Luận văn thạc sĩ: Trích ly chất chống oxy hóa từ cà phê robusta và ứng dụng trong nước giải khát

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu công nghệ thực phẩm nghiên cứu trích ly chất chống oxy hóa từ vỏ và thịt quả cà phê robusta coffea, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Nguyễn Chiêu Bình
• Người hướng dẫn: GS. Đống Thị Anh Đào
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu trích ly chất chống oxy hóa từ cà phê robusta và ứng dụng trong nước giải khát
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cà phê
• 1.1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ chung của thế giới
• 1.3. Thị trường Việt Nam
• 1.4. Vỏ và thịt quả cà phê
• 1.4.1. Giới thiệu chung
• 1.4.2. Một số hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong vỏ và thịt quả cà phê
• 1.4.3. Tình hình nghiên cứu vỏ và thịt quả cà phê trên thế giới
• 1.4.4. Tình hình nghiên cứu vỏ và thịt quả cà phê ở Việt Nam
• 1.5. Tổng quan về phương pháp trích ly
• 1.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly
• 1.5.2. Phương pháp trích ly bằng dung môi nước
• 1.5.3. Phương pháp trích ly bằng dung môi có hỗ trợ enzyme
• 1.6. Ứng dụng của vỏ và thịt quả cà phê trong thực phẩm
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu thu nhận dịch trích
• 2.1.1. Quả cà phê
• 2.1.2. Chế phẩm enzyme
• 2.2. Nguyên liệu tạo sản phẩm
• 2.2.1. Hóa chất - thiết bị
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Quy trình thu nhận dịch trích
• 2.3.1.1. Sơ đồ quy trình
• 2.3.1.2. Thuyết minh quy trình
• 2.3.2. Quy trình tạo mẫu nước giải khát
• 2.3.2.1. Sơ đồ quy trình
• 2.3.2.2. Thuyết minh quy trình
• 2.3.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chần đến TPC và hoạt tính chống oxy hóa
• 2.3.3.2. Khảo sát quá trình trích ly bằng dung môi nước
• 2.3.3.3. Khảo sát quá trình trích ly bằng dung môi nước có hỗ trợ enzyme
• 2.3.3.4. Ứng dụng dịch trích từ vỏ và thịt quả cà phê để tạo thành nước giải khát giàu chất chống oxy hóa
• 2.3.4. Phương pháp phân tích
• 2.3.4.1. Xác định hàm lượng polyphenol tổng
• 2.3.4.2. Xác định khả năng chống oxy hóa theo DPPH
• 2.3.4.3. Phương pháp đánh giá cảm quan
• 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của thời gian chần đến TPC và hoạt tính chống oxy hóa
• 3.2. Ảnh hưởng của các thông số trích ly bằng dung môi nước đến TPC và hoạt tính chống oxy hóa
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
• 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian trích ly
• 3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: dung môi nước
• 3.3. Ảnh hưởng của các thông số trích ly bằng dung môi nước có hỗ trợ enzyme đến TPC và hoạt tính chống oxy hóa
• 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme
• 3.3.2. Ảnh hưởng của enzyme kết hợp
• 3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
• 3.3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: dung môi
• 3.3.5. Ảnh hưởng của thời gian trích ly
• 3.4. Ứng dụng dịch trích từ vỏ và thịt quả cà phê để tạo thành nước giải khát giàu chất chống oxy hóa
• 3.4.1. Đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm và xác định hoạt tính chống oxy hóa của nước giải khát
• 3.4.2. Chất lượng nước giải khát từ vỏ và thịt quả cà phê
• 3.4.3. Theo dõi sự biến đổi TPC, hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm theo thời gian bảo quản
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục A: Phương pháp phân tích
• A.1. Xác định hàm lượng polyphenol tổng
• A.2. Xác định khả năng kháng oxy hóa theo DPPH
• A.3. Đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm
• Phụ lục B: Kết quả thí nghiệm
• B.1. Xây dựng đường chuẩn
• B.2. Xác định hoạt tính chống oxy hóa của dịch trích
• B.3. Ứng dụng dịch trích từ vỏ và thịt quả cà phê để tạo thành nước giải khát giàu chất chống oxy hóa

