Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp

à phê Thế giới (ICO) vừa đưa ra dự báo về nhu cầu cà phê của năm 2008 là 125 triệu bao loại 60kg so với 123 triệu kg của năm 20071 Nestor Osorio, giám đốc điều hành ICO nói “năm 2007 toàn thế giới tiêu thụ 123 triệu bao cà phê. Trong năm nay, mức tiêu dùng tăng cao, đặc biệt là tại những nước xuất khẩu hàng đầu như Braxin và Ấn Độ, khiến tiêu thụ cà phê có thể vượt 125 triệu bao.” Cũng theo ông Osorio, mặc dù giá cà phê arabica có xu hướng giảm trong tháng 3 vừa qua, song nhu cầu tiêu thụ tăng sẽ hỗ trợ giá loại cà phê này vững hơn trong thời gian còn lại của năm. Nhu cầu cà phê thế giới đang tăng với tốc độ 1,5-2%/năm, và dự báo sẽ tiếp tục duy trì tốc độ này trong vài năm tới. Mức tăng trưởng này trở thành một xu hướng từ 3-4 năm nay. Dự kiến, nhu cầu cà phê sẽ tăng nhanh ở châu Á nơi mà thu nhập và dân số đang gia tăng. Nhật Bản là một thi trường có nhu cầu tiêu thụ cà phê nhanh nhất châu Á. Năm 1965, mức tiêu thụ bình quân chỉ khoảng 300 g/người/năm do người dân vốn quen uống trà nhưng hiện có mức tiêu thụ cà phê tương đối cao 3,17 kg/người/năm và dự báo nhu cầu nhập khẩu cà phê vào Nhật Bản sẽ tăng 2,5%/năm trong thập kỷ này. Tiếp theo Nhật Bản là thị trường Trung Quốc. Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế cao nhất thế giới trong nhiều năm qua và việc hình thành một loạt các khu công nghiệp ven biển Thái Bình Dương, người dân Trung Quốc đã dần chuyển từ văn hoá uống chè sang uống cà phê với mức tăng tiêu thụ cà phê hàng năm đạt tới 30%. Mặc dù đây chỉ là bước nhảy vọt từ con số ban đầu quá nhỏ bé do văn hoá uống trà đã ăn 1 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 6 sâu vào tiềm thức của người dân. Lượng cà phê tiêu thụ bình quân tính trên đầu người dân Trung Quốc ở lục địa vẫn thấp hơn nhiều so với các nước khác. Hiện nay chỉ 1g/người/năm nên dự báo thị trường nhập khẩu cà phê vào Trung Quốc sẽ tăng mạnh trong thập kỷ tới. Tiếp theo Trung Quốc là thị trường Nga, các nước Đông và Nam Âu. Cà phê ngày càng được coi là đồ uống thời thượng ở Nga và nhu cầu tiêu thụ tăng lên rõ rệt. Theo dự báo của ICO ( Tổ chức cà phê thế giới) tiêu thụ tại thị trường này sẽ tăng 10%/năm. Cà phê hoà tan hiện nay khá được ưa chuộng tại Nga và ngày càng nhiều công ty củaViệt Nam tham gia vào sản xuất loại sản phẩm này. Nhập khẩu cà phê của các nước Đông Âu khác dự báo sẽ tăng khoảng 1-1,5%/năm trong thập kỷ tới. Nhu cầu dự báo sẽ tăng nhanh ở Hy Lạp, Italia và Bồ Đào Nha trong những năm 2010 – 2015. Năm 2008, Thái Lan có thể nhập khẩu 20.000 tấn cà phê, tăng 28 lần so với 700 tấn của năm 2007 do nhu cầu tăng mạnh. Chareon Boonlarptaveechoke, thành viên của Hiệp hội Các nhà xuất khẩu Cà phê tươi Thái Lan cho biết, nhập khẩu tăng mạnh như vậy là do nhu cầu cao của hãng Nestle Thái Lan, bên cạnh đó còn do nhu cầu tích trữ hàng của các nhà xuất khẩu trước dự đoán giá cà phê sẽ cao hơn trong năm 2009. Thái Lan dự kiến sẽ sản xuất khoảng 50.000 tấn cà phê trong năm nay, trong đó 48.000 tấn là loại robusta và phần còn lại là arabica. Con số này thấp hơn 5.000 tấn hay 9% so với sản lượng của năm ngoái. Trong khi đó, tiêu thụ cà phê của nước này dự kiến sẽ tăng 10% lên 52.000 tấn2 . Trong năm 2008, các nhà xuất khẩu của Thái Lan sẽ mua khoảng 10.000 tấn để dự trữ, tăng gấp đôi so với dự trữ thường niên của họ. Hiện tại, Thái Lan nhập khẩu cà phê tươi từ Việt Nam và cà phê rang xay từ Mỹ Ngoài ra, nhu cầu cà phê cũng có chiều hướng gia tăng ở các nước sản xuất, nhất là ở Brazin. Hiện nay, Brazin, cũng như một số quốc gia sản xuất cà phê hàng đầu khác, đã bắt đầu nhận thức được tầm quan trọng của việc đẩy mạnh tiêu dùng cà phê trong nước. Brazin không chỉ là nước xuất khẩu cà phê đứng đầu thế giới mà còn xếp thứ 2 sau Mỹ trong việc tiêu thụ cà phê. 2 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 7 Tiêu thụ ngay tại Brazin năm 2008 cũng sẽ tăng khoảng 4% 3, tức là tương đối cao. Tiêu thụ cà phê tại Brazin có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy tiêu thụ cà phê toàn cầu, bởi thị trường này tăng trưởng rất nhanh. Theo dự báo mới đây của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), sản lượng cà phê vụ 2008/09 (tháng 7/08 - tháng 6/09) của Braxin sẽ tăng 36% so với vụ hiện tại lên 51,1 triệu bao loại 60kg nhờ chu kỳ tăng sản lượng hai năm một lần của cây cà phê Arabica - chiếm 75% tổng sản lượng cà phê thu hoạch được của Braxin. Nhờ sản lượng cao, xuất khẩu của vụ tới được dự báo cũng sẽ tăng 4% lên 28 triệu bao. Trong đó, xuất khẩu cà phê tươi sẽ chiếm 24,57 triệu bao còn cà phê hoà tan 3,3 triệu bao. Trong vụ 2007/08, xuất khẩu cà phê ước đạt 26,87 triệu bao, cao hơn 12% so với dự báo trước đó. Mặc dù sản lượng thấp song xuất khẩu được hỗ trợ nhờ lượng cà phê dự trữ từ vụ trước. Hiện tại, cà phê Braxin vẫn cạnh tranh trên thị trường thế giới do chi phí sản xuất cao và sự mất giá của đồng USD so với đồng Real. Xuất khẩu cà phê của Braxin chiếm 30% tổng xuất khẩu toàn cầu. II.2. Xu hướng Tổng cầu cà phê ở các nước tiêu thụ truyền thống có xu hướng chững lại. Tuy nhiên, nhu cầu tiêu thụ cà phê uống liền, các sản phẩm cà phê chất lượng cao và khác biệt lại đang được ưa chuộng. Đồng thời, các thị trường này cũng tăng thói quen tiêu dùng cà phê kiểu espresso, loại cà phê không phụ thuộc quá nhiều vào hương vị cà phê arabica được chế biến ướt. Các thị trường truyền thống Tây Âu và Bắc Mỹ có xu hướng tăng chậm do lượng tiêu thụ bình quân đầu người hiện đã ở mức cao như Phần Lan 11,21 kg/người/năm, Bỉ - Luxembourg 9,6 kg/người/năm, Đức 6,64 kg/người/năm và Mỹ 4,24 kg/người/năm trong năm 2003 (theo USDA). Người Anh vốn thích uống trà cũng tiêu dùng khoảng 2,2 kg/người và Ai Len là 1,31 kg/người. Do đó, mức tăng nhu cầu dự báo khoảng 1,3%/năm từ nay đến năm 2010 chỉ tương đương với tốc độ tăng trưởng dân số ở các nước này, so sánh với mức 2,3% trong thập kỷ 90 thế kỷ XX. Tiêu thụ cà phê của Indonesia trong những năm gần đây đạt mức tăng đáng kế. Từ năm 1998 đến 