KAHVEDE FERMANTASYON - 2

Kahvede coğrafi konum, bölge, kahve mikrobiyotası, mikro iklim ardından işleme ve genel hatlarıyla en iyi çalışmaların 2014 yılında başlayan fermantasyon parametreleri gibi faktörler, kaliteyi ve kimyasalları belirleyen faktörler olarak geniş çapta tartışılmıştır. Fermantasyon sırasındaki mikrobiyal büyüme bu süreçte üretilen metabolitler nedeniyle ek lezzet notaları verdiği gözlenmiştir. Fermantasyon işlemlerinden egzotik notaların algılanması, bu süreçte tespit edilen spesifik bileşiklerle ilişkilendirilebildiği ve bu aromaların geliştirilmesinde mikrobiyotanın önemli bir rolü olduğu 2015 yılında yapılan bilimsel çalışmalarda ortaya konmuştur. Bilindiği üzere, temel işleme yöntemleri (doğal, yıkanmış ve yarı yıkanmış) son zamanlarda yeni yenilikçi işleme yöntemleriyle desteklenmiştir. Anaerobik fermantasyon ve karbonik maserasyon

üretebileceği inanılmaz ve benzersiz tatlar nedeniyle kahve sektöründe hızla popülerlik kazanmıştır. Ayrıntılarda boğulmamak için önce burada terminolojiyi inceleyelim.

Anaerobik – Oksijensiz ortam

Karbonik Maserasyon – Karbondioksit açısından zengin ortam

Maserasyon - mikrobiyal metabolizmaya atıfta bulunan, fermantasyondan daha kapsayıcı bir terim olan anaerobik ve karboniğin birbirinin yerine kullanılabileceği bir anlamı var. Her ikisi de sınırlı oksijeni ifade ediyor. Karbonik maserasyon olarak adlandırılan teknik, Flanzy, lanzy ve Benard (1987) tarafından tanımlanmış ve ilk patent Hickinbotham (1986) tarafından şarap üretim sürecinde işlem süresini kısaltmak ve benzersiz bir gövde ve aroma oluşturmak için kullanılmak üzere tescil edilmiştir. Karbonik maserasyon, bozulmamış meyvelerin kapalı bir ortama uyum sağlama yeteneğini araştıran, oksijenden yoksun bırakan ve karbondioksit (CO2) ile dolu olan bir süreç olarak tanımlanır. CO2 ilavesi, her meyvede aerobik solunum metabolizmasından anaerobik fermentatif metabolizmaya geçişe neden olur, fermantasyon sürecinde üzüm mikrobiyotasının gelişimini etkiler. Kahve kirazları, fermantasyon sırasında etkileşime giren laktik asit bakterileri, asetik asit bakterileri, enterobakteriler ve mayalar gibi birçok mikrobiyal grup içerir ve çekirdeklerin endojen metabolizması, yeşil kahve çekirdeklerinin lezzet öncüllerinin spesifik bir profiline yol açar. Kahveyi işleme, zarar görmüş çekirdeklerin giderilmesine ve çekirdek kalitesinin artmasına, tat ve aromasının ayarlanması da dahil olmak üzere en önemli süreçlerden biridir. 2022 de yapılan bir çalışmada kahve meyvesinin işleme koşulları ve fermantasyonu, içeceklerin mikrobiyal profilini ve duyusal puanını etkilediği kanıtlanmıştır. 2021 yılında yapılan bir çalışma, biyoaktif bileşikleri karşılaştırarak ve zararlı kirleticileri (yani, kavurma da Maillard reaksiyonu sırasında oluşan akrilamid gibi potansiyel olarak toksik maddeler) en aza indirerek Kahvelerin kalitesini değerlendirmek için daha analitik bir yöntem olasılığını bildirmiştir. Birinci çalışmanın genel amacı aşağıdaki gibidir.

