CN111264659A - 一种利用土壤微生物的咖啡生豆初加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种利用土壤微生物的咖啡生豆初加工方法，所述方法包括将咖啡果实利用土壤微生物进行厌氧发酵。该方法利用了土壤微生物进行厌氧条件发酵，能够有效地将咖啡果实中果壳外面部分的成分例如糖类物质转化成有助于提高咖啡香气、味道及口感的成分并融入咖啡豆中，提高咖啡豆品质；土壤层中的微生物区别于日常空气中的微生物，能够带来差异化的风味体验。
Description
技术领域
本发明涉及咖啡初加工技术领域，具体涉及一种利用土壤微生物的咖啡生豆初加工方法。
背景技术
咖啡，是用经过烘焙的咖啡豆制作出来的饮料。作为世界三大饮料之一，其与可可、茶同为流行于世界的主要饮品。
用于制作咖啡的咖啡豆是由咖啡生豆烘焙而来，而咖啡生豆是咖啡树的种子，存在于咖啡树的果实中。成熟的果实外皮呈红色，由于形状和颜色与樱桃相似，很多地方称成熟的咖啡树果实为咖啡樱桃(coffee cherry)或咖啡浆果。这种咖啡树果实在鲜红的外果皮下，是内果皮及一种黏黄的果胶质包覆的果壳，果壳内为咖啡生豆。
咖啡浆果成熟时的采摘，通常通过人工采摘或机械采摘来完成。人工采摘就是人工一个一个挑拣成熟的果实采摘，随熟随采；人工采摘成本高，也是一件非常艰辛的工作。机械采摘的优点是效率高，成本相对人工采摘低，但鲜果品质稂莠不齐，给后期的初加工带来了困扰，其过程难免会掺杂杂质，咖啡豆的品质自然没有手工采摘的干净；且机械采摘只适合平原地区，像那些高海拔的优质品种的咖啡果只能人工采摘。对于咖啡园来说，采摘成本可以占到全年总成本的一半。
采收下来的咖啡浆果需要进行进一步的处理，即咖啡生豆初加工，通常有水洗法和日晒法。在水洗法中，将新鲜采收下来的咖啡浆果通过人工或者机械的力量将果皮和含有咖啡豆的果壳分离，然后浸泡在水里12-36小时，去除果壳表面附着的果胶质；而日晒法更加节约成本，在清除掉细枝和其他杂物以后，将咖啡浆果摊晒在太阳下2到3个星期，反复的翻覆让浆果更加干燥，直到果皮从果壳上脱落。在咖啡豆的含水量降到10％～12％左右，咖啡豆将被装袋，堆砌在仓库熟成1到3个月。销售前，用去壳机除去残留的果壳。
现有咖啡生豆初加工中，咖啡浆果的果壳外面部分没有被很好地利用。这些果壳外面部分包括外果皮、内果皮或果肉以及果胶质，这些部分中含有丰富的糖类、果酸以及蛋白质、纤维素、维生素等，还含有一些特殊物质，如花青素。在水洗法中，这些果壳外面的部分被很快地去除；而在日晒法中，实际上咖啡生豆经过了轻微的发酵，但这种发酵环节属于有氧发酵类型，微生物会将咖啡果实中的例如糖类物质消耗转化为热量和二氧化碳，没有有效地转化为有利于提高咖啡风味的物质。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种利用土壤微生物的咖啡生豆初加工方法。该方法利用了土壤微生物进行厌氧条件发酵，能够有效地将咖啡果实中果壳外面部分的成分例如糖类物质转化成有助于提高咖啡香气、味道及口感的成分并融入咖啡豆中，提高咖啡豆品质；土壤层中的微生物区别于日常空气中的微生物，能够带来差异化的风味体验。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种利用土壤微生物的咖啡生豆初加工方法，所述方法包括将咖啡果实利用土壤微生物进行厌氧发酵。
所述土壤微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，严格意义上应包括细菌、古菌、真菌、病毒、原生动物和显微藻类。其个体微小，一般以微米或毫微米来计算，通常1克土壤中有几亿到几百亿个，其种类和数量随成土环境及其土层深度的不同而变化。它们在土壤中进行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等过程，促进土壤有机质的分解和养分的转化。本发明技术方案中使用土壤微生物这种易得、低成本且多样性的生物材料对现有技术中的咖啡豆进行厌氧发酵，获得了不同于现有咖啡豆的风味。
在一个实施方案中，所述土壤微生物(soil microorganism)包括但不限于光合菌、酵母菌、放线菌、球衣菌、梭状菌、拟杆菌、芽苞菌、荚膜菌、硝化菌、小口钟菌、无色菌、甲烷菌、固氮菌、溶磷菌、乳酸菌等。本发明方法中使用的土壤微生物菌群可以从上述菌种中选择一种或多种。
在一个优选实施方案中，所述土壤微生物为光合菌、酵母菌、硝化菌、固氮菌、溶磷菌、乳酸菌中的一种或多种。上述菌种对于本发明方法中的咖啡鲜果的厌氧发酵是特别有利的，这些菌种能够在厌氧环境下将咖啡果实中果壳外部的糖类、果酸以及蛋白质、纤维素、维生素等转化为有助于提高咖啡香气、味道及口感的风味物质并在发酵过程中将这些风味物质融入咖啡豆中，提高咖啡豆品质，为咖啡饮用者带来差异化的风味体验。