2003, lượng tiêu thụ trong nước của nước này tăng hơn 50.000 tấn, tương đương với khoảng 10%. Mức tăng được duy trì liên tục trong suốt giai đoạn này. 3 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 8 Tuy nhiên, cho đến 2003, tiêu thụ trong nước cũng mới đạt khoảng 133 nghìn tấn, chiếm 27,7% tổng sản lượng (Benny, 2003). Mặc dù mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người trên phạm vi toàn cầu ít thay đổi trong những năm qua, dao động trong khoảng 4,5-4,7 kg/người/năm và mức tiêu thụ thấp ở các nước xuất khẩu cà phê, chỉ khoảng 1kg/người/năm nhưng nhu cầu thế giới trong thời gian tới chắc chắn sẽ tăng do xu hướng tăng nhanh ở các thị trường mới nổi và chính sách khuyến khích tiêu dùng nội địa cà phê ở các nước xuất khẩu chính. Do đó, tiêu thụ cà phê của các nước đang phát triển dự báo sẽ tăng bình quân 2,5%/năm, đưa tỷ trọng của các nước đang phát triển trong tổng mức tiêu thụ cà phê toàn cầu lên 30% trong năm 2010. Các loại cà phê chính được tiêu thụ trên thế giới hiện nay: Các thị trường Đông Âu, Đông Nam Á và Bắc Phi ngày càng tăng tiêu thụ cà phê hoà tan được pha chế từ cà phê chất lượng thấp Robusta. Các loại cà phê 3 trong 1 (đường, bột sữa và cà phê hoà tan) đang rất được ưa chuộc ở các nước Đông Nam Á. Hiện nay, cà phê Robusta được dùng phổ biến hơn để pha chế với cà phê Arabica do lượng cung cà phê Robusta tăng mạnh trong hơn 1 thập kỷ qua và công nghệ chế biến cà phê được cải tiến. Trước tình hình cầu có xu hướng tăng và cung có xu hướng giảm, người dân trồng cà phê lại có thêm cơ hội tăng giá trị gia tăng cho sản phẩm của mình. Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào thị trường thế giới như vậy tỏ ra không bền vững và đã từng làm nhiều nước thất bại. Bài học đó đến bây giờ vẫn còn giá trị và buộc ngành cà phê phải tìm nhiều con đường khác nhau để tăng giá trị gia tăng. Một trong những biện pháp đó là phát triển tiêu thụ nội tiêu. Biện pháp này đặc biệt đúng với Việt Nam, một quốc gia nằm trong nhóm các nước sản xuất cà phê lớn nhưng tiêu thụ trong nước chỉ chiếm trung bình 5% tổng sản lượng, duy trì ở mức 500.000 bao/năm trong 3 năm gần đây (USDA, 2003). Phần tiếp theo của bài viết này sẽ đề cập đến những nét chính trong tiêu thụ cà phê Việt Nam thông qua tổng kết các tài liệu, báo cáo trước đây. II. Tình hình sử dụng cà phê ở Việt Nam Theo số liệu điều tra VLSS 2002 (bộ số liệu của Điều tra Mức sống Dân Cư Việt Nam năm 2002 ) không có nhiều người dân Việt Nam tiêu thụ cà phê trong hộ gia đình. Trong ngày thường, có khoảng 19,2% tiêu thụ cà phê, trong đó 47% tiêu thụ cà phê Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 9 uống liền và 53% tiêu thụ cà phê bột. Tuy nhiên, trong dịp lễ tết, số lượng người tiêu thụ cà phê trong hộ gia đình tăng lên, khoảng 23% số hộ. Trung bình năm 2002, người Việt Nam tiêu thụ khoảng 1,25 kg cà phê/năm, bao gồm cà phê tiêu thụ trong ngày thường (cà phê uống liền và cà phê bột) và cà phê uống trong dịp lễ tết. Tuy nhiên, trong điều tra này, chỉ có số liệu về giá trị của cà phê uống liền. Giá trị tiêu thụ cà phê trung bình của người dân Việt Nam năm 2002 là khoảng 9130 đ/người/năm. II.1. Khác biệt giữa nông thôn và thành thị Tiêu thụ nội địa cà phê có sự khác biệt lớn giữa thành thị và nông thôn cả về lượng và giá trị. Lượng tiêu thụ bình quân đầu người của thành thị năm 2002 (2,4kg) cao gấp 2,72 lần tiêu thụ của nông thôn (0,89 kg). Trong khi đó, giá trị tiêu thụ bình quân đầu người của thành thị đạt 20280 đồng, cao gấp 3,5 lần mức của nông thôn. Bộ số liệu VHLSS cũng phân chia tiêu thụ cà phê thành hai loại cà phê bột và cà phê uống liền. Tình hình tiêu thụ của cả hai loại cà phê bột và cà phê uống cũng có sự khác biệt lớn giữa thành thị và nông thôn. Khu vực thành thị tiêu thụ cà phê uống liền nhiều gấp 2,74 lần khu vực nông thôn, trong khi đó, chênh lệch về giá trị tiêu thụ loại cà phê này là gần 5 lần giữa hai khu vực. Giá trị tiêu thụ tiêu thụ cà phê bột ở khu vực thành thị lớn gấp 2,65 lần khu vực nông thôn (7,8 và 2,9 nghìn đ/người/năm). Lượng tiêu thụ cà phê bột và uống liền (kg/người/năm) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 Thành thị Nông thôn Lượng uống liền Lượng bột Nguồn: Tính toán từ VHLSS 2002 (Trần Quỳnh Chi) Sự khác biệt lớn về giá trị tiêu thụ có thể do giá ở khu vực thành thị cao hơn khu vực nông thôn nhờ mức sống cao hơn. Năm 2002, tổng chi tiêu khu vực thành thị Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 10 khoảng 27 triệu đồng trong khi tổng chi tiêu ở khu vực nông thôn chỉ có khoảng 12 triệu đồng. Ngoài ra, chênh lệch về giá trị cũng có thể do chất lượng cà phê bán tại thị trường thành thị cao hơn thị trường nông thôn. II.2. Khác biệt giữa các nhóm thu nhập Các hộ gia đình được chia làm 5 nhóm dựa trên thu nhập của hộ, mỗi nhóm chiếm 20% tổng số hộ, từ nhóm nghèo nhất đến nhóm giàu nhất. Tiêu thụ cà phê bình quân đầu người tăng dần từ nhóm có thu nhập thấp nhất đến nhóm có thu nhập cao nhất. Trong đó, lượng tiêu thụ cà phê của nhóm 5 cao hơn nhóm 1 đến gần 18 lần, tuy nhiên, giá trị tiêu thụ chỉ chênh lệch khoảng gần 9 lần. Như vậy, về mô tả thống kê, tiêu thụ cà phê có xu hướng thay đổi theo thu nhập. Tình hình tiêu thụ cà phê bột và uống liền cũng diễn biến theo xu hướng trên, tuy nhiên, lượng cà phê bột tiêu thụ thấp hơn nhiều so với lượng cà phê uống liền. Ở nhóm thu nhập cao nhất, lượng cà phê uống liền được tiêu thụ nhiều gấp 9,4 lần lượng cà phê bột. Trong khi đó, ở nhóm nghèo nhất, mức chênh lệch này là 9,8 lần. II.3. Khác biệt giữa các vùng Hầu hết các khu vực ở Việt Nam đều tiêu thụ cà phê nhưng rất khác nhau. Nam Trung Bộ, Đồng bằng Sông Cửu Long và Duyên hải Nam Trung Bộ là ba khu vực tiêu thụ cà phê nhiều nhất trong cả nước. Vùng Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng Bằng Sông Hồng tiêu thụ rất ít cà phê, thậm chí khu vực Tây Bắc hầu như không tiêu thụ (với mức tiêu thụ bình quân đầu người chỉ có 0,03 kg/năm). Lượng tiêu thụ cà phê ở khu vực Tây Nguyên nhiều thứ 4 trên cả nước nhưng vẫn