CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về cà phê Cà phê có nguồn gốc từ vùng Keffa cũ, còn gọi là Harar, ở Bắc Phi (Crozier & cộng sự, 2011). Vào thế kỷ thứ mười tám, cà phê nở rộ ở Brazil và vào năm 1800, một mùa thu hoạch lớn Brazil đã biến cà phê trở thành một thức uống phổ biến. Kể từ đó, cà phê đã trở thành một trong các hàng hóa quan trọng nhất được thương mại hóa trên thế giới (Carla R.
và cộng sự, 2013). Ngày nay, cà phê được coi là một loại thực phẩm chức năng, chủ yếu là do hàm lượng cao các hợp chất có tác dụng chống oxy hóa và các đặc tính sinh học có lợi khác. Hương vị đặc trưng của cà phê làm cho nó trở thành một loại đồ uống độc đáo (Yeretzian C. và cộng sự, 2003).
Đặc điểm của cà phê Cây cà phê là một phần của phân giới thực vật có tên khoa học là Angiosperm, hay Angiospermae. Nó thuộc họ thực vật Rubiaceae, chi Coffea. Psylanthus là một chi quan trọng khác trong họ Rubiaceae (Farah, Adriana và cộng sự, 2015). Hai loài cây cà phê chính có vai trò kinh tế thương mại quan trọng là Coffea arabica, còn được gọi là cà phê Arabica, chiếm khoảng 70% thị trường cà phê toàn cầu và C.
robusta chiếm phần còn lại (Wintgens, 2004); (ABIC, 2011). Cà phê Arabica và Robusta có nhiều điểm khác nhau, bao gồm khí hậu phát triển lý tưởng, thành phần hóa học và đặc tính của cà phê. Cà phê Coffea canephora được người Bỉ gọi là Robusta vì nó có khả năng chống lại các loại bệnh và dễ thích nghi hơn loài Arabica (Muller R. Cà phê này được trồng ở các khu vực có độ cao trung bình của khu vực Uganda, từ khoảng 900 mét đến 1.200 mét so với mực nước biển.
Cà phê Robusta có năng suất lớn hơn Arabica, chứa nhiều caffeine hơn (2.5% của Arabica và chứa ít đường hơn (3-7% so với 6 - 9% của Arabica)) (UCDA, 2019). Cấu tạo của hạt cà phê Trong mỗi quả cà phê thường có 2 hạt gọi là hạt cà phê (Smith AW, 1985). Quả cà phê gồm những phần sau: Lớp vỏ quả, thịt quả, lớp nhầy , lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân quả (Carla R. và cộng sự, 2013).
Cấu tạo của hạt cà phê được thể hiện ở hình 1. 1 do an Hình 1. Hình mặt cắt ngang (bên trái) và dọc (bên phải) của hạt cà phê a. Vỏ quả giữa e.
Vỏ da lụa g. Vỏ quả ngoài d. Vỏ quả trong f. Màu sắc của lớp vỏ ngoài khi bắt đầu phát triển quả thường có màu xanh lục, quả chuyển sang màu đỏ tím hoặc đỏ đậm khi chín (thậm chí là màu vàng) (Esquivel và cộng sự, 2012).
Pulp (lớp vỏ thịt) hay còn gọi là Mesocarp: Dưới lớp vỏ quả, bao phủ một lớp có cấu trúc mềm, mọng nước và có độ nhớt cao, vỏ thịt cà phê chứa nhiều đường và pectin. Thành phần hóa học của cà phê Hạt cà phê bao gồm nhiều thành phần, bao gồm carbohydrate, protein, lipid, tannin, polyphenol. và khoáng chất (Belitz H-D và cộng sự, 2009). Thành phần hóa học của cà phê Arabica và Robusta Thành phần Coffea Arabica Coffea Canephora Carbohydrate Sucrose 6.0 Các hợp chất nitrogen 2 do an Protein/peptides 10.0 Các acid amin tự do 0.7 Lipid Dầu cà phê 15–17.5 Các este và acid Chlorogenic acids 4.
và cộng sự, 2006); (Farah A. và cộng sự, 2006); (Holscher W. và cộng sự, 1990). Thành phần hóa học của cà phê Robusta trước và sau khi rang Thành phần hóa học Robusta xanh (%) Robusta rang (%) Caffeine 2.9 Hợp chất bay hơi Một ít 0.
và cộng sự, 1995) 1. Protein Hàm lượng protein của cà phê xanh là khoảng 10 - 13%. Protein của cà phê thay đổi trong quá trình rang (Oestreich-Janzen S. Protein trong cà phê ở một số bài báo cho thấy rằng hàm lượng của nó dao động từ 8.5-12%, đôi khi có thể lên tới 16% (Mussatto & cộng sự, 2011) 3 do an Protein chính của cà phê xanh là protein dự trữ.