进一步的，通过在土壤层中建立地下发酵室，并将所述咖啡果实封闭在所述地下发酵室中，来将所述土壤微生物引入所述咖啡果实中进行厌氧发酵。例如，可以在土壤层中挖掘地下室用作发酵室，并在将咖啡果实装入地下室后，将地下室密封，来进行厌氧发酵。通过在土壤层中建立地下发酵室，可以充分利用土壤层中富含土壤微生物的特点，通过使咖啡果实接触土壤来自然引入土壤微生物进行厌氧发酵。
在一个实施方案中，在将咖啡果实装入地下室后且在将地下室密封前，通过将地下室抽真空来提供无氧环境。优选的，所述方法包括，在地下室的密封门上设置单向排气阀，并通过主动排气技术，例如真空机、真空泵等，将地下室中的空气至少部分抽除。作为选择，例如为了平衡抽真空后地下室内外气压平衡并为了更好地保持无氧环境，可以在抽真空后的地下室内充入惰性气体，例如氮气、氩气等。
作为一个优选实施方案，所述咖啡果实为成熟的咖啡果实。
进一步的，所述咖啡果实为糖度为16％～25％，优选为20％～24％的成熟的全红咖啡果实。
所述糖度以咖啡果实的果壳外面部分(包括外果皮、内果皮、果肉、果胶质等位于果壳外面的组织)为总重量计，即咖啡果实的果壳外面部分的含糖重量百分比为16％～25％。
所述全红咖啡果实即所述咖啡果实为完全成熟。一个完全成熟的咖啡果实原则上没有不成熟的部分，例如没有绿色、青色、浅黄色部分。所述全红也不限制该咖啡果实完全为红色，只要该咖啡果实为该咖啡果实品种完全成熟时所正常呈现出的颜色即可。例如完全成熟的咖啡果实也可以为深红色、红紫色，甚至橙红色等。
在一个实施方案中，所述方法还包括，向所述咖啡果实中添加所述土壤微生物，基于所述咖啡果实的总重量，所添加的土壤微生物的量为0.01％～0.03％。考虑到厌氧发酵的特点和同发酵温度和湿度相配合的因素，上述含量范围内的土壤微生物添加量是比较优选的。当添加的土壤微生物的量小于0.01％时，可能导致发酵不足；当添加的土壤微生物的量大于0.03％时，可能导致发酵过度。
进一步的，所述土壤微生物优选为光合菌、酵母菌、硝化菌、固氮菌、溶磷菌、乳酸菌中的一种或多种。
进一步的，所述厌氧发酵的环境温度控制在10℃～15℃，湿度控制在60％～70％，厌氧发酵时间为96～144个小时。
优选的，所述厌氧发酵的环境温度控制在12℃～13℃，湿度控制在63％～66％，厌氧发酵时间为108～132个小时；更优选厌氧发酵时间为114～126个小时。
温度、湿度和发酵时间对于厌氧发酵是比较重要的参数，这些参数能够使厌氧发酵平稳且持续地进行，逐渐转化和累积风味物质，且有利于风味物质渗透进入果壳中。
进一步的，所述厌氧发酵包括：将咖啡果实摊晾至表面干燥，进入地下发酵室静置8～24小时，优选12-16小时，然后装入带有单向排气阀的发酵桶中继续进行厌氧发酵，完成余下发酵过程。使用发酵桶进行二段发酵(在此方法中，地下发酵室中为一段发酵，而发酵桶中为二段发酵)便于更精确地控制发酵条件，控制发酵进程；且能够提高地下发酵室的利用率。
进一步的，当所述咖啡果实的糖度达到3％～5％，停止厌氧发酵，将经发酵的咖啡果实晾晒干燥，至含水量达到10～12％，完成所述咖啡生豆初加工。因此，控制咖啡果实的发酵程度，即监测糖度值是比较重要的，这一参数指示发酵的完成度。当咖啡果实的糖度达到3％～5％时，风味物质的转化率达到最佳，能够获得最具特点的咖啡生豆。
本发明实施例具有如下优点：
1、该方法利用了土壤微生物进行厌氧条件发酵，能够有效地将咖啡果实中果壳外面部分的成分例如糖类物质转化成有助于提高咖啡香气、味道及口感的成分并融入咖啡豆中，提高咖啡豆品质。
2、在提高咖啡豆风味的同时，相比于现有日晒法缩短了工艺处理时间，从而提高了生产效率。
3、所述方法步骤简单，成本低，便于大规模推广。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将糖度为20％-24％的阿拉比卡种(Arabica)咖啡全红鲜果采摘后除杂，然后摊晾至表面干燥，取10kg进入地下封闭发酵室，使果实接触土壤，静置一晚(12小时)，然后装入15L带有单向排气阀的发酵桶中继续进行厌氧发酵。在将果实装入发酵桶后，抽真空至-0.05Mpa。
其中，发酵室中环境温度控制在12℃，湿度控制在65％-68％；发酵桶中温度控制在13℃，湿度控制在64％-66％。经过总共约120个小时发酵，咖啡鲜果糖度到达4％左右，停止厌氧发酵，将咖啡果取出进行晾晒干燥，当含水量达到10％-12％时，完成工序。
实施例2
将糖度为20％-24％的阿拉比卡种(Arabica)咖啡全红鲜果采摘后除杂，然后摊晾至表面干燥，取10kg进入地下封闭发酵室，使果实接触土壤，静置一晚(10小时)，然后装入15L带有单向排气阀的发酵桶中继续进行厌氧发酵。在将果实装入发酵桶后，抽真空至-0.05Mpa，并额外加入2g土壤微生物。所述土壤微生物由酵母菌、硝化菌、固氮菌、乳酸菌按1:1:1:1组成。
