The potential use of yeast starter cultures to improve the fermentation and quality of coffee during wet processing : selection, implementation and sensorial effects

Orientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa: Curitiba, 14/01/2015

Inclui referências

Área de concentração: Biotecnologia agroalimentar

Resumo: Durante o processamento via úmida de café os frutos são despolpados e as sementes são submetidas ao processo de fermentação para a retirada do restante da mucilagem aderida ao pergaminho. A fermentação é uma etapa crítica no processamento, devido seu impacto sobre a qualidade final do produto. Este estudo teve como objetivo isolar, selecionar e implementar leveduras para controle e otimização do processo fermentativo de café. Na primeira etapa deste estudo, um total de 144 leveduras foram isoladas e identificadas por métodos moleculares. Pichia fermentans and P. kluyveri foram as espécies dominantes durante o processo, seguido por Candida glabrata, C. quercitrusa, Saccharomyces sp., P. guilliermondii, P. caribbica e Hanseniaspora opuntiae. Uma linhagem da espécie P. fermentans, denominada YC5.2, foi então selecionada devido sua capacidade de (i) resistir as condições de estresse impostas pelo ambiente de fermentação de café, (ii) produzir enzimas pectinolíticas para a aceleração do processo fermentativo e (iii) produzir quantidades significativas de compostos aromáticos (como por exemplo, acetato de etila e acetato de isoamila). Na segunda etapa deste estudo, P. fermentans YC5.2 foi inoculada em condições de campo de fermentação de café e comparada ao processo espontâneo (tratamento controle). Esta levedura mostrou-se apta para dominar o processo fermentativo e aumentou a eficiência do consumo de açúcares da polpa comparado ao tratamento controle. A inoculação da levedura também aumentou a produção de alguns compostos voláteis (como por exemplo, etanol, acetaldeído, acetato de etila e acetato de isoamila) e reduziu a produção de ácido láctico durante o processo fermentativo. Em relação aos grãos obtidos após o processo de torra, os teores de açúcares (glicose e frutose) e ácidos orgânicos (ácidos láctico, acético, cítrico, fumárico e málico) foram estatisticamente semelhantes (p <0,05) em ambos os tratamentos. No entanto, a inoculação provocou um aumento na fração de voláteis oriundos do metabolismo da levedura nos grãos torrados obtidos por este processo. Além disso, a análise sensorial da bebida mostrou que a inoculação produziu um café com características distintas em relação ao tratamento controle, como por exemplo, intensa percepção de sabor de baunilha e notas florais. Em conclusão, o uso de P. fermentans YC5.2 como uma cultura iniciadora para a fermentacão de café mostrou ser uma alternativa viável para melhor controle do processo de fermentação de café visando obter bebidas de sabor diferenciado e com alta qualidade.

Abstract: During wet processing of coffee, the ripe cherries are pulped, then fermented and dried. The fermentation is considered to be a critical step of processing due to its impact on the final quality of the product. This study aimed to isolate, select and implement yeasts in fermentation of coffee beans by the wet method. In the first stage of the study, a total of 144 yeast isolates originating from spontaneously fermenting coffee beans were identified by molecular approaches and screened for their capacity to grow under coffee-associated stress conditions. Pichia fermentans and P. kluyveri were the most frequent isolates, followed by Candida glabrata, C. quercitrusa, Saccharomyces sp., P. guilliermondii, P. caribbica and Hanseniaspora opuntiae. Pichia fermentans YC5.2 strain was selected due to its ability to (i) grow under coffee-associated stress conditions, (ii) produce pectinolytic enzymes and (iii) produce significant amounts of volatile aroma compounds (e.g., ethyl acetate and isoamyl acetate). In the second stage of the study, P. fermentans YC5.2 was inoculated into coffee beans fermentation under field conditions and compared with spontaneous (control) fermentation. This yeast strain prevailed over wild bacteria and yeast populations and increased the efficiency of pulp sugar consumption compared with control. The inoculation also increased the production of specific volatile aroma compounds (e.g., ethanol, acetaldehyde, ethyl acetate, and isoamyl acetate) and decreased the production of lactic acid. In roasted beans, the content of sugars (glucose and fructose) and organic acids (lactic, acetic, citric, fumaric, and malic acids) were statistically (p<0.05) similar for both treatments. However, the inoculated fermentation was shown to influence the volatile fraction of roasted coffee beans by increasing the concentration of yeast-derived metabolites compared to control. Sensory analysis of coffee beverages demonstrated that the use of the YC5.2 strain was favorable for the production of coffee with distinctive sensory profiles, presenting characteristics such as ?vanilla' taste and ?floral' aromas. In conclusion, the use of P. fermentans YC5.5 in wet processing of coffee beans was shown to be a viable alternative for those who seek improved control over the fermentation process and to obtain beverages of distinctive flavor and high quality.