Specialty coffees fermented at different altitudes: Influence of yeast co-inoculation on chemical and sensory composition

Abstract

Specialty coffees are gaining more space in the Brazilian market, and the changes in production, processing, marketing, and consumer culture are noticeable. Unquestionably, the use of selected starter cultures in the fermentation process improves the coffee quality. However, the microorganisms' behavior can be different depending on the variety, processing method, and altitude. Thus, this paper aims to (i) use metabolomics, chemical, and sensory methodologies to evaluate the quality of fermented coffees of the cultivar Catuaí vermelho IAC-44 at different altitudes (600 and 1,200 m) located in the Caparaó region. (ii) analyze consumers’ knowledge and perspectives on coffees and investigate how information can influence consumers’ sensory experience. For this, the coffee cherries were harvested manually and separated into batches of 20 kg, representing seven treatments plus control at each altitude. The starter cultures - Saccharomyces cerevisiae CCMA 0543, Candida parapsilosis CCMA 0544, and Torulospora delbrueckii CCMA 0684 - were inoculated, isolated, and in co-inoculation. The control was performed without inoculation. Fermentation of whole fruits lasted 72 h in closed bioreactors. Then, the coffees were transferred to the suspended terraces until 11- 12% moisture. Samples were collected and frozen for chemical analysis. We studied the improving coffee beverage quality cultivated at low altitudes through inoculation of yeast during fermentation in dry processing. The analyzes were performed using liquid and gas chromatography, Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR), and cup testing. Differences in chemical compounds were observed between the inoculated coffees and the control, both for green and roasted beans. Fermentation improved the quality of low-altitude coffees, and the co-inoculation of non-Saccharomyces yeasts (C. parapsilosis CCMA 0544 and T. delbrueckii CCMA 0684) had the highest sensory score (85), being the most suitable for this process. The second topic addressed in this work was the influence of fermentation with starter cultures concerning the bioactive, chemical, and sensory compounds of coffee produced at high altitudes. The content of total polyphenols and antioxidants is strongly correlated with the end of fermentation in a closed bioreactor and after roasting. The trigonelline content has a moderate and negative correlation with fermentation and roasting. Fruity, citric, and wine notes were found only in inoculated treatments. The co-inoculated with the three yeasts showed the highest sensory score (86.9). The third aspect addressed was understanding the perspectives and desires of coffee consumers through a questionnaire in a digital format with 1,005 participants. The chocolate flavor is still the most expected in specialty coffee. The Check-all-that-Apply (CATA) test was carried out with 101 consumers using the same coffee (without and with information). Sensory analysis showed that consumers could be influenced by information. Therefore, co-inoculation of yeasts in coffee fermentation is a promising alternative for low and high-altitude coffee. Also, specialty fermented coffees should be made more widely available to consumers.Os cafés especiais estão ganhando mais espaço no mercado brasileiro e as mudanças na produção, processamento, comercialização e cultura dos consumidores são perceptíveis. É indiscutível que o uso de culturas iniciadoras selecionadas no processo fermentativo incrementa a qualidade dos cafés. Entretanto, o comportamento desses microrganismos pode ser diferente dependendo da variedade, método de processamento e altitude onde o café é cultivado. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo: (i) utilizar metodologias metabolômicas, químicas e sensoriais para avaliar a qualidade de cafés fermentados da cultivar Catuaí vermelho IAC-44 em diferentes altitudes (600 e 1.200 m), localizados na região do Caparaó; (ii) analisar o conhecimento e as perspectivas dos consumidores sobre cafés e investigar como a informação pode influenciar a experiência sensorial dos consumidores. Para isso, cafés maduros foram colhidos manualmente e separados em bateladas de 20 Kg, representando sete tratamentos mais o controle em cada altitude. As culturas iniciadoras - Saccharomyces cerevisiae CCMA 0543, Candida parapsilosis CCMA 0544 e Torulospora delbrueckii CCMA 0684 - foram inoculadas, isoladas e em co-inoculação. O controle não foi inoculado. A fermentação dos frutos inteiros foi conduzida por 72 h em biorreatores fechados. Então, os cafés foram colocados em terreiro suspenso até atingir umidade em torno de 11-12%. Amostras foram coletadas e congeladas até a realização das análises. Foi analisado a melhoria da qualidade da bebida do café cultivado em baixa altitude, por meio da inoculação de leveduras durante a fermentação por via seca. As análises foram realizadas por cromatografia líquida e gasosa, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e prova de xícara. Diferenças nos compostos químicos entre os cafés inoculados e o controle, tanto para o grão verde, quanto torrado, foram observadas. A fermentação aumentou a qualidade dos cafés de baixa altitude e a combinação de leveduras não Saccharomyces (C. parapsilosis CCMA 0544 e T. delbrueckii CCMA 0684) apresentou a maior nota sensorial (85), sendo a mais indicada para esse processo. O segundo tópico abordado neste trabalho foi a influência da fermentação com culturas iniciadoras em relação aos compostos bioativos, químicos e sensoriais de cafés produzidos em alta altitude. O teor de polifenóis total e antioxidantes estão fortemente relacionados com o fim da fermentação em biorreator fechado e após a torra. O teor de trigonelina apresentou correlação moderada e negativa com a fermentação e torra. Notas frutadas, cítricas e de vinho foram encontradas apenas nos tratamentos inoculados. O tratamento co-inoculado com as três leveduras apresentou maior nota sensorial (86.9). O terceiro aspecto abordado, foi compreender as perspectivas e desejos dos consumidores de café através de um questionário digital com 1.005 participantes. O sabor chocolate é o mais esperado no café especial. O teste Check-all-thatApply foi realizado com 101 consumidores, utilizando o mesmo café (sem e com informação). A análise sensorial mostrou que os consumidores podem ser influenciados pelas informações. Portanto, a co-inoculação de leveduras na fermentação do café é uma alternativa altamente promissora para cafés de baixa e alta altitude. Além disso, os cafés especiais fermentados devem ser mais divulgados aos consumidores.