Çeşitli işleme yöntemlerinin (doğal, yıkanmış, yarı yıkanmış, anaerobik fermantasyon ve karbonik maserasyon) antioksidan aktivite üzerindeki etkisini belirlemek. Çeşitli ülkelerden (Nikaragua, Etiyopya, Burundi ve Peru) kahvelerindeki biyoaktif ve uçucu bileşiklerin içeriği ve farklı işleme yöntemlerinin aynı çiftlikten özel kahvelerdeki antioksidan aktiviteyi ve biyoaktif ve uçucu bileşikleri etkileyip etkilemediğini belirlemektir. İkinci çalışmanın genel amacı ise mikrobiyal profildeki değişimin, karbonik maserasyon ve fermantasyon altında kahve çekirdeklerinin duyusal ve kimyasal profilindeki değişimi teşvik ettiğidir. Bu nedenle amacımız, farklı zaman ve sıcaklıklarda karbonik maserasyon ve fermantasyon sonrası Arabica kahvesinin duyusal, kimyasal ve mikrobiyal profilini değerlendirmektir. Birinci çalışmada Nikaragua, Etiyopya, Peru ve Burundi olmak üzere %100 arabica 4 farklı çekirdek kullanılmıştır. Nikaragua çekirdekleri, Nueva Segovia kahve bölgesinden elde edilmiştir. Kahve, 2020 yılında hasat edilen Red Catuai çeşidiydi ve yıkanmış ve yarı yıkanmış olmak üzere iki process ile işlenmiştir. Etiyopya çekirdekleri, Sidama kahve bölgesinden elde edilmiştir. Kahve, 2020'de hasat edilen Heirloom çeşidiydi. Bu alanda kirazlar 1.200 ila 2.000 m yükseklikte yetiştirilmektedir. Hasattan sonra, kirazlar 7 gün anaerobik fermantasyon için doğrudan kapalı bir tanka yerleştirildi. Fermentasyon sonrasında çekirdekler çiftçiler tarafından EAO ve ACR olarak adlandırılan iki kurutma yöntemiyle (ETH-AF-EAO ve ETH-AF-ACR) işlenmiştir. EAO yönteminde, çekirdekler 30 gün süreyle üzeri örtülü Afrika yataklarının altına dikkatlice konularak kurutulur. ACR yöntemi, fermantasyonu hızlandırmak için Afrika yataklarında yüksek dağlarda uyku tulumları altında kahveler kurutulur. Onları yaymak yerine büyük yığınlara koyulur. Yığın her geçen gün büyümektedir ve geceleri plastik bidonlara atılır, havanın olumsuz etkilerinden kaçınmak ve 13-15 gün boyunca tek tip fermantasyonu hızlandırmak amaçlanmıştır. Her yatağa bir kişi atanır ve eşit kurutma sağlamak için kirazları her 15 dakikada bir döndürür. Kahve kirazlarının karıştırılması küflenmemesini ve kirazların iyice kurumasını sağlar ve öğleden sonra saat 12:00 ile 15:00 arasında kirazların üzeri kapatılarak aşırı kurumasını önlenir. Burundi çekirdekleri, Kayanza kahve bölgesinden temin edilmiştir. Çekirdekler, 2020 yılında hasat edilen Red Bourbon çeşididir. Doğal ve doğal anaerobik fermantasyon olmak üzere iki yöntemle işlenmiştir. Doğal kurutma yöntemiyle işlenen kirazlar, elle hasat edilerek boy ve kalitelerine göre ayıklanmıştır. Bu süreçte, bütün kahve kirazları güneşte kurumak için, meyve çekirdeklerin üzerinde bırakılır ve çekirdeğin etrafında meyvelerin kuruması sağlanır. 3-6 hafta kurutuldukları yükseltilmiş Afrika yataklarına alınır. Anaerobik fermantasyon ile işlenen çekirdekler, kurutuldukları Cima mayası (Saccharomyces cerevisiae) içeren kapalı fıçılarda fermente edilmiştir. Peru çekirdekleri, Cajamarca kahve bölgesindeki Huabal bölgesi'nden temin edildi. Çekirdekler, 2020'de hasat edilen Catuai çeşidiydi ve karbonik maserasyon yöntemi ile işlenildi. Karbonik maserasyonda, kirazlar kurutulduktan sonra CO2 açısından zengin bir ortamda maserasyon yapılmıştır. Olgun kirazlar hasat edilip, yıkandı ve ardından 20-25 gün güneşte kurutuldukları bir terasa yayıldı. Bu işlem tamamlandığında, kirazlar 24-48 saat boyunca üstte tek yönlü bir çıkış bulunan suyla dolu fıçılarda kapatılmıştır. Doğal olarak oluşan maya, kahve meyvesinin şekerleri ile etkileşime girdiğinde, karbondioksit açığa çıkmaktadır. Fermentasyonları yapılan taze çekirdekler zarifçe kavrulmuştur. Her numune için ilk çıtlamadan sonraki süre minimum tutularak ve geliştirme süresi 90 saniye olarak yapılmıştır. Kahveler, 250 g'lık partiler halinde kavrulmuştur.

Deney ölçümleri;

Toplam polifenol içeriği, fenollerin analizi için değiştirilmiş bir yöntem kullanılarak ölçüldü ve toplam flavonoid içeriği, değiştirilmiş bir yöntem kullanılarak ölçüldü. Yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ile biyoaktif bileşikler olan, Klorojenik asit (5-O-Caffeoylquinic asit, 5-O-CQA), kafein (CAF), gallik asit (GLA) ve sinnamik asit (CNA) maddeler analiz edilmiştir. Gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (GC-MS) ile kahve örneklerinin uçucu bileşenleri SPME ile ekstrakte edilmiştir ve analiz edilmiştir.