Nó được sinh tổng hợp ở nội nhũ (Marraccini P. và cộng sự, 2002) trong quá trình trưởng thành và chiếm khoảng một nửa hàm lượng protein (Rogers, W. J và cộng sự, 1997). Một số axit amin có trong cà phê như alanine, arginine, asparagine, cysteine, axit glutamic, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, threonine, tyrosine,.
và cộng sự, 2010). Hàm lượng acid amin tự do và tổng số acid amin tự do trong cà phê xanh Robusta và Arabica Acid amin Acid amin Tổng acid amin Tổng acid amin trong cà phê trong cà phê trong cà phê trong cà phê Acid amin xanh Arabica xanh Robusta xanh Robusta xanh Arabica (%) (%) (%) (%) Alanine 0.05 - butyric acid Glutamic acid 0. K, 2008); (Trautwein, E, 1987) 4 do an Các acid amin tự do của cà phê xanh phần lớn được biến đổi khi rang. Chúng tham gia vào phản ứng Maillard, tạo nên hương vị và màu sắc của cà phê (Homma, S.
Carbohydrate Trong quá trình phát triển quả cà phê, carbohydrate được tạo ra ở cả lá và vỏ quả, như đường khử (glucose, fructose) và sucrose. Các loại đường có mặt trong cà phê như sucrose, glucose, fructose, arabinose, galactose và mannose (Belitz H-D và cộng sự, 2009); (Wei F. và cộng sự, 2010); (Ky C. và cộng sự, 2001).
Robusta chứa ít hơn khoảng 30% sucrose so với Arabica (Privat, I. và cộng sự, 2006). Các cấu trúc carbohydrate chính trong hạt cà phê xanh Arabica và Robusta Thành phần Cấu trúc Arabica (%) Robusta (%) Monosaccharides Fructose, glucose, galactose, and 0.70 arabinose (traces) Oligosaccharides Mainly sucrose 5.6 Mannan Dự trữ carbohydrate, chuỗi thẳng (galactomannan) β- (1-4) -mannan với mức độ thay 22 22 thế thấp, hòa tan kém Arabinogalactane Thành phần cấu trúc tế bào; β- (1- -protein (formerly 3) -galactans được thay thế bằng 16 – 17 14 – 15 arabinogalactan) hỗn hợp các nhánh arabinose/ galactose, hòa tan trong nước. Cellulose Các thành phần cấu trúc tế bào, (homoglucan) thành phần không tuyến tính β- (1- 8 8 4) -glucan, không hòa tan Hemicellulose Chủ yếu là glucan, với một số rhamnose (0,3%), xyloza (0,2%) Lượng nhỏ Lượng nhỏ từ da giấy còn lại Nguồn: (Viani, R.
và cộng sự, 2007) Sucrose của cà phê xanh sẽ giảm sau quá trình rang, bên cạnh đó một lượng nhỏ monosaccharide và các disacchacaride khác được giải phóng, hàm lượng sucrose có trong cà phê phụ thuộc vào độ chín của quả. Quả càng chín thì hàm lượng càng cao. Sucrose bị caramel hóa trong quá trình rang tạo thành hương vị cho dung dịch cà phê (Redgwell, R. và cộng sự, 2003).
Lipid Trong cà phê xanh, hầu hết lipid có trong nội nhũ; lipid bên ngoài hạt chỉ chứa một lượng nhỏ. Chất béo trong cà phê bao gồm triglyceride, phospholipids, sterol, tocopherols, các diterpene và các este tương ứng với acid béo (Oestreich-Janzen S. Tổng hàm lượng lipid trong cà phê xanh là 7 - 17%, với trung bình khoảng 15% cho Arabica và 10% cho Robusta (Oestreich-Janzen S. Thành phần lipid trong cà phê xanh Khối lượng % tổng lipid Thành phần Trung bìnha Khoảngb Triacylglycerols 75.2 70–80 Các ester của diterpene alcohols and fatty acids 18.2 Các ester của sterols và các acid béo 3.1 Các dẫn xuất của Tryptamine 0.
Lipid trong cà phê đóng vai trò là chất mang hương vị và hòa tan các vitamin, góp phần tạo nên hương vị của hạt cà phê (Oestreich – Janzen S, 2013). Caffein Cà phê Arabica và Robusta có hàm lượng caffein khác nhau (Martın M. và cộng sự, 1999). Cà phê Arabica có hàm lượng caffeine cao hơn cà phê Robusta với tỷ lệ chênh lệch là 0.