ở mức thấp so với 3 khu vực đứng đầu. Giá trị tiêu thụ của các khu vực diễn biến không hoàn toàn giống như lượng tiêu thụ. Đặc biệt là ở khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Ở khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ, mặc dù lượng tiêu thụ đầu người rất cao (1,5kg/người/năm) nhưng giá trị tiêu thụ chỉ đạt 6230 đ/người/năm. Trong khi đó ở khu vực Tây Nguyên, các con số này lần lượt là 0,28 kg và 4150đ. Một trong những nguyên nhân giải thích hiện tượng này là khu vực Tây Nguyên chủ yếu tiêu thụ các loại cà phê bột, có chất lượng cao, với lượng cà phê bột tiêu thụ ở khu vực này cao thứ 3 trong toàn quốc (0,12 kg/người/năm) so với mức 0,08kg của vùng Duyên hải NTB. Tiêu thụ cà phê đầu người theo vùng của Việt Nam năm 2002 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 11 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 ĐBSH Đông Bắc Tây Bắc Duyên hải BTB Duyên hải NTB Tây Nguyên Nam Trung Bộ ĐB SCL TB 0 5 10 15 20 25 30Lượng Giá trị Nguồn: Tính toán từ VHLSS (Trần Quỳnh Chi) II.4. Tiêu thụ cà phê Việt Nam - nhận định từ các nguồn thông tin khác Theo nhận định của nhiều chuyên gia, tiêu thụ nội địa của cà phê Việt nam còn quá ít. Trong khi mỗi người Bắc Âu uống 10 kg cà phê nhân mỗi năm, ở Tây Âu là 5-6 kg thì người Việt Nam mới tiêu thụ khoảng 500 gr. (www.vnexpress.net, 10/2005). Việt Nam vốn là nước sản xuất cà phê chỉ đứng sau Brazil và là nước đứng đầu về sản xuất cà phê vối. Theo số liệu từ Vicofa, tốc độ tăng trưởng bình quân diện tích đất trồng cà phê đạt khoảng 15% trong những năm 90, và tới cuối thế kỷ 20 cả nước đã có khoảng nửa triệu hecta cà phê. Hiện nay hầu hết cà phê nhân được sản xuất ra là để phục vụ xuất khẩu. Sản lượng xuất khẩu của Việt Nam đạt 600.000-700.000 tấn cà phê nhân mỗi năm. Hai vụ cà phê 2000-2001 và 2003-2004 Việt Nam đã xuất khẩu trên 800.000 tấn cà phê. Cũng như nhiều ngành sản xuất khác, đặc biệt là thủy sản và nông sản, các doanh nghiệp kinh doanh chế biến cà phê "chuộng" đầu tư để xuất khẩu hơn là tiêu thụ thị trường nội địa. Một số nghiên cứu gần đây được Ngân hàng thế giới (WB) đưa ra cho thấy tiềm năng thị trường nội địa của Việt Nam có thể tiêu thụ tới 70.000 tấn/năm. Nghĩa là với sản lượng cà phê hàng năm thu hoạch được 700.000 - 800.000 tấn thì lượng cà phê tiêu thụ nội địa của Việt Nam ở mức xấp xỉ 10%. Tuy nhiên, theo số liệu thống kê của cuộc điều tra mức sống dân cư ở trên thì nếu mức tiêu thụ bình quân đầu người cà phê của Việt Nam đạt 1,25 kg/người/năm thì năm 2002, mức tổng tiêu thụ cả nước phải đạt khoảng 95,000 tấn. Trong khi đó theo Hiệp hội Cà phê thế giới, tiêu dùng nội địa của cà phê Việt Nam hiện chỉ đạt khoảng 5%, thấp nhất trong số các nước sản xuất cà phê. Mức chênh lệch này càng "khập khiễng" nếu so với sản lượng tiêu dùng cà phê nội địa của các nước thành viên Hiệp hội Cà phê thế giới là 25,16%. Điều này cho thấy, có rất Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 12 nhiều nguồn thông tin đánh giá về mức tiêu thụ đầu người khác nhau và cho những số liệu rất khác biệt. Đó chính là một trong những lý do khiến cho nhóm nghiên cứu của Viện Chính sách và Chiến lược PTNN-NT tiến hành nghiên cứu này. Trước tình hình mức tiêu thụ nội địa thấp như trên, một số hãng sản xuất trong nước và liên doanh cà phê Việt Nam đã liên tục đưa ra những chiến lược kinh doanh khác nhau nhằm thu hút khách hàng. III. Các nghiên cứu về cà phê có hàm lượng cafein thấp III.1. Thế giới • Tạo ra giống cà phê có đặc tính khử cafein Các nhà nghiên cứu người Braxin khẳng định họ đã tạo ra được một giống cà phê hiếm có, có khả năng cho ra một loại cà phê không có chất cafein mà không làm mất đi hương vị cà phê. Các nhà nông học này, công trình nghiên cứu của họ mới được đăng trên tạp chí Nature, đã khám phá ra giống cà phê (gốc Ethiopia) trong số 3000 cây cà phê arabica được trồng thí nghiệm ở Campinas (gần Sao Paolo), trong khuôn khổ một chương trình nhằm giảm hàm lượng cafein trong cà phê. Mặc dù hiện có hàng trăm giống cà phê, nhưng việc sản xuất cà phê trên thế giới vẫn chỉ dựa trên 2 trong số các giống cà phê này: Coffea arabica và Coffea canephona, tức Robusta. Giống Coffea arabica có hạt ít đắng hơn, thơm hơn và chứa ít cafein hơn từ 2 đến 3 lần so với Coffea canephona. Hiện Coffea arabica chiếm hơn 2/3 sản lượng cà phê thế giới. Năm 2007 các nhà nghiên cứu người Nhật, công trình của họ cũng được đăng trên tờ Nature, đã thông báo rằng họ đã tạo ra được những cây cà phê Coffea canephora biến đổi gen và có hàm lượng cafein thấp. Nhu cầu cà phê ít chất cafein đang tăng, nhưng sự khử cafein thông thường bằng các biện phấp xử lý công nghiệp lại rất tốn kém và thường làm giảm hương vị cà phê. Theo các nhà nghiên cứu thuộc Viện sinh học trường Đại học Campinas, 3 mẫu cây được đặt tên là AC1, AC2, AC3 đã loại trừ được chất cafein. Họ cho biết, giai đoạn sau sẽ nhằm đưa các gen của 3 mẫu này vào các giống arabica phổ biến hơn bằng phương pháp kỹ thuật truyền thống, nhằm tạo ra loại cà phê ít hoặc không có cafein và dễ trồng. Nguồn: Yahoo.Actualités, 23/6/2004 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 13 • Quy trình khử cafein bằng công nghệ sinh học. Những nghiên cứu mới nhất để khử cafein trong cà phê là những nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học. Tại ĐH Glasgrow (Scotland) và ĐH Ochanomizu and Tsukuba (Nhật), các nhà khoa học đã nghiên cứu và phong tỏa gen tổng hợp cafein trong cà phê, hay sử dụng một enzym để ngăn cản quá trình sinh tổng hợp cafein ở cây cà phê. III.2. Việt Nam Hiện nay ở Việt Nam khái niệm cà phê khử cafein còn khá mới mẻ. Thói quen sử dụng cà phê thông thường có hàm lượng cafein cao đang chiếm ưu thế trên thị phần trong nước. Những nghiên cứu và ứng sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp chưa thực sự phát triển. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 14 Phần 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Nguồn gốc cây cà phê Theo một truyền thuyết đã được ghi lại trên giấy vào năm 1671, những người chăn dê ở Kaffa (thuộc Ethiopia ngày nay) phát hiện ra một số con dê trong đàn sau khi ăn một cành cây có hoa trắng và quả màu đỏ đã chạy nhảy không mệt mỏi cho đến tận đêm khuya. Họ bèn đem chuyện này kể với các thầy tu tại một tu viện gần đó. Khi một người chăn dê trong số đó ăn thử loại quả màu đỏ đó anh ta đã xác nhận công hiệu của nó. Sau đó các thầy tu đã đi xem xét lại khu vực ăn cỏ của bầy dê và phát hiện ra một loại cây có lá xanh thẫm và quả giống như quả anh đào. Họ uống nước ép ra từ loại quả đó và tỉnh táo cầu nguyện chuyện trò cho đến tận đêm khuya. Như vậy có thể coi rằng nhờ chính đàn dê này con người đã biết được cây cà phê. II. Các loại cà phê được trồng ở Việt Nam II.1. Robusta Loại cây trông này rất thích hợp với khí hậu, thổ nhưỡng tại vùng Tây Nguyên Việt Nam - nhất là vùng đất bazan (Gia lai, Đắclắc) - hằng năm đạt 90-95% tổng sản lượng cà phê Việt Nam, mùi thơm nồng, không chua, độ cafein cao, thích hợp với khẩu vị người Việt, nhưng quá đậm đặc với người nước ngoài. Trồng cà phê Robusta phải thâm canh mới đạt được năng suất cao vì trái đậu trên cành một lần, phải tạo cành mới (cành thứ cấp 1,2,3…). để đạt được yếu tố này, người nông dân phải có vốn, một kiến thức cơ bản. Thường thì mới năm thứ hai-thời kỳ kiến thiết cơ bản-người trồng đã thu hoạch, không hãm ngọn sớm nên đến năm thứ 1 kinh doanh (năm thứ 3 của cây trồng) cây đã yếu, có hình tán dù, thiếu cành thứcấp. II.2. Arabica. (Loại này có hai loại đang trồng tại Việt Nam: Moka và Catimor) II.2.1. Moka Mùi thơm quyến rũ, ngào ngạt, vị nhẹ, nhưng sản lượng rất thấp, giá trong nước không cao vì không xuất khẩu được, trong khi giá xuất rất cao-gấp 2-3 lần Robusta – vì trồng không đủ chi phí nên người nông dân ít trồng loại cà phê này. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 15 Mùi thơm nồng nàn, hơi có vị chua, giá xuất gấp hai lần Robusta – nhưng không thích hợp với khí hậu vùng đất Tây Nguyên vì trái chín trong mùa mưa và không tập trung – nên chi phí hái rất cao - hiện nay tại Quảng Trị đang trồng thí nghiệm, đại trà loại cây này và có triển vọng rất tốt. II.2.2. Catimor Mùi thơm nồng nàn, hơi có vị chua, giá xuất gấp hai lần Robusta – nhưng không thích hợp với khí hậu vùng đất Tây Nguyên vì trái chín trong mùa mưa và không tập trung – nên chi phí hái rất cao - hiện nay tại Quảng Trị đang trồng thí nghiệm, đại trà loại cây này và có triển vọng rất tốt. II.3. Cheri (cà phê mít) Không phổ biến lắm vì vị rất chua - chịu hạn tốt. Công chăm sóc đơn giản, chi phí rất thấp nhưng thị trường xuất khẩu không chuộng kể cả trong nước nên ít người trồng loại này - một cây café mít 15-20 tuổi, nếu tốt có thể thu hoạch từ 100kg -200kg café tươi nếu nằm gần chuồng bò hoặc nơi sinh hoạt gia đình … III. Đặc điểm về cấu tạo của hạt cà phê III.1. Cấu tạo Lớp vỏ quả, lớp nhớt (vỏ nhớt), lớp vỏ trấu (lớp vỏ thóc), lớp vỏ lụa và nhân. Thông thường một quả cà phê chứa hai hạt. Chúng được bao bọc bởi lớp thịt quả bên ngoài. Hai hạt cà phê nằm ép sát vào nhau. Mặt tiếp xúc giữa chúng là mặt phẳng, mặt hướng ra bên ngoài có hình vòng cung. Thành phần Arabica Robusta Vỏ quả 43 - 45 42 Lớp nhớt 20 - 23 23 Vỏ trấu 6 - 8 6 - 8 Nhân và vỏ lụa 26 - 30 29 Mỗi hạt còn được bảo vệ bởi hai lớp màng mỏng: một lớp màu trắng, bám chặt lấy vỏ hạt; một lớp màu vàng rời rạc hơn bọc ở bên ngoài. Hạt có thể có hình tròn hoặc dài, lúc còn tươi có màu xám vàng, xám xanh hoặc xanh. Thỉnh thoảng cũng gặp nhưng quả chỉ có một hạt (do chỉ có một nhân hoặc do hai hạt bị dính lại thành một). III.2. Thành phần hóa học Hạt cà phê xanh giàu glucid và lipid, glucid chiếm hơn 50% phần lớn các polysacaride. Thành phần hóa học của cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 16 điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và chế độ bảo quản. Thành phần hóa học có trong hạt cà phê rất tốt trong quá trình đánh giá chất lượng, thử nếm cảm quan. III.2.1. Nước Trong nhân cà phê đã sấy khô còn khoảng 10 – 12% nước ở dạng liên kết. Sau khi rang hàm lượng nước liên kết còn khoảng 2.7% . Hàm lượng nước có trong cà phê ảnh hwongr trực tiếp đến chất lượng cà phê. Nếu độ ẩm cao, vi sinh vật dễ dàng phát triển và hương cà phê dễ bị tổn thất. III.2.2. Chất khoáng Hàm lượng chất khoáng có trong hạt cà phê có khoảng 3 – 5%, chủ yếu là Mg, K, P… . Ngoài ra còn có nAl, Fe, Cu, S ....Những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang. Cà phê có hàm lượng khoáng càng thấp càng tốt. III.2.3. Glucid Gucid chiếm khoảng 50% khối lượng chất khô trong cà phê . Các chất này không tham gia vào thành phần nước uống mà có tác dụng tạo màu sắc và vị caramen cho cà phê. III.2.4. Protein Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương vị sản phẩm. Trong đó các acid amin chứa lưu huỳnh là quan trọng nhất chúng tạo hương thơm mạnh cho cà phê rang. Đặc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxy hóa các chất thơm, giúp giữ được mùi thơm của cà phê trong quá trình bảo quản. III.2.5. Lipid Hàm lượng lipid có trong cà phê khá lớn 10 – 13% gồm có dầu và sáp. Trong quá trình chế biến, một phần acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm. Lượng chất béo còn lại không bị biến đổi chính là dung môi để hòa tan các chất thơm. III.2.6. Các ankaloid Trong cà phê có các ankaloid như cafein, trigonelline, betain, colin. Trong đó quan trọng nhất là cafein và trigonellin cafein: Hàm lượng khoảng 1 – 3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 17 • Trigonelline Trigonelline: là ankaloid không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic không tan trong clorofom và ete, tan nhiều trong nước nóng. Tính chất quý của Trigonelline là dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nó bị nhiệt phân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP). • Chất thơm Hiện nay người ta tìm thấy có khoảng 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm của cà phê. Hàm lượng chất thơm trong hạt cà phê tương đố nhỏ bao gồm các acid, andhyte, ceton, rượu, phenol, este … các chất này được hình thành và tích lũy trong quá trình phát triển của quả cà phê hay được tạo thành trong quá trình rang cà phê . Cà phê rang lên có những chất thơm gọi chung là cafeol nhưng đồng thời tạo ra một độc tố caffeotoxin. Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, dễ bị biến đổi làm chất lượng của cà phê nên cần bảo quản cà phê trong các bao bì kín. Ngoài ra trong nhân cà phê còn một lượng đáng kể vitamin. Trong cà phê chủ yếu là các vitamin nhóm B như B1, B2, B6, B12 và các loại acid hữu cơ là tiền các vitamin. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 18 Bảng tổng hợp thành phần hóa học chủ yếu có trong cà phê. Hàm lượng Thành phần g/100g mg/100g Nước 8 - 12 Chất dầu 4 – 18 Đạm 1.8 – 2.5 Protein 9 – 16 Cafein 1 (Arabica) 2 (Robusta) Chlorogenic 2 Trigonelline 1 Tanin 2 Cafetanic acid 8 - 9 Cafeic acid 1 Pensane 5 Tinh bột 5 - 23 Sacchrose 5 - 10 Cellulose 10 - 20 Hemicelluse 20 Lignine 4 Calcium 85 - 100 Phosphor 130 - 165 Sắt 3- 10 Sodium 4 Mangan 1 - 4.5 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 19 IV. Tổng quan về cafein Cafein là một hợp chất tự nhiên có mặt trong lá, hạt và quả của hơn 60 loài thực vật. Do đó, các loại thực phẩm hay đồ uống sử dụng các loại thực vật trên làm nguyên liệu sẽ chứa một hàm lượng cafein tự nhiên. Ngoài ra, nhiều nhà sản xuất còn bổ sung cafein vào sản phẩm để tăng thêm mùi vị hoặc tăng tác dụng y học đối với một số sản phẩm đặc biệt. IV.1. Tính chất hóa học của cafein Cafein là ankaloid chứa đạm, công thức C8H10O2N4.H2O, thuộc nhóm hợp chất có vòng purin. cafein kết tinh với một phân tử nước nhưng trở nên khan khi đun nóng đến nhiệt độ 80 – 100 0C. cafein khan chứa 20.8% N Cafein khan ở dạng tinh thể trắng hình kim, tan trong nước và clorofom,một phần trong rượu • Tính chất. Khối lượng mol : 194,19 g/mol Trạng thái: Rắn Nhiệt độ nóng chảy: 238 0C Nhiệt độ sôi: Thăng hoa ở 178 °C Khối lượng mol của cafein là 194,2 g. Ở nhiệt độ bình thường một lít nước chỉ hoà tan 20 g cafein, trong khi một lít nước sôi hoà tan tới 700 g. Công thức cấu tạo của cafein Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 20 IV.2. Tác dụng dược lý của cafein Đối với hệ thần kinh trung ương, cafein có tác dụng rất mạnh, người dùng nhiều cafein hoặc đồ uống có cafein cảm thấy tỉnh táo , mất buồn ngủ, ít mệt mỏi và tư duy minh mẫn. Cafein dùng với liều lớn thì kích thích mạnh thần kinh trung ương, xuất hiện trạng thái bồn chồn, lo lắng mất ngủ, ở những người hay dùng cà phê thì những biểu hiện này thường không rõ, liều cao có thể làm có thể làm co dật cục bộ hoặc toàn thân. Cafein còn có tác dụng kích thích hô hấp, đối với hệ tim mạch, cafein có thể làm trở ngại kháng ngoại vi, kích thích tim. Liều 250 – 300g cafein gây nên nhịp tim nhanh, huyết áp tăng nhanh cả huyết áp tăng thu và huyết áp tăng trương. Nhưng cũng với liều lượng trên đối với người thường dùng cà phê thì triệu chứng trên sẽ không xuất hiện. Ở nồng độ cao hơn cafein kích thích hô hấp, đối với hệ tim mạch, cafein có tác dụng làm tăng nhịp tim rõ rệt, ở những người mẫn cảm có thể xảy ra hiện tượng loạn nhịp tim. Đối với thực vật, cafein là một thứ thuốc trừ sâu tự nhiên. Nó làm tê liệt và giết chết sâu bọ ăn thực vật. Phân tử này được chiết xuất lần đầu tiên vào năm 1819, bởi nhà hoá học Pháp, Friedrich Ferdinand Runge. Nếu là loại tinh khiết, cafein ở dạng bột màu trắng và cực kì đắng. Nó được thêm vào côla, và nhiều loại thức uống khác để đem lại một vị đắng thú vị rất đặc biệt. Tuy nhiên, cafein còn là một chất kích thích có thể gây nghiện. Trong cơ thể người ta, nó gây sự kích thích lên các dây thần kinh, nhịp tim, sự hô hấp, làm thay đổi tính cách con người , và hoạt động cũng giống như một chất lợi tiểu. Người ta tin rằng cafein làm trở ngại sự tiếp nhận thông tin của não bộ và các cơ quan khác. Việc giảm sự tiếp nhận thông tin này sẽ làm chậm lại các hoạt động của tế bào. Nhưng tế bào thần kinh bị kích thích và tiết ra hóc-môn epinêrin (ađrenalin) làm tăng nhịp tim, huyết áp, và lượng máu chảy trong các cơ, giảm máu chảy đến da và các bộ phận khác. Và gây ra sự giải phóng glucose trong cơ thể. cafein còn làm tăng mức độ truyền đạt của thần kinh. cafein nhanh chóng được đào thải khỏi não hoàn toàn. Nó chỉ có hiệu quả trong một thời gian ngắn và có khuynh hướng không làm ảnh hưởng nhiều đến sự tập trung hay những chức năng khác của não. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 21 Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng cafein, ta sẽ tăng sức chịu đựng đối với nó. Sức chịu đựng khiến cho cơ thể dễ nhạy cảm. Vì thế việc cai nghiện sẽ khiến cho huyết áp giảm, có thể gây ra đau đầu và một số triệu chứng khác. Với quá nhiều lượng cafein có thể gây ra ngộ độc cafein. Một số đặc điểm như: nóng tính, thường xuyên rơi vào tình trạng bị kích động, làm giảm sự tiểu tiện, gây mất ngủ, mặt đỏ ửng, làm lạnh tay, chân, bệnh đường ruột, và thỉnh thoảng lại bị ảo giác. Liều gây độc LD-50 của cafein (là lượng cafein có thể làm chết 50% dân số) khoảng 10 g, tương đương với 100 tách cà phê. LD-50 của cafein cho một con chuột cống nặng 1 kg là 381 mg. Được biết rằng, nước bưởi có khả năng kéo dài thời gian bán huỷ của caffein, bởi chất đắng trong quả bưởi sẽ kìm hãm quá trình trao đổi chất của caffein trong gan. Một số người mắc phải các triệu chứng ngộ độc cafein sau khi dùng khoảng 250 mg mỗi ngày. Đối với người lớn, ước tính khoảng 13-19 gam, cafein có thể gây chết người. Trong khi được coi là an toàn đối với con người, cafein có thể rất độc đối với thú nuôi, như chó, ngựa hay vẹt. Cafein được chứng minh có thể làm giảm bệnh tiểu đường (dạng II). Ngoài việc dùng cafein như một chất kích hay là một thói quen, chúng còn có thể làm thuốc giảm đau đầu khá hiệu quả. V. Các phương pháp khử cafein trong hạt cà phê V.1. Các phương pháp phổ biến hiện nay 4 Có ba phương pháp để khử caffein khỏi hạt cà phê: phương pháp nước (Water Solvent method), phương pháp cacbon dioxin (Supercritical Carbon Dioxide method) và