Ve bu tüm bağımsız analizler her bir numune için 3 farklı deneme ile yapılmıştır.

Deney sonuçları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir;

Tabloyu özetlemek gerekirse;

Yıkanmış prosese tabi tutulmuş ve kavrulmamış Nikaragua çekirdekleri en yüksek polifenol oranını vermiştir ve bu polifenol oranı honey prosesle işlenmiş olan halinden yaklaşık olarak 7 μg GAE/mg kadar fazladır. Total flavanoid miktarı Peru kahvelerinde en yüksek olarak sonuç vermiştir. Anaerobik fermentasyon ile işlenen Etiyopya kahvelerinde, doğal yöntem ile işlenen Peru kahvelerine göre daha fazla antioksidan kapasitesi olduğu sonuçlanmıştır. Farklı proseslere tabi tutulmuş tüm yeşil çekirdekler arasında en yüksek gallik asit oranı Nikaragua çekirdeklerinde rastlanmıştır. Burada kısaca Gallik asiti tanımlamış olmak gerekirse; Flavanoid olmayan bir benzoik asit alt asidi olan gallik asit bir fenolik bileşiktir. Gallik asitle ilgili mevcut çalışmalar kanser ve beyin sağlığını iyileştirebilecek antimikrobiyal, obezite önleyici ve antioksidan özellikler sunabileceğini göstermiştir.

Bu kahvelerin kavrulmuş formlarındaki ölçüm sonuçları;

Peru kahvesindeki toplam flavonoid içeriği tıpkı yeşil formunda olduğu gibi en yüksek olarak kaydedilmiştir. Ayrıca antioksidan kapasitesi karbonik maserasyon yöntemi ile işlenmiş Peru kahvesinde en yüksek sonucu vermiştir. Burundi kahvesinde, toplam flavonoid doğal yöntem ile işlenmiş yeşil çekirdeğin kavrulmuş formunda en yüksek değer olarak bulunmuştur. Çalışmalara göre, farklı işleme yöntemlerinin kahveye ilave bir değer sağlaması bekleniyordu. İşleme yöntemi, kullanılan bazı kahvelerde toplam polifenol içeriğini etkiledi. Fermente kahvelerde fermente edilmemiş kahvelerden daha yüksek polifenol içeriği olarak bulundu. Toplam polifenol içeriği genellikle kavrulmuş kahveye kısasla yeşil çekirdekte daha yüksektir. Bu deneydeki toplam flavonoid içeriği, kavrulmuş Peruda güçlü bir şekilde keşfedilmiştir. Kavrulmuş kahvelerdeki polifenol içeriği 2,22 ila 4,79 μg arasında değişmektedir. "Microbial fermentation affects sensorial, chemical, and microbial profile of coffee under carbonic maceration" isimli deneysel çalışmada kahve çekirdeklerinin anaerobik fermantasyona uğratılmasının, ve bu çekirdeklerin farklı sıcaklıklara tabii tutulmasının kahvede daha iyi uçucuların oluşmasına ve duyusal profilinin artmasına neden olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca farklı sıcaklık koşullarında, oksijensiz ve karbondioksit ortamında bu duyusal profilin artışının 96. Saat itibari ile başladığı kaydedilmiştir. Optimum sıcaklık parametreleri şarabın karbonik maserasyonunda 38 derece celsius iken, kahvede 28 derece ve 20 derecenin altı olmak kaydıyla oldukça geniş bir sıcaklık parametresi elde edilmiştir, gün koşulu ise minimum 5 olarak belirlenmiştir. 2 çalışmanın bulgularının özeti olarak; fermentasyon stratejileri duyusal, kimyasal ve mikrobiyolojik olarak farklı biyokimyasal etkileşimleri teşvik eder. Bu stratejiler aynı zamanda çekirdek gelişiminde mikrobiyal büyümenin kontrolünü sağlar. 2. Çalışmada 38 derecede 120 saat ve 5 günde yapılan karbonik maserasyon yöntemi sayesinde çekirdek cupping skoru 85'e kadar yükseldiği görülmüştür. İki çalışmanın en önemli bulgulardan biri de anaerobik olarak işlenmiş kahvelerin antioksidan aktiviteye büyük katkıda bulunmuştur. Aynı zamanda karşılaştırma yapıldığında doğal ve fermente kahvelerde nispi oranda uçuculuk farklılıkları gözlemlenmiştir. Toparlayacak olursak, kahvenin farklı fermentasyon yöntemleri ile işlenmesi, antioksidan seviyesini, biyoaktiviteyi ve uçuculuğu büyük oranda etkilemiştir.

Duygu Kurtuluş

Co-Founder / Chemist / Nanotechnology Engineer / Hazardous Chemical Consultant / Chemical Evaluation Specialist