Đề tài: Nâng cao hiệu suất tối đa của trích ly cà phê

1<br /> <br /> PHẦN 1: MỞ ĐẦU<br /> Cà phê đã được con người biết đến khoảng hơn 300 năm nay, muộn hơn rất<br /> nhiều so với nhiều cây lương thực, thực phẩm quan trọng khác. Tuy nhiên, ngày nay<br /> cây cà phê đã trở thành một loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, là một mặt<br /> hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới. Sản phẩm của nó là một<br /> loại thức uống thú vị không thể thiếu của nhiều dân tộc. Bên cạnh đó, một số mặt hàng<br /> thực phẩm như sữa, bánh, kẹo,... được chế biến với sự có mặt của cà phê sẽ làm tăng<br /> thêm hương vị và giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm.<br /> Sở dĩ cà phê được sử dụng ngày càng nhiều vì trong hạt cà phê chứa 0,8 – 3%<br /> caffeine, một hoạt chất có tác dụng kích thích thần kinh, giúp tế bào não tăng cường<br /> khả năng làm việc, khả năng tư duy và qua đó thúc đẩy hoạt động của hệ tuần hoàn,<br /> tăng cường phản ứng của cơ bắp,…<br /> Ngoài ra, trong hạt cà phê còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể<br /> con người như đường saccharose, đường khử, các protein hòa tan,… đặc biệt là các<br /> vitamin B1, B2, B6, B12 và PP có hàm lượng khá cao, đó là những chất cần thiết cho<br /> nhu cầu sinh lý của cơ thể chúng ta. Do đó cà phê giúp nâng cao sinh lực, chống mệt<br /> mỏi, giúp con người làm việc sáng suốt và thoải mái hơn.<br /> Sự sảng khoái và bổ dưỡng mà cà phê mang lại cho con người là do những<br /> thành phần hòa tan trong hạt. Trong kỹ thuật chế biến cà phê hiện nay có hai phương<br /> pháp chính là chế biến khô và chế biến ướt. Tuy nhiên, xử lý cà phê theo qui trình<br /> thông thường chưa mang lại hiệu quả tối ưu cho việc trích ly các thành phần hòa tan có<br /> trong hạt. Nguyên nhân của mặt hạn chế này là do sự hiện diện của pectin và cellulose<br /> – hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân. Vấn đề đặt ra là sử dụng phương pháp lên<br /> men để nâng cao tối đa hiệu suất trích ly của cà phê, từ đó thu được lượng chất hòa tan<br /> cao nhất.<br /> Cùng với sự phát triển của đời sống và của xã hội, sự phát triển của công nghệ<br /> sinh học nói chung, công nghệ enzyme và công nghệ lên men nói riêng đóng một vai<br /> trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, đặc biệt trong<br /> vấn đề nâng cao khả năng khai thác các thành phần hòa tan của hạt cà phê. Luận văn<br /> này không nằm ngoài khuôn khổ đó, chúng tôi nỗ lực nghiên cứu để sản xuất một loại<br /> <br /> 2<br /> chế phẩm sinh học (chủ yếu là pectinase và cellulase) với tên gọi Biocoffee-1, từ<br /> chủng nấm mốc Aspergillus niger và Trichoderma reesei có hoạt tính phân giải mạnh<br /> trên đối tượng cà phê nhân, tác động chủ yếu vào hai thành phần chính là pectin và<br /> cellulose.<br /> Ở Việt Nam hiện nay, có ba loại cà phê nhân chủ yếu được buôn bán và sử<br /> dụng phổ biến trên thị trường là cà phê Bi, cà phê Sẻ và cà phê Mokka. Mục đích của<br /> đề tài là xử lý ba loại cà phê này bằng công nghệ lên men và công nghệ enzyme, nhằm<br /> thu được chất hòa tan cao với hiệu suất trích ly cao nhất.<br /> Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm 4 nội dung:<br /> 1. Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân<br /> 2. Tạo chế phẩm Biocoffee-1 với hoạt tính cao của pectinase và cellulase<br /> 3. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men cà phê<br /> 4. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng và nhiệt độ của khối ủ<br /> Đề tài của chúng tôi là những bước đi đầu tiên cho những nghiên cứu, khảo sát<br /> tiếp theo trong việc phát triển sản phẩm cà phê lên men. Đây là một giải pháp nhiều ưu<br /> điểm cho quá trình chế biến cà phê và là một hướng đi mới gần gũi với thực tế sản<br /> xuất cũng như thực tế cuộc sống, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành công<br /> nghệ thực phẩm, cho nền nông nghiệp quốc gia và cho nhu cầu ẩm thực của người dân<br /> Việt Nam chúng ta.<br /> <br /> 3<br /> <br /> PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU<br /> Tổng quan tài liệu của chúng tôi gồm 4 phần chính sau:<br /> o Tìm hiểu về cà phê<br /> o Tìm hiểu về cellulose và pectin – hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân<br /> o Tìm hiểu về hệ enzyme cellulase và pectinase<br /> o Tìm hiểu về nấm sợi sinh tổng hợp hai hệ enzyme trên<br /> <br /> TÌM HIỂU VỀ CÀ PHÊ<br /> <br /> Hạt đã rang<br /> <br /> Hạt khô<br /> <br /> Hạt đang khô<br /> <br /> Xay thành bột<br /> <br /> Hạt rửa sạch<br /> <br /> Hoa<br /> <br /> Cà phê đã pha<br /> <br /> Hạt lên men<br /> <br /> Quả đang chín<br /> Thịt quả<br /> Quả xanh<br /> <br /> Quả chín<br /> <br /> Hình 2.1: Qui trình của cà phê từ khi nở hoa cho đến thành phẩm cuối cùng<br /> <br /> 4<br /> 2.1. TÌM HIỂU CÂY CÀ PHÊ Ở TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI<br /> 2.1.1. Lịch sử cây cà phê [20], [21]<br /> Tên gọi “coffee” xuất phát từ tiếng Ả rập là “kahwa”, mà lúc đầu là một từ ngữ<br /> trong thơ ca dùng để chỉ rượu vang. Do đạo luật của Hồi giáo nghiêm cấm giáo dân<br /> uống rượu, nên tên gọi ấy được biến tướng thành coffee, và thông qua tiếng gọi tương<br /> đương của Thổ Nhĩ Kỳ là Kahweh trở thành Café (Pháp), Caffee (Ý), Kaffee (Đức),<br /> Koffie (Hà Lan), Coffee (Anh), và tên Latin là Coffea dùng trong phân loại giống loài<br /> thực vật.<br /> Riêng tại Việt Nam, vào năm 1888, thực dân Pháp mang cà phê vào trồng đầu<br /> tiên ở nước ta, để rồi từ đó, tên gọi cà phê của Việt Nam là do sự Việt hóa trong phiên<br /> âm từ sự phát âm Café của người Pháp mà ra.<br /> Theo truyền thuyết kể lại rằng cà phê đã được tìm thấy rất lâu kể từ thời kỳ đồ<br /> đá và những tác dụng kích thích của nó đã được ghi nhận từ xa xưa, có lẽ là do việc<br /> quan sát các tác dụng ấy qua trạng thái biểu lộ của các động vật gặm cỏ sau khi chúng<br /> ăn những trái cà phê hoang dại. Nguồn gốc về địa dư và nông sản ban đầu của cà phê<br /> là từ Ethiopia.<br /> Từ trước năm 1200, việc tiêu thụ cà phê đã lan rộng từ vùng biển Đỏ tới Aden,<br /> Mecca và Cairo. Tại các vùng Ả rập (Arabia) này, các bụi cây cà phê đã được trồng<br /> trọt và được tưới tiêu trong hơn một ngàn năm. Cho nên, hạt cà phê mới có tên gọi là<br /> Coffea arabica, mặc nhiên thừa nhận rằng nó được canh tác và tiêu thụ phổ biến trong<br /> các nước Ả rập, mà quên đi cội nguồn của thứ nước giải khát này là ở xứ sở Ethiopia.<br /> Tại Việt Nam, cây cà phê được đưa vào trồng từ năm 1857, trước hết là tại một<br /> số nhà thờ ở Quảng Bình, Kontum,… Song mãi đến đầu thế kỷ 20 trở đi thì cây cà phê<br /> mới được trồng trên quy mô tương đối lớn của các chủ đồn điền người Pháp tại Phủ<br /> Quỳ – Nghệ An và sau đó là ở Đắc Lắc và Lâm Đồng, nhưng tổng diện tích không quá<br /> vài ngàn ha. Sau Cách mạng tháng Tám, diện tích cà phê ở miền Bắc được phát triển<br /> thêm tại một số nông trường quốc doanh và thời kỳ có diện tích cao nhất là trên 10.000<br /> ha vào năm 1963 – 1964. Ở miền Nam trước ngày giải phóng, vào năm 1975 diện tích<br /> cà phê có khoảng 10.000 ha. Cà phê trồng ở miền Bắc trong những năm trước đây chủ<br /> yếu là cà phê chè (Coffea arabica). Do điều kiện sinh thái không phù hợp, đặc biệt là<br /> có một mùa đông giá lạnh kéo dài, vì vậy cây cà phê vối (Canephora robusta) khó có<br /> <br /> 5<br /> khả năng phát triển ở miền Bắc, nhiều vùng đã trồng cà phê vối sau phải hủy bỏ vì<br /> kém hiệu quả.<br /> Diện tích trồng cà phê ở miền Nam trước ngày giải phóng chủ yếu là giống cà<br /> phê vối (Canephora robusta), một số diện tích nhỏ cà phê chè được trồng ở Lâm<br /> Đồng. Năng suất cà phê vối trong thời kỳ này thường đạt trên dưới 1 tấn/ha, ở một số<br /> đồn điền có qui mô vừa và nhỏ cũng đã đạt được năng suất từ 2 – 3 tấn/ha. Ngày nay,<br /> nhờ được áp dụng những tiến bộ kỹ thuật, năng suất đã tăng lên rất nhanh.<br /> Cà phê Việt Nam luôn luôn là một mặt hàng nông sản quan trọng trên thị<br /> trường thế giới và đem về nguồn ngoại tệ xứng đáng trong nền kinh tế quốc dân.<br /> 2.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ<br />  Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới [11], [20], [36]<br /> Trên thế giới hiện nay có trên 75 nước trồng cà phê với diện tích trên 10 triệu<br /> ha và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn. Năng suất bình quân chưa<br /> vượt quá 6 tạ cà phê nhân/ha. Trong đó, ở châu Phi có 28 nước với năng suất bình<br /> quân không vượt quá 4 tạ cà phê nhân/ha, Nam Mỹ đạt dưới 6 tạ nhân/ha. Bốn nước có<br /> diện tích cà phê lớn nhất đó là: Brazil trên 3 triệu ha chiếm 25% sản lượng cà phê thế<br /> giới, Côte D’lvoire (châu Phi) và Indonesia (châu Á) mỗi nước khoảng 1 triệu ha, quốc<br /> gia thứ tư là Colombia có gần 1 triệu ha với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700<br /> ngàn tấn.<br /> Do áp dụng một số tiến bộ kỹ thuật mới như giống mới và mật độ trồng dày nên<br /> đã có hàng chục nước đưa năng suất bình quân đạt trên 1 tấn/ha. Điển hình có Costa<br /> Rica ở Trung Mỹ với diện tích cà phê chè là 85.000 ha nhưng đã đạt năng suất bình<br /> quân trên 1.400 kg/ha.<br /> Cà phê chè hiện nay vẫn chiếm 70% sản lượng của thế giới. Diện tích cà phê<br /> chè được trồng tập trung chủ yếu ở Trung và Nam Mỹ, một số nước ở Đông Phi như:<br /> Kenya, Cameroon, Ethiopia, Tanzania và một phần ở châu Á như: Indonesia, Ấn Độ,<br /> Philippines.<br /> Mấy năm nay sản lượng cà phê Robusta trên thế giới tăng lên nhanh chóng, vụ<br /> 2000/2001 đạt tới 44,8 triệu bao tăng tới 12,2 triệu bao so với vụ trước và chiếm tới<br /> 38% tổng sản lượng cà phê.<br /> <br />