phương pháp dung môi (Solvent method). Tất cả các quy trình loại cafein khỏi cà phê hiện nay đều được thực hiện theo phương pháp cân bằng nồng độ, do đó, sự thất thoát của các cấu tử hương là không thể tránh khỏi, và cũng không thể loại toàn bộ cafein có trong cà phê được. Người ta thường trích ly cafein theo các phương pháp sau: V.1. Phương pháp khử caffein bằng nước (Water Decaffeination) Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để khử cafein. Phương pháp này chỉ sử dụng nước làm dung môi là nước chứ không dùng thêm bất kì một chất hoá học nào khác. Một trong số những phương pháp khử caffein bằng nước phổ biến nhất là phương pháp kiểu Thụy Sĩ. Phương pháp này không gây độc hại và không làm ảnh hưởng tới hương vị của cà phê. 4 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 22 V.2. Phương pháp khử caffein bằng CO2 (Supercritical Carbon Dioxide decaffeination) Phương pháp này sử dụng CO2 để khử cafein. Nhiệt độ và áp suất cao được sử dụng để biến CO2 thành một dung môi. (Trong tiếng Anh thì “Supercritical” có nghĩa là trên mức nhiệt độ và áp suất thông thường) Đây là phương pháp khử cafein khá phổ biến hiện nay. Bằng cách sử dụng CO2, một chất hoá học bền vững, cafein chứa trong cà phê sẽ bị loại bỏ. CO2 dư thừa có thể được thải ra ngoài không khí một cách an toàn và không làm hại gì đến môi trường. Thêm vào đó, nếu được điều chỉnh đúng cách, phương pháp này sẽ cho ta giữ hương vị của cà phê hầu như nguyên vẹn. 97-99% cafein sẽ được tách khỏi hạt cà phê. Phương pháp này cũng không để lại những chất độc hại có khả năng đe doạ sức khỏe con người. Sự bất tiện của phương pháp này là về giá cả. Đây là một phương pháp đắt tiền, bởi việc tạo áp suất cao đòi hỏi nhiều máy móc và thiết bị phức tạp. V.3. Phương pháp khử caffein bằng dung môi (Solvent Decaffeination) Đây là phương pháp cổ nhất dùng để tách chiết cafein khỏi hạt cà phê. Ở phương pháp này, hạt cà phê được xóc trong một dung môi có khả năng hấp thụ caffein, sau đó dung môi này sẽ được tách ra. Quá trình xóc và tách chiết sẽ tiếp tục cho tới khi mức cafein đạt tới độ mong muốn. • Quy trình methylen chloride: Methylen chloride là dung môi được sử dụng để tách cafein ra khỏi cà phê bằng phương pháp trích ly. Nguyên liệu được làm mềm bằng cách ngâm với hơi nước, sau đó xử lý nguyên liệu với methylen chloride bằng hai cách trực tiếp hoặc gián tiếp. • Quy trình ethyl acetate: Phương pháp này được xem như là phương pháp khử cafein tự nhiên vì ethyl acetat là một hợp chất dễ dàng tìm thấy trong trái cây tự nhiên. Trong phương pháp này, cafein được tách ra tương tự như phương pháp dùng methylen chloride nhưng dùng ethyl acetat làm dung môi. Phương pháp này thường được bị hạn chế sử dụng vì nó để lại những chất thải độc hại trong hạt cà phê. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 23 Phần 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH KHỬ CAFEIN Ngày nay cùng với nhu cầu sử dụng cà phê có hàm lượng cafein thấp đã phổ biến. Đã đặt ra câu hỏi đối với những người làm trong lĩnh vực thực phẩm là làm sao sản xuất ra được loại cà phê có hàm lượng cafein thấp mà vẫn giữ được hương vị đậm đà, không độc hại với sức khỏe người tiêu dùng mà giá thành phù hợp với mức sống của người tiêu dùng hiện nay. Vì vậy tôi đề xuất với phương án sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp bằng phương pháp trích ly dùng dung môi là nước thì thõa mãn được những yêu cầu đặt ra ở trên. I. Cơ sở của phương pháp Cafein là một chất hữu cơ có khả năng hòa tan trong một số dung môi hữu cơ mà đặc biệt là nó có khả năng hòa tan trong trong nước ngay ở nhiệt độ bình thường. Một lít nước ở nhiệt độ bình thường hòa tan được 20g trong khi đó một lít nước sôi có khả năng hòa tan 700g cafein. Nước là một dung môi có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới là một dung môi có khả năng hòa tan được một số chất hữu cơ trong đó có cafein mà không độc hại với sức khỏe của con người. II. Cách thực hiện II.1. Quy trình công nghệ Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 24 Cà phê Thu hái Tách tạp chất Phân loại Tách phần vỏ và phần thịt Tách nhớt Khử cafein Thu hồi hương Sấy Bảo quản III. Thuyết minh quy trình III.1. Thu hái Có hai cách hái cà phê: • Hái toàn bộ trong một vụ: có thể hái bằng tay hoặc bằng máy. • Chỉ chọn những trái chín mà hái: Cách này chỉ thực hiện bằng tay. Phương pháp này chỉ thường áp dụng cho loại cà phê Arabica do loại này có chất lượng cao hơn.Chỉ chọn những hạt cà phê có đủ độ chín, chất lượng cao. III.2. Tách tạp chất, phân loại Cà phê sau khi thu hái do lẫn nhiều tạp chất trước khi qua giai đoạn xát tươi cần qua giai đoạn tách tạp chất như lá, cành cây,… Đồng thời phân loại riêng các hạt cà phê không đạt yêu cầu như hạt xanh, lép, sâu bệnh… Quá trình tách tạp chất và phân loại có thể thực hiện bằng phương pháp cơ giới, phân loại theo tỷ trọng bằng bể xiphông. Tách bằng phương pháp xiphông không những tách được tạp chất mà còn rửa sạch cà phê trước khi đưa vào xay xát. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 25 Bể xiphông • Nguyên tắc làm việc của bể xiphông Bể được bơm nước tới 4/5 thể tích bể và được cấp nước liên tục theo ống đứng và ống ngang phía trên chảy ra ngoài, kéo theo các quả cà phê theo nguyên lý bình xiphông. nước dư thừa chảy qua một miệng xả dặt gần thành bể, kéo theo các tạp chất nhẹ như rác, cành, lá, quả cà phê lép, sâu bệnh… Các tạp chất nặng như gạch, đất đá, cát, sạn… lắng xuống đáy bể và được xả ra ngoài sau mỗi lần ngừng máy. • Chọn bể xiphông để tách tạp chất và phân loại vì: + Cấu tạo đơn giản, dễ thao tác. + Hiệu quả phân loại và tách tạp chất cao. + Làm sạch sơ bộ cà phê trước khi xát. III.3. Tách phần vỏ và phần thịt (xát tươi) Nhằm mục đích tách phần lớp vỏ thịt quả bên ngoài. Phải được thực hiện càng sớm càng tốt không nên để quá 24 giờ. Nhằm tránh tiến trình lên men ngoài ý muốn phát sinh vị lạ trong hạt cà phê. Xát vỏ là sự tác động cơ giới vào trái cà phê . Yêu cầu cho các thiết bị xát vỏ là thực