Tổng quan về thành phần hóa học và hướng tận dụng phế phầm trong ngành chế biến cà phê

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Tổng quan về thành phần hóa học và hướng tận dụng phế phầm trong ngành chế biến cà phê khái quát về thành phần hóa học và lợi ích của vỏ cà phê. Ngoài ra, các nghiên cứu khoa học về ứng dụng của vỏ cà phê nhằm tối ưu được giá trị của trái cà phê mang lại và hạn chế chất thải trong quá trình chế biến.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tổng quan về thành phần hóa học và hướng tận dụng phế phầm trong ngành chế biến cà phê

TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HƯỚNG TẬN DỤNG PHẾ PHẦM TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ Dương Anh Tân Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT Vỏ cà phê, nguồn phụ phẩm thu được sau khi đã tách hạt cà phê, có hàm lượng chất dinh dưỡng cao với tiềm năng được sử dụng làm nguyên liệu thô trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên, vỏ cà phê lại thường bị vứt đi hoặc sử dụng dưới dạng phế phẩm nông nghiệp. Bài tổng quan này giúp khái quát về thành phần hóa học và lợi ích của vỏ cà phê. Ngoài ra, các nghiên cứu khoa học về ứng dụng của vỏ cà phê nhằm tối ưu được giá trị của trái cà phê mang lại và hạn chế chất thải trong quá trình chế biến. Bên cạnh đó, do xu hướng của thực phẩm, khả năng sử dụng vỏ cà phê để chế biến một số thực phẩm có lợi cho sức khỏe con người như trà, sữa chua bổ sung chất chống oxy hóa từ vỏ cà phê, thực phẩm chức năng,… Từ khóa: thành phần hóa học, hoạt tính sinh học, phụ phẩm từ vỏ cà phê 1. Giới thiệu Quả cà phê là quả của cây thuộc họ Rubiaceae. Có hai loài cây cà phê đã được khai thác thương mại, bao gồm cà phê Robusta và Arabica, lần lượt chiếm 25% và 75% sản lượng cà phê trên thế giới (Mussatto và cs, 2011b). Hiện nay, nước ta có diện tích cà phê khoảng 500000 ha, sản lượng đạt 738.000 tấn/năm (2006). Ước tính vỏ cà phê chiếm 40-45% trọng lượng hạt cà phê thì hàng năm ngành chế biến cà phê thải ra khoảng 332.000 tấn vỏ (Đoàn Triệu Nhạn và cs, 1999). Do đó, trên thế giới người ta cũng đã tiến hành nghiên cứu tận dụng và xử lí vỏ cà phê góp phần tận dụng hiệu quả nguồn phế thải khổng lồ này (Đoàn Triệu Nhạn và cs, 1999). Trên toàn cầu, cà phê là mặt hàng lớn thứ hai và sản xuất ước tính 0,5 và 0,18 tấn bã cà phê và vỏ trấu tương ứng trên mỗi tấn cà phê tươi (Roussos và cs, 1995). Theo Tổ chức Cà phê Quốc tế (International Coffee Organisation, 2017), sản lượng cà phê hàng năm tăng từ 140 triệu lên 152 triệu bao 60 kg kể từ năm 2010, do đó giảm thiểu phụ phẩm cà phê là một thách thức nghiêm trọng cần được giải quyết (Brendan Janissen và cs, 2018). 359