其中，发酵室中环境温度控制在13℃，湿度控制在63％-66％；发酵桶中温度控制在13℃，湿度控制在64％-66％。经过总共约115个小时发酵，咖啡鲜果糖度到达4％左右，停止厌氧发酵，将咖啡果取出进行晾晒干燥，当含水量达到10％-12％时，完成工序。
实施例3
将糖度为16％-20％的罗布斯塔(Robusta)咖啡全红鲜果采摘后除杂，然后摊晾至表面干燥，取15kg进入地下封闭发酵室，使果实接触土壤，静置一晚(12小时)，然后装入25L带有单向排气阀的发酵桶中继续进行厌氧发酵。在将果实装入发酵桶后，抽真空至-0.05Mpa，并额外加入3g土壤微生物。所述土壤微生物由酵母菌、硝化菌、固氮菌、溶磷菌、乳酸菌按1:1:1:1:1组成；然后充入氮气，至桶内外压力平衡。
其中，发酵室中环境温度控制在14℃，湿度控制在62％-65％；发酵桶中温度控制在14℃，湿度控制在62％-65％。经过总共约128个小时发酵，咖啡鲜果糖度到达4％左右，停止厌氧发酵，将咖啡果取出进行晾晒干燥，当含水量达到10％-12％时，完成工序。
实施例4
将糖度为16％-20％的罗布斯塔(Robusta)咖啡全红鲜果采摘后除杂，然后摊晾至表面干燥，取15kg进入地下封闭发酵室，使果实接触土壤，静置一晚(10小时)，然后装入25L带有单向排气阀的发酵桶中继续进行厌氧发酵。在将果实装入发酵桶后，抽真空至-0.03Mpa；然后充入氮气，至桶内外压力平衡。
其中，发酵室中环境温度控制在12℃，湿度控制在62％-66％；发酵桶中温度控制在13℃，湿度控制在62％-66％。经过总共约120个小时发酵，咖啡鲜果糖度到达4％左右，停止厌氧发酵，将咖啡果取出进行晾晒干燥，当含水量达到10％-12％时，完成工序。
本发明实施例利用了土壤微生物进行厌氧条件发酵，能够有效地将咖啡果实中果壳外面部分的成分例如糖类物质转化成有助于提高咖啡香气、味道及口感的成分并融入咖啡豆中，提高咖啡豆品质；而现有技术中这些果壳外面部分均作为废弃部分而被去除。在提高咖啡豆风味的同时，相比于现有日晒法(例如需要2-3周)缩短了工艺处理时间，从而提高了生产效率。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种利用土壤微生物的咖啡生豆初加工方法，其特征在于，所述方法包括将咖啡果实利用土壤微生物进行厌氧发酵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤微生物包括光合菌、酵母菌、放线菌、球衣菌、梭状菌、拟杆菌、芽苞菌、荚膜菌、硝化菌、小口钟菌、无色菌、甲烷菌、固氮菌、溶磷菌、乳酸菌中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤微生物为光合菌、酵母菌、硝化菌、固氮菌、溶磷菌、乳酸菌中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在土壤层中建立地下发酵室，并将所述咖啡果实封闭在所述地下发酵室中，来将所述土壤微生物引入所述咖啡果实中进行厌氧发酵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将咖啡果实装入地下室后且在将地下室密封前，通过将地下室抽真空来提供无氧环境。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述咖啡果实为糖度为16％～25％的成熟的全红咖啡果实。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，向所述咖啡果实中添加所述土壤微生物，基于所述咖啡果实的总重量，所添加的土壤微生物的量为0.01％～0.03％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵的环境温度控制在10℃～15℃，湿度控制在60％～70％，厌氧发酵时间为96～144个小时。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵包括：将咖啡果实摊晾至表面干燥，进入地下发酵室静置8～24小时，然后装入带有单向排气阀的发酵桶中继续进行厌氧发酵，完成余下发酵过程。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述咖啡果实的糖度达到3％～5％，停止厌氧发酵，将经发酵的咖啡果实晾晒干燥，至含水量达到10～12％，完成所述咖啡生豆初加工。
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2020
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