲洗并简单搓洗，后经37℃机械恒温干燥至水分含量达到10.9％，进行脱壳处理，所得咖啡豆采用中度烘焙(240℃烘烤12min)。
37.经本实施例处理发酵体系的最终ph为3.82，所得的咖啡烘焙豆具有较高含量的吡咯类、芳香醛类、酯类和酸类香气物质，相比自然发酵所得的咖啡豆，分别提升了1412.1％、7.7％、121.2％和1200.1％，该咖啡豆兼备咖啡典型的焙烤香气和层次更为丰富的花香、果香，依照scaa国际杯测标准对该咖啡豆进行评分，得到了81.0的高评分。
38.实施例3
39.一种咖啡豆发酵方法，包括以下步骤：
40.取新鲜采摘经筛选后的咖啡鲜果，进行去皮处理，得到咖啡去皮浆果1.0kg，置于
发酵容器中，以豆水比1∶3(m/m)比例加水浸没咖啡浆果，混合均匀，取干酪乳杆菌lcm的活化菌种以5.00
×
107cfu/g的接种量加入发酵体系中，搅拌均匀后用纱布密封，于28℃下恒温发酵，每隔12h搅拌和取样一次，监测发酵发酵液ph值和咖啡豆果胶脱落状态。发酵72h后，结束发酵。去除发酵液，清洗咖啡豆，使用流动水冲洗并简单搓洗，后经37℃机械恒温干燥至水分含量达到10.1％，进行脱壳处理，所得咖啡豆采用中度烘焙(230℃烘烤15min)。
41.经本实施例处理发酵体系的最终ph为3.78，所得的咖啡烘焙豆具有较高含量的芳香酮类、醛类和酯类香气物质，相比自然发酵所得的咖啡豆，分别提升了112.1％、13.6％和131.4％，该咖啡豆具备清新果香香气，依照scaa国际杯测标准对该咖啡豆进行评分，得到了80.5的高评分。
42.实施例4
43.一种咖啡豆发酵方法，包括以下步骤：
44.取新鲜采摘经筛选后的咖啡鲜果，进行去皮处理，得到咖啡去皮浆果2.0kg，置于发酵容器中，以豆水比1∶2(m/m)比例加水浸没咖啡浆果，混合均匀，以植物乳杆菌lp115∶肠膜明串珠菌lm57＝1∶2的活菌数比例，取活化菌种共3.00
×
107cfu/g的接种量加入发酵体系中，搅拌均匀后用纱布密封，于28℃下恒温发酵，每隔12h搅拌和取样一次，监测发酵发酵液ph值和咖啡豆果胶脱落状态。发酵60h后，结束发酵。去除发酵液，清洗咖啡豆，使用流动水冲洗并简单搓洗，后经37℃机械恒温干燥至水分含量达到11.5％，进行脱壳处理，所得咖啡豆采用中度烘焙(245℃烘烤11min)。
45.经本实施例处理发酵体系的最终ph为3.41，所得的咖啡烘焙豆具有较高含量的吡咯类、醛类、酯类和酸类香气物质，相比自然发酵所得的咖啡豆，分别提升了372.8％、15.6％、139.4％和786.4％，特征香气物质种类丰富，该咖啡豆具备层次丰富的花香、果香香气，依照scaa国际杯测标准对该咖啡豆进行评分，得到了82.0的高评分。
46.本发明中应用乳酸菌进行接种发酵以提高咖啡豆品质，通过在咖啡鲜果脱皮后的湿法发酵阶段接种优势数量的乳酸菌，使发酵过程更为可控，通过乳酸菌特殊的代谢途径和对发酵体系的整体影响，改变发酵后所得的咖啡生豆中的风味前体物质，从而在烘焙后，得到具备特殊风味的更高品质的咖啡烘焙豆。
47.经实际应用表明：经本发明中的方法发酵所得的咖啡生豆中的糖类、酚酸类、有机酸及氨基酸组成和含量均发生显著变化，可使小分子糖类总量提升30％
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200％，酚酸总量提升30％
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50％，总氨基酸含量提升6％
‑
120％，不同有机酸含量变化5％
‑
680％，经过烘培后得到的咖啡烘焙豆，无论在干香、湿香还是风味上，都优于同样条件下未接种的自然发酵处理所得的咖啡烘焙豆，所有实施例中所得的咖啡烘焙豆均获得了以scaa国际杯测标准进行评分的80分以上的高感官评分。
48.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。