2. Thành phần hóa học của vỏ cà phê Thành phần hóa học của các sản phẩm phụ của cà phê thay đổi đáng kể thông qua quá trình chế biến khô và ướt, rang và pha, với những thay đổi lớn có thể nhìn thấy trong hàm lượng chất xơ, carbohydrate và caffein (Bảng 1). Bảng 1: Thành phần hóa học của phụ phẩm cà phê (Brendan Janissen và cs, 2018). Thành phần (%) Lớp vỏ ngoài Lớp vỏ trấu Lớp vỏ lụa Carbohydrate 44,00-50,00 57,80 44,00 Cellulose 63,00 43,00 17,90 Hemicellulose 2,30 7,00 13,10 Độ ẩm 81,40 12,00 59,00-10,30 Lipid 2,50 1,50-2,00 2,20 Chất xơ tổng số 18,00-21,00 31,90 62,40 Tro 8,90 6,00 4,70-7,00 Protein 10,00-12,00 9,20 16,20-18,60 Nito 3,20 1,80 3,00 Caffein 1,25-1,30 1,20 1,40 Tannin 1,80-8,60 4,50-9,30 0,02 Acid chlorogenic 10,70 12,59 15,82 3. Ứng dụng của vỏ cà phê Việc tận dụng các sản phẩm phụ từ cà phê để gia tăng giá trị là điều cần thiết phải xem xét để hướng đến việc xử lý chất thải cà phê và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các ứng dụng gia tăng giá trị truyền thống gần như không hiệu quả như làm thức ăn chăn nuôi, phân bón,... Các ứng dụng hiện nay bao gồm sản xuất giá thể trồng nấm, enzyme, acid hữu cơ, nhiên liệu sinh học và phân bón mang lại giá trị cao hơn (Bảng 2). 360
Bảng 2: Ứng dụng của các phụ phẩm từ cà phê và hoạt tính sinh học. Phụ phẩm Ứng dụng Hoạt tính sinh học Nguồn tham khảo Lớp vỏ thịt Amylase 2163 U/g Murthy và cs, 2011 Thức ăn chăn nuôi Nurfeta và cs, 2010 Acid caffeic 7,2% Torres-Mancera và cs, 2011 Cellulase 2141 U/g Murthy và cs, 2011 Acid chlorogenic 54,4% Murthy và cs, 2012a Phân trộn 15C/N Nogueira và cs, 1999 Acid ferulic 19,8% Torres-Mancera và cs, 2011 Giá thể trồng nấm 138% Velazquez-Cedeno và cs, 2002 Acid p-coumaric 2,3% Torres-Mancera và cs, 2011 Pectinase 12,936 U/g Murthy và cs, 2011 Polyphenol Sera và cs, 2010 Xylanase 1,4765 U/g Murthy và cs, 2012a Murthy và cs, 2012b Murthy và cs, 2012c Lớp vỏ trấu Acid chlorogenic 17,5% Murthy và cs, 2012a Acid citric 0,15 g/g Shankaranand và cs, 1994 Ethanol 0,085 g/g Gouvea và cs, 2009 Acid gibberellic 0,49 mg/g Machado và cs, 2002 Giá thể trồng nấm 85,8 % Velazquez-Cedeno và cs, 2002 Tannase 1,3-1,5 U/ml Battestin và cs, 2007 361
Phân trùn quế Sathianarayanan và cs, 2008 Xylanase 9475 U/g Murthy và cs, 2012a Lớp vỏ lụa Chất chống oxy hóa 2,12 mmol/g Murthy và cs, 2012a Acid chlorogenic 25% Murthy và cs, 2012a Chất xơ 0,8 g/g Murthy và cs, 2012a Fructooligosaccharide 0,7 g/g Mussatto và cs, 2010 β-fructofuranosidase 71,3 U/ml Mussatto và cs, 2010 4. Tác dụng sinh học của các hợp chất thu từ vỏ cà phê lên sinh vật thử nghiệm Ngoài các đặc tính chống oxy hóa, chống viêm, chống béo phì thì các hợp chất từ cà phê như caffein, acid chlorogenic, tannin,… cũng có một số ảnh hưởng đến các sinh vật khác tùy theo từng nồng độ được nêu ra trong bảng 3. Bảng 3: Tác dụng sinh học của các hợp chất thu từ vỏ cà phê lên sinh vật thử nghiệm (Brendan Janissen và cs ,2018). Hợp chất Sinh vật thử nghiệm Nồng độ Caffein Artemia salinab LC50 17800 µmol/l Brachionus calyciflorusb EC50, ức chế sinh trưởng 104 mg/l Brachionus calyciflorusb LC50 24000 µmol/l Brachionus calyciflorusb LC50 1018 mg/l Ceriodaphnia dubiab EC50, ức chế sinh sản 44 mg/l Ceriodaphnia dubiab LC50 60 mg/l Chironomus dilutusa LC50 1230 mg/l Danio reriob EC50 10 mM Daphnia magnab EC50 822 µmol/l 362