hiện chính xác công việc tách vỏ bên ngoài mà không làm tổn thương đến vỏ thóc và hạt cà phê bên trong. Máy xát đĩa Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 26 III.4. Tách nhớt, rửa nhớt III.4.1.Các phương pháp tách nhớt • Phương pháp lên men • Phương pháp sinh hóa: sử dụng enzyme:pectase, protopectinase, pectinase. • Phương pháp hóa học: sử dụng NaOH, Na2CO3 hoặc vôi. • Nước ấm. Ở đây quan tâm đến phương pháp lên men: Vì: + Hiệu quả tách nhớt cao mà chi phí cho một đơn vị sản phẩm thấp. + Dễ thực hiện và không làm ảnh hưởng đến chất lượng cà phê Cà phê thóc sau khi được xát tươi ra được dẫn đến các bể ngâm bằng xi măng, thể tích 1 – 10m3, thành bể cao 1 – 1.5m. Ở đây thực hiện quá trình lên men tự nhiên. • Tác nhân lên men: Các vi sinh vật ưa ấm hiếu khí có khẳ năng phân giải các chất nhớt. • Điều kiện lên men: Nhiệt độ bể chứa đạt 36 – 400C Độ ẩm khối hạt 60 – 70% pH = 5 – 5.5 • Mục đích lên men + Phân hủy lớp chất nhầy có trong vỏ cà phê giúp việc rửa hạt được dễ dàng và sạch sẻ. + Rút ngắn thời gian khử cafein. • Cách thực hiện Việc ủ cà phê được thực hiện trong các bể xi măng. Hạt cà phê vừa được bóc vỏ được đổ vào bể, dàn đều rồi dùng bao tải ủ lên. Thời gian kéo dài từ 12 – 36 giờ tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường. Sau 5 – 6 giờ, cà phê được đảo trộn đều để cung cấp đầy đủ oxy cho khố ủ, Nhiệt độ đều khắp khối ủ. Nếu không nhiịet độ tăng cao sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng lên men. Khi kiểm tra thấy các hạt xáo vào nhau không còn trơn nửa mà có cảm giác hơi nhám thì công việc ủ coi như hoàn thành có thể rửa sạch nhớt và chuyển qua công đoạn khử cafein. III.4.2. Rửa nhớt Mục đích: loại bỏ lớp chất nhớt đã lên men, tạp chất, vỏ trái còn dính… Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 27 Quá trình rửa có ảnh hưởng đến thời gian quá trình khử cafein sau này. Nếu rửa kỹ thì thời gian tách cafein ngắn và ngược lại. Cách tiến hành: cà phê được rửa trong bể ngâm ủ, khấy trộn, thay nước liên tục cho đến khi nước trong là được. Công đoạn rửa nhớt Hạt cà phê sau khi rửa nhớt III.5. Khử cafein Quá trình khử cafein ra khỏi cà phê được thực hiện trước khi thực hiện quá trình rang và nghiền nhằm hạn chế sự thất thoát về hương cũng như một số hợp chất khác. 1 2 3 4 Mô hình quá trình tách cafein 1. Tank thứ nhất 3. Ống tuần hoàn nước 2. Cửa lấy cà phê đã khử cafein 4. Cột lọc cafein • Nguyên tắc hoạt động: + Giai đoạn 1 Đầu tiên cà phê đã được chuẩn bị từ những công đoạn trước ( xay vỏ thịt, rửa nhớt) cho vào tank đầu tiên, nước đã được gia nhiệt lên 80 – 900C cũng được dẫn cùng vào tank. Tại đây quá trình khử cafein sơ bộ diễn ra. Cafein và một số ankaloid khác Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 28 được trích ly cùng với nước tuần hoàn trong tank qua cột lọc (4). Cột lọc này được cấu tạo từ những mạng phân tử Cacbon cho các ankaloid đi qua nhưng cafein được giữ lại tại đây. Nước sau khi qua cột lọc được dẫn qua tank thứ hai. Giai đoạn này được thực hiện trong khoảng 2.5 – 3.5 giờ. + Giai đoạn 2 Cà phê sau khi qua giai đoạn 1 đã được khử 1 phần cafein được dẫn qua tank thứ hai cùng với nước ở tank thứ nhất. Tại đây quá trình lặp lại như ở giai đoạn 1. Giai đoạn này được thực hiện trong khoảng 2.5 – 3.5 giờ. + Giai đoạn 3 Trong giai đoạn này quá trình lặp lại như hai như giai đoạn trước. Nhưng cần chú ý đến hàm lượng cafein còn lại sau quá trình trích ly. Khi 97% hàm lượng cafein được trích ly thì chu kỳ dừng lại. Toàn bộ hạt cà phê được chuyển qua giai đoạn làm khô, dòng nước nóng dùng để trích ly cafein được dẫn qua giai đoạn thu hồi hương. Giai đoạn này thực hiện 2 – 2.5 giờ. • Chú ý trong quá trình khử cafein Nhiệt độ nước trích ly : 80 – 90 0C Tổng thời gian quá trình : 8 – 10 giờ Hàm lượng cafein còn lại : ≤ 3% III.6. Thu hồi hương Hạt cà phê đã qua công đoạn khử cafein đã mất đi một phần hương vị vốn có của nó. Để giữ được hương vị nâng cao chất lượng ta cần phải qua công đoạn thu hồi hương. Hương và vị của cà phê chủ yếu là các ete, acid hửu cơ, xeton… là những chất dễ bay hơi, lợi dụng tính chất này mà người ta cho cho bay hơi các chất này có trong nước của công đoạn khử cafein để thu hồi hương, vị. Sau đó các hương này được phối chế trở lại cho công đoạn sau. Nước qua công đoạn khử cafein được đưa tới tháp thu hồi hương. Tại đây thực hiện quá trình trích ly và thu hồi hương nhằm giữ được hương vị của cà phê đã qua công đoạn khử cafein. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 29 IV. Kiểm tra đánh giá IV.1. Mục đích • Định lượng hàm lượng cafein có trong hạt cà phê sau quá trình trích ly cafein bằng nước. • Đánh giá chất lượng hạt cà phê và phương pháp thực hiên. IV. Các phương pháp định lượng cafein5 IV.1. Dùng phương pháp chiết ở môi trường có NH3 • Nguyên tắc: Chiết cafein bằng ete trong môi trường có NH3, cho bay hơi hết ete, cặn được tinh chế bằng KMnO4 và nước oxy già (dung dịch H2O2) rồi chiết lại bằng Clorofooc. Cho bay hơi Clorofooc, cafein kết tinh lại thành tinh thể không màu, xác định độ nóng chảy và hàm lượng Nitơ theo phương pháp KiênĐan. • Dụng cụ, vật liệu Dụng cụ: Bình nón, cân phân tích, nồi cách thủy, máy sấy… Phểu rót, buret, pipet, máy ly tâm… Hoá chất: Amonihydroxit 22o Be Ete, dung dịch KMnO4 1% Dung dịch nước oxy già, acid Acetic (H2O2 12 thể tích pha 100ml, acid Acetic 1g) Thuỷ ngân kim loại, acid H2SO4 tinh khiết, H2SO4 0.1N, NaOH, Clorofooc tinh khiết. • Các bước tiến hành: Cân 3g mẫu (hạt cà phê đã tách cafein ) xay thành bột cho vào ống ly tâm lớn với 3g NH3, để nửa giờ và khuấy. Chiết xuất bằng ete 4 lần, mỗi lần 25ml. Cho mẫu tiếp xúc trực tiếp trong 10 phút và khuấy liên tục sau đó ly tâm 5 phút rồi gạn dịch chiết cho vào bình nón dung tích 150ml. Tập trung dịch chiết, cân thu hơi Este, cặn còn lại mang sấy khô ở 100 0C trong 15 phút. Hoà tan cặn 3 lần, mỗi lần 50ml nước sôi và để trên nồi cách thủy vài phút. Tập trung hết vào cốc thủy tinh dung tích 400ml, làm nguội và cho thêm 17ml KMnO4 1% 5 Giáo trình kiểm tra chất lượng thực phẩm. Nhà xuất bản Hà Nội Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 30 tiếp xúc 15 phút với dung dịch H2O2 - Acid Acetic để kết tủa Mn (cho từng giọt nước dung dịch H2O2 - Acid Acetic). Khi Penmanganat chuyển màu và kết tủa xốp lúc đó để chén thủy tinh lên nồi cách thủy sôi, tiếp tục nhỏ dung dịch trên cho tới khi mất màu và kết tủa hoàn toàn Mn. (Chú ý thao tác không quá 15 phút). Lọc qua giấy lọc nhanh, rửa cặn với nước sôi. Chuyển cặn ở phểu sang bình lắng gạn, chiết 4 lần mỗi lần mỗi lần 25ml Clorofooc dịch chiết Clorofooc lọc và bình nón đã sấy khô cân sẵn. Sau khi rửa cặn bằng giấy lọc bằng Clorofooc nhiều lần, dịch lọc Clorofooc được thu hồi. Cặn còn lại được sấy khô trong thời gian 30 phút ở 1000C và cân. Kết quả thu được tính theo hàm lượng cafein khan trong 100g chất khô. Người ta cũng có thể định lượng hàm lượng Cafein trên bằng cách xác định hàm lượng Nitơ toàn phần bằng phương pháp Kiênđan. Kết quả số gam Nitơ đem nhân với 3.4643 sẽ cho số gam cafein khan. IV.2. Định lượng cafein bằng phương pháp thể tích • Nguyên tắc Khi dung dịch có cafein, nếu có mặt HCl thì dùng I2 trong KI để có thể làm cho cafein kết tủa dưới dạng hợp chất C8H10O2N4KI4.. Dùng dung dịch Natrithiosunfat đã biết nồng độ chuẩn lượng I2 còn thừa sẽ tính được lượng I2 tiêu tốn cho phản ứng. Từ đó tính được lượng cafein đã tham gia thí nghiệm. • Dụng cụ, hóa chất Dụng cụ: Bình nón, cân phân tích, nồi cách thủy, máy sấy… Phểu rót, buret, pipet, máy ly tâm, bếp cách thủy , bình định mức… Hóa chất: Chì Acetat kiềm tính (d = 1.25) pha loãng trong nước Dung dịch Natrithiosunfat 0.1 N Dung dịch I2 trong KI 0.1N Acid HCl tinh khiết d =1.19 Dung dịch H2SO4 20% Hồ tinh bột 0.5% • Các bước tiến hành. Cân 5g mẫu, nghiền nhỏ cho vào bình 250ml, cho thêm vào 150 – 200ml nước cất đun sôi. Đun cách thủy cho tới khi mẫu lắng hết xuống. Tiến hành lọc dung dịch, tráng rữa bã nhiều lần bằng nước đun sôi, lọc và cho vào bình 500ml. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 31 Lấy 200ml dung dịch cafein cho vào bình định mức 250ml, thêm 4 – 5 ml dung dịch chì Acetat kiềm tính d = 1.25, pha bão hòa trong nước, dùng nước cất thêm tới vạch định mức. Lắc và giữ trong 5 phút. Lọc và lấy 200ml dung dịch lọc cho vào bình định mức 250ml, nhỏ 1.2 - 1.5ml dung dịch H2SO4 20% cho tới khi không còn kết tủa trắng. Tiếp theo lấy 200ml dung dịch lọc (lần 2) cho vào bình định mức thứ ba (dung tích 250ml) cộng thêm 10ml acid HCl tinh khiết. Cho thật chính xác 25ml dung dịch I2 0.1N vào bình định mức lại cho thêm 20ml nước cất lắc và giữ trong 25 phút ở 150C. Lấy ra điều chỉnh đến vạch định mức sau đó lắc và lọc. Lần thứ ba dung dịch lọc dùng Natrithiosunfat 0.1 N chuẩn lượng I2 dư. Khi dung dịch có màu vàng nhạt cho thêm 2ml dung dịch hồ tinh bột 0.5%. Tiếp tục chuẩn độ bằng Natrithiosunfat 0.1 N đến khi mất màu xanh tím thì ngừng. Ghi lại kết quả số ml Natrithiosunfat 0.1 N đã dùng là B. • Kiểm chứng. Lấy 200ml nước cất thay cho dung dịch mẫu và tiến hành tương tự các bước như trên. Bắt đầu từ khi thêm acid HCl. Lượng Natrithiosunfat 0.1 N đã dùng cho kiểm chứng là A. • Kết quả. 100* 250 200 250 200 250 200 *G 0.0052*2.5K*B)-(A Cafein% = Trong đó: A số ml Natrithiosunfat 0.1 N đã dùng phân tích kiểm chứng B số ml Natrithiosunfat 0.1 N đã dùng phân tích Cafein K hệ số điều chỉnh nồng độ Natrithiosunfat G trọng lượng chất khô mẫu 2.5 hệ số tính lượng dung dịch thí nghiệm so với lượng dung dịch đã pha chế 0.0052 là số gam cafein ứng với 1ml Natrithiosunfat 0.1N đã dùng để chuẩn lượng I2 tham gia kết tủa Cafein. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 32 Phần 5: KẾT LUẬN Cà phê có ý nghĩa quan trọng đối với nhiều quốc gia trên thế giới. Về mặt kinh tế, ngành hàng cà phê đóng góp trung bình 20% tổng kim ngạch xuất khẩu cho nhiều nước sản xuất cà phê. Về mặt xã hội, sản xuất và buôn bán cà phê giúp tạo công ăn việc làm cho hàng chục triệu người trên thế giới, giúp giảm tỷ lệ đói nghèo, bất bình đẳng của nhiều quốc gia. Hơn thế nữa, cà phê còn là biểu tưởng, niềm đam mê của nhiều nơi thế giới. Sau một thời gian tìm hiểu về “Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp”. Em đã tìm hiểu được những vấn đề sau: + Tìm hiểu rõ bản chất của cafein và cơ chế tác động của nó đối với sức khỏe người tiêu dùng. + Giới thiệu một số phương pháp khử cafein có trong hạt cà phê ở trên thế giới. + Đề xuất phương pháp tối ưu ứng dụng để sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp ở Việt Nam. Sự cố gắng của bản thân cùng với sự hướng dẫn của thầy Trần Thức nhưng nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết chưa qua thực nghiệm nên kết quả chưa đạt được như mong muốn. Một lần nữa xin được cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Trần Thức và những đóng góp ý kiến của các bạn trong lớp. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 33 Tài liệu tham khảo 1. Cà phê khử cafein.Ngày cập nhật February 1, 2005. Tham khảo ngày 20/10/2008. Jim Poirier. Địa chỉ truy cập 2. Giá cà phê sẽ tăng do nhu cầu mạnh. Ngày cập nhật: Thứ tư 29/10/2008. Tham khảo ngày 30/10/2008 .Huỳnh Ngọc Dương. Địa chỉ truy cập 3. Một số vấn đề về kỹ thuật và đánh giá chất lượng cà phê Đắk Lắk . Ngày cập nhật 21/04/2007. Ngày tham khảo 5/11/2008. Trần Bích Lam, Nguyễn Hoàng Dũng, Lại Quốc Đạt. Địa chỉ truy cập : A%A1pch%C3%ADKHCN/T%E1%BA%ADpsans%E1%BB%91012006/tabid/101/ctl/Detai ls/mid/386/ItemID/43/Default.aspx 4. 2008 Copyright © Swiss Water Decaffeinated Coffee Company Inc. ®/TM are trademarks of Swiss Water Decaffeinated Coffee Company Inc. Privacy Policy Terms & Conditions .Địa chỉ truy cập 5. Trần Thị Quỳnh Chi, Muriel Figue, Trần Thị Thanh Nhàn. 2006. Nghiên cứu tiêu thụ cà phê trong nước tại hai thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Viện chính sách và chiến lược phát triển nông thôn Việt Nam. Địa chỉ truy cập: ver1%20VN_2006_9_28_19_4_17.doc 6. GS.TS Phạm Xuân Vượng .2007. Giáo trình kiểm tra chất lượng thực phẩm. Nhà xuất bản Hà Nội.