Nghiên cứu tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng (2018)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

––––––––

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁCH CAFFEINE TỪ HẠT CÀ PHÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY DUNG MÔI CÓ HỖ TRỢ VI SÓNG

Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Ngọc Sinh viên thực hiện:

Đỗ Ngọc Sơn

Mã số sinh viên:

56130338

Khánh Hòa – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC

––––––––

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁCH CAFFEINE TỪ HẠT CÀ PHÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY DUNG MÔI CÓ HỖ TRỢ VI SÓNG

Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Ngọc Sinh viên thực hiện:

Đỗ Ngọc Sơn

Mã số sinh viên:

56130338

Khánh Hòa, tháng 7/2018

LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Bộ môn Kỹ thuật Hóa học - Khoa Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nha Trang đã quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo TS. Trần Quang Ngọc đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này trong thời gian qua.

Em cảm ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phòng Thí nghiệm khu Công Nghệ Cao, các Khoa Phòng Ban chức năng đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Em cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ em trong suốt thời gian qua.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án tốt nghiệp này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có thêm kiến thức làm hành trang vững chắc trong tương lai.

Em xin kính chúc quý thầy cô trường Đại học Nha Trang lời chúc sức khỏe, thành công trên con đường giảng dạy.

Nha Trang, ngày 01 tháng 07 năm 2018 Sinh viên

Đỗ Ngọc Sơn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN –––––––– .......................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................

Nha Trang, ngày

tháng năm 2018

Giảng Viên Hướng Dẫn

TS. Trần Quang Ngọc

MỤC LỤC Đề Mục

Trang

Trang bìa

i

Quyết định giao ĐA/KLTN

ii

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

iii

Lời cảm ơn

iv

Mục lục

v

Danh mục hình

vi

Danh mục bảng

vii

Danh mục viết tắt

viii

MỞ ĐẦU

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

3

Giới thiệu về cà phê

3

1.1.1. Nguồn gốc cây cà phê

3

1.1.2. Đặc điểm các loại cây cà phê phổ biến ở Việt Nam

3

1.1.3. Đặc điểm và cấu tạo của hạt cà phê[29]

5

1.1.

1.2.

Giới thiệu về caffeine

8

1.2.1. Cấu trúc và tính chất

8

1.2.2. Hoạt tính sinh học

9

1.3.

Cà phê Decaf

10

1.3.1. Giới thiệu về cà phê Decaf

10

1.3.2. Thị trường sản xuất tiêu thụ

10

1.3.3. Các phương pháp sản xuất cà phê Decaf

12

1.4.

Các phương pháp tách chiết

1.4.1. Cơ sở quá trình tách chiết

15 15

1.4.2. Một số phương pháp tách chiết

16

1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết

23

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

27

2.1.

Đối tượng nghiên cứu

27

2.2.

Dụng cụ - hóa chất – thiết bị

27

2.2.1. Dụng cụ

27

2.2.2. Thiết bị

27

2.2.3. Hóa chất

28

2.3.

Phương pháp nghiên cứu

28

2.3.1. Sơ đồ thực nghiệm

28

2.3.2. Phương pháp xác định độ ẩm

33

2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng tro

33

2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng caffeine trong nguyên liệu

34

2.3.5. Phương pháp tính hiệu suất trích ly

35

2.3.6. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC)

35

2.3.7. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR

36

2.3.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis

36

2.3.9. Quy trình chế biến cà phê Decaf

37

2.3.10. Phương pháp đánh giá cảm quan

39

2.3.11. Phương pháp xử lý số liệu

40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

41

3.1.

Độ ẩm của nguyên liệu hạt cà phê

41

3.2.

Hàm lượng tro của nguyên liệu hạt cà phê

41

3.3.

Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu hạt cà phê

41

3.4.

Ảnh hưởng của các điều kiện trích ly đến hiệu suất trích ly

42

3.4.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly 42 3.4.2. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly

43

3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly

45

3.5.

Phân tích caffeine

46

3.5.1. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC)

46

3.5.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR.

47

3.5.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis

48

3.6.

Chế biến thử nghiệm cà phê Decaf

49

3.6.1. Quá trình tách caffeine ra khỏi hạt cà phê.

49

3.6.2. Quá trình rang xay

50

3.6.3. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf

51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

52

TÀI LIỆU THAM KHẢO

53

PHỤ LỤC

56

DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Cây cà phê ........................................................................................... 3 Hình 1. 2. Công thức cấu tạo của caffeine ............................................................ 8 Hình 1. 3. Quy trình khử caffeine bằng dung môi .............................................. 13 Hình 1. 4. Quy trình khử caffeine bằng nước ..................................................... 14 Hình 1. 5. Quy trình khử caffeine bằng CO2 ...................................................... 15 Hình 1. 6. Kỹ thuật chiết ngâm dầm ................................................................... 16 Hình 1. 7. Kỹ thuật chiết ngấm kiệt .................................................................... 17 Hình 1. 8. Hệ thống chiết soxhlet........................................................................ 18 Hình 1. 9. Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước ............................................... 19 Hình 1. 10. Hệ thống chiết có hỗ trợ siêu âm ..................................................... 20 Hình 1. 11. Hệ thống chiết có hỗ trợ vi sóng ...................................................... 21 Hình 1. 12. Hệ thống chiết bằng CO2 siêu tới hạn .............................................. 22 Hình 2. 1. Hạt cà phê vối .................................................................................... 27 Hình 2. 2. Sơ đồ thực nghiệm ............................................................................. 29 Hình 2. 3. Hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng .................................................... 30 Hình 2. 4. Chiết lỏng lỏng bằng chloroform ....................................................... 31 Hình 2. 5. Làm khan............................................................................................ 31 Hình 2. 6. Hệ thống cô quay chân không ............................................................ 32 Hình 2. 7. Caffeine tinh chế ................................................................................ 32 Hình 2. 8. Quy trình chế biến cà phê Decaf ........................................................ 37 Hình 3. 1. Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến hiệu suất trích ly ............................................................................................................................ 43 Hình 3. 2. Biểu đồ ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly... 44 Hình 3. 3. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly ........ 46 Hình 3. 4. Sắc ký bản mỏng ................................................................................ 47 Hình 3. 5. Phổ hồng ngoại FTIR ......................................................................... 48

Hình 3. 6. Phổ hấp thụ của caffeine trích ly........................................................ 49 Hình 3. 7. Phổ hấp thụ của caffeine chuẩn ......................................................... 49 Hình 3. 8. Hạt cà phê đã tách caffeine ................................................................ 50 Hình 3. 9. Hạt cà phê chưa tách caffeine ............................................................ 50 Hình 3. 10. Bột cà phê Decaf .............................................................................. 50 Hình PL. 1. Hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng .................................................. 58 Hình PL. 2. Hệ thống cô quay chân không ......................................................... 58 Hình PL. 3. Máy quang phổ hồng ngoại khả kiến UV-Vis................................. 58 Hình PL. 4. Hệ thống quang phổ hồng ngoại FTIR ............................................ 58

DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của hạt cà phê ..................................................... 6 Bảng 2. 1. Tính chất một số dung môi hữu cơ .................................................... 28 Bảng 2. 2. Các mức chất lượng ........................................................................... 40 Bảng 3. 1. Độ ẩm của hạt cà phê ......................................................................... 41 Bảng 3. 2. Hàm lượng tro của hạt cà phê ............................................................ 41 Bảng 3. 3. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu .............................................. 42 Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly .... 42 Bảng 3. 5. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly ............... 44 Bảng 3. 6. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly .................... 45 Bảng 3. 7. Kết quả đánh giá cảm quan ............................................................... 51 Bảng PL. 1. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf theo phương pháp cho điểm TCVN 3215-79...................................................................................................... 56

DANH MỤC VIẾT TẮT Decaf

Decaffeinated coffee

DNA

Deoxyribucleic acid

SFE

Supercritical Fluid Extraction

SCF

Super Critical Fluid

TLC

Thin Tayer Chromatography

FTIR

Fourrier Transformation InfraRed

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

HSTL

Hệ số trọng lượng

HPLC

High performance liquid chromatography

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cà phê là một đặc sản nhiệt đới có giá trị kinh tế trên thế giới, nó là mặt hàng đứng thứ hai trong số các mặt hàng giao thương trên thế giới chỉ sau dầu mỏ. Sản lượng cà phê trung bình hằng năm trên thế giới khoảng 6 triệu tấn, lượng cà phê giao dịch hằng năm khoảng 3 triệu tấn. [4] Nước ta có điều kiện khí hậu thiên nhiên thích hợp để phát triển loại cây cao cấp này. Nhiều vùng đất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê, điển hình là các tỉnh thuộc Tây Nguyên nước ta (Đắc Lắc, Gia Lai, Kon Tum, Đắc Nông, Lâm Đồng,...), các tỉnh miền Trung (Quảng Trị, Hà Tĩnh,…).

Caffeine trong hạt cà phê có những tác động sinh lý nhất định đến cơ thể con người.

Nó là một chất kích thích nhẹ giúp tạo sự tỉnh táo trong công việc hằng ngày. Trong y học, người ta còn dùng caffeine như chất trợ tim hoặc là thuốc lợi tiểu. Nhưng bên cạnh đó, caffeine cũng có một số tác dụng bất lợi đến với sức khỏe con người như gây mất ngủ, tăng huyết áp, tăng nhịp tim,…

Nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của một bộ phần người tiêu dùng sử dụng cà phê có hàm lượng caffeine thấp, hiện nay dòng sản phẩm cà phê có hàm lượng caffeine thấp (cà phê Decaf) đang được chú ý và nhu cầu thị trường ngày càng tăng. Cà phê Decaf có hàm lượng caffeine thấp nhưng vẫn đảm bảo hương vị đặc trưng của sản phẩm cà phê.

Có nhiều phương pháp loại bỏ caffeine trong hạt cà phê đã được nghiên cứu và đưa vào sản xuất: phương pháp trích ly bằng dung môi, phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn, phương pháp sử dụng dung môi là nước. Trong đó, phương pháp sử dụng dung môi là nước có nhiều ưu điểm như không độc hại, có thể trích ly được tối đa lượng caffeine mà vẫn giữ được hương vị của sản phẩm cà phê. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là thời gian kéo dài, điều kiện trích ly ở nhiệt độ và áp suất cao.

Với mục tiêu giải quyết những hạn chế trên, tôi chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu 1

tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng”.

2. Mục tiêu Tách caffeine từ hạt cà phê.

Thử nghiệm chế biến cà phê chứa hàm lượng caffeine thấp (cà phê Decaf).

3. Nội dung nghiên cứu Quy trình tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng. Đánh giá hiệu suất trích ly caffeine.

Xác định điều kiện trích ly tối ưu.

Phân tích hóa lý caffeine.

Chế biến thử nghiệm cà phê Decaf.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Đưa ra quy trình trích ly caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu đề tài có thể ứng dụng để thử nghiệm chế biến cà phê Decaf với quy trình hiệu quả và kinh tế hơn.

2

CHƯƠNG 1: 1.1.

TỔNG QUAN

Giới thiệu về cà phê

1.1.1. Nguồn gốc cây cà phê Cà phê mọc hoang dại và được biết đến vào khoảng thế kỷ thứ 13 -14 ở cao nguyên Ê-ti-ô-pi-a và ở vùng biên giới giáp cao nguyên Boma ở Sudan. Sau đó, cây cà phê được trồng một cách có hệ thống đầu tiên vào khoảng thế kỷ 15 tại các khu vườn miền Nam Yemen. Từ giữa thế kỷ 17, người Ả Rập mất vị trí độc tôn trong việc Hình 1. 1. Cây cà phê [37]

trồng cây cà phê và cây cà phê đã lan

rộng trên khắp thế giới, từ Ceynon sang Java tới Nam Mỹ. Hiện nay cây cà phê được trồng tập trung chủ yếu ở Braxil, Colombia, Mexico và các nước Trung Phi. [2] Lần đầu tiên, cà phê được đưa vào Việt Nam vào năm 1875, giống Arabica được người Pháp mang từ đảo Bourton sang trồng ở phía Bắc sau đó lan rộng ra các tỉnh miền Trung như Quảng Trị, Quảng Bình,…Sau thu hoạch chế biến dưới thương hiệu “Arabica du Tonkin”, cà phê được nhập khẩu về Pháp. Ở nước ta, người Pháp thành lập các đồn điền cà phê như Chinê, Xuân Mai, Sơn Tây, tuy nhiên cà phê được trồng theo phương thức du canh du cư nên năng suất thấp, giảm từ 400 – 500 kg/ha những năm đầu và giảm xuống còn 100 – 150 kg/ha khi càng về sau. Để cải thiện tình hình, Pháp du nhập vào nước ta hai giống mới là cà phê vối và cà phê mít vào năm 1908, các đồn điền mới lại mọc lên ở phía Bắc như ở Hà Tĩnh (1910), Thanh Hóa (1911), Nghệ An (1915). Thời điểm lớn nhất (1946 – 1966) đạt 13.000 ha. [6] 1.1.2. Đặc điểm các loại cây cà phê phổ biến ở Việt Nam Trên thế giới có trên 100 loại cà phê khác nhau. Tuy nhiên, số loại cà phê có giá trị kinh tế cao thì không nhiều. Hiện nay, có ba giống cà phê được trồng chủ yếu trên thế giới cũng như ở Việt Nam là giống cà phê chè (coffea arabica), cà phê vối (coffea canephora) và giống cà phê mít (coffea liberica).

