Contribuições para melhoria de qualidade de grãos de café produzidos na Colômbia : caracterização da diversidade microbiana do processamento pós-colheita por sequenciamento de nova geração

Abstract

Resumo: O cafe e uma das bebidas mais populares no mundo, com um consumo anual estimado em 500 bilhoes de xicaras. Devido a este crescente mercado, a necessidade em se produzir graos com caracteristicas aromaticas distintas e sabores agradaveis fez com que as praticas associadas aos processos pos-colheita realizados nas fazendas cafeeiras recebam maior atencao. Previamente as etapas de comercializacao e exportacao, as cerejas de cafe passam pelo processo de remocao das camadas que envolvem os frutos para reduzir a umidade presente nos graos. Para isto, tres processos pos-colheita sao utilizados, denominados como via umida, via seca e via semisseca. Durante o processamento das cerejas de cafe, uma rica diversidade microbiana esta associada as diferentes etapas do processamento, como por exemplo, sao responsaveis pela fermentacao da camada mucilaginosa na via umida. Durante a fermentacao, ocorre a geracao de metabolitos microbianos que poderao impactar no sabor e aroma do cafe, na inibicao de fungos filamentosos, bem como no auxilio da remocao da mucilagem pela quebra da pectina. Neste intuito, a primeira parte deste estudo avaliou as comunidades microbiana presentes em fermentacoes de cafe na Colombia por sequenciamento de nova geracao. A plataforma Illumina foi utilizada para investigar as comunidades de eucariotos e procariotos presentes durante a fermentacao espontanea de graos de cafe na Colombia. Alem disso, os compostos gerados pelo metabolismo microbiano foram avaliados por cromatografia gasosa (GC), cromatografia gasosa acoplada a espectrofotometro de massa (GC-MS), e por cromatografia liquida de alta performance (CLAE). Destaca-se a elevada diversidade microbiana encontrada, sendo identificados mais de 160 generos bacterianos, na qual houve uma relevante dominancia de bacterias acido lacticas (BAL), representada pelos generos Leuconostoc e Lactobacillus. A diversidade de eucariotos apresentou ser mais homogenea, com Pichia nakasei sendo dominante durante todo o processo de fermentacao. O acido lactico e acetaldeido foram os principais metabolitos gerados por BAL e Pichia, respectivamente. Particularmente, 56 generos microbianos foram detectados pela primeira vez na fermentacao do cafe, e podem ser associados ao solo local, agua do mar, plantas, insetos e ao contato humano. Os compostos volateis identificados compoem os grupos quimicos de alcoois, acidos organicos, aldeidos, esteres, terpenos, fenois e hidrocarbonetos. Este estudo e pioneiro na descricao da microbiota do cafe Colombiano, ademais, na utilizacao de tecnicas de sequenciamento de nova geracao em fermentacao de cafe. Na segunda etapa, objetivou-se isolar e selecionar bacterias do acido latico em fermentacao de cafe em laboratorio e avaliar sua habilidade em fermentar a frutose. Para isto, a fermentacao de cafe foi conduzida em biorreator durante 30 h, onde amostras da fracao liquida foram retiradas, diluidas serialmente e plaqueadas em meio seletivo. Apos purificacao por plaqueamentos sucessivos, os isolados foram testados quanto a fermentacao de frutose, avaliando o consumo por metodo colorimetrico. A identificacao molecular foi realizada atraves do sequenciamento do gene 16S rRNA. Ao total de 34 isolados, dos quais 11 foram identificados como Lactobacillus brevis, Lactobacillus sp. e Pediococcus pentosaceus. Quanto a fermentacao de frutose, os isolados apresentaram perfis fermentativos distintos. Com isto, sugerimos que estudos posteriores sejam executados para investigar se ha ou nao o perfil de bacteria frutofilica dentre os isolados

Abstract: Coffee is one of the most popular beverages in the world with an estimated annual consumption of 500 billion cups. Due to this growing market, the need to produce beans with distinct aromatic characteristics and pleasant flavors made that practices associated with the post-harvest processes carried out on-farms receive more attention. Previously to commercialization and exportation, the coffee cherries must undergo the process of removing the outer layers that covers the coffe cherries to reduce the moisture contente present in the coffee cherries. For this, three post-harvest processes are used, named wet, dry and semi-dry. During the processing of coffee cherries, a rich microbial diversity is associated with the different stages of processing, for example, they are responsible for the fermentation of the mucilaginous layer in the wet processing. During the fermentation, there is a generation of microbial metabolites, which may impact coffee flavor and aroma, inhibition of filamentous fungi, as well as ainds on the mucilage removal by pectin metabolization. In that order, the first part of this study evaluated the microbial communities present in coffee fermentation in Colombia by next-generation sequencing. The Illumina platform was used to investigate the communities of eukaryotes and prokaryotes present during the spontaneous fermentation of coffee beans in Colombia. In addition, the compounds generated by microbial metabolic activity were evaluated by gas chromatography (GC), gas chromatography coupled to the mass spectrometer (GC-MS), and by high-performance liquid chromatography (HPLC). It is important to highlight that a high microbial diversity was found, with more than 160 bacterial genera, in which there was a significant dominance of lactic acid bacteria (LAB), represented by the genera Leuconostoc and Lactobacillus. The diversity of eukaryotes was more homogeneous, with Pichia nakasei as the dominant specie throughout the fermentation process. Lactic acid and acetaldehyde were the major metabolites generated by LAB and Pichia, respectively. In particular, 56 microbial genera were detected for the first time in coffee fermentation, and can be related to the local soil, sea water, plants, insects and human contact. The identified volatile compounds are from the chemical groups of alcohols, organic acids, aldehydes, esters, terpenes, phenols and hydrocarbons. This study is a pioneer in the description of the Colombian coffee microbiota, in addition, the use of next-generation sequencing techniques in coffee fermentation. In the second stage, the objective was to isolate and select lactic acid bacteria in coffee fermentation perfomed in laboratory and to evaluate their ability to ferment fructose. For this purpose, coffee fermentation was conducted in a bioreactor for 30 h, where samples of the liquid fraction were taken, then serially diluted and plated in a selective medium. After purification by successive plating, the isolates were tested for fructose fermentation, and evaluated the consumption of fructose by colorimetric method. Molecular identification was performed by sequencing the 16S rRNA gene. A total of 34 isolates were identified, of which 11 were identified as Lactobacillus brevis, Lactobacillus sp. and Pediococcus pentosaceus. Regarding the fermentation of fructose, the isolates showed different fermentation profiles. Therefore, we suggest that further studies be carried out to investigate whether or not there is a profile of fructophilic bacteria among the isolates