Xét trên phương diện thực tiễn, lý do giai đoạn lên men chính thức được đưa vào quy trình chế biến cà phê là vì đây là cách rẻ nhất để loại bỏ lớp nhớt (mucilage) bám trên hạt. Lớp pectin trong nhớt có thể được loại bỏ bằng máy móc hoặc thông qua việc bổ sung enzyme, nhưng những phương pháp này đòi hỏi nhiều chi phí và kỹ thuật hơn so với việc chỉ để cà phê trong đống hoặc trong bể trong vài giờ.
Nhiều tài liệu khoa học cho rằng hai loại enzyme tự nhiên trong quả cà phê, pectinase và pectase, tham gia vào quá trình phân hủy lớp nhớt trong phương pháp chế biến ướt. Tuy nhiên, điều này có vẻ không đúng. Nghiên cứu đột phá của Avallone và cộng sự (2002) cho thấy việc phân hủy lớp nhớt thực chất là kết quả của quá trình axit hóa môi trường lên men, thay vì do các enzyme pectolytic (enzyme phân hủy pectin). Biểu đồ dưới đây, trích từ nghiên cứu của họ, chỉ ra rằng phạm vi pH tối ưu để các enzyme pectolytic hoạt động (ngoại trừ Lactobacillus brevis, vốn không xuất hiện với số lượng lớn đáng kể trong quá trình lên men cà phê) cao hơn rất nhiều so với phạm vi pH trong điều kiện lên men cà phê thông thường, vốn có tính axit (5.3–3.5).
Vai trò của vi sinh vật trong lên men cà phê
Ngay cả khi các chủng vi khuẩn, nấm men, và nấm mốc hoang dã không trực tiếp tham gia vào việc phân hủy lớp nhớt cà phê, chúng vẫn đóng vai trò gián tiếp quan trọng. Hệ vi sinh vật có mặt trên bề mặt thiết bị chế biến cà phê, vỏ quả cà phê, trong nước, và thậm chí trong không khí tạo ra các chất chuyển hóa (metabolite), khiến môi trường lên men ngày càng có tính axit theo thời gian. Các sản phẩm phụ từ quá trình chuyển hóa của vi sinh vật này tạo ra các axit hữu cơ như axit lactic và axit acetic.
Phần lớn các quá trình lên men cà phê trong chế biến ướt được gọi là lên men tự nhiên (wild fermentation). Điều này có nghĩa là nông dân và các nhà chế biến không bổ sung thêm bất kỳ vi sinh vật nào vào bể lên men. Các quá trình lên men không sử dụng nước diễn ra nhanh hơn vì môi trường lên men trở nên axit nhanh hơn. Tuy nhiên, chúng lại kém đồng nhất và khó kiểm soát hơn. Nước có tác dụng làm tăng thể tích môi trường lên men, giúp phân tán vi sinh vật trên diện rộng hơn, từ đó làm tăng độ pH và làm chậm quá trình axit hóa lớp nhớt.
Tái sử dụng nước trong các giai đoạn trước khi lên men là một phương pháp tiết kiệm và cần thiết ở các khu vực khan hiếm nước ngọt. Nhưng nước sử dụng trong bể lên men thì cần phải là nước mới. Sau khi nước được dùng để vận chuyển cà phê (từ máy xát vỏ) vào bể, nó phải được xả bỏ hoàn toàn và cấp nước mới cho quá trình lên men (CHJ Brando và MFP Brando, (2014).
Lượng nước tiêu tốn để tạo ra những mẻ cà phê chế biến ướt chất lượng cao. Tuy nhiên, việc sử dụng nước tái chế ở bất kỳ giai đoạn nào tiếp xúc trực tiếp với lớp nhớt là rất rủi ro. Trước khi tách vỏ, lớp vỏ quả bảo vệ hạt khỏi những tác động tiêu cực tiềm tàng của nước tái chế. Nhưng sau khi lớp vỏ này bị loại bỏ, bạn sẽ đối mặt với nguy cơ nước tái chế + lớp nhớt ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng ly cà phê.
Thời gian lên men
Thời gian lên men cà phê có thể kéo dài từ 6 đến 72 giờ, tùy thuộc vào nhiệt độ và độ dày của lớp nhớt. Lớp nhớt chiếm từ 15.5–22.0% trọng lượng quả tươi và thường dày hơn ở các quả cà phê trồng ở độ cao lớn hoặc dưới bóng râm.
Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn và lớp nhớt dày hơn, quá trình lên men diễn ra nhanh hơn. Vì vậy, cà phê robusta thường lên men nhanh hơn arabica do robusta thường được trồng ở các khu vực thấp, nơi có nhiệt độ cao hơn. Số lượng enzyme sẵn có cũng ảnh hưởng đến tốc độ lên men. Khi cà phê được xát khô, lượng vi sinh vật đi vào bể lên men sẽ nhiều hơn. Ngược lại, các phương pháp rửa và tuyển nổi trước khi lên men làm giảm lượng nấm men trong bể, đồng thời vi khuẩn có xu hướng xuất hiện nhiều hơn nấm men trong các trường hợp này.
Thông thường, cà phê được giữ trong bể lên men cho đến khi lớp nhớt bị phân hủy hoàn toàn. Truyền thống, người chế biến thường chà xát cà phê và nghe tiếng rít, lúc đó hạt sẽ có cảm giác sần sùi, giống như sỏi đá. Nếu lên men dừng lại trước khi lớp nhớt được phân hủy hết, hạt có thể chứa dư lượng nhớt và đường, gây khó khăn trong việc làm khô đều. Điều này làm tăng nguy cơ xảy ra quá trình lên men thứ cấp, dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn và nấm hư hỏng.
Trong quá trình lên men, một số vi sinh vật có thể phát triển và tạo ra các chất chuyển hóa có hại, thẩm thấu qua lớp vỏ trấu và ảnh hưởng đến chất lượng hạt cà phê bên trong. Những hạt bị hư do quá trình lên men không hoàn thiện hoặc quá chậm thường được gọi là “hạt thối.” Quá trình lên men quá mức có thể tạo ra các axit như butyric và propionic, gây ra mùi vị khó chịu như hành thối.