Tóm tắt

I. Giới thiệu về cà phê Robusta

Cà phê Robusta, thuộc chi Coffea, là một trong những loại cà phê phổ biến nhất trên thế giới, đặc biệt tại Việt Nam, nơi đây là quốc gia xuất khẩu cà phê lớn thứ hai toàn cầu. Cà phê Robusta có hàm lượng caffeine cao hơn so với cà phê Arabica, mang lại vị đắng đặc trưng và hương thơm mạnh mẽ. Vỏ và thịt quả cà phê Robusta chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, bao gồm chất chống oxy hóa, như flavonoids và phenolic, có khả năng bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do. Việc khai thác những hợp chất này không chỉ giúp tăng giá trị kinh tế cho phụ phẩm từ cà phê mà còn góp phần vào sức khỏe cộng đồng.

II. Phương pháp trích ly chất chống oxy hóa

Nghiên cứu này đã áp dụng nhiều phương pháp trích ly khác nhau để thu nhận chất chống oxy hóa từ vỏ và thịt quả cà phê Robusta. Phương pháp chần được sử dụng để cải thiện khả năng trích ly, với thời gian chần tối ưu được xác định là 1 phút. Sau đó, phương pháp trích ly bằng dung môi nước và trích ly hỗ trợ enzyme được áp dụng. Kết quả cho thấy, phương pháp trích ly bằng dung môi nước có hỗ trợ enzyme cho phép thu nhận hàm lượng phenolic tổng (TPC) và hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH cao nhất. Điều này chứng minh rằng việc sử dụng enzyme như cellulase và tannase có thể gia tăng hiệu quả trích ly, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm nước giải khát.

III. Ứng dụng trong sản phẩm nước giải khát

Sản phẩm nước giải khát được sản xuất từ dịch trích cà phê Robusta không chỉ có hương vị đặc trưng mà còn chứa hàm lượng chất chống oxy hóa cao. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nước giải khát từ dịch trích bằng phương pháp hỗ trợ enzyme có chỉ số cảm quan cao, với TPC và hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH lần lượt đạt 102,69 mg GAE/100 ml và 1003,17 µmol TE/100 ml. Những thông số này cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa, phục vụ nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao về sản phẩm tốt cho sức khỏe.

IV. Giá trị và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về trích ly chất chống oxy hóa từ cà phê Robusta mở ra hướng đi mới trong việc sử dụng phụ phẩm của ngành chế biến cà phê. Việc tận dụng vỏ và thịt quả không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao giá trị kinh tế cho nông dân và doanh nghiệp. Các sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà còn góp phần nâng cao sức khỏe cho cộng đồng. Điều này thể hiện rõ nét sự kết hợp giữa nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia xuất khẩu cà phê Robusta lớn thứ hai thế giới với sản lượng niên vụ 2019-2020 đạt khoảng 1,8 triệu tấn. Quá trình chế biến cà phê nhân tạo ra một lượng lớn phụ phẩm, trong đó vỏ và thịt quả cà phê chiếm khoảng 40-50% khối lượng quả tươi. Những phụ phẩm này chứa nhiều hợp chất phenolic có hoạt tính chống oxy hóa như chlorogenic acid, caffeic acid, tannins và caffeine, có tiềm năng ứng dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc khai thác và sử dụng các hợp chất này từ phụ phẩm cà phê còn rất hạn chế, chủ yếu dùng làm phân bón hoặc chất đốt, gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường.

Nghiên cứu này nhằm trích ly các chất chống oxy hóa từ vỏ và thịt quả cà phê Robusta (Coffea canephora) và ứng dụng trong sản xuất nước giải khát giàu chất chống oxy hóa. Mục tiêu cụ thể bao gồm khảo sát ảnh hưởng của phương pháp chần và thời gian chần đến hàm lượng phenolic tổng (TPC) và hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH, tối ưu hóa các thông số trích ly bằng dung môi nước và dung môi nước có hỗ trợ enzyme, đồng thời đánh giá chất lượng cảm quan và khả năng bảo quản sản phẩm nước giải khát. Nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu thu hoạch tại tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam, trong năm 2020-2021.

