Fermentação de café com o uso de culturas mistas de Pichia Fermentans e Pediococcus Acidilactici : impacto na formação de compostos aromáticos

Abstract

Resumo: Culturas iniciadoras são definidas como preparações microbianas selecionadas para aumentar a eficiência de processos fermentativos. Na indústria alimentícia, várias culturas microbianas são usadas para garantir a produção de alimentos seguros e de alta qualidade. A fermentação do café é um dos poucos processos realizados de maneira natural sem a adição de culturas microbianas. No primeiro capítulo deste trabalho foi construída uma revisão crítica sobre os efeitos de bactérias do ácido lático (BAL) sobre a qualidade do café. A atividade de BAL durante o processamento de café auxilia no processo de desmucilagem dos frutos por meio da acidificação da polpa, além de formar metabólitos a partir dos metabolismos de citrato e aminoácidos que agregam qualidade às amêndoas fermentadas. No entanto, o potencial de BAL relacionado à qualidade do café não foi totalmente elucidado e muitos desafios aguardam pesquisa e exploração industrial. Pesquisas futuras devem ser focadas na investigação de novas linhagens de BAL para uso como culturas iniciadoras, bem como na possibilidade de criar culturas mistas com leveduras selecionadas. Até o momento, não foi relatado a utilização de culturas mistas contendo BAL e leveduras para a fermentação do café. Assim, na segunda etapa deste trabalho foi avaliado o perfil de fermentações de café com uso de culturas mistas entre Pichia fermentans YC5.2 e Pediococcus acidilactici LPBC16. As fermentações foram conduzidas com culturas individuais (Pichia fermentans YC5.2 ou Pediococcus acidilactici LPBC16) e mistas (Pichia fermentans YC5.2 e Pediococcus acidilactici LPBC16) utilizando frutos cerejas (maduros) e verdes (imaturos). A introdução de culturas mistas foi mais eficiente no consumo de açúcares (glicose e frutose) e produção de ácido lático (?1.45 e ?0.63 g/L para frutos maduros e imaturos, respectivamente). Além disso, inoculações com culturas mistas proporcionaram aumentos significativos (p<0,05) na produção de voláteis, tais como etanol e acetato de etila. A inoculação com P. fermentas e P. acidilactici, tanto nos tratamentos individuais como no tratamento misto, resultou na modulação do perfil de voláteis dos grãos de café. Foram identificados 30 compostos no grão de café maduro. Dentre estes, alguns compostos, como 3-octanol, 2-heptenal, benzaldeído, decanal e D-limoneno, foram identificados somente nas fermentações inoculadas. Como esperado, o grão imaturo apresentou uma menor quantidade de compostos, sendo identificados apenas 19 voláteis. Essa menor produção de voláteis pode estar relacionada com uma menor atividade microbiana devido o estágio de maturação do grão. Portanto, a inoculação da cultura iniciadora mista resultou em um aumento na produção de compostos associados aos metabolismos de BAL e leveduras, evidenciando uma interação metabólica dos microrganismos. Além disso, a utilização de cultura mista resultou em um grão com maior complexidade de compostos aromáticos no final da fermentação. Palavras chaves: Cultura iniciadora, Pichia fermentans, Pediococcus acidilactici, voláteis.

Abstract: Starter cultures are defined as selected microbial preparations used to increase efficiency of fermentation processes. In the food industry, numerous microbial cultures are used to ensure the production of safe and high-quality commodities. Coffee fermentation is one of the few processes performed naturally without the addition of microbial cultures. In the first chapter of this work, a critical review on the effects of lactic acid bacteria (LAB) on coffee quality was constructed. The activity of LAB during coffee processing allows in the process of demuciling of the fruits through the acidification of the pulp, in addition to forming metabolites from citrate and amino acids metabolism which add quality to the fermented beans. Undoubtedly, the full potential of coffee related LAB has not been fully determined and many challenges are awaiting research, dissemination and industrial exploitation. Future research should be focused on the investigation of new LAB strains and the possibility of creating multi-purpose mixed cultures with yeast strains. To date, the use of mixed cultures containing LAB and yeast for coffee fermentation has not been reported. Thus, the second stage of this work evaluated coffee fermentation profile using mixed cultures between Pichia fermentans YC5.2 and Pediococcus acidilactici LPBC16. The fermentations were conducted with individual cultures (Pichia fermentans YC5.2 or Pediococcus acidilactici LPBC16) and mixed (Pichia fermentans YC5.2 and Pediococcus acidilactici LPBC16) using cherry (mature) and green (immature) fruits. The introduction of mixed cultures was more efficient in the consumption of sugars (glucose and fructose) and lactic acid production (?1.45 and ?0.63 g / L for mature and immature fruits, respectively). In addition, inoculation with mixed cultures provided a significant increase (p <0.05) in the production of volatiles, such as ethanol and ethyl acetate. This intense microbial activity resulted in the modulation of the volatiles profile of the coffee beans. Twenty-nine compounds were identified in the mature coffee bean. Among these, some compounds, such as 3-octanol, 2-heptenal, benzaldehyde, decanal and D-limonene, were identified only in the inoculated fermentations. As expected, the immature grain presented a smaller amount of compound, with only 19 volatiles identified. This lower production of volatiles may be related to a lower microbial activity due to the maturation stage of immature grain. Therefore, the inoculation of mixed starter culture resulted in an increase in the production of compounds associated with LAB and yeast metabolisms, evidencing a metabolic interaction of the microorganisms. In addition, the use of mixed culture generated beans with higher complexity of aroma compounds at the end of the fermentation. Keywords: Starter culture, Pichia fermentans, Pediococcus acidilactici, volatiles.