Mus musculusa LC50 127 mg/kg Photobacterium EC50, ức chế phát quang 3460 µmol/l phosphoreumb Pimephales promelasb IC50, ức chế tăng trưởng 71 mg/l Pimephales promelasb LC50 100 mg/l Streptocephalus LC50 2110 µmol/l b proboscideus Acid Arabidopsis thalianaa IC50, phát triển rễ 96,3 µM chlorogenic Artemisia herba albaa EC50, phát triển chồi 0,15 mM Artemisia herba albaa EC50, phát triển rễ 0,1 mM Artemisia herba albaa EC50, nảy mầm 0,5 mM Fusarium culmoruma EC50, ức chế tăng trưởng > 10 mM Fusarium graminearuma EC50, ức chế tăng trưởng > 10 mM Hypericum perforatuma EC50, tái sinh chồi 50 mg/l Tannin Activated sludge EC50, tỉ lệ hấp thụ oxy của vi sinh 381mg/l vật Danio reriob LC50 > 100mg/l Leuciscus idusb LC50 1-10 mg/l Phaeodactylum tricornutumb IC50, tăng tốc độ sinh trưởng 26,4 mg/l Phaeodactylum tricornutumb IC50, ức chế tăng trưởng < 1% v/v 363
Vibrio fischerib EC50, phát quang 40% v/v 1a trên cạn; bthủy sinh. 2 EC50: nồng độ giảm 50% so với đối chứng; IC50: nồng độ ức chế 50% so với đối chứng; LC50: nồng độ đạt được 50% tỉ lệ tử vong. 5. Định hướng ứng dụng phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cà phê nhân trong tương lai Thành phần hóa học của các sản phẩm phụ của cà phê chỉ thay đổi một chút, tuy nhiên những khác biệt nhỏ này có thể có những hạn chế lớn đối với các ứng dụng gia tăng giá trị của chúng. Hàm lượng phenolic cao của lớp vỏ ngoài làm cho chúng trở nên hiệu quả nhất để chiết xuất phenolic, trong khi nó hạn chế việc sử dụng chúng làm chất nền cho các quá trình xử lý sinh học, phân trộn và phân trùn quế. Hàm lượng chất xơ cao của lớp vỏ lụa có tiềm năng lớn để bổ sung chất xơ trong chế độ ăn uống. Hơn nữa, hoạt động chống oxy hóa của những chất xơ này có thể được sử dụng như chất bổ trợ chống oxy hóa cho quá trình chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, dường như có một khoảng cách lớn trong việc sử dụng chất thải ở giai đoạn cuối thương mại của ngành cà phê. Hơn nữa, phụ phẩm cà phê chiếm hơn 50% tổng lượng phế thải do ngành cà phê sản xuất, do đó là một nguồn cung lớn. Do 100% chất thải này có thể được chuyển đổi thành phân bón giàu chất dinh dưỡng, nên có thể khẳng định rằng hiện tại chưa có cơ sở hạ tầng để giải quyết nguồn cung lớn này. Việc sử dụng phụ phẩm đòi hỏi phải được chú ý khẩn cấp nếu chúng ta muốn cải thiện các tác động độc hại đến môi trường và sinh thái của chất thải cà phê. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Battestin, V., Macedo, G.A., (2007) Tannase production by Paecilomyces variotii. Bioresour. