PREDIKSI PERAN MIKROORGANISME TERHADAP PEMBENTUKAN SENYAWA AROMA DALAM PENGOLAHAN KOPI DENGAN PROSES KOMBINASI SIAF-GEOTERMAL

Abstract

Keberlanjutan telah menjadi perhatian utama industri kopi saat ini. Panas berlebih dari instalasi energi asal geotermal (panas bumi) di PT. PGE Area Kamojang, Jawa Barat, dapat dimanfaatkan untuk pengeringan kopi. Panas tinggi (50±1oC) dan kelembapan rendah (RH 30%) dalam ruang pengering dengan geotermal membuat proses dehidrasi kopi terjadi sangat cepat. Metode ini dapat menjadi alternatif proses pengolahan kopi konvensional yang membutuhkan waktu pengolahan yang panjang dengan beban kerja yang tinggi serta bergantung terhadap keadaan cuaca. Akan tetapi, proses dehidrasi yang berlangsung sangat cepat ini mengakibatkan proses fermentasi tidak dapat berperan. Perubahan dan translokasi senyawa kimia dari lendir buah kopi ke dalam biji kopi hijau juga tidak optimal, sehingga kualitas sensori seduhan kopi geotermal kurang dapat diterima oleh Qgrader. Upaya peningkatan kualitas sensori selanjutnya dilakukan dengan menerapkan Self-Induced Anaerobic Fermentation (SIAF) pada suhu ruang (20±1,5oC) tanpa penambahan air selama 5 hari sebelum pengeringan geotermal. SIAF adalah metode fermentasi yang baru mulai diaplikasikan dalam industri kopi. Oksigen dalam jumlah terbatas dimanfaatkan oleh sel bakteri dan tanaman kopi sehingga dihasilkan karbon dioksida yang mengakibatkan kondisi anaerobik dan metabolit sekunder yang dapat meingkatkan kualitas sensori seduhan kopi. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh prediksi peran mikroorganisme terhadap terbentuknya metabolit non-volatil yang bertanggung jawab atas pembentukan senyawa aroma dan kualitas sensori kopi dalam proses kombinasi SIAF-Geotermal. Pada tahap pertama, sampel kopi hasil SIAF diekstraksi untuk memperoleh DNA komunitas mikrob, yang selanjutnya dianalisis menggunakan Shotgun Metagenomics. Open Reading Frames (ORF) dari data sekuens diprediksi dan dianotasi berdasarkan basis data untuk mendapatkan kelimpahan dan keragaman spesies dan enzim mikrob. Pada tahap kedua, metabolit non-volatil hasil SIAF dianalisis menggunakan Liquid Chromatography - Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS). Metabolit non-volatil dalam biji kopi tersebut adalah prekursor aroma kopi SIAF-Geotermal. Pada tahap ketiga, senyawa volatil dalam sampel seduhan kopi dianalisis menggunakan Solid Phase Microextraction - Gas Chromatography - Mass Spectrometry (SPME-GC-MS). Seduhan kopi selanjutnya kopi dievaluasi oleh lima Q-grader dengan metode Cupping Protocol and Form dari Specialty Coffee Association (SCA) untuk mendapatkan nilai kualitas sensori kopi SIAF-Geotermal. Pada tahap keempat, profil aroma yang diterima oleh Q-grader berdasarkan Coffee Taster's Flavor Wheel dari SCA dan senyawa volatil yang terdeteksi dicocokkan dengan referensi yang ada untuk memprediksi senyawa aroma aktif yang berdampak terhadap karakter kopi SIAF-Geotermal. Kopi yang diolah dengan proses konvensional menggunakan pengeringan matahari langsung digunakan sebagai kontrol kualitas sensori seduhan kopi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Tatumella sp. JGM118, Hanseniaspora uvarum, dan Leuconostoc pseudomesenteroides adalah spesies yang mendominasi hasil fermentasi kopi dengan SIAF pada sampel kopi utuh dan kupas. Komunitas mikrob ini mensekresikan enzim seperti glikosida hidrolase (GH), transaminase, dan L-laktat dehidrogenase. Enzim-enzim tersebut mengatalisis metabolit non-volatil yang didominasi oleh asam klorogenat, asam amino, dan asam karboksilat. Kelimpahan relatif metabolit tersebut naik 7-10 kali lipat setelah proses SIAF. Metabolit-metabolit ini merupakan prekursor aroma kopi SIAF-Geotermal dalam proses penyangraian. Berdasarkan fenomena ini, dapat diprediksi bahwa komunitas mikrob dalam SIAF berkontribusi terhadap pembentukan prekursor aroma kopi SIAF-Geotermal. Proses pulping memberikan perbedaan substrat awal proses SIAF antara sampel kopi utuh dan kopi kupas. Meskipun keragaman spesies komunitas mikrob dari kedua sampel sama, kelimpahan relatif keduanya berbeda. Hal ini membuat keragaman dan kelimpahan enzim mikrob kedua sampel berbeda, sehingga kelimpahan relatif asam klorogenat, gula-gula sederhana, dan asam karboksilat setelah SIAF lebih tinggi pada sampel kopi utuh dibandingkan dengan kopi kupas. Kelimpahan kelompok volatil paling tinggi dalam seduhan kopi SIAFGeotermal diraih oleh ester, sedangkan dalam kopi konvensional kelimpahan pirazin adalah yang tertinggi. Kopi utuh dan kupas SIAF-geotermal masing-masing mencapai 83,5 poin dan 82,65 poin untuk nilai kualitas kopi specialty. Skor tersebut meningkat 3,4 poin dan 1,15 poin dibandingkan dengan skor dari kopi kontrol dengan p <0,001. Seduhan kopi SIAF-Geotermal juga memiliki atribut aroma positif yang lebih banyak dibandingkan kopi kontrol. Seduhan kopi kupas SIAFGeotermal memberikan aroma apple dan grape yang diprediksi dipengaruhi oleh senyawa aroma aktif ß-damascenone dan metil kaprat. Seduhan kopi utuh SIAFGeotermal memberikan aroma pineapple yang diprediksi dihasilkan dari senyawa aroma aktif isobutil isobutirat dan butil butirat, pear dari ß-damascenone, serta grape dari metil kaprat. Sementara itu, kopi kontrol memberikan aroma seperti herbaceous dan unripe yang diprediksi disebabkan oleh senyawa aroma aktif furfuril asetat dan 1-furfurilpirol. Pengolahan kopi SIAF-Geotermal menghasilkan kualitas seduhan kopi yang lebih tinggi dibandingkan dengan proses konvensional maupun kopi yang hanya diolah dengan pengeringan geotermal. Kombinasi proses ini mempercepat proses pengolahan kopi tanpa mengurangi kualitasnya. Pengolahan kopi utuh SIAF-Geotermal disarankan menjadi metode terbaik karena menghasilkan skor cupping tertinggi dan keseimbangan senyawa volatil terbaik yang memberikan aroma positif lebih beragam. Pola hubungan antara mikroorganisme, enzim, metabolit non-volatil, senyawa aroma aktif, dan atribut sensori yang berhasil diprediksi dapat menjadi ilmu dasar untuk pengembangan pengolahan kopi SIAF-Geotermal. Atribut aroma yang diinginkan dapat menjadi dasar pemilihan spesies kultur starter. Selanjutnya disarankan untuk melaksanakan studi lebih lanjut dengan metode metabolomik maupun olfaktometri untuk membuktikan pola hubungan yang sebenarnya.