MỞ ĐẦU Bánh cracker là sản phẩm tiện dụng phổ biến trên toàn cầu bởi dinh dưỡng, giàu năng lượng và đa dạng về chủng loại. Nguyên liệu làm bánh có thành phần chính là bột mì, đường, muối, bột nở, vốn giàu năng lượng, tuy nhiên không phù hợp cho người ăn kiêng. Khi mức sống tăng cao, nhu cầu sử dụng các sản phẩm có lợi cho sức khỏe của người tiêu dùng cũng tăng theo. Vì thế, các dòng sản phẩm bánh có chức năng riêng biệt được người tiêu dùng ưa chuộng.
Trong đó có dòng sản phẩm bánh giàu xơ và ít năng lượng. Chất xơ cũng được biết đến là tốt cho sức khỏe, do đó các sản phẩm giàu xơ mang lại nhiều lời ích sức khỏe cho người tiêu dùng, trong đó có phòng ngừa bệnh tim mạch, béo phì, táo bón, đái tháo đường và một số loại ung thư. Quả cà phê được biết đến là một trong các loại sản phẩm cây công nghiệp có sản lượng lớn nhất. Tuy được sử dụng vì mục đích chế biến cà phê, nhưng chỉ sử dụng khoảng 55% khối lượng quả cả phê cho mục đích chế biến thức uống.
Hơn 45% còn lại (vỏ cà phê) được gọi là phụ phẩm của ngành công nghiệp chế biến cà phê và là sự lãng phí vô cùng lớn. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu chỉ ra vỏ cà phê là nguồn nguyên liệu giàu xơ và có khả năng chống oxy hóa cao. Ngoài ra, theo tổng quan dự báo về thị trường và giao dịch cà phê thế giới năm 2022/2023 của USDA, sản lượng cà phê nhân của Việt Nam là 30.2 triệu bao (bao 60 kg), tương đương với 1. Với những phân tích trên thì vỏ cà phê được xem là nguyên liệu có nhiều tiềm năng trong tương lai của ngành công nghiệp thực phẩm.
Dựa vào tình hình thực tế cũng như lợi ích mà vỏ cà phê mang lại, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng bột vỏ cà phê thay thế một phần bột mì trong sản xuất bánh cracker giàu xơ”. Mục đích của đề tài là sử dụng phụ phẩm vỏ cà phê có sẵn trong nước để ứng dụng làm nguyên liệu giàu xơ trong quy trình sản xuất bánh cracker nhằm tạo ra sản phẩm bánh cracker giàu xơ, tốt cho sức khỏe. Trang 1 Nguyễn Trường Minh Hà – Phan Thanh Hùng CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN Vỏ cà phê 2. Giới thiệu chung Cà phê được trồng và chế biến ở nhiều quốc gia trên thế giới, chủ yếu là những nước gần vùng xích đạo có khí hậu nhiệt đới như: Việt Nam, Indônêxia, Malaixia, Ấn Độ, Côlômbia, Brazin, Etiôpia…v.
Cà phê trở thành nhu yếu phẩm trong cuộc sống bình thường của mỗi người dân. Phân loại khoa học của vỏ cà phê Giới (Kingdom) Thực vật Ngành (Division) Thực vật có hoa Lớp (Class) Thực vật hai lá mầm Bộ (Order) Rubiales Họ (Family) Rubiaceae Chi (Genus) Coffea L. Loài Coffea arabica Quả cà phê gồm những phần sau: Lớp vỏ quả, thịt quả, lớp nhầy, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và cà phê nhân, các phần trên được thể hiện rõ hơn trong Hình 2. Trang 2 Nguyễn Trường Minh Hà – Phan Thanh Hùng Hình 2.
Thành phần chi tiết trong vỏ cà phê 1. Vỏ đường/ Vỏ nhầy (Mucilage – Mesocarp), 4. Vỏ thóc/trấu (Parchment – Husk/Hull – Endocarp), 5. Hạt cà phê nhân (Embryo).