Tuy nhiên, Robusta có hoạt tính chống oxy hóa cao gấp 2 lần. Sự khác biệt này không đáng kể sau khi cà phê được đem đi rang (Richelle M, và cộng sự, 2001). Caffeine 1,3,7-trimethyl-xanthine, là một chất chuyển hóa thứ cấp caffein trong cà phê (Mazzafera P. và cộng sự, 2009).
Sinh tổng hợp caffein diễn ra trong lá và vỏ quả, phần bên ngoài của quả. Ở lá già, hàm lượng caffeine thấp hơn (Ashihara H. Công thức cấu tạo caffein (Oestreich-Janzen S., 2010) 6 do an Bảng 1. Thành phần caffein trong hạt cà phê của hai loài C.
canephora Loài Giống % Caffeine trong hạt (%DW) Mundo Novo 1. canephora Kouilou/Conillon 2. Chlorogenic acid Chlorogenic acid là chất chuyển hóa thứ cấp phân bố rộng rãi trong thực vật, và chúng cũng có mặt trong hạt cà phê có số lượng tương đối lớn (Oestreich-Janzen S. Công thức cấu tạo Acids Chlorogenic Cấu trúc ban đầu là một liên hợp của tetrahydroxy-cyclohexane carboxylic acid (quinic acid) và caffeic acid (3,4-dihydroxy cinamicacid).
Chlorogenic acid là các ester của trans cinnamic acid và quinic acid (Oestreich-Janzen S. Thành phần tiêu biểu của acid chlorogen (CGA) và các thành phần giống như CGA trong hạt cà phê xanh Arabica và Robusta Thành phần Arabica (%) Robusta (%) 5-O-caffeoyl-quinic 5.06 Eruloyl quinic acid 0.5 Di-caffeoylquinic acid 0.5 Caffeoylferuloylquinic acid Không tìm ra 0.3 Chlorogen acid phổ biến nhất là axit 5-O-caffeoyl-quinic (5-CQA). Sự phổ biến trong họ Chlorogen acid do sự thay thế ở vòng thơm, đặt tên theo hợp chất tương ứng như eruloyl quinic acid (FQA) và p-coumaroylquinic acid (pCoQA). Một số di-ester đồng phân của 7 do an quinic acid tồn tại như di-caffeoylquinic acid, diCQA, hay thậm chí là hỗn hợp các ester như caffeoylferuloylquinic acid (CFQA) (Oestreich-Janzen S.
Các acid hữu cơ Theo báo cáo của Balzer, H., (2001) cho rằng: ngoài chlorogen, acid nổi bật nhất trong cà phê xanh là citric acid với 1,3%, tiếp theo là malic acid (0.4%) và phosphoric acid (0. Ở giai đoạn rang cà phê, các acid được hình thành do sự phân hủy carbohydrate, chủ yếu là acetic acid (0.2%) và lactic acid (0. Do tính dễ bay hơi, acetic acid và formic acid có một phần bị mất ở nhiệt độ rang cao hơn, quinic acid gia tăng do sự phân tách chlorogen acid (Oestreich-Janzen S. Sau khi pha thành đồ uống, việc lưu trữ dung dịch trong thời gian dài sẽ gia tăng hàm lượng acid trong cà phê.
Một bài báo gần đây mô tả một số thí nghiệm mô hình trong việc chiết xuất cà phê ở quy trình sản xuất cà phê hòa tan cho thấy: formic acid, quinic và acetic tăng tương đối hơn so với acid citric và malic; và đây có thể là lý do cho sự thay đổi về chất lượng và vị trong quá trình trích ly cà phê (Steinhauser, U. và cộng sự, 1999). Tình hình phát triển của cà phê trong nước và trên thế giới 1. Tình hình phát triển của cà phê trong nước Arabica và Robusta là hai loại cà phê chính được trồng ở Việt Nam.
Trong thị trường toàn cầu, Việt Nam được biết đến là nước xuất khẩu cà phê lớn thứ hai và chỉ sau Brazil. Trong giai đoạn 2016-2017, tổng xuất khẩu cà phê từ Việt Nam sang 80 thị trường là 26.05 triệu bao (60kg/bao) bao gồm rang, xay, cà phê hòa tan và cà phê nhân. Trong khi thị trường nội địa tiêu thụ khoảng 2. Năm 2014, diện tích trồng cà phê là 653 ngàn ha tăng 2.