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị kinh tế của phụ phẩm ngành cà phê, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa từ dịch trích vỏ và thịt quả cà phê có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về thực phẩm chức năng và đồ uống có lợi cho sức khỏe.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hợp chất phenolic và hoạt tính chống oxy hóa: Phenolic là nhóm hợp chất có cấu trúc vòng thơm mang nhóm hydroxyl, gồm acid phenolic, flavonoids, tannins và stilbenes. Các hợp chất này có khả năng trung hòa gốc tự do, ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid trong thực phẩm và cơ thể người, từ đó giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như ung thư, tim mạch và tiểu đường.

• Cơ chế trích ly có hỗ trợ enzyme: Enzyme cellulase, pectinase và tannase thủy phân các thành phần polysaccharide và tannin trong thành tế bào thực vật, phá vỡ liên kết giữa phenolic và thành tế bào, giúp giải phóng và tăng hiệu suất trích ly các hợp chất phenolic. Phương pháp này thực hiện ở điều kiện ôn hòa, giữ được hoạt tính sinh học của polyphenols.

• Khái niệm Total Phenolic Content (TPC) và DPPH: TPC đo tổng hàm lượng phenolic trong mẫu, được biểu thị bằng mg acid gallic tương đương trên gam chất khô. Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá bằng khả năng bắt gốc tự do DPPH, kết quả biểu thị bằng µmol Trolox tương đương trên gam chất khô.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu là vỏ và thịt quả cà phê Robusta thu hoạch tại Lâm Đồng, Việt Nam, được xử lý chần, sấy khô, nghiền thành bột và bảo quản ở -18°C.

• Phương pháp trích ly:

  • Trích ly bằng dung môi nước nóng với các biến số: nhiệt độ (70-90°C), thời gian (15-30 phút), tỷ lệ nguyên liệu:nước (1:20 đến 1:40 w/v).
  • Trích ly bằng dung môi nước có hỗ trợ enzyme (cellulase, pectinase, tannase) với các biến số: hàm lượng enzyme, nhiệt độ (40-60°C), thời gian (30-90 phút), tỷ lệ nguyên liệu:nước (1:20 đến 1:40 w/v).

• Phân tích:

  • Xác định TPC bằng phương pháp Folin-Ciocalteu.
  • Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp DPPH.
  • Đánh giá cảm quan sản phẩm nước giải khát theo thang điểm 9 mức độ thích.
  • Theo dõi sự biến đổi TPC và hoạt tính chống oxy hóa trong 30 ngày bảo quản ở 8±2°C.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi thí nghiệm được thực hiện tối thiểu 3 lần lặp lại để đảm bảo độ tin cậy. Mẫu nguyên liệu được chọn đồng đều về độ chín và chất lượng.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 12/2020 đến tháng 8/2021, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, khảo sát các điều kiện trích ly, sản xuất và đánh giá sản phẩm nước giải khát, theo dõi bảo quản.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của phương pháp chần và thời gian chần:
   Dịch trích từ phương pháp chần vỏ và thịt quả cà phê ở 85°C trong 1 phút có TPC và hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH cao nhất, lần lượt tăng 1,75 lần và 2,07 lần so với mẫu không chần. Thời gian chần dài hơn không làm tăng thêm hiệu quả.

2. Tối ưu hóa trích ly bằng dung môi nước:
   Dịch trích thu được ở điều kiện 90°C, 25 phút, tỷ lệ nguyên liệu:nước 1:40 (w/v) đạt TPC 57,89 ± 0,78 mg GAE/g chất khô và hoạt tính DPPH 566,28 ± 18,32 µmol TE/g chất khô.

3. Tối ưu hóa trích ly bằng dung môi nước có hỗ trợ enzyme:
   Sử dụng hỗn hợp tannase (2 U/g) và pectinase (150 U/g) ở 50°C, tỷ lệ 1:25 (w/v), thời gian 60 phút, dịch trích đạt TPC 62,21 ± 1,76 mg GAE/g chất khô và hoạt tính DPPH 631,14 ± 16,27 µmol TE/g chất khô, cao hơn lần lượt 1,07 và 1,11 lần so với phương pháp trích ly nước đơn thuần.

4. Chất lượng và bảo quản sản phẩm nước giải khát:
   Nước giải khát từ dịch trích enzyme-assisted có điểm cảm quan 7,12 ± 0,78 (mức độ thích), TPC 102,69 ± 3,47 mg GAE/100 ml và hoạt tính DPPH 1003,17 ± 54,02 µmol TE/100 ml, cao hơn 1,06-1,08 lần so với sản phẩm từ dịch trích nước. Trong 12 ngày bảo quản ở 8±2°C, TPC và hoạt tính DPPH không thay đổi đáng kể, chứng tỏ tính ổn định của sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Việc chần nguyên liệu giúp ngăn chặn hoạt động enzyme polyphenol oxidase, giảm biến đổi màu và tăng khả năng giải phóng phenolic, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về xử lý nguyên liệu thực vật. Nhiệt độ và thời gian trích ly ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất thu nhận phenolic, với nhiệt độ cao và thời gian vừa phải tối ưu hóa hiệu quả mà không làm giảm hoạt tính sinh học.

Sự hỗ trợ của enzyme tannase và pectinase làm phá vỡ liên kết phenolic với thành tế bào polysaccharide, tăng khả năng hòa tan và giải phóng hợp chất chống oxy hóa. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về trích ly enzyme-assisted, đồng thời cho thấy ưu điểm vượt trội so với trích ly nước đơn thuần về hiệu suất và chất lượng dịch trích.

Sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa từ dịch trích enzyme-assisted không chỉ có điểm cảm quan cao mà còn duy trì được hoạt tính chống oxy hóa trong quá trình bảo quản, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp đồ uống chức năng. Biểu đồ so sánh TPC và DPPH giữa các phương pháp trích ly và sản phẩm nước giải khát minh họa rõ sự khác biệt về hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp chần nguyên liệu ở 85°C trong 1 phút để tối ưu hóa hàm lượng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa trước khi trích ly, giúp nâng cao chất lượng nguyên liệu đầu vào.

2. Sử dụng phương pháp trích ly bằng dung môi nước có hỗ trợ enzyme tannase và pectinase với điều kiện 50°C, tỷ lệ nguyên liệu:nước 1:25 (w/v), thời gian 60 phút để thu nhận dịch trích giàu chất chống oxy hóa, giảm chi phí năng lượng và bảo vệ hoạt tính sinh học.

3. Phát triển sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa từ dịch trích vỏ và thịt quả cà phê với công thức đã tối ưu, đồng thời xây dựng quy trình bảo quản ở nhiệt độ 8±2°C để duy trì chất lượng sản phẩm trong ít nhất 12 ngày.

4. Khuyến khích các doanh nghiệp chế biến cà phê tận dụng phụ phẩm vỏ và thịt quả cà phê để sản xuất nguyên liệu chức năng, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5. Thực hiện nghiên cứu tiếp theo về mở rộng quy mô sản xuất và đánh giá tác động sức khỏe của sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa trong cộng đồng tiêu dùng trong vòng 1-2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp chế biến cà phê và thực phẩm chức năng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công nghệ để tận dụng phụ phẩm cà phê, phát triển sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa, nâng cao giá trị gia tăng.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Tài liệu tham khảo về phương pháp trích ly enzyme-assisted, đánh giá hoạt tính chống oxy hóa và ứng dụng trong sản phẩm thực phẩm.

3. Cơ quan quản lý và phát triển ngành nông nghiệp: Cung cấp dữ liệu về tiềm năng sử dụng phụ phẩm cà phê, góp phần xây dựng chính sách phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.

4. Người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe: Hiểu rõ về lợi ích của các hợp chất phenolic trong cà phê và sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa, lựa chọn sản phẩm phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần chần nguyên liệu trước khi trích ly?
   Chần giúp vô hiệu hóa enzyme polyphenol oxidase, ngăn ngừa biến đổi màu và phân hủy phenolic, từ đó tăng hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa trong dịch trích.

2. Phương pháp trích ly enzyme-assisted có ưu điểm gì so với trích ly nước đơn thuần?
   Phương pháp này phá vỡ liên kết giữa phenolic và thành tế bào polysaccharide, tăng hiệu suất trích ly, giữ được hoạt tính sinh học và giảm thời gian, nhiệt độ trích ly so với phương pháp truyền thống.

3. Sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa có thể bảo quản được bao lâu?
   Theo nghiên cứu, sản phẩm giữ ổn định hàm lượng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa trong ít nhất 12 ngày bảo quản ở nhiệt độ 8±2°C mà không giảm chất lượng cảm quan.

4. Các enzyme nào được sử dụng trong quá trình trích ly và vai trò của chúng?
   Cellulase thủy phân cellulose, pectinase phá vỡ pectin trong thành tế bào, tannase phân giải tannin thành acid gallic, giúp giải phóng phenolic liên kết và tăng hiệu quả trích ly.

5. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này là gì?
   Nghiên cứu mở ra hướng sử dụng phụ phẩm cà phê để sản xuất nước giải khát chức năng giàu chất chống oxy hóa, góp phần nâng cao giá trị kinh tế ngành cà phê và giảm ô nhiễm môi trường.

Kết luận

• Dịch trích từ vỏ và thịt quả cà phê Robusta sau khi chần 1 phút ở 85°C có hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa tăng đáng kể so với mẫu không chần.
• Phương pháp trích ly bằng dung môi nước có hỗ trợ enzyme tannase và pectinase tối ưu hóa hiệu suất thu nhận phenolic, giữ được hoạt tính sinh học cao.
• Sản phẩm nước giải khát giàu chất chống oxy hóa từ dịch trích enzyme-assisted có điểm cảm quan cao và duy trì ổn định trong quá trình bảo quản 12 ngày ở 8±2°C.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị kinh tế của phụ phẩm cà phê, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường do thải bỏ phụ phẩm.
• Khuyến nghị áp dụng quy trình trích ly enzyme-assisted trong sản xuất thực phẩm chức năng và phát triển sản phẩm nước giải khát chống oxy hóa trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo là triển khai nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất và đánh giá tác động sức khỏe của sản phẩm trên thị trường tiêu dùng. Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả này để phát triển sản phẩm mới, góp phần nâng cao giá trị ngành cà phê Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cà phê Giới thiệu chung Cà phê thuộc: Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Gentianales Họ: Rubiaceae Chi: Coffea Cây thuộc dạng bụi, cao 3-5m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thế cao 7-10m. Đơn thân hoặc nhiều thân, nhiều cành nằm ngang, lá đối xứng, hình trứng dài, rìa lá quăn, xanh đậm, phiến lá có nhiều gân, kích thước lá thay đổi theo từng chủng và điều kiện ngoại cảnh, thường dài từ 10-15 cm, rộng từ 4-6 cm. Hiện nay, có ba chủng cà phê được trồng chủ yếu trên thế giới cũng như ở Việt Nam là chủng cà phê chè (Arabica coffee), chủng cà phê vối (Robusta coffee) và chủng cà phê mít (Chari coffee) [9] : • Hạt cà phê Arabica có vỏ lụa màu bạc, ít bám nhân, kích thước dài từ 5-10mm, rộng 4-7mm, dày 2-4mm và trọng lượng hạt 500-700 hạt/100g. Hàm lượng caffeine trong nhân từ 0,9-1,8% khối lượng chất khô.

Cà phê Arabica mang hương vị chua thanh, đắng nhẹ, khi pha có màu nâu nhạt, trong trẻo màu hổ phách. Ở Việt Nam, có 3 giống cà phê Arabica chính gồm Typica, Bourbon (xuất xứ từ Pháp), Catimor (xuất xứ từ Bồ Đào Nha, giống chiếm phần lớn sản lượng cà phê Arabica tại Việt Nam) và Catuai [10]. • Hạt Robusta có hình bầu dục hoặc hình tròn, vỏ lụa màu trắng rất khó bong, dài 5-8mm, trọng lượng hạt 600-900 hạt/100g. Hàm lượng caffeine trong nhân từ 2,0-3,0% HVTH: NGUYỄN CHIÊU BÌNH 3 hàm lượng chất khô.

Cà phê Robusta có vị đắng là chủ yếu. Robusta có 2 giống gồm Robusta Sẻ (dòng Robusta thuần chủng, hạt nhỏ nhưng kết cấu chắc và nặng), và Robusta Cao Sản (sản lượng lớn và năng suất cao, khả năng chống chịu sâu bệnh tốt, được dùng để chiết xuất acid chlorogenic hoặc làm cà phê hòa tan) [10]. • Hạt cà phê mít có hình dáng giống hạt cà phê Arabica, hạt có màu vàng xanh hay màu vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong. Trọng lượng hạt 700-1000 hạt/100g.

Giá trị thương phẩm hạt không đều, khó chế biến, hương vị thất thường. Chủng cà phê có 2 giống chính gồm Liberica và Exelsa [10]. Tình hình sản xuất và tiêu thụ chung của thế giới Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), sản lượng cà phê toàn cầu niên vụ 2020 - 2021 dự kiến đạt 10.53 triệu tấn, cao hơn niên vụ trước 420 nghìn tấn. Theo Hiệp hội Cà phê - Cacao Việt Nam, sản lượng cà phê niên vụ 2019 - 2020 đạt 1,8 triệu tấn.

Theo số liệu tính toán từ Tổng cục Hải quan, xuất khẩu cà phê robusta tháng 11/2020 đạt 70,78 nghìn tấn, trị giá 111 triệu USD. Brazil, Việt Nam, Colombia, Indonesia và Ấn Độ là năm quốc gia sản xuất cà phê hàng đầu thế giới [11]. Trong đó, Brazil là nước sản xuất cà phê có sản lượng cao nhất với sản lượng Arabica dự tính đạt 2.87 triệu tấn (niên vụ 2020-2021), tăng 348 nghìn tấn bao so với niên vụ trước. Mặt khác, cà phê Robusta ước tính đạt mức kỷ lục với 1.26 triệu tấn tăng thêm 96 nghìn tấn.

Lượng mưa được phân bổ đều ở ba bang chiếm sản lượng lớn là Espirito Santo, Rondonia và Bahia. Cùng với việc cải tiến kỹ thuật và nhân giống vô tính đã thúc đẩy gia tăng sản lượng. Theo báo cáo của Cục Xuất Nhập Khẩu, trong 6 tháng đầu năm 2020, Việt Nam đã xuất khẩu cà phê robusta sang nhiều thị trường gồm Đức, Nhật Bản, Algeria, Bỉ, Hàn Quốc, Thái Lan, Australia với tổng sản lượng đạt 109,5 nghìn tấn. HVTH: NGUYỄN CHIÊU BÌNH 4 Thị trường Việt Nam Niên vụ 2019 – 2020, sản lượng cà phê Việt Nam đạt 1,8 triệu tấn, giảm 5% so với niên vụ trước, dự đoán trong niên vụ 2020 – 2021 sản lượng cà phê sẽ giảm khoảng 15% do ảnh hưởng của hạn hán và mưa lũ.

Mức này cao hơn so với mức dự báo của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) là 3,5%. Những năm gần đây, diện tích trồng cà phê của Việt Nam giảm do người dân trồng xen canh với các loại cây khác, năm 2020, diện tích cà phê là 680.000 ha giảm 2% so với năm 2019. Theo Tổng cục Hải quan, tính đến 10 tháng đầu năm 2020, Việt Nam đã xuất khẩu được hơn 1,205 triệu tấn cà phê, trong đó cà phê Robusta chiếm đến 95%. Theo báo cáo thị trường của Hiệp hội cà phê-ca cao Việt Nam, tiêu thụ cà phê tăng trưởng ấn tượng từ 0,6kg/người năm 2008 lên 1,9kg/người năm 2018.

Tiêu thụ cà phê bình quân đầu người được dự báo sẽ tăng lên hơn 2,6kg/người vào năm 2024.2 Vỏ và thịt quả cà phê Giới thiệu chung Trên thế giới, cà phê là loại thức uống được sử dụng nhiều thứ hai sau trà. Quả cà phê bao gồm 5 lớp màng bảo vệ hạt cà phê (Hình 1.1), thứ tự từ ngoài vào trong của chúng như sau [12]: • Lớp vỏ (skin hoặc outer skin): Lớp màng đơn được bao phủ bởi một lớp sáp, được hình thành bởi một lớp tế bào nhu mô nhỏ (các tế bào sơ cấp có chứa lục lạp và có khả năng hấp thụ nước), khi chín có thể có màu đỏ, vàng hoặc hồng, tùy theo giống cà phê. • Lớp vỏ thịt và lớp chất nhầy (pulp và mucilage): Trong quả cà phê chưa chín, lớp vỏ thịt là các mô cứng gắn liền với vỏ quả, khi quả trưởng thành, các enzyme pectolytic sẽ phá vỡ các chuỗi pectic tạo thành các hợp chất đường và pectin làm nên một cấu trúc mềm, mọng nước có độ nhớt cao nên thường được gọi là lớp chất nhầy (Mucilage). HVTH: NGUYỄN CHIÊU BÌNH 5 • Lớp vỏ trấu (Parchment): lớp ngoài cùng của phần hạt, tiếp xúc trực tiếp với phần vỏ quả, được hình thành từ ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng.

• Lớp vỏ lụa (silver skin): Lớp vỏ này rất mỏng, được hình thành từ nucellus, bao bọc trực tiếp nhân cà phê. • Nhân cà phê (bean): Phần trong cùng và là quan trọng nhất của quả, chịu trách nhiệm trích lũy chất dinh dưỡng cho quá trình nảy mầm của phôi. Một quả cà phê thông thường có 2 nhân. Thành phần cấu tạo quả cà phê Quá trình sản xuất cà phê nhân bắt đầu từ quá trình loại bỏ các thành phần bên ngoài quả cà phê dù theo quy trình chế biến ướt, chế biến khô, quy trình bán khô, hay quy trình cơ học chỉ để lại hạt cà phê tươi.

Một lượng lớn phụ phẩm, phần lớn là và thịt quả cà phê, chiếm 40 - 45% khối lượng quả cà phê bị thải bỏ trong quá trình chế biến cà phê nhân, tác động xấu đến môi trường [11]. Vỏ và thịt quả cà phê chứa 44,0 - 50,0% carbohydrate, 18,0 - 21,0% xơ tổng, 10,0 - 12,0% protein và 2,5% lipid (tính trên khối lượng chất khô) [13], thường được tận dụng làm nguyên liệu sản xuất biogas, phân bón sinh học, cơ chất trồng nấm và thức ăn gia súc [14]. Tuy nhiên, đáng chú ý hơn, vỏ và thịt quả cà phê chứa một lượng lớn các hợp chất có hoạt tính sinh học như hợp chất phenolic (1,48%) [11], caffeine (1,25-1,3%), HVTH: NGUYỄN CHIÊU BÌNH 6 tannins (1,8-8,6%) và chlorogenic acid (1,07%) (tính trên khối lượng chất khô) [13]. Từ đó thúc đẩy các nghiên cứu thu nhận hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ và thịt quả cà phê.