Bên dưới lớp vỏ thịt là vỏ đường (mesocarp), là lớp nhầy có màu vàng nhạt đến trong suốt và chứa nhiều chất xơ hòa tan có trong quả cà phê chưa chín. Với quá trình phát triển của quả, các enzyme pectolytic phá vỡ các chuỗi pectic, tạo ra một loại hydrogel không hòa tan chứa nhiều đường và pectin [1]. Theo nghiên cứu của lớp vỏ đường chứa nước (84.2% khối lượng), protein (8.9% chất khô), đường khử (4.1% chất khô), pectin (0.91% chất khô) và tro (0. Ngoài ra, lớp nhầy còn chứa một số khoáng chất, nhiều nhất là Potassium K, tiếp theo đó la Phosphorus P, Calcium Ca, Sulphur S, Magnesium Mg và một số hợp chất khác cũng được tìm thấy, chẳng hạn như glycerol, caffein, acetate, lactate, phenol cũng như 2,6 và 3,4-dimethoxyphenol [3].
Tiếp theo là lớp vỏ thóc được bao bọc xung quanh nhân, cứng và nhiều xơ hơn. Lớp vỏ này bao gôm ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng. Các tế bào tăng dần độ cứng theo quá trình chín của quả cà phê nhờ vậy giúp phân loại được kích thước của hạt cà phê [1]. Trong chế biến cà phê, lớp vỏ thóc là những chất cặn rắn chính và được ước tính rằng cứ một kilogram hạt cà phê thu được thì có khoảng một kilogram vỏ trấu.
Bên cạnh đó, lớp vỏ trấu được cấu tạo chủ yếu từ cellulose (40 – 49% chất khô), hemicellulose (25 – 32% chất khô), lignin (33–35% chất khô) và tro (0. Trang 3 Nguyễn Trường Minh Hà – Phan Thanh Hùng Ngoài ra, nằm sát nhân cà phê còn có lớp vỏ lụa rất mỏng, màu vàng đến trắng bạc tùy thuộc vào loại cà phê [5]. Nhân cà phê là phần nội nhũ của quả cà phê, nằm bên trong cùng của quả, thường có hai nhân. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ, trong chứa dầu.
Còn phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn [4]. Thành phần hóa học của nhân cà phê rất quan trọng góp phần tạo mùi vị và hương đặc trưng của cà phê rang. Trong đó, các hợp chất hòa tan trong nước là caffeine, trigonelline, acid nicotinic (niacin), axit chlorogenic, monosaccharide, disaccharides, oligosaccharides, protein, khoáng và acid cacboxylic và cùng với đó là các thành phần không hòa tan trong nước bao gồm cellulose, polysaccharides, lignin và hemicellulose, cũng như một số protein, khoáng, vitamin tan trong dầu và lipid [1]. Hiện nay, hai loại cà phê được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới là Arabica (Coffea arabica) và Robusta (Coffea canephora), trong đó sản lượng của Bảng 2.2 thể hiện rõ hơn về sự khác biệt về cấu tạo và thành phần hóa học của hai loại cà phê này.
Thành phần cấu tạo của quả cà phê (% khối lượng quả tươi) Nguồn: Nguyen và cộng sự (2010) [6] Thành phần Arabica (%) Robusta (%) Vỏ quả 43 – 45 41 – 42 Lớp nhớt 20 – 23 21 – 22 Vỏ trấu 6.5 6–8 Nhân và vỏ lụa 26 - 30 26 – 29 Nhân cà phê là phần trong cùng và quan trọng nhất của quả. Một quả cà phê thông thường có 2 nhân (cá biệt có 1 hoặc 3 nhân). Nhân cà phê có chứa các thành phần như nước, protein, lipid, đường… Ngoài ra, nhân cà phê còn chứa các chất thơm, các alkaloid. Thành phần hóa học của nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.
Cà phê thường được giao dịch thương mại dưới dạng cà phê nhân (có hoặc không có lớp vỏ lụa), được sản xuất bằng phương pháp khô hoặc ướt. Ở phương pháp khô, quả cà phê sẽ được trải mỏng và phơi dưới nắng trong khoảng 2 – 4 tuần đến khi độ ẩm đạt bé hơn 12%, sau đó sẽ tiến hành xát vỏ. Lớp vỏ quả, thịt quả, vỏ thóc và một phần vỏ Trang 4 Nguyễn Trường Minh Hà – Phan Thanh Hùng lụa sẽ được tách ra trong giai đoạn này, phần phụ phẩm thải ra được gọi là “coffee husk”, “cascara” hay vỏ cà phê, chiếm khoảng 45% khối lượng quả cà phê [1]. Cascara phụ phẩm ở phương pháp này bao gồm vỏ quả, vỏ thịt, vỏ đường, vỏ lụa và có thể chứa cả một phần vỏ lụa.
