Chương 1 TONG QUAN LÝ THUYET VÀ DOI TƯỢNG NGHIEN CUU 1. Giới thiệu chung về bã ca phê 1. Định nghĩa Cà phê hạt sau khi qua các công đoạn làm sạch, rang, xay sẽ thu được phần bột cà phê. Bột ca phê sau khi pha chế, chat lọc ra nước cốt nguyên chat sẽ còn giữ lại phan bã.
Ba ca phê (coffee-grounds) hay còn được gọi là xác cà phê thường có mau nâu sam và tùy theo từng loại cà phê khác nhau mà sẽ có màu sắc khác nhau. Thông thường, sau khi đã pha ra một ly cà phê hoàn chỉnh. Người ta thường có xu hướng loại bỏ phần bã cà phê vì chúng không thể dùng để tái chế được. Tuy nhiên, thực tế hiện nay chúng ta có thể tận dụng phần bã cả phê này và ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau.1: Ba ca phê (ảnh minh họa) 1.
Thanh phan bã cà phê Vì cà phê được trích trong nước nên các hợp chất ky nước như: dầu, chất béo, acid béo, triacylglycerin vẫn còn trong bã cà phê (Wong and Wang, 1991). Trong thực tế, tỷ lệ carbon:nitơ của bã cà phê là 11:1 đây là tỷ lệ lý tưởng cho nguồn dinh đưỡng đất và cây trồng (Sikka et al. Protein Protein có một lượng lớn trong bã ca phê. Ham lượng protein trong bã cà phê cao hơn trong nước ca phê pha ra từ bột vì phần lớn chúng không được trích ly trong khi pha.
Hàm lượng protein trong bã cà phê có thể cao hơn mức bình thường do sự hiện diện của một số hợp chất chứa nitơ khác như caffeine, trigonelline và các acid amin. Protein trong bã cà phê cũng là nguồn của arginine, glutamine và histidine — 3 amino acid được biết có hiệu quả đối với hệ miễn dịch của cơ thể. Hàm lượng cysteine va methionine cao trong bã có thé tăng cường kha năng chống oxi hóa của co thé, vi vậy bã cà phê có thé được sử dụng dé bé sung trong các công thức chế biến thực phẩm dé tạo ra các sản phâm thực phẩm chức năng, tăng cường sức khỏe. Caffein Caffein (1,3,7-trimethylpurine-2,6-dione CsHioN4O2) là thành phan có tac dụng mạnh nhất trong các sản phâm ca phê dù chi chiếm khoảng 1 — 5 % thành phan của cà phê.
Hàm lượng caffein của cà phê Robusta (cà phê vối 2,0 + 3,5 %) thường gấp đôi so với cà phê Arabica (cà phê chè 1,2 + 1,5 %) và đây được coi là tác nhân gây ra vị đắng của hạt cà phê. Lipit Các chất béo chủ yếu tạo thành dau ca phê là trigliceride va diterpene là dang este của acid bão hòa nhất là panmitic, behenic, arachidic. Các hợp chất thuộc nhóm diterpene như cafestol (C20H2303) và kahweol (C20H26Os) là những hợp chất được tìm thấy nhiều nhất trong dau cà phé. Carbohydrate Cacbohydrate có phân từ khối nhỏ, tan trong nước va 80 % tan trong ethanol chủ yéu la mono, di va oligosaccharide.
Cac polisaccharide chinh la mantose, galactose va acid galacturonic. Polisacchanride dự trữ nam trong lớp vỏ tế bào gồm những sợi cellulose kết chặt như lignin, pectin và hernicellulose. Các hợp chất thuộc nhóm Carbohydrate, điển hình là đường glucose CøH¡zOs, cấu tạo nên trên 50 % tổng khối lượng khô của hạt cà phê. Hợp chất quan trọng nhất thuộc nhóm Carbohydrate trong cà 5 phê là đường đôi sucrose Ci2H22011 (phức hợp giữa đường glucose va fructose).
Tỷ lệ sucrose được tìm thấy trong cà phê Arabica là khoảng 6 — 9 % và trong cà phê Robusta là khoảng 3 — 7 %. Trong quá trình rang, hầu như toàn bộ lượng đường sucrose đều tham gia phản ứng Maillard dé tạo màu nâu cho hạt cà phê và các hương vị phức tạp khac. Chất khoáng Hàm lượng chất khoáng trong ca phê khoảng 3 — 5 %, chủ yếu là canxi, natri, kali, nito, magie, phospho, clo. Ngoai ra còn thay nhôm, sắt, đồng, 1od, lưu huỳnh,.
những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi vị cà phê. Tác động của bã cà phê đến môi trường và sức khỏe Trong bã cà phê có chứa pectin và cellulose nên thời gian phân hủy khá lâu và dễ gây ô nhiễm môi trường. Bã cà phê nếu đề phân hủy tự nhiên thì chiếm diện tích, gây mùi hôi và có thé sinh ra nắm mốc, vi sinh,. Bã cà phê bị vứt bỏ có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao.
Theo các chuyên gia, loại chat thải này khi phân hủy sẽ giải phóng khí methane (CHụ) - một trong các khí gây hiệu ứng nhà kính phổ biến nhất và đóng góp vào quá trình nóng lên toàn cầu gấp tới 86 lần so khí CO›. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người Methane dang khí là một chat gây ngạt. Ở nồng độ cao có thé làm mat nguồn cung cấp oxy ma bạn cần dé thở, đặc biệt là ở những không gian hạn chế. Giảm oxy có thé gây ngạt thở và mat ý thức.
Nó cũng có thé gây đau dau, chóng mặt, yếu, buồn nôn, nôn mửa, và mất phối hợp. Tiếp xúc với methane lỏng có thể gây tê cóng. Ảnh hưởng đến môi trường Đối với khí quyền, một tấn methane có tác hại lớn gấp 25 lần so với một tan CO2. Methane trong khí quyền là một khí gây hiệu ứng nhà kính góp phan làm tăng sự 4m lên toàn cầu.
Methane gây hại cho không khí và khí này xuất phát từ các nguồn khác nhau. Tổng quan về than hoạt tính Từ xa xưa con người đã biết sử dung than dé đốt lửa phục vụ cho sinh hoạt hàng ngày hay sử dung dé lọc nước tuy được sử dụng rỗng rãi nhưng chủ yếu là than gỗ. Than hoạt tinh được mở rộng sản xuất và sử dụng phố biến vào những năm Than hoạt tính bắt đầu xuất hiện từ các cột mốc thời gian sau: 6 - Năm 1872, với sự nghiên cứu của các tac gia Haworth và Lamb, hai ông đã đưa ra loại than hoạt tính sử dụng nguyên liệu đầu là khí tự nhiên được sản xuất nhiều ở New Cumberlan, West Virginia (Mỹ). - Năm 1892, ở Mỹ, đã san xuất ra loại than hoạt tinh gọi là than mang.
Do sáng chế của tác giả John MacNatte. - Năm 1916, Braun và Ulinger là 2 người đã đưa ra phương pháp nhiệt phân dé sản xuất than hoạt tính. - Nam 1943, ở bang Texas, than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp lò (lò khí, lò lỏng) với tổ chức quy mô công nghiệp lớn hơn hiện đại hơn. Cho đến nay các phương pháp sản xuất trên được áp dụng rộng rãi và sản xuất ra nhiều loại than khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các ngành phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Định nghĩa Than hoạt tinh là một loại vật liệu hap phụ khá phổ biến thường được tìm thấy trong máy lọc nước hay lọc mùi tại các gia đình hay các cơ sở thương mại. Với giá thành rẻ và hiệu quả sử dụng cao nên than hoạt tính được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như bảo quản các sản phẩm cấp thực phẩm, thâm mỹ, ô tô, dầu khí và phục hồi kim loại cho kim loại quý. Nó cũng được sử dụng hiệu qua dé khử mùi, khử clo và khử màu. Than hoạt tính (Activated Carbon) hay còn được gọi là Carbon hoạt tính là một dạng carbon có độ xóp cao, rất nhiều vết nứt, lỗ rồng nhỏ đến kích thước phân tử.
Than hoạt tính có cấu trúc đặc biệt như vậy làm cho diện tích bề mặt của than hoạt tính rất lớn, từ đó dé dang hap thụ va phản ứng với nhiều chất khác nhau. Than hoạt tính được tạo ra từ việc đốt các nhiên liệu giàu cacbon như 20, than da, gao dừa, tre, v.v ở nhiệt độ cao trong điều kiện yếm khí. Phân loại than hoạt tính Than hoạt tính được chia làm nhiều loại dựa theo kích thước: + Than hoạt tính dạng bột: Là loại than hoạt tính được nghiền thành bột mịn có kích thước siêu nhỏ từ 0.5 mm, cho diện tích tiếp xúc lớn. Loại này có giá thành rẻ và được sử dụng nhiều trong pha chế hóa chất như mỹ phẩm, kem đánh răng,.
+ Than hoạt tinh dạng hạt: Là loại than hoạt tính có kích thước li ti ngẫu nhiên từ 0. Than hoạt tính dạng hạt khó bị rửa trôi hơn dạng bột nên thường được dùng làm thành phần trong bộ lọc nước. + Than hoạt tính dạng viên nén: là than hoạt tính dạng bột nhưng được nén lại thành những viên hình trụ có đường kính từ 0. Cấu trúc này cho viên than có khả năng hap thụ mạnh hơn dạng hạt nhưng vẫn cứng cáp và bền bi, khó bị rửa trôi hon dạng bột, do đó thường được sử dụng để lọc khí độc.
+ Than hoạt tính dạng ống: Là loại than hoạt tính được nén thành những ống hình trụ rong ruột lớn đường kính từ 1 — 5 cm. Than hoạt tính dạng ống thường được dùng dé trang bị trong những hệ thống lọc lớn trong nhà máy hoặc các cơ sở công nghiệp. Các loại than hoạt tính hiện nay a. Than hoạt tính làm từ gáo dừa Than hoạt tính gáo dừa (Coconut Shell Activated Carbon) là loại than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay.
Nó có giá cả phải chăng và có tinh kha dụng cao. Loại than hoạt tính này có diện tích bề mặt lớn và có độ cứng, ít bụi nên rất thích hợp cho việc lọc nước và không khí. Nó có các lỗ nhỏ có thể hoạt động như những bộ lọc tốt nhất. Chúng có độ tinh khiết tuyệt vời và chỉ chứa 3 — 5 % hàm lượng tro.
Than hoạt tính làm từ gỗ Than hoạt tình làm từ gỗ (Wood-Based Activated Carbon) là một loại than hoạt tính được sử dụng ít hơn trong lọc nước và nhiều hơn trong các dự án năng lượng tái tạo. Nó thường được sử dụng trong các công trình công nghiệp yêu cầu than và các sản phẩm từ dừa. Nó có diện tích bề mặt cao có cả trung bì và vi bào tử. Chúng rat tốt dé khử màu vật liệu vì chúng có mật độ tương đối thấp và cũng có thé tái tạo.
Than hoạt tinh làm từ tro trấu Than hoạt tính từ trấu (Rice-husk-Based Activated Carbon) là một loại vật liệu. Thành phần chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định hình, một phần nhỏ ở dạng tinh thể graphit. Ngoài carbon, trong than hoạt tính từ tro trâu còn có tro (xỉ) mà chủ yếu là các oxit kim loại kiềm và silic. Cũng như các loại than hoạt tính khác than hoạt tinh làm từ tro trau cũng được ứng dụng trong các ngành như công nghệ mỹ phâm, công nghệ hóa học, y học, xử lý nước thải,.
Than hoạt tính gốc than Than hoạt tính gốc than (Coal-Based Activated Carbon) là loại than hoạt tính thường được sử dụng cho các ứng dụng lọc khí và chất lỏng.