Một số hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong vỏ và thịt quả cà phê Chất kháng oxy hoá là những hợp chất có khả năng ngăn chặn quá trình oxy hoá, chúng có nhiều vai trò trong sản xuất thực phẩm và sức khoẻ con người. Trong lĩnh vực thực phẩm, quá trình oxy hoá chất béo không bão hoà không những làm giảm giá trị cảm quan mà còn giảm giá trị dinh dưỡng, giảm sự an toàn của sản phẩm trong quá trình bảo quản và tạo ra các sản phẩm thứ cấp trong quá trình chế biến. Do đó, việc bổ sung chất kháng oxy hoá sẽ ngăn chặn hoặc làm giảm quá trình oxy hoá trong thực phẩm gây ra và tăng thời gian bảo quản sản phẩm [15]. Việc tạo thành gốc tự do như gốc anion superoxide (O2●-), hydroperoxide (H2O2) và gốc hydroxyl (●OH) là hệ quả không thể tránh khỏi ở sinh vật trong quá trình trao đổi chất.

Gốc tự do không ổn định và nhanh chóng phản ứng với các chất khác trong cơ thể, dẫn tới tổn thương tế bào và các mô, kết quả là hàng loạt các rối loạn và bệnh tật xuất hiện như tiểu đường, ung thư, bệnh Alzheimer, viêm, xơ vữa động mạch, lão hóa,. Trong cơ thể con người, có nhiều hệ thống kháng oxy hoá khác nhau như enzyme kháng oxy hoá nội tại (superoxide dismutase, catalase và glutathione peroxidase), vitamin C, vitamin E, glutathione. Chúng có vai trò quan trọng trong việc trung hòa gốc tự do, giúp tế bào không bị tổn thương. Để ngăn ngừa và làm chậm quá trình peroxide trong thực phẩm, nhiều chất chống oxy hóa có bản chất hóa học như butylated hydroxytoluene (BHT), butylated hydroxyanisole (BHA), tert-butylhydroquinone (TBHQ) và propyl gallate (PG) đã và đang được sử dụng.

Tuy nhiên việc sử dụng các chất chống oxy hóa tổng hợp này cần được kiểm soát nghiêm ngặt do những nguy cơ ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người [16]. HVTH: NGUYỄN CHIÊU BÌNH 7 Do đó, những chất chống oxy hóa tự nhiên thay thế cho những chất chống oxy hóa tổng hợp đã và đang thu hút sự được quan của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Trong đó, dịch trích nguyên liệu thực vật là một trong những chất chống oxy hóa tự nhiên đáng được cân nhắc. Trong đó hợp chất phenolic được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu.

Hợp chất phenolic thực vật được định nghĩa là hợp chất có một (hợp chất phenolic đơn giản hoặc phenolic acid) hoặc nhiều vòng thơm mang gốc thế hydroxyl và được xem là sản phẩm trao đổi chất bậc 2 của thực vật. Hợp chất phenolic bao gồm [17]: • Acid phenolic có hai loại chính là các dẫn xuất của acid benzoic (protocatechuic acid, vanillic acid, gallic acid, syringic acid) và các dẫn xuất acid cinnamic (p-coumaric acid, caffeic acid, chlorogenic acid, cryptochlorogenic acid, neochlorogenic acid, ferulic acid, sinapic acid). • Flavonoids là một nhóm lớn của các polyphenol tự nhiên, chúng đặc trưng bởi hạt nhân flavan chứa 15 nguyên tử Carbon xếp theo ba vòng (C6-C3-C6). Chúng được phân thành nhiều phân lớp khác nhau dựa vào mức độ oxy hóa của vòng, bao gồm: flavones, flavonols, flavan-3-ols, isoflavones, flavanones, anthocyanins.

• Tannins: Tanin hay tannoit là một hợp chất polyphenol có trong thực vật có khả năng tạo liên kết bền với các protein và các hợp chất hữu cơ cao phân tử khác như các acid amin và alkaloid. Tannins được phân làm 3 nhóm gồm tannins có thể thủy phân (gallotannins và ellagitannins), tannins ngưng tụ (Proanthocyanine) và phlorotannins [19]. • Stillbenes: Hợp chất stilbenes có cấu trúc 1,2-diphenylethylene với nhóm một số nhóm hydroxyl trên vòng thơm, tồn tại dạng monomer hoặc oligomer [20].