3

Phân loại khoa học các giống cà phê như sau:[34] -

Giới

Plantae

Ngành

Mangnoliophyta

Lớp

Mangnoliopsida

Bộ

Gentianales

Họ

Rubiaceae

Chi

Coffea

Loài

Coffea arabica - cà phê chè Coffea canephora - cà phê vối Coffea liberica - cà phê mít

Đặc tính của các giống cà phê như sau: [3] -

Giống cà phê chè (coffea arabica) Xuất xứ ở cao nguyên Ê-ti-ô-pi-a có đặc điểm là cây nhỏ, lá mỏng và nhỏ, hoa màu

trắng có hương thơm, có khả năng chịu lạnh (ở nhiệt độ 15 – 20oC), nhân hình tròn, nhỏ có mùi hương và mùi thơm hơn các loại cà phê khác. Hàm lượng caffeine khoảng 1 – 2%. Ở Việt Nam được trồng nhiều ở các tỉnh phía Bắc nơi có điều kiện thời tiết lạnh, thời gian thu hoạch từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau.

-

Giống cà phê vối (coffea canephora) Xuất xứ ở Công Gô có đặc điểm là dễ trồng, chịu được điều kiện vùng đất xấu, chịu

hạn tốt hơn, cho năng suất cao hơn giống cà phê chè nhưng không chịu được lạnh và gió mạnh. Nhân hình trứng, to. Hàm lượng caffeine khoảng 2 – 4%. Loại này phù hợp cho sản xuất cà phê hòa tan, thời gian thu hoạch từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau.

-

Giống cà phê mít (coffea liberica) Có đặc điểm là cây cao tới 8 – 10 m, lá to, quả mọng, năng suất cao, có khả năng

sinh trưởng ở vùng đất xấu, chịu hạn tốt, chịu ẩm tốt nhưng hương thơm kém và có vị đắng

4

mạnh. Hàm lượng caffeine khoảng 0,8 – 1,2%. Thời gian thu hoạch từ tháng 5 đến tháng 8 năm sau.

1.1.3. Đặc điểm và cấu tạo của hạt cà phê[29] 1.1.3.1.

Cấu tạo

Quả cà phê bao gồm các phần như sau: lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân cà phê.

- Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, có màu đỏ, đỏ sẫm hoặc vàng tùy loại, mềm. Cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít.

- Lớp vỏ thịt (lớp nhớt): nằm dưới lớp vỏ quả, mềm. Vỏ thịt cà phê vối và cà phê chè mềm, ngọt, mỏng, dễ bong tróc khi xay xát hơn cà phê mít.

- Vỏ trấu: là một lớp vỏ cứng bao bọc nhân, cấu tạo chủ yếu là cellulose. Vỏ trấu cà phê chè mỏng hơn, dễ vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít.

- Vỏ lụa: nằm dưới lớp vỏ trấu, mỏng, mềm, có màu sắc tùy loại.

- Nhân cà phê: lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, có những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có một, hai hoặc ba nhân. Thông thường chỉ có 2 nhân. Trong nhân có phôi mầm.

1.1.3.2.

Thành phần hóa học

- Vỏ quả: có màu đỏ do chất anthocyanin và các vết alkaloid, trong vỏ chứa 21,5 – 30% chất khô (tanin, caffeine, các enzyme,…)

- Vỏ thịt: là những tế bào mềm chứa nhiều đường và pectine, ngoài ra còn có enzyme pectinase phân giải pectine trong quá trình lên men và lên men đường làm pH dao động trong khoảng 5,6 – 6,4.

- Vỏ trấu: chứa chủ yếu là cellulose, một ít caffeine (0,4%) do khuếch tán từ vỏ trong lúc phơi khô hoặc lên men.

- Nhân: nước chiếm 10 – 12%, protein chiếm 9 – 11%, lipid chiếm 10 – 13%, các loại đường chiếm 5 – 10%, tinh bột chiếm 3 – 5%. Ngoài ra còn có một số chất thơm, khoáng và alkaloid.

5

Thành phần hóa học của hạt cà phê: Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của hạt cà phê Thành phần hóa học

Hàm lượng (%)

Nước

8 – 12

Chất béo

4–8

Đạm

1,8 – 2,5

Protein

9 - 16

Caffeine

0,8 – 4

Tanin

2

Acid Caffeic

8 -9

Pantosan

5

Tinh bột

5 – 23

Dextrin

0,85

Đường

5 – 10

Cellulose

10- 20

Hemillulose

20

Lignin

4

Vai trò của một số thành phần hóa học đến chất lượng cà phê: - Carbohydrate: Hàm lượng carbohydrate trong cà phê khô khoảng 60%. Phần lớn là các polysaccharide hòa tan hoặc không hòa tan trong nước và một phần nhỏ là các đường saccharose, glucose,…Trong quá trình rang các carbohydrate biến đổi nhiều, chúng có thể phân hủy thành các hợp chất khác nhau hoặc biến mất hoàn toàn như các chất đường đã nói trên. Các đường khử tham gia một số phản ứng tạo màu và mùi cho cà phê rang. Các 6

polysaccharide không hòa tan trong nước, chúng tạo nên những thành tế bào của hạt cà phê và sau khi pha trở thành bã cà phê.

- Chất béo: Trong cà phê nhân tổng hàm lượng chất béo chiếm khoảng 13%. Trong quá trình rang các hợp chất béo mất đi 1 – 2%. Các chất béo chủ yếu tạo thành dầu cà phê là trigliceride và diterpene, là dạng este của acid bão hòa, nhất là panmitic, behenic, arachidic. Các diterpene này rất nhạy với acid, nhiệt và ánh sáng. Hàm lượng diterpene giảm đi trong quá trình bảo quản cũng như quá trình rang có thể là do tạo thành các terpnene bay hơi, naphtalene và quinoline.

- Các acid: Đại diện quan trọng nhất của nhóm acid là các loại acid chlorogenic. Đây là những loại acid đặc trưng đối với cà phê. Trong quá trình rang chúng bị phân hủy 30 – 70%, sau khi rang có sự hình thành một số acid dễ bay hơi. Tất cả các acid này đều góp phần tạo vị chua của cà phê.

- Các protein: Hầu như không có mặt trong cà phê rang, do rang ở nhệt độ cao nên một phần bị phân hủy, phần còn lại kết hợp với carbohydrate và các acid chlorogenic tạo thành những chất màu nâu. Bằng phương pháp thủy phân, người ta thấy trong thành phần protein của cà phê có những acid amin sau: cysteine, alanine, phenylalanine, histidine, leucine, lysine,…Các acid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên kết. Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. Trong số các acid amin kể trên đáng chú ý nhất là những acid amin có chứa lưu huỳnh như cystein, methionine và proline, chúng góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của cà phê sau khi rang. Đặc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxi hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản. Trong quá trình chế biến chỉ có một phần protein bị phân giải thành acid amin, còn phần lớn bị biến thành hợp chất không tan.

- Các alkaloid: Trong quá trình rang, hàm lượng caffeine hầu như không thay đổi.

Trigoneline giảm khoảng 75%, tạo thành các sản phẩm gồm acid nicotinic, nicitinamide và các chất thơm bay hơi như pyrine và pyrol. Trong đó đáng chú ý nhất là niacin, trong cơ thể con người có tác dụng như một loại vitamine. Trong thành phần của các hợp chất thơm có khoảng 50% aldehyde, 20% ketone, 8% ester, 7% heterocylic, 2% dimethyl sulfide, một 7

lượng ít hơn là các sulfide hữu cơ khác, còn có một lượng nhỏ nitrile, alcohol hoặc các hydrocarbon đã bão hòa và chưa bão hòa có trọng lượng phân tử thấp như isoprene.

- Các chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3 – 5%, chủ yếu là kali, nitơ magie, photpho, clo. Ngoài ra còn thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh,… những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi vị cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại.

1.2.

Giới thiệu về caffeine

1.2.1. Cấu trúc và tính chất Caffeiene là một hợp chất tự nhiên có mặt trong lá, hạt và quả của hơn 60 loài thực vật.

Caffeine nằm trong nhóm hợp chất alkaloid (là những hợp chất vòng có chứa nitơ trong phân tử).

Công thức phân tử: C8H10N4O2.

Tên phổ biến: caffeine Danh pháp quốc tế: 3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione.[33]

Hình 1. 2. Công thức cấu tạo của caffeine [36] -

Tính chất của caffeine:[36] -

Khối lượng mol: 194,19g/mol.

-

Trạng thái: rắn.

-

Đặc điểm: dạng tinh thể, không màu, không mùi, vị đắng.

-

Nhiệt độ thăng hoa: 178oC.

-

Nhiệt độ nóng chảy: 238oC.

-

Hòa tan: tan nhiều trong nước nóng và chloroform.

8

1.2.2. Hoạt tính sinh học Caffeine là một hoạt chất có dược tính. Tùy thuộc vào liều lượng, nó có thể kích thích nhẹ đối với hệ thần kinh trung tâm. Bất kì tác động dược lý nào của caffeine đều nhất thời, thông thường tác dụng này sẽ ngưng sau vài giờ. Caffeine không tích tụ trong cơ thể theo thời gian sử dụng. Nó thường bài tiết và thải ra ngoài sau vài giờ sử dụng.

Một số người có thể bị mất ngủ do caffeine. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng những người tiêu thụ caffeine có trí nhớ tăng và cải thiện khả năng tranh luận. Và những người này có thành tích cao trong khả năng vận động, cải thiện khả năng luyện tập thính giác, thị giác.

Caffeine còn có tác dụng giảm đau đầu, giúp con người cảm thấy năng động. Kích thích hệ thần kinh trung ương, làm tinh thần minh mẫn, tăng hiệu suất làm việc.

Caffeine cũng có thể làm tăng hiệu quả diệt tế bào ung thư của thuốc chống ung thư.

Các chất gây phá hủy DNA và có thể hỗ trợ trong việc khắc phục kháng thuốc tự nhiên [23].

Bức xạ ion hóa và các tác nhân alkyl hóa làm tăng hiệu lực độc của caffeine đối với các tác nhân phá hoại DNA. Tác nhân chống ung thư của caffeine có thể liên quan đến khả năng ức chế sự tạo liên kết các chất chuyển hóa hoạt động của các chất gây ung thư đối với chuỗi DNA tế bào [20]. Do đó caffeine có thể được sử dụng trong việc điều chỉnh hoạt tính của các loại thuốc thêm vào trong cơ thể. Sự kết hợp của caffeine với adrinamycin (một loại thuốc chống ung thư) có thể làm tăng đáng kể hoạt tính kháng u trong cơ thể mà không làm tăng tác dụng phụ của nó. Caffeine ức chế các hoạt chất gây ung thư trong khói thuốc lá, nhưng việc sử dụng đồng thời chất caffeine và thuốc lá cũng tạo thành một mối nguy hại đối với thai nhi đang phát triển [8].

Ngoài ra, caffeine làm giảm lượng paracetamol do đó làm giảm độc tính cho gan.

Caffeine cũng làm tăng epinephirine trong huyết tương, tăng tiêu thụ oxy và chuyển hóa carbonhydrate trong khi giảm quá trình chuyển hóa lipid. Caffeine làm thay đổi hoạt động tim mạch bằng cách gia tăng động mạch huyết áp.[19] Tùy theo hàm lượng hấp thu, caffeine có thể gây kích thích nhẹ. Đôi khi nó cũng dẫn đến việc gây nghiện ở một số người, triệu chứng thường thấy nhất là đau đầu, mệt lả 9

hoặc trạng thái mơ màng. Với quá nhiều hàm lượng caffeine có thể gây ngộ độc với một số biểu hiện như sau: nóng tính, thường xuyên rơi vào tình trạng bị kích động, gây tiểu khó, gây mất ngủ, huyết áp tăng nhanh, các bệnh lý về đường ruột và thỉnh thoảng lại bị rơi vào ảo giác. Đối với người lớn, ước tính khoảng 13 – 19 gam caffeine có thể gây chết người. [1] 1.3.

Cà phê Decaf

1.3.1. Giới thiệu về cà phê Decaf Để đáp ứng nhu cầu của một số bộ phận người tiêu dùng bị ảnh hưởng tiêu cực từ hoạt tính sinh học của caffeine trong cà phê như gây mất ngủ, tăng huyết áp và nhịp tim,…Cà phê Decaf đã ra đời để đáp ứng nhu cầu trên.

Cà phê Decaf cũng giống như các loại cà phê thông thường, ngoại trừ khoảng 97% hàm lượng caffeine đã được loại bỏ trong thành phần hạt cà phê. Mặc dù đã loại bỏ phần lớn caffeine khỏi hạt cà phê nhưng cà phê Decaf vẫn có những giá trị dinh dưỡng tương tự cà phê thông thường. Nó vẫn có những hoạt chất chống oxy hóa như axit hydrocinnamic và polyphenol giúp ngăn ngừa các bệnh ung thư, tiểu đường và tim mạch[12]. Ngoài ra, mỗi cốc cà phê Decaf còn cung cấp 2,4% lượng magie cần thiết hàng ngày, 4,8% kali và 25% niacin (còn gọi là vitamin B3) [10]. Nó còn giúp làm giảm triệu chứng ợ nóng, trào ngược axit trong thực quản so với cà phê thông thường. Uống 2 ly cà phê Decaf mỗi ngày sẽ giúp giảm nguy cơ ung thư trực tràng đến 48% [21].

1.3.2. Thị trường sản xuất tiêu thụ Trên thế giới: Nhu cầu tiêu thụ cà phê trên thế giới rất lớn. Hàng năm, lượng tiêu thụ trên thế giới ước tính vào khoảng 94,5 triệu bao cà phê nhân (khoảng 5,6 triệu tấn). Có thể chia các nước tiêu dùng cà phê thành 4 nhóm chính theo khu vực địa lý như sau:  Nhóm các nước Tây Bắc Âu và Nam Âu.  Nhóm các nước Bắc Mỹ: Trong đó thị trường Mỹ là lớn nhất với nhu cầu hằng năm khoảng 4kg/người/năm.

10

 Nhóm các nước châu Á- Thái Bình Dương: Trong đó thị trường tiêu biểu là Hàn Quốc và Nhật Bản.  Nhóm các nước Đông Âu và Nga: Đây là thị trường mới nổi với rất nhiều sản phẩm tiềm năng về cà phê.

Trong số hơn 80 thành viên của tổ chức cà phê quốc tế (ICO), có tới hơn 40 nước xuất khẩu cà phê. Các nước này có thể vừa trồng vừa xuất khẩu hoặc chỉ kinh doanh cà phê xuất khẩu. Tuy nhiên các nước sản xuất cà phê lớn trên thế giới đều là những nước vừa sản xuất vừa xuất khẩu. Điển hình là các nước như: Braxin, Colombia, Việt Nam, Uganda, Bờ Biển Nga, Ê-ti-ô-pi-a, Ấn Độ,...Trong đó Braxin và Colombia là các nước sản xuất và xuất khẩu cà phê chè chủ yếu trên thế giới, các nước còn lại của Châu Á và Châu Phi là các nước xuất khẩu cà phê vối lớn của thế giới.[31] Ngày nay với mối quan tâm về sức khỏe và những loại thực phẩm có liên quan về sức khỏe ngày càng gia tăng. Do đó, khi hoạt tính của caffeine trong cà phê được biết đến rộng rãi thì một bộ phận lớn người tiêu dùng chuyển sang các loại đồ uống có ít hoặc không có caffeine. Tại Mỹ và Tây Âu có khoảng 8 – 10% lượng cà phê nhân nhập khẩu hàng năm được xử lý để loại caffeine.

Trong nước: Việt Nam là nước sản xuất và xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 trên thế giới. Sản lượng tiêu thụ cà phê rang xay của Việt Nam trong niên vụ 2016/17 ước đạt 2,5 triệu bao và sẽ tăng nhẹ lên khoảng 2,55 triệu bao trong niên vụ 2017/18 do sự phát triển nhanh chóng của các cửa hàng cà phê. Các thực khách sử dụng cà phê tại Việt Nam thích cà phê rang xay do chúng vẫn giữ nguyên được hạt và hương vị nguyên chất. Thị trường cà phê nội địa tiếp tục nóng lên với sự cạnh tranh gay gắt từ các thương hiệu cà phê nước ngoài nổi tiếng như Dunkin Donuts, Coffee Beans & Tea Leaves, Gloria Jeans, My Life Coffee, McCafe và PJ’s với một số chuỗi cà phê Hàn Quốc như Coffee Bene và The Coffee House.[32] Tuy nhiên, các chuỗi cửa hàng nội địa lâu đời như Trung Nguyên, Phúc Long, Highlands và các chuỗi cửa hàng mới như Passio, Thục, Cộng đã tìm thấy những thức uống riêng của mình từ đó giúp họ có thể sống sót trên thị trường cà phê Việt Nam đầy tính cạnh 11

tranh. Thị trường cà phê nội địa Việt Nam được dự báo sẽ có mức tăng trưởng nhẹ do thị trường nước ta còn cần nhiều sản phẩm cà phê với chất lượng cao để phát triển và mở rộng.

Thói quen sử dụng cà phê thông thường có hàm lượng caffeine cao đang chiếm ưu thế thị phần trên thị trường trong nước nhưng vấn đề sức khỏe và sức khỏe trong thực phẩm ngày càng được quan tâm tại Việt Nam cùng với sự cạnh tranh từ các thương hiệu cà phê ngoại nhập. Chắc hẳn thị trường cà phê chứa hàm lượng caffeine thấp đang hứa hẹn có một tiềm năng phát triển vô cùng lớn tại Việt Nam. 1.3.3. Các phương pháp sản xuất cà phê Decaf [33] Quy trình sản xuất cà phê Decaf thành công được thương mại hóa đầu tiên bởi phát minh của thương nhân cà phê người Đức có tên là Ludwig Roselius vào năm 1903 và được cấp bằng sáng chế vào năm 1906. Việc nghiên cứu cà phê đã tách caffeine của ông được thúc đẩy bởi ông cho rằng cha của ông vì uống cà phê quá nhiều đã bị ngộ độc.

“Quy trình Roslius” được thực hiện bằng cách chưng cất hạt cà phê với dung dịch nước muối và sau đó sử dụng hợp chất hóa học hữu cơ benzen làm dung môi để tách caffeine. Tuy nhiên, quá trình này không còn được sử dụng do thực tế là benzen được biết là chất gây ung thư.

Ngày nay để sản xuất cà phê Decaf thì người ta thường sử dụng ba phương pháp chính để tách caffeine ra khỏi hạt cà phê: Phương pháp khử caffeine bằng dung môi (solvent decaffeination) Đây là phương pháp cổ nhất dùng để tách caffeine ra khỏi hạt cà phê. Ở phương pháp này, nguyên liệu hạt cà phê được làm mềm bằng các ngâm với hơi nước nóng. Sau đó hạt cà phê được rửa liên tục trong một dung môi có khả năng hòa tan caffeine, cuối cùng dung môi chứa caffeine sẽ được rút đi và hạt cà phê được ngâm lại với hơi nước để loại bỏ dung môi dư còn sót lại.

Các dung môi hữu cơ thường sử dụng trong phương pháp này là: methylen choloride và ethyl acetate.

12

Phương pháp này có nhược điểm không thể loại bỏ hoàn toàn lượng dung môi hữu cơ còn lại trong hạt cà phê do đó người ta hạn chế sử dụng phương pháp này.

Hình 1. 3. Quy trình khử caffeine bằng dung môi [33] Phương pháp khử caffeine bằng nước (water decaffeination) Phương pháp khử caffeine bằng nước được phát minh đầu tiên ở Thụy Sĩ vào năm 1933 và được phát triển như một phương pháp có khả năng thương mại hóa bởi Coffex S.A vào năm 1980.

Trong phương pháp này, nguyên liệu hạt cà phê được ngâm trong nước nóng để hòa tan caffeine. Dịch chiết sau đó được lọc qua một bộ lọc than hoạt tính, độ xốp của bộ lọc này có kích thước chỉ giữ được các phân tử caffeine đồng thời cho phép các phân tử hương vị đi qua nó. Sau quá trình lọc ta sẽ thu được hạt cà phê không chứa caffeine và dịch chứa hương vị sẽ nằm ở một bể khác.

Các hạt cà phê không chứa caffeine và hương vị sẽ bị loại bỏ, còn tại bể có dịch chứa hương vị thì một mẻ cà phê mới sẽ được đưa vào. Tại đây dịch chiết đã được bão hòa với các thành phần hương vị nên hương vị trong mẻ cà phê mới sẽ không bị hòa tan mà chỉ có thành phần caffeine trong hạt cà phê sẽ bị trích xuất ra dịch chiết. Kết thúc quá trình khử caffeine, hạt cà phê vẫn đảm bảo được thành phần hương vị của nó.

Phương pháp khử caffeine bằng nước được sử dụng rộng rãi bởi nó chỉ sử dụng một 13

loại dung môi duy nhất là nước mà không dùng thêm bất cứ chất hóa học nào khác, giúp bảo vệ môi trường và sản phẩm hạt cà phê không chứa chất gây hại đến sức khỏe con người.

Hình 1. 4. Quy trình khử caffeine bằng nước [33] Phương pháp khử caffeine bằng CO2 siêu tới hạn (supercritical carbon dioxdide decaffeination) Phương pháp khử caffeine bằng CO2 là phương pháp mới nhất. Nó được phát triển bởi Kurt Zosel, một nhà khoa học của Viện Max Plank. Phương pháp này sử dụng chất lỏng CO2 thay cho dung môi hóa học. Ở phương pháp này, hạt cà phê ngâm nước được đặt trong một bình chứa bằng thép không gỉ được gọi là bình chiết. Hệ thống chiết sau đó được đóng kín và CO2 lỏng được bơm vào trong cà phê ở áp suất khoảng 70 atm để tách caffeine ra khỏi hạt cà phê. CO2 hoạt động như dung môi hòa tan và tách caffeine ra khỏi hạt cà phê, để lại thành phần hương vị. Sau đó, caffeine chứa CO2 được chuyển sang một buồng chứa khác gọi là buồng hấp thụ. Ở đây áp lực được giải phóng và CO2 quay trở lại trạng thái khí của nó, để lại caffeine. Khí CO2 không chứa caffein được bơm trở lại vào bình chứa có áp suất để tái sử dụng. Đây là một phương pháp thân thiện với môi trường vì CO2 dư thừa có thể được thải ra ngoài không khí một cách an toàn và không làm hại đến môi trường. Hơn nữa, nếu điều chỉnh đúng cách, phương pháp này sẽ giúp ta giữ được hương vị của cà phê hầu như nguyên 14

vẹn. Phương pháp này không để lại những thành phần hóa chất độc hại trong sản phẩm cà phê gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nhưng bên cạnh đó, chi phí vận hành của phương pháp cao vì việc tạo áp suất cao đòi hỏi máy móc và thiết bị phức tạp.

Hình 1. 5. Quy trình khử caffeine bằng CO2 [33]

1.4.

Các phương pháp tách chiết

1.4.1. Cơ sở quá trình tách chiết Quá trình tách chiết là quá trình tách các chất hữu cơ hòa tan ra khỏi nguyên liệu nhưng vẫn giữ được đầy đủ thành phần và bản chất của nó. Trong quá trình tách chiết sẽ xảy ra 3 quá trình là: quá trình hòa tan, quá trình thẩm thấu và quá trình khuếch tán. Đầu tiên dung môi thấm ướt lên bề mặt nguyên liệu sau đó thấm vào bên trong do quá trình thẩm thấu tạo ra dung dịch chứa các hợp chất. Tiếp theo dung môi hòa tan các chất trên bề mặt bằng cách đẩy các bọt khí chiếm đầy trong các khe vách trống của tế bào. Sau đó dung môi tiếp tục hòa tan các hoạt chất trong ống mao dẫn của nguyên liệu nhờ vào dung môi đã thấm sâu vào các lớp bên trong. Ba quá trình này thực hiện liên tục cho đến khi quá trình chiết kết thúc. Nguyên liệu phải được xay nhỏ để dung môi có thể dễ dàng tiếp xúc với thành tế bào, thúc đẩy quá trình chiết xảy ra nhanh chóng và hiệu quả. [11] 15

1.4.2. Một số phương pháp tách chiết Phương pháp ngâm dầm Trong phương pháp ngâm dầm, mẫu được ngâm trong một bình chứa thủy tinh hoặc thép không rỉ có nắp đậy, cho mẫu ngập đầy trong dung môi và để ở nhiệt độ phòng. Dung môi sẽ ngấm dần vào nguyên liệu để hòa tan các hợp chất tự nhiên, có thể gia tăng hiệu quả chiết bằng cách khuấy hoặc lắc nhẹ hỗn hợp chiết.

Hình 1. 6. Kỹ thuật chiết ngâm dầm[5]

Phương pháp này cũng là một phương pháp đơn giản, không cần trang thiết bị hiện đại và kỹ thuật cao. Nhưng song song bên cạnh đó nó vẫn có nhược điểm là tốn thời gian và hiệu suất trích ly không cao.

Với phương pháp ngâm dầm, Wentao Bi và cộng sự đã thu được hiệu suất trích ly caffeine là 54,6% bằng quy trình tách caffeine từ hạt cà phê đã rang xay với dung môi methanol ở nhiệt độ 20oC trong thời gian 3 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:20 (g/ml).[25] Phương pháp ngấm kiệt Phương pháp ngấm kiệt hay còn gọi là phương pháp ngâm nhỏ giọt là quá trình chiết liên tục, dung môi mới luôn được thêm vào để thay cho lớp dung môi cũ đã hòa tan được dược chất. Lớp dung môi mới có nhiệm vụ hòa tan các hoạt chất còn lại trong tế bào. Quá trình tiếp diễn cho đến khi không thêm dung môi nữa. Như vậy, dược liệu luôn được tiếp xúc với lớp dung môi mới nên có thể chiết kiệt hoạt chất[16].

16

Hình 1. 7. Kỹ thuật chiết ngấm kiệt [5] Phương pháp này là một trong những phương pháp đơn giản và phổ biến nhất hiện nay, vì nó không đòi hỏi nhiều về kỹ thuật và công nghệ. Nhưng phương pháp trên có nhược điểm là tốn thời gian, tốn dung môi nhưng hiệu suất trích ly lại thấp.

Với phương pháp ngấm kiệt, Ramalakshmi và các cộng sự đã trích ly caffeine từ hạt cà phê với dung môi ethyl acetate ở nhiệt độ 27oC trong 14 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:5 (g/mL) thu được hiệu suất trích ly caffeine là 44%.[18] Phương pháp chiết soxhlet Chiết Soxhlet là một kiểu chiết liên tục, được thực hiện nhờ cấu tạo đặc biệt của dụng cụ chiết. Kiểu chiết này cũng như là kiểu chiết lỏng – lỏng nên về bản chất của quá trình tuân theo quy luật phân bố chất trong hai pha không trộn lẫn vào nhau. Trong đó pha rắn nằm trong mẫu sẽ được hòa tan bởi pha lỏng (dung môi).

17

Hình 1. 8. Hệ thống chiết soxhlet [5] Phương pháp này tiết kiệm được dung môi, chỉ một ít lượng dung môi mà đã chiết kiệt được nguyên liệu, không cần tốn công lọc hay châm dung môi mới. Không tốn các thao tác lọc và châm dung môi mới như các kỹ thuật khác. Hiệu suất trích ly cao. Tuy nhiên, kích thước của dụng cụ chiết Soxhlet làm hạn chế lượng nguyên liệu ta cần chiết, vì vậy muốn chiết lượng lớn thì phải lặp đi lặp lại nhiều lần chiết, gây mất nhiều thời gian[12] R. Shinde và cộng sự đã sử dụng phương pháp trích ly soxhlet bằng dung môi acetone trong thời gian 2 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:15 (g/ml) thì đã thu được hiệu suất trích ly caffeine là 56,70%.[17] Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Đây là phương pháp đặc biệt để trích ly tinh dầu và những hợp chất dễ bay hơi có trong nguyên liệu.

18

Hình 1. 9. Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước [5] Dụng cụ gồm một bình cầu lớn để cung cấp hơi nước. Sau đó, hơi nước sẽ được dẫn sục vào bình chứa có mẫu, hơi nước xuyên thấm qua màng tế bào nguyên liệu và lôi theo những cấu tử dễ bay hơi, hơi nước tiếp tục bay hơi và ngưng tụ bởi một ống sinh hàn, ta thu được hợp chất tinh dầu. Dùng ete dầu hỏa hoặc ether ethylic để trích ly tinh dầu ra khỏi hỗn hợp trên hoặc để yên một thời gian trong bình sẽ có sự phân tách giữa hai pha tinh dầu và nước.

Phương pháp chiết có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Ultrasound - assisted extraction) Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phân tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16 – 20KHz).

Ngoài ra sóng siêu âm có bản chất là sóng dọc hay sóng nén, nghĩa là trong trường siêu âm các phần tử dao động theo phương cùng với phương truyền sóng.

Trong quá trình chiết xuất, sóng siêu âm được áp dụng để tăng hiệu quả chiết nhờ tác dụng phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng cường khả năng tiếp xúc giữa dung môi và các chất tan có trong nguyên liệu, làm tăng sự hòa tan của chất tan vào dung môi và tăng quá trình

19

khuếch tán chất tan. Sóng siêu âm thường được dùng trong chiết xuất có tần số từ 20 KHz đến 100 MHz.

Hình 1. 10. Hệ thống chiết có hỗ trợ siêu âm [5] Ưu điểm của phương pháp chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm là rút ngắn thời gian chiết, có thể áp dụng được hầu hết các loại dung môi có độ phân cực khác nhau, lượng dung môi sử dụng ít, chi phí thấp và giảm ô nhiễm môi trường. Phương pháp này không áp dụng được với những hợp chất dễ bị phân hủy hoặc có hoạt tính không ổn định dưới tác dụng của sóng siêu âm.[26] Wentao Bi và các cộng sự đã sử dụng phương pháp chiết có hỗ trợ của sóng siêu âm bằng cách trích ly caffeine từ hạt cà phê với dung môi methanol có hỗ trợ sóng siêu âm ở nhiệt độ 20oC trong thời gian 3 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:20 (g/ml) thì hiệu suất trích ly caffeine thu được đã đạt tới 79,10%.[25] Phương pháp chiết sử dụng năng lượng vi sóng (Microwave – assisted extraction) Là những nguồn sóng có chiều dài bước sóng từ 1 mm đến 1 m, hoặc tần số 300 MHz đến 300 GHz, chiết bằng sóng siêu âm dựa vào nguồn năng lượng hấp thụ bởi các phân tử hóa học có cực.

20

Hình 1. 11. Hệ thống chiết có hỗ trợ vi sóng [5] Hiệu quả của phương pháp sử dụng vi sóng phụ thuộc vào các yếu tố : -

Tính chất dung môi

-

Vật liệu mẫu

-

Thành phần được chiết

Trong chiết xuất, chiếu xạ vi sóng vào hỗn hợp chiết (nguyên liệu có chứa hoạt chất sinh học và dung môi phân cực), các phân tử dung môi và các chất phân cực sẽ dao động và nóng lên nhanh chóng làm tăng khả năng hòa tan của các chất vào dung môi. Thêm vào đó, vi sóng cũng phá vỡ cấu trúc vách tế bào nguyên liệu làm các chất tan giải phóng trực tiếp vào dung môi chiết làm cho quá trình chiết chuyển thành hòa tan đơn giản. Điều này làm cho việc chiết xuất hiệu quả hơn và tiết kiệm thời gian và chi phí hơn nhưng chỉ áp dụng được cho các nguyên liệu có tuyến dịch chiết nằm ngay sát bề mặt lá vì năng lượng chiếu xạ lớn sẽ làm cho một số cấu phần trong dịch chiết phân hủy.[15] Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction) Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) được xem như là một phương pháp chiết hữu hiệu để thay thế các phương pháp thông thường sử dụng dung môi hữu cơ.

Phương pháp SFE xảy ra nhanh chóng, tự động, có chọn lọc, không gây cháy nổ và tránh việc sử dụng một số lượng lớn các dung môi độc hại. Siêu chất lỏng dễ dàng tách các 21

chất cần thiết do dung môi thay đổi thuộc tính nhanh chóng chỉ với các biến đổi áp lực nhẹ.

Chất lỏng siêu tới hạn (SCF) đang ngày càng thay thế dung môi hữu cơ như n-hexane, dichloromethan, chloroform và những dung môi khác thường sử dụng trong chiết công nghiệp, lọc, vì quy định và sức ép môi trường về các hợp chất hữu cơ và khí thải[15].

Hình 1. 12. Hệ thống chiết bằng CO2 siêu tới hạn [5] Phương pháp này có một số ưu nhược điểm như sau: Ưu điểm: -

Chất lỏng siêu tới hạn có thể khuếch tán thấm vào bên trong mẫu chiết nhiều hơn so với chiết bằng dung môi với các phương pháp khác.

-

Có độ nhớt thấp, có áp suất hơi cao hơn so với bất kỳ dung môi lỏng thông dụng nào.

-

Có sự chọn lọc cao đối với các loại hợp chất cần muốn chiết ra khỏi cây cỏ, vì thế thu được chất chiết tương đối sạch, ít lẫn các hợp chất khác mà phần nghiên cứu không quan tâm đến.

22

-

Tính chất kém phân cực của CO2 có thể bổ sung bởi chất thêm vào.

-

Phù hợp với các loại chất nhạy với nhiệt độ.

-

Phương pháp thân thiện với môi trường.

Khuyết điểm:

-

Phải mua sắm thiết bị chuyên dụng và chi phí cao.

-

Sự hiện diện của nước trong mẫu chiết thường gây khó khăn cho quá trình chiết.

-

Phương pháp chiết siêu tới hạn không thích hợp với mẫu chiết dạng lỏng, vì rất khó giữ ổn định một lúc hai pha ở áp suất cao.

-

Khó lường được việc chiết một mẫu mới, cần phải có nhiều nghiên cứu mới có thể tìm được các thông số tối ưu để chiết thành công. Có một vài trường hợp không phù hợp để áp dụng phương pháp này.

Với phương pháp trích ly sử dụng CO2 siêu tới hạn, Gehring M. cùng các cộng sự

đã thu được hiệu suất trích ly là 85% từ việc tách caffeine từ cà phê xanh trong 2 giờ với áp suất 250 atm ở nhiệt độ 60oC với lưu lượng dòng chảy CO2 là 24 kg/h.[9] Saul N. Katz và các cộng sử đã thực hiện quá trình tách 0,45 kg hạt cà phê được làm ẩm 50% bằng hơi nước, sau đó cho tiếp xúc trực tiếp với propan lỏng trong bình áp suất ở 80oC và áp suất là 300 atm cùng tốc độ dòng là 38 kg/h, quá trình được thực hiện liên tục trong 16 giờ. Tiếp đó, dịch chiết được đưa đến một bể lọc bằng than hoạt tính để tách caffeine khỏi dịch chiết và dịch chiết tiếp tục được bơm tuần hoàn lại bình áp suất ban đầu.

Nghiên cứu này đã cho hiệu suất trích ly caffeine đến 97,20%. [13] 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết Trong suốt quá trình chiết, hiệu suất và chất lượng chiết của mẫu nguyên liệu chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: dung môi chiết, thời gian chiết, nhiệt độ chiết, độ mịn của nguyên liệu, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, độ ẩm nguyên liệu…[20] - Dung môi chiết Dung môi là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất của quá trình chiết. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, khi chiết những hợp chất khác nhau thì ta cần chọn 23

những loại dung môi chiết khác nhau cho phù hợp với đặc điểm và tính chất của hợp chất đó. Các yếu tố của dung môi ảnh hưởng đến quá trình chiết là:  Độ phân cực: Dung môi ít hoặc không phân cực dễ hòa tan các chất không phân cực và khó hòa tan các chất phân cực. Ngược lại, dung môi phân cực thì dễ hòa tan các chất phân cực và khó hòa tan các chất không phân cực.  Độ nhớt và sức căng bề mặt: Dung môi có độ nhớt và sức căng bề mặt càng thấp thì càng dễ thấm vào dược liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và ngược lại.

- Nhiệt độ chiết Theo công thức tính hệ số khuếch tán của Einstein, khi nhiệt độ chiết tăng thì hệ số khuếch tán tăng, lượng chất khuếch tán cũng tăng lên. Mặc khác khi nhiệt độ chiết tăng thì độ nhớt của dung môi giảm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng sẽ gây bất lợi cho quá trình chiết xuất trong các trường hợp sau:  Đối với những hợp chất kém bền ở nhiệt độ cao: nhiệt độ tăng cao sẽ gây phá hủy một số hoạt chất như vitamin, alkaloids…  Đối với tạp chất: Khi nhiệt độ tăng, độ tan của tạp chất tăng, dẫn tới dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp chất. Nhất là đối với một số tạp chất như gôm, chất nhầy…khi nhiệt độ tăng sẽ bị trương nở, tinh bột bị hồ hóa, độ nhớt của dịch chiết sẽ bị tăng gây khó khăn trong quá trình chiết xuất, tinh chế.  Đối với dung môi dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp: Khi tăng nhiệt độ thì dung môi dễ bị hao hụt.  Đối với một số chất đặc biệt có quá trình hòa tan tỏa nhiệt: Khi nhiệt độ tăng, độ tan của chúng giảm. Do đó để tăng độ tan thì cần giảm nhiệt độ.

Vì vậy, tùy từng trường hợp mà ta lựa chọn nhiệt độ chiết cho phù hợp để đạt được hiệu suất chiết là cao nhất.

- Thời gian chiết Khi bắt đầu chiết, các chất có phân tử lượng nhỏ thường là hoạt chất sẽ được hòa tan và khuếch tán vào dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn như các 24

tạp chất. Do đó, nếu thời gian chiết ngắn thì dược liệu sẽ không kịp hòa tan hết vào dung môi, nhưng nếu thời gian chiết quá dài thì dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp, gây bất lợi cho quá trình tinh chế và bảo quản. Tóm lại cần phải lựa chọn thời gian chiết xuất sao cho phù hợp với thành phần dược liệu, dung môi và phương pháp chiết xuất…

- Kích thước nguyên liệu Khi kích thước nguyên liệu thô quá lớn, dung môi khó thấm ướt vào nguyên liệu, hoạt chất khó hòa tan vào dung môi. Khi độ mịn nguyên liệu tăng lên, bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi tăng lên, theo định luật Fick, lượng chất khuếch tán vào dung môi sẽ tăng lên, do đó thời gian chiết xuất sẽ nhanh hơn.

Tuy nhiên, trong thực tế nếu xay nguyên liệu quá mịn sẽ gây ra bất lợi cho quá trình chiết như:  Bột nguyên liệu sẽ bị dính bết với nhau khi ngâm vào dung môi, tạo thành dạng bột nhão, vón cục nên khi rút dịch chiết, dịch chiết bị chảy chậm hoặc không chảy.  Khi bột dược liệu quá mịn, nhiều tế bào thực vật bị phá hủy, dịch chiết bị lẫn nhiều tạp chất, gây khó khăn cho quá trình tinh chế, bảo quản.

Vì vậy tùy từng trường hợp, tùy vào nguyên liệu, dung môi, phương pháp chiết xuất…mà ta chọn độ mịn nguyên liệu sao cho phù hợp:  Đối với nguyên liệu mỏng như hoa, lá, cây cỏ… hoặc đối với những nguyên liệu chứa nhiều chất nhầy, chất nhựa, chất keo…thì không nên xay nguyên liệu quá mịn. Đối với nguyên liệu rắn chắc như: hạt, rễ, thân gỗ…cần phải xay mịn hơn.  Nếu dùng dung môi dễ hòa tan tạp chất thì không nên xay nguyên liệu quá mịn.  Đối với trường hợp chiết xuất ở nhiệt độ cao, cũng không nên xay mịn để tránh đưa nhiều tạp chất vào dịch chiết.

- Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi có ảnh hưởng đến điều kiện khuếch tán các chất từ trong tế bào ra ngoài dung môi. Nếu tỉ lệ nguyên liệu/dung môi thấp thì tốc độ khuếch tán của các chất nhanh nhưng hiệu suất chiết chậm. Ngược lại, thì hiệu suất chiết cao nhưng sẽ gặp 25

khó khăn trong quá trình thu hồi dung môi và tốn dung môi.

- Độ ẩm nguyên liệu Nếu độ ẩm trong nguyên liệu cao thì phần nước trong nguyên liệu sẽ tác dụng với các protein háo nước khác, ngăn cản sự dịch chuyển của dung môi thấm sâu vào tế bào nguyên liệu làm cho sự khuếch tán diễn ra chậm, từ đó làm chậm quá trình chiết tách.

26

CHƯƠNG 2: 2.1.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu

Hạt cà phê vối (coffea canephora) có nguồn gốc từ Đắc Lắc.

Hình 2. 1. Hạt cà phê vối 2.2.

Dụng cụ - hóa chất – thiết bị

2.2.1. Dụng cụ -

Bình cầu Isolab, Đức.

-

Cốc thủy tinh.

-

Phễu thủy tinh.

-

Phễu chiết Isolab, Đức.

-

Bản mỏng silicagel.

-

Ống mao quản.

-

Cuvet thủy tinh.

2.2.2. Thiết bị -

Hệ thống trích ly vi sóng, NN-ST651M, Trung Quốc.

-

Máy cô quay chân không, IKARV 10 Digital V, Trung Quốc.

-

Cân phân tích, Ohaus Pioneer 410g, d = 1mg.

27

-

Máy lắc ngang, Unitwist 400, Đức.

-

Lò nung 30-3000oC, Nabertherm, Đức.

-

Máy quang phổ hồng ngoại, Bruker Alpha, Đức.

-

Máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis DR6000, Mỹ.

-

Bếp điện.

2.2.3. Hóa chất -

Chloroform, Việt Nam.

-

Ethyl acetate, Việt Nam.

-

Natri sulfat, Xilong.

-

Kali bromua, Merck.

-

Caffeine, Himedia.

Bảng 2. 1. Tính chất một số dung môi hữu cơ [21] Điểm nóng chảy (oC)

Độ hòa tan Tỉ trọng trong (g/mL) nước (g/100g)

Dung môi

CTPT

KLPT

Nhiệt độ sôi (oC)

Acetone

C3H6O

58,08

56,2

-94,3

0,786

Chloroform

CHCl3

119,38

61,7

-63,7

1,498

Ethanol

C2H5OH

46,07

78,5

-114,1

0,789

Ethylacetate

C4H8O2

88,11

77

-83,6

0,895

Có thể trộn lẫn 8,7

Methylene chloride

CH2Cl2

84,93

39,8

-96,7

1,326

1,32

Nước

H2 O

18,02

100

0

0,998

--

2.3.

Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Sơ đồ thực nghiệm 28

Có thể trộn lẫn 0,795

Hạt cà phê Trích ly có hỗ trợ vi sóng Lọc thu dịch chiết

Chiết lỏng lỏng Làm khan Cô quay thu hồi dung môi Caffeine thô Tinh chế

CAFFEINE

Hình 2. 2. Sơ đồ thực nghiệm Thuyết minh quy trình (1)

Xử lý nguyên liệu Hạt cà phê vối được thu mua tại Đắc Lắc, các hạt được chọn lựa có kích thước đồng

đều, chiều dài khoảng 1 cm và chiều rộng 0,7 cm. Sau đó được phơi nắng 4 giờ và bảo quản ở nơi thoáng mát.

(2)

Trích ly có hỗ trợ vi sóng Nguyên liệu hạt cà phê và dung môi được cho vào bình cầu đặt trong hệ thống trích

ly có hỗ trợ vi sóng và thực hiện khảo sát các điều kiện trích ly như dưới đây: 29

 Dung môi: Nước và Ethyl acetate.  Tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:15; 1:20; 1:25 và 1:30 (g/ml).  Công suất của hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng: 400W; 600W và 800W.  Thời gian: 20 phút, 30 phút và 40 phút (thời gian bức xạ là 15 giây, khoảng cách giữa các lần bức xạ là 45 giây).

Hình 2. 3. Hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng (3)

Chiết lỏng – lỏng Sau khi trích ly bằng dung môi, ta thực hiện chiết lỏng lỏng để tách caffeine ra khỏi

dịch trích ly. Đối với dịch trích ly có hỗ trợ vi sóng bằng dung môi là nước thì tiếp tục được chiết lỏng lỏng với chloroform với tỉ lệ chloroform : dịch chiết là 1:1 (v/v) để tách caffeine khỏi dịch trích ly. Đối với dịch trích ly có hỗ trợ vi sóng bằng dung môi là ethyl acetate không thực hiện chiết lỏng lỏng với chloroform mà tiếp tục thực hiện đến bước cô quay thu hồi dung môi.

30

Hình 2. 4. Chiết lỏng lỏng bằng chloroform (4)

Làm khan Dịch trích ly sau khi được chiết lỏng lỏng với chloroform tiếp tục được làm khan

bằng Na2SO4 để loại bỏ lượng nước còn lại trong dịch chiết.

Hình 2. 5. Làm khan (5)

Cô quay thu hồi dung môi Dịch trích ly sau khi làm khan với Na2SO4 được cô quay để loại bỏ dung môi. Đối với dịch trích ly có hỗ trợ của vi sóng bằng dung môi là nước thì cô quay ở điều

kiện áp suất là 115 mbar, số vòng quay là 50 rpm ở nhiệt độ 45oC.

31

Đối với dịch trích ly có hỗ trợ của vi sóng bằng dung môi là ethyl acetate thì cô quay ở điều kiện áp suất là 115 mbar, số vòng quay là 40 rpm ở nhiệt độ là 40oC.

Hình 2. 6. Hệ thống cô quay chân không (6)

Tinh chế caffeine Caffeine được tinh chế bằng phương pháp kết tinh trong dung môi ethyl acetate.

Caffeine thô được hòa tan hoàn toàn trong dung môi ethyl acetate. Sau đó dung dịch được làm nguội từ từ thì caffeine sẽ kết tinh, tiếp đó lọc để thu tinh thể. Cuối cùng sấy caffeine tinh thể ở 40oC đến khối lượng không đổi thì ta thu được caffeine tinh chế.

Hình 2. 7. Caffeine tinh chế

32

2.3.2. Phương pháp xác định độ ẩm Nguyên tắc: Dùng nhiệt làm bay hơi nước có trong nguyên liệu. Từ chênh lệch khối lượng của mẫu lúc trước và sau khi sấy tính được độ ẩm của nguyên liệu.

Cách tiến hành: Lấy cốc sứ sạch đem sấy ở 105oC cho đến khi khối lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân khối lượng chính xác đến ±0,0001g. Sau đó cho vào cốc 3-5g mẫu. Cân tất cả trên cân phân tích với độ chính xác như trên. Cho cốc có chứa mẫu vào tủ sấy ở 105±2oC, sấy cho đến khi khối lượng không đổi. Sấy xong, làm nguội trong bình hút ẩm và đem cân ở cân phân tích với độ chính xác như trên. Cho lại vào tủ sấy 105±2oC trong 30 phút, lấy ra và làm như trên tới khi khối lượng không đổi. Kết quả giữa ba lần cân liên tiếp không cách nhau quá 0,0005 g cho mỗi gam mẫu thử.

Tính kết quả:

X (%) =

m1− m2 m1 −m0

* 100%

Trong đó: X (%): Phần trăm độ ẩm của mẫu hạt cà phê. mo: là khối lượng cốc cân (g). m1: khối lượng cốc cân và mẫu trước khi sấy (g) m2: khối lượng cốc cân và mẫu sau khi sấy (g) Sai lệch giữa ba lần xác định không được lớn hơn 0,5%.

Kết quả cuối cùng là trung bình của ba lần xác định.

Tính chính xác đến 0,01%.

2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng tro Nguyên tắc: ở nhiệt độ 550 – 600oC các chất hữu cơ trong mẫu hạt cà phê nguyên liệu sau khi sấy bị phân hủy hoàn toàn thành tro (khoáng). Phần tro còn lại đem cân và tính ra phần trăm khối lượng của tro có trong mẫu nguyên liệu.

33

Cách tiến hành: Nung chén sứ đã rửa sạch ở lò nung 550 – 600oC đến khối lượng không đổi, để nguội trong bình hút ẩm và cân trên cân phân tích chính xác đến 0,0001 g.

Cho vào chén sứ khoảng 5g mẫu. Cân tất cả bằng cân phân tích với độ chính xác như trên.

Cho tất cả vào lò nung và nâng nhiệt độ từ từ cho đến 550 – 600oC. Nung cho đến tro trắng xám nhạt, nghĩa là đã loại hết các chất hữu cơ. Để nguội trong bình hút ẩm và cân đến độ chính xác như trên. Tiếp tục nung thêm ở nhiệt độ trên trong 30 phút rồi để nguội trong bình hút ẩm và cân cho đến khối lượng không đổi.

X (%) =

Tính kết quả:

G2 −G0 G1 −G0

∗ 100%

Trong đó: X: hàm lượng tro của nguyên liệu hạt cà phê (%).

Go: trọng lượng cốc sứ (g).

G1: trọng lượng cốc và mẫu trước khi nung (g).

G2: trọng lượng cốc và mẫu sau khi nung (g).

Sai lệch giữa ba lần xác định không được lớn hơn 0,5%.

Kết quả cuối cùng là trung bình của ba lần xác định.

Tính chính xác đến 0,01%.

2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng caffeine trong nguyên liệu Hạt cà phê được xay nhỏ và sau đó được trích ly bằng nước cất với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:30 trong 9 giờ ở 100oC. Dịch trích ly thu được sau đó được chiết lỏng lỏng với chloroform để tách caffeine và tiếp tục được làm khan bằng Na2SO4. Sau đó, dịch chiết caffeine được cô quay chân không để thu caffeine. Cuối cùng mẫu caffeine được sấy 40oC đến khối lượng không đổi. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu được tính như sau:

%caffeine

=

mCF ∗ 100% mNL 34

Trong đó: %caffeine là hàm lượng caffeine trong nguyên liệu. mCF là khối lượng caffeine tinh chế thu được. mNL là khối lượng nguyên liệu hạt cà phê.

2.3.5. Phương pháp tính hiệu suất trích ly Các mẫu nguyên liệu hạt cà phê sau khi được trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng ở các điều kiện khảo sát khác nhau thu được dịch trích ly, sau đó được chiết lỏng lỏng với chloroform để tách caffeine và tiếp tục được làm khan bằng Na2SO4. Dịch chiết caffeine được cô quay chân không để thu caffeine Cuối cùng mẫu caffeine được sấy 40oC đến khối lượng không đổi. Hiệu suất trích ly được tính như sau:

H=

m ∗ 100% m0

Trong đó: H là hiệu suất trích ly. m là khối lượng caffeine tinh chế sau trích ly thu được. m0 là khối lượng caffeine trong nguyên liệu hạt cà phê.

2.3.6. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC) Sắc ký bản mỏng (TLC) là sắc ký hấp phụ được tiến hành trên một bản mỏng, chất hấp phụ là silicagel. Bản mỏng chạy sắc ký (10 cm x 3 cm) kẻ mỗi đầu mút 0,5 cm. Đối với caffeine, dung môi phù hợp để chạy sắc ký bản mỏng là hệ dung môi là Ethyl acetate: Ethanol 9:1 (v/v).

Cách tiến hành: Dùng ống mao quản, hút một lượng mẫu rồi chấm lên bản mỏng, khoảng cách của vết chấm lên bờ dưới khoảng 0,5 cm, cách bờ hai bên bản mỏng 1 cm. Độ lớn của vết chấm càng nhỏ, sự tách càng tốt. Cafffeine được xác định dưới ánh sáng tia cực tím có bước sóng là 254 nm và sau đó xác định hệ số di chuyển Rf. [24] 35

2.3.7. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR Nguyên lý: Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR (Fourrier Transformation Infrared) hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu.

Chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn được tách ra hai phần, một đi qua mẫu và một đi qua môi trường đo – tham chiếu (dung môi) rồi được bộ tạo đơn sắc tách thành từng bức xạ có tần số khác nhau và chuyển đến detector. Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu. Dòng điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại tăng lên nhiều lần trước khi chuyển sang bộ phận tự ghi vẽ lên bản phổ hoặc đưa vào máy tính xử lý số liệu rồi in ra phổ.[27] Cách tiến hành: Phổ hồng ngoại thu được bằng cách sử dụng phổ kế FTIR và chất mang là KBr. Quy trình thực hiện gồm nghiền mẫu caffeine tinh chế cùng với KBr, nén bột vào đĩa đo bằng máy nén. Mẫu được đặt trong đường dẫn ánh sáng với dãi quét được giữ từ 4000 cm-1 đến 400 cm-1.

2.3.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis Nguyên lý: Phổ hấp thụ của vật chất chủ yếu là năng lượng ánh sáng của một số bước sóng cụ thể trong ánh sáng tới hấp thụ bởi các phân tử và nguyên tử trong vật chất và kết quả chuyển đổi của mức năng lượng rung động phân tử và sự chuyển tiếp của mức năng lượng electron đã xảy ra tương ứng. Sự hấp thụ năng lượng ánh sáng sẽ không giống nhau bởi vì các vật liệu khác nhau có cấu trúc phân tử khác nhau. Do đó, mỗi chất có đường cong phổ hấp thụ cố định duy nhất, có thể dựa trên phổ hấp thụ của một số bước sóng đặc trưng ở độ cao của độ hấp thụ để xác định hoặc xác định hàm lượng chất, là cơ sở của phân tích định tính và định lượng quang phổ. Phân tích quang phổ là một phương tiện hiệu quả để nghiên cứu thành phần, cấu trúc và sự tương tác giữa các chất theo phổ hấp thụ của các chất.[30] Cách tiến hành: Caffeine tinh chế được hòa tan bằng dung môi chloroform. Phổ hấp thụ UV-Vis của caffeine pha trong chloroform nói trên được ghi trên thiết bị quang phổ tử

36

ngoại khả kiến DR 6000 trong dải bước sóng 200 – 500nm, sử dụng cuvet thủy tinh và dung môi chloroform tương ứng làm dung dịch mẫu trắng. [36] 2.3.9. Quy trình chế biến cà phê Decaf Quy trình sản xuất cà phê Decaf được bố trí theo sơ đồ sau đây:

Hạt cà phê

Trích ly có hỗ trợ vi sóng

Lọc dịch trích ly

Hấp phụ với than hoạt tính

Dịch trích ly

Thu dịch chiết Hạt cà phê Trích ly có hỗ trợ vi sóng

Hạt cà phê đã tách caffeine

Sấy khô

Rang

Xay

Cà phê Decaf

Hình 2. 8. Quy trình chế biến cà phê Decaf

37

Thuyết minh quy trình: (1) Nguyên liệu Hạt cà phê vối được thu mua tại Đắc Lắc, các hạt được chọn lựa có kích thước đồng đều, chiều dài khoảng 1 cm và chiều rộng 0,7 cm. Sau đó được phơi nắng 4 giờ và bảo quản ở nơi thoáng mát.

(2) Trích ly có hỗ trợ vi sóng Cho 20 gam hạt cà phê cùng với 500 ml nước cất vào bình cầu được đặt trong hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng, thực hiện trích ly có hỗ trợ vi sóng trong 40 phút ở công suất của lò vi sóng là 800 W. (3) Lọc dịch trích ly Sau khi trích ly có hỗ trợ vi sóng, tiến hành lọc thu dịch trích ly đó và loại bỏ hạt cà phê đã trích ly.

(4) Hấp phụ với than hoạt tính Cho 6 gam than hoạt tính vào dịch trích ly và thực hiện lắc 200 vòng/ phút trong 30 phút. Sau khi lắc với than hoạt tính, caffeine được được hấp phụ bởi than hoạt tính, dịch chiết chỉ còn chứa thành phần hương vị của hạt cà phê.

(5) Lọc thu dịch Ta thực hiện lọc lấy dịch trích ly đã được tách caffeine.

(6) Trích ly có hỗ trợ vi sóng Cho một mẻ hạt cà phê mới vào dịch trích ly không chứa caffeine nói trên và thực hiện trích ly có hỗ trợ của vi sóng trong 40 phút ở công suất của lò vi sóng là 800 W với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:25(g/ml).

Caffeine trong hạt cà phê sẽ được hòa tan trong dịch trích ly và các phân tử hương vị của hạt cà phê sẽ được giữ lại vì dịch trích ly đã bão hòa với các phân tử hương vị của hạt cà phê lần trích ly đầu.

38

Dịch trích ly sẽ tiếp tục được đưa tuần hoàn quay về hấp thụ than hoạt tính để loại bỏ caffeine vừa trích ly được ra khỏi dịch trích ly. Hạt cà phê sau quá trình trích ly sẽ được tiếp tục tiến hành sấy khô.

(7) Sấy khô Sau khi trích ly, hạt cà phê được thu lại và phơi nắng để sấy khô trong 4 giờ. Sau đó, hạt cà phê được bảo quản nơi thoáng mát.

(8) Rang Hạt cà phê sau khi được sấy khô và bảo quản nơi thoáng mát tiếp tục được rang khoảng 5 phút ở nhiệt độ là 220oC với tốc độ rang là 30 vòng/ phút.

(9) Xay Hạt cà phê sau khi rang được bảo quản kín khí trong 48 giờ để ổn định hương vị.

Sau đó, hạt cà phê được xay nhỏ bằng máy xay cà phê chuyên dụng, ta thu được bột cà phê Decaf.

2.3.10.Phương pháp đánh giá cảm quan Đánh giá cảm quan sản phẩm ta tiến hành xây dựng thang điểm cho các chỉ tiêu của sản phẩm cà phê Decaf dựa theo: sản phẩm thực phẩm - phân tích cảm quan - phương pháp cho điểm theo tiêu chuẩn TCVN 3215 - 79. Theo tiêu chuẩn TCVN 3215 - 79 sử dụng hệ 20 điểm dựa trên một thang thống nhất có 6 bậc (từ 0 tới 5) và điểm 5 cao nhất cho mỗi chỉ tiêu. Áp dụng để kiểm tra tất cả các chỉ tiêu cảm quan như màu sắc, mùi và vị của sản phẩm cà phê Decaf. Hội đồng đánh giá cảm quan gồm 5 người, các cảm quan viên điều có khả năng đánh giá cảm quan, có khả năng phân biệt cảm giác, kiến thức phân tích cảm quan và kiến thức chuyên môn tốt. Khi đánh giá mỗi cảm quan viên căn cứ kết quả ghi nhận được, đối chiếu với bản mô tả các chỉ tiêu và dùng số nguyên để cho điểm 0 tới 5. Điểm cảm quan tổng hợp được tính như sau:

39

Trong đó: - Qi là điểm trung bình của chỉ tiêu i - Ki là hệ số quan trọng của chỉ tiêu thứ i

Bảng 2. 2. Các mức chất lượng Mức

Điểm

Tốt

18,6 – 20,0

Khá

15,2 – 18,5

Trung bình

11,2 – 15,1

Kém

7,2 – 11,3

Rất kém

4,0 – 7,1

Hỏng

0,0 – 3 , 9

2.3.11. Phương pháp xử lý số liệu Mỗi thí nghiệm được thực hiện lặp lại ba lần. Kết quả của thí nghiệm được biểu diễn bằng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn. Đồ thị được vẽ bằng phần mềm Microsoft Excel 2013.

40

CHƯƠNG 3: 3.1.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Độ ẩm của nguyên liệu hạt cà phê

Kết quả xác định độ ẩm của nguyên liệu hạt cà phê vối được thể hiện ở bảng 3.1.

Bảng 3. 1. Độ ẩm của hạt cà phê Mẫu

Độ ẩm (%)

1

7,03

2

7,03

3

6,86

Độ ẩm trung bình

6,98 ± 0,10

Hàm lượng nước chứa trong nguyên liệu hạt cà phê thấp, dưới 10% tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo quản và sử dụng làm nguyên liệu theo phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng.

3.2.

Hàm lượng tro của nguyên liệu hạt cà phê

Kết quả xác hàm lượng tro (khoáng) của nguyên liệu hạt cà phê vối được thể hiện ở bảng 3.2.

Bảng 3. 2. Hàm lượng tro của hạt cà phê

3.3.

Mẫu

Hàm lượng tro (%)

1

3,84

2

4,00

3

3,74

Độ ẩm trung bình

3,86 ± 0,13

Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu hạt cà phê

Kết quả hàm lượng tổng số caffeine của nguyên liệu hạt cà phê vối được thể hiện ở bảng 3.3.

41

Bảng 3. 3. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu Khối lượng nguyên liệu

Khối lượng caffeine

Hàm lượng caffeine trong

trích ly

thu được

nguyên liệu

(gam)

(gam)

(%)

30,423

0,472

1,55

3.4.

Ảnh hưởng của các điều kiện trích ly đến hiệu suất trích ly

3.4.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (w/v) đến hiệu suất trích ly, các quá trình trích ly được thực hiện ở điều kiện cố định các thông số: công suất của lò vi sóng là 800W và thời gian trích ly là 30 phút. Dung môi trích ly được sử dụng là nước và ethyl acetate. Đây là hai dung môi không độc hại, được phép sử dụng trong thực phẩm. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.4. và hình 3.1.

Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly Tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi

Hiệu suất trích ly caffeine (%)

(g/ml)

Dung môi nước

Dung môi ethyl acetate

1:15

46,43%

9,00%

1:20

67,19%

11,59%

1:25

73,17%

16,10%

1:30

67,57%

12,86%

42

Hiệu suất trích ly (%)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

73.17

67.19

67.57

46.43

9.00 1:15

16.10

11.59

1:20 1:25 Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml) Dung môi nước

12.86

1:30

Dung môi ethyl acetate

Hình 3. 1. Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến hiệu suất trích ly Kết quả thu được từ bảng 3.4 và hình 3.1 đã cho thấy khi trích ly bằng dung môi nước thì hiệu suất trích ly cao hơn rất nhiều (khoảng 5 lần) so với dung môi ethyl acetate.

Kết quả này có thể được giải thích là do độ hòa tan của caffeine trong nước nóng tốt hơn trong dung môi ethyl acetate. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu được công bố bởi nhóm tác giả Ramalakshmi[18]. Tuy nhiên thời gian trích ly được rút ngắn rất nhiều so với kết quả của nhóm nghiên cứu trên (30 phút so với 14 –16 giờ).

Mặt khác, khi tăng tỉ lệ nguyên liệu/dung môi thì hiệu suất trích ly tăng. Ở tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1:25 thì đạt hiệu suất tốt nhất. Đối với dung môi trích ly là nước có hiệu suất trích ly caffeine là 73,17% và dung môi trích ly là ethyl acetate có hiệu suất trích ly caffeine là 16,10%. Vì vậy tỉ lệ này được chọn để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tiếp theo đến hiệu suất trích ly caffeine.

3.4.2. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly Để khảo sát ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly, các quá trình trích ly được thực hiện cố định ở các thông số: tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1:25 (g/ml) và thời gian trích ly là 30 phút. Dung môi trích ly được sử dụng là nước và ethyl acetate. Kết 43

quả được thể hiện ở bảng 3.5. và hình 3.2.

Bảng 3. 5. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly Hiệu suất trích ly caffeine (%)

Hiệu suất trích ly (%)

Công suất

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

(W)

Dung môi nước

Dung môi ethyl acetate

400

29,39%

10,96%

600

62,35%

13,52%

800

73,17%

16,10%

73.17

62.35

29.39 13.52

10.96

400W

600W Công suất (W)

Dung môi nước

16.10

800W

Dung môi ethyl acetate

Hình 3. 2. Biểu đồ ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly Kết quả thu được từ bảng 3.5 và hình 3.2 đã cho thấy rằng khi công suất của lò vi sóng tăng thì hiệu suất trích ly caffeine cũng tăng đối với cả hai trường hợp trích ly bằng dung môi nước và dung môi ethyl acetate.

Khi công suất của lò vi sóng tăng thì khả năng phá vỡ các liên kết trong nguyên liệu tăng, làm cho quá trình khuếch tán của dung môi vào trong nguyên liệu dễ dàng hơn. Do đó, hiệu suất trích ly tăng. Ở công suất của lò vi sóng là 800 W cho hiệu suất trích ly caffeine là tốt nhất. Đối với dung môi trích ly là nước có hiệu suất trích ly là 73,17% và dung môi trích ly là ethyl 44

acetate có hiệu suất trích ly là 16,10%. Ở công suất cao hơn 800 W có thể làm tăng hiệu suất trích ly. Tuy nhiên, ở công suất cao thì nhiệt độ tăng mạnh, điều này có thể dẫn đến sự phân hủy các hợp chất có giá trị trong dung dịch và làm một phần caffeine bị thăng hoa .

Vì vậy, công suất 800 W là phù hợp cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly, các quá trình trích ly được thực hiện cố định ở các thông số: tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1:25 (g/ml) và công suất của lò vi sóng là 800 W. Dung môi trích ly được sử dụng là nước và ethyl acetate.

Kết quả được thể hiện ở bảng 3.6. và hình 3.3.

Bảng 3. 6. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly Thời gian trích ly

Hiệu suất trích ly caffeine (%)

(phút)

Dung môi nước

Dung môi ethyl acetate

20

45,88%

11,55%

30

73,17%

16,10%

40

83,87%

19,68%

45

100

Hiệu suất trích ly (%)

83.87 73.17

80 60

45.88

40 20

11.55

16.10

19.68

0 20 phút

Dung môi nước

30 phút Thời gian (phút)

40 phút

Dung môi ethyl acetate

Hình 3. 3. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly Khi thời gian trích ly tăng thì hiệu suất trích ly caffeine tăng. Ở thời gian trích ly là 40 phút cho hiệu suất trích ly là tốt nhất. Đối với dung môi trích ly là nước có hiệu suất trích ly là 83,87% và dung môi trích ly là ethyl acetate có hiệu suất trích ly là 19,68%. Tuy nhiên không thể kéo dài thời gian trích ly vì khi đó nhiệt độ tăng quá cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cà phê Decaf. Vì vậy thời gian trích ly 40 phút là phù hợp.

3.5.

Phân tích caffeine

Để xác định thành phần cấu trúc và mức độ tinh khiết của caffeine thu được sau quá trình trích ly, caffeine đã được tinh chế bằng phương pháp kết tinh trong dung môi ethyl acetate và được phân tích đối chứng so với mẫu caffeine chuẩn (Himedia).

3.5.1. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC) Sử dụng hệ dung môi là Ethyl Acetate: Ethanol tỉ lệ 9:1 (v/v).

Kết quả phân tích sắc ký bản mỏng của caffeine được thể hiện ở hình 3.4.

46

Caffeine chuẩn

Caffeine trích ly

Hình 3. 4. Sắc ký bản mỏng Caffeine được phát hiện dưới ánh sáng tia cực tím có bước sóng là 254 nm. Ta thu được hệ số di chuyển của hai mẫu cafffeine chuẩn và caffeine trích ly giống nhau:

Rf =

l lo

=

4,6 9

=0,51

Kết quả phân tích cho thấy rằng, mẫu caffeine trích ly và mẫu caffeine chuẩn đều có giá trị hệ số di chuyển Rf như nhau. Ngoài ra, mẫu caffeine trích ly chỉ hiển thị một vết trên bản mỏng silicagel. Kết quả này có thể cho phép nhận định mẫu caffeine trích ly không có lẫn tạp chất và có độ tinh khiết cao.

3.5.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR. Kết quả phân tích mẫu caffeine trích ly bằng phổ hồng ngoại được thể hiện ở hình 3.5

47

Caffeine extraction Caffeine standard Hình 3. 5. Phổ hồng ngoại FTIR Từ kết quả ở hình 3.5 đã cho thấy phổ hồng ngoại FTIR của caffeine trích ly hoàn toàn tương thích với phổ hồng ngoại của caffeine chuẩn. Trên phổ hồng ngoại xuất hiện các peak hấp thụ ở 2995cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H trong nhóm N-CH3, 3114 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H trong nhóm -CH3, 1656 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O trong nhóm cacbonyl liên kết với hai nguyên tử nito, 1634 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O trong nhóm cacbonyl liên kết với một nguyên tử nito và 1543 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=N. 3.5.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis Kết quả quang phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu caffeine trích ly và mẫu caffeine chuẩn được lần lượt thể hiện ở hình 3.6 và hình 3.7.

48

Hình 3. 6. Phổ hấp thụ của caffeine

Hình 3. 7. Phổ hấp thụ của caffeine

trích ly

chuẩn

Từ kết quả của hình 3.6 và hình 3.7 đã cho thấy phổ hấp thụ của caffeine trích ly có bước sóng λmax = 293nm và phổ hấp thụ của caffeine chuẩn có bước sóng λmax = 296 nm.

Kết quả trên đã cho thấy phổ hấp thụ của caffeine trích ly có giá trị tương đương phổ hấp thụ của caffeine chuẩn, caffeine trích ly có độ tinh khiết cao.

3.6.

Chế biến thử nghiệm cà phê Decaf

3.6.1. Quá trình tách caffeine ra khỏi hạt cà phê.

Hạt cà phê và nước cất được cho vào bình cầu đặt trong hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng. Thực hiện trích ly caffeine từ hạt cà phê trong 40 phút ở công suất của lò vi sóng là 800 W với tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1:25 (g/ml). Sau khi trích ly, dịch trích ly được lắc với than hoạt tính để hấp phụ caffeine. Sau đó tiếp tục lọc thu dịch thì ta được một dung dịch chỉ chứa thành phần hương liệu của cà phê mà không còn chứa caffeine.

Dịch trích ly nói trên được tiếp tục cho vào bình cầu đặt trong hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng để trích ly caffeine từ một mẻ cà phê mới. Lúc này, dịch trích ly đã được bão hòa với các thành phần hương vị của mẻ cà phê đầu tiên nên hương vị trong mẻ cà phê mới sẽ không bị hòa tan mà chỉ có thành phần caffeine trong hạt cà phê sẽ bị trích xuất ra dịch trích ly. Kết thúc quá trình, hạt cà phê vẫn đảm bảo được thành phần hương vị của nó. Thu hạt cà phê đã tách caffeine và phơi nắng để sấy khô trong 4 giờ, ta được nguyên liệu hạt cà phê Decaf.

49

Đánh giá và so sánh hai mẫu nguyên liệu của hạt cà phê đã tách caffeine và hạt cà phê chưa tách caffeine có đặc điểm tương đương nhau. Tuy hạt cà phê đã tách caffeine có màu đậm hơn hạt cà phê chưa tách caffeine nhưng kích thước và mùi hương tương đương hạt cà phê chưa tách caffeine.

Hình 3. 8. Hạt cà phê đã tách

Hình 3. 9. Hạt cà phê chưa tách

caffeine

caffeine

3.6.2. Quá trình rang xay Nguyên liệu hạt cà phê đã tách caffeine tiếp tục được rang khoảng 5 phút ở nhiệt độ là 220oC với tốc độ quay là 30 vòng/ phút. Sau đó, hạt cà phê được bảo quản kín khí trong 48 giờ để ổn định hương vị rồi cuối cùng xay với máy xay cà phê chuyên dụng ta được sản phẩm bột cà phê Decaf.

Hình 3. 10. Bột cà phê Decaf 50

3.6.3. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf Cho khoảng 20 gam bột cà phê Decaf vào phin cà phê, tiếp tục cho 10 ml nước sôi lên cà phê và đợi 30 giây cho cà phê nở đều. Sau khi cà phê đã nở đều, cho tiếp 40 ml nước sôi vào. Chờ cà phê rơi xuống đến khi hết nước. Ta được sản phẩm cà phê Decaf và tiếp tục đánh giá cảm quan sản phẩm. Kết quả đánh giá cảm quan được thể hiện ở bảng 3.7.

Bảng 3. 7. Kết quả đánh giá cảm quan Chỉ tiêu

Cà phê Decaf

Cà phê thông thường

Màu (HSTL = 0,7)

4,6

4,8

Mùi (HSTL = 1,3)

4,2

4,4

Vị

3,6

3,8

Tổng điểm

15,88

16,68

Xếp loại

Khá

Khá

(HSTL = 2,0)

Từ kết quả của bảng 3.7 cho thấy kết quả đánh giá cảm quan của cà phê Decaf và cà phê thông thường có giá trị tương đương nhau. Cà phê Decaf có màu nâu cánh gián đậm, trong và sánh; có mùi thơm đặc trưng của sản phẩm cà phê nguyên chất; có cả vị đắng ít và chua của sản phẩm cà phê nguyên chất.

51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đồ án đã đạt được những kết quả sau: - Xây dựng quy trình tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng.

- Đánh giá một số đặc tính của nguyên liệu: độ ẩm của nguyên liệu, hàm lượng tro và hàm lượng caffeine trong nguyên liệu.

- Xác định điều kiện thích hợp cho quy trình tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp dung môi có hỗ trợ vi sóng: dung môi trích ly là nước, tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:25 (g/ml), thời gian trích ly là 40 phút và công suất của hệ thống trích ly là 800W thì thu được hiệu suất trích ly là 83,87%.

- Phân tích hóa lý sản phẩm caffeine sau trích ly bằng các phương pháp sau: phương pháp sắc ký bản mỏng TLC, phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR, phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis, cho thấy caffeine thu được sau trích ly có độ tinh khiết cao.

- Thử nghiệm chế biến và đánh giá cảm quan sản phẩm Decaf. Sản phẩm được đánh giá xếp loại khá.

Kiến nghị - Cần quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa các yếu tố của quá trình trích ly.

- Tiến hành nghiên cứu thêm hệ dung môi hỗn hợp.

- Nghiên cứu thêm quy trình tinh chế caffeine để thu caffeine tinh khiết vì đây là một sản phẩm có giá trị.

- Ngoài đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf thì cần tiếp tục đánh giá các thành phần dinh dưỡng còn lại trong hạt cà phê Decaf.

52

TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) Tài liệu tiếng Việt [1]

Đoàn Thị Ngọc Bích, (2016), “Xác định đồng thời thành phần caffeine,

theobromine và theophylline trong một số loại chè phân bố ở miền Bắc Việt Nam”, Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội.

[2]

Nguyễn Thành Chương, (2015), “Nguồn gốc và một số giống cà phê tại

Việt Nam”, Trung tâm sản xuất và cung cấp giống cây trồng Eakamat.

[3]

Nguyễn Thị Hiền, (2010), “Công nghệ sản xuất ca cao, cà phê, chè”, Nhà

xuất bản Lao động.

[4]

Xuân Hiền, Hoàng Long, (2018), “Gia tăng giá trị cho sản phẩm cà phê”,

báo Nhân Dân.

[5]

Hoàng Thị Thu Thảo, (2016), “Tách chiết và tinh chế hợp chất thiên

nhiên”, Đại học Nha Trang.

[6]

Hoàng Thanh Tiệm, (1999), “Cây cà phê Việt Nam” Nhà xuất bản Nông

nghiệp, Hà Nội.

(2) Tài liệu tiếng Anh [7]

Abebe Belay, Kassahun Ture, Mesfin Redi, Araya Asfaw, (2008),

“Measurement of caffeine in coffee beans with UV/vis spectrometer”, Food Chemistry, 108, pp.310 - 315.

[8]

Beaulac-Bailargeon, L. and Desrosiers, C., (1987), “Caffeine- Cigarette

Interaction on Fetal Growth”. American Journal of Obstetrics & Gynecology, 157, pp.1236 - 1240.

[9]

Gehring, M., Vitzthum, O., and Wienges, H., (1984), “Decaffeination of roast

coffee”, German Federal Republic Patent Application.

[10]

George SE, Ramalakshmi K, Mohan Rao LJ., (2008), “A perception on health

benefits of coffee”, Crit Rev Food Sci Nutr, 48 (5), pp.464-86.

[11]

Jan Rydberg, Michael Cox, Claude Musikas, (2004), “Solvent Extraction

Principles and Practice, Revised and Expanded”, CRC Press.

[12]

Jensen W.B., (2007), “The Origin of the Soxhlet Extractor” 84(12), pp.1913.

53

[13]

Katz, S. N., Spence, J. E., O’Brien, M. J., Skiff, R. H., Vogel, G. J., và Prasad,

R., (1991). “Decaffeination of coffee”, General Foods Corporation.

[14]

Landete JM, (2012), “Updated knowledge about polyphenols: functions,

bioavailability, metabolism, and health.” Crit Rev Food Sci Nutr, 52 (10), pp.936-48.

[15]

McHugh M.A. và Krukonis V.J., (2013), “Supercritical Fluid Extraction

(Second Edition)”, Butterworth-Heinemann, Boston.

[16]

Pan X., Niu G., và Liu H., (2003), “Microwave-assisted extraction of tea

polyphenols and tea caffeine from green tea leaves”. Chem Eng Process Process Intensif, 42(2), pp.129–133.

[17]

R. Shinde, (2017), “Extraction of Caffeine from Coffee and preparation of

Anacin drug”, International Journal of Engineering Research and Technology.

[18]

Ramalakshimi, K., Nagalakshimi, S., vaf Raghavan,

B., (1996),

“Decafffeination of coffee using ethyl acetate”. Central Food Technological Research Institute.

[19]

Sadzuka, Y., Iwwazaki, A., Miyagshima, Y., Nozawa, Y.and Hirota, S.J.,

(1995), “Caffeine- Biochemcal Modulator of Axdriamycin”, Cancer Science, 86, pp.594599.

[20]

Shoyab,

M.,

(1979),

“Caffeine

Innhibits

the

Binding

of

Dimethybenz(a)anthracene to Murine Epidermal Cells DNA in Culture”. Archives of Biochemistry and Biophysics, 196, 307-310.

[21]

Sinha R, Cross AJ, Daniel CR, Graubard BI, Wu JW, Hollenbeck AR, Gunter

MJ, Park Y, Freedman ND, (2012), “Caffeinated and decaffeinated coffee and tea intakes and risk of colorectal cancer in a large prospective study.” Am J Clin Nutr, 96 (2), pp.37481.

[22]

Smallwood I.M., btv., (1996), “Handbook of Organic Solvent Properties”,

Butterworth-Heinemann, Oxford.

[23]

Tomita, K. and Tsuchija, H., (1989), “Caffeine Enhancement of the Effect of

Antcancer Angents on Human Sarcoma Cells”. Cancer Science, 80, pp.83-88.

54

[24]

Wagner H., Bladt S., (1996), “Plant drug analysis: A thin layer

chromatography atlas”. Berlin: Springer-Verlag [25]

Wentao Bi, Jun Zhou, and Kyung Ho Row, (2009) “Decaffeination of coffee

bean waste by solid-liquid extraction”, Department of Chemical Engineering, Inha University.

[26]

Zhou T., Xu D.-P., Lin S.-J., và cộng sự, (2017), “Ultrasound-Assisted

Extraction and Identification of Natural Antioxidants from the Fruit of Melastoma sanguineum Sims”. Mol Basel Switz, 22(2).

(3) Tài liệu Internet [27]

http://biomedia.vn/review/may-quang-pho-hong-ngoai.html

[28]

http://hanacare.blogspot.com/2013/10/cafe-jacobs-su-dung-phuong-phap-

chiet.html [29]

http://hiup.vn/ca-phe-voi-cac-phuong-phap-pha-che/cau-tao-va-thanh-phan-

hoa-hoc-cua-hat-ca-phe-267.html [30]

http://vn.labequipmentsfactory.com/info/the-working-principle-of-uv-

spectrophotometer-20680656.html [31]

http://voer.edu.vn/m/tinh-hinh-thi-truong-ca-phe-the-gioi-thoi-gian-

qua/5fbd73c6 [32]

http://www.brandsvietnam.com/1853-Tong-quan-thi-truong-ca-phe-Viet-

[33]

http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.2424.html

[34]

http://www.haihungthinh.com/?id_pnewsv=296&lg=vn&start=0

[35]

https://coffeeconfidential.org/health/decaffeination/

[36]

https://vi.wikipedia.org/wiki/Cafein

[37]

https://quantrimang.com/10-su-that-kho-tin-ve-thuc-pham-se-gay-an-tuong-

Nam

voi-ban-131619

55

PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: BẢNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN CÀ PHÊ DECAF Bảng PL. 1. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf theo phương pháp cho điểm TCVN 3215-79 Các chỉ tiêu

Màu sắc

Mùi

Hệ số trọng lượng

0,7

1,3

Điểm số chất lượng 5

2,0

Màu nâu cánh gián rất đậm, trong, sánh tự nhiên

4

Màu nâu cánh gián đậm, trong, sánh

3

Màu nâu cánh gián, trong, ít sánh

2

Màu nâu cánh gián nhẹ, hơi trong, ít sánh

1

Màu nâu cánh gián rất nhẹ, ít có cặn, bẩn

0

Màu vàng, nhiều cặn, bẩn

5

Mùi thơm mạnh và bền, hấp dẫn, gây ấn tượng

4

Thơm mùi mạnh nhưng không bền, gây ấn tượng

3

Thơm mùi đặc trưng của sản phẩm

2

Thơm mùi cà phê nhẹ

1

Mùi chua nhẹ, không có mùi lạ

0

4

Mùi của sản phẩm hư, mùi lạ Vị đắng đặc trưng của sản phẩm, có sự hài hòa giữa vị chua và vị đắng.

Vị đắng đặc trưng của sản phầm, có vị chua nhiều hơn

3

Vị đắng và vị chua giảm

2

Sản phẩm mất vị đắng chỉ còn vị chua

1

Sản phẩm mất cả vị đắng và chua, gây khó chịu

0

Sản phẩm có vị lạ (vị đất, hoa cỏ,…)

5

Vị

Mô tả

56

PHIẾU ĐIỂM ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN

Tên sản phẩm đánh giá:…………………………. Ngày

tháng

năm 2018

Họ và tên người đánh giá:………………………….. Chữ ký: Các chỉ tiêu

Điểm số

Mô tả

chất lượng 5

Màu nâu cánh gián rất đậm, trong, sánh tự nhiên

4

Màu nâu cánh gián đậm, trong, sánh

Màu

3

Màu nâu cánh gián, trong, ít sánh

sắc

2

Màu nâu cánh gián nhẹ, hơi trong, ít sánh

1

Màu nâu cánh gián rất nhẹ, ít có cặn, bẩn

0

Màu vàng, nhiều cặn, bẩn

5

Mùi thơm mạnh và bền, hấp dẫn, gây ấn tượng

4

Thơm mùi mạnh nhưng không bền, gây ấn tượng

3

Thơm mùi đặc trưng của sản phẩm

2

Thơm mùi cà phê nhẹ

1

Mùi chua nhẹ, không có mùi lạ

0

Mùi của sản phẩm hư, mùi lạ

5 4

Vị đắng đặc trưng của sản phẩm, có sự hài hòa giữa vị chua và vị đắng.

Vị đắng đặc trưng của sản phầm, có vị chua nhiều hơn

3

Vị đắng và vị chua giảm

2

Sản phẩm mất vị đắng chỉ còn vị chua

1

Sản phẩm mất cả vị đắng và chua, gây khó chịu

0

Sản phẩm có vị lạ (vị đất, hoa cỏ,..)

Mùi

Vị

57

01

02

PHỤ LỤC 2: THIẾT BỊ ĐÃ SỬ DỤNG

Hình PL. 1. Hệ thống trích ly

Hình PL. 2. Hệ thống cô quay chân không

có hỗ trợ vi sóng

Hình PL. 3. Máy quang phổ tử ngoại

Hình PL. 4. Hệ thống quang phổ

khả kiến UV-Vis

hồng ngoại FT-IR

58