Đối với ở phương pháp chế biến ướt, quả chín và quả xanh sẽ được phân riêng bằng phương pháp tuyển thủy động, quả chín sẽ chìm xuống đáy còn quả xanh sẽ nổi lên trên mặt nước. Sau đó, vỏ quả và thịt quả sẽ được tách ra bằng máy xát vỏ. Quả sau khi xát sẽ được lên men để tách lớp nhớt còn lại trên vỏ cà phê, tiếp tục rửa, phơi và xát vỏ thóc để thu được cà phê nhân, phụ phẩm được thải ra từ phương pháp ướt gồm có “coffee pulp” đồng thời cũng có thể gọi là “fresh cascara” và vỏ thóc/trấu. Fresh cascara phụ phẩm bao gồm vỏ quả và vỏ thịt [7], [8].
Tùy theo phương pháp chế biến khô hay ướt mà thành phần hóa học của loại phụ phẩm này sẽ khác nhau. Vỏ cà phê chứa các chất có lợi cho sức khỏe con người như protein, đường, khoáng… đặc biệt là chất xơ và các chất có hoạt tính kháng oxy hóa. Vào những năm gần đây, người ta đã nhận ra tiềm năng của loại phụ phẩm này. Trên thế giới đã có nhiều ứng dụng trong sản xuất công nghiệp như làm chất đốt tạo năng lượng, chất hấp phụ và tạo ra các sản phẩm công nghiệp như ethanol, gibberellic acid và α-amylase bằng phương pháp lên men thể rắn [9]–[11].
Về thực phẩm, cũng đã có nhiều sản phẩm từ vỏ cà phê như trà cascara, vỏ cà phê phơi khô được dùng như trà, hoặc bổ sung các chất có hoạt tính sinh học được trích xuất từ vỏ cà phê như “Hawaiian Coffee berry juice”. Đây là một sản phẩm nước trái cây đã được thương mại hóa bởi công ty KonaRed’s Hawaiian CoffeeBerry®. Họ đã bổ sung dung dịch cô đặc vỏ cà phê Arabica vào các loại nước uống trái cây nhằm tạo ra sản phẩm mới có hoạt tính kháng oxy hóa [12]. Ngoài ra, gần đây cũng có nhiều nghiên cứu về việc bổ sung vỏ cà phê vào bánh để tăng hàm lượng chất xơ và các hợp chất có hoạt tính kháng oxy hóa [13]–[16].
Tuy nhiên, loại vỏ cà phê được dùng trong các nghiên cứu này thường được chế biến theo phương pháp ướt với các loại vỏ khác nhau như vỏ đường, vỏ thóc, vỏ lụa… Hầu như chưa có nghiên cứu nào sử dụng vỏ cà phê được chế biến theo phương pháp khô “coffee husk”, chứa hầu hết các thành phần của vỏ quả cà phê để bổ sung vào thực phẩm. Trang 5 Nguyễn Trường Minh Hà – Phan Thanh Hùng Từng lớp vỏ của quả cà phê đều có thành phần hóa học khác nhau, điều này sẽ ảnh hưởng đến tính chất cũng như cấu trúc của thực phẩm. Nhìn chung, các lớp vỏ của cà phê được cấu tạo chủ yếu từ carbohydrate, protein, một lượng nhỏ lipid và khoáng. Lớp vỏ lụa (lớp nằm trong cùng, bao bọc nhân cà phê) có hàm lượng xơ tổng khá cao, giàu protein và khoáng nhất trong ba lớp vỏ.
Đặc biệt, ở lớp vỏ này người ta còn phát hiện ra một lượng vitamin C (110 mg/100 g CKNL) [17] và các hợp chất có hoạt tính sinh học mà ở những lớp vỏ khác không có. Cascara hay còn được gọi là vỏ cà phê, bao gồm cả ba loại vỏ thóc, vỏ lụa và vỏ đường. Vì vậy, khi so sánh về thành phần hóa học giữa các loại vỏ, cascara thường có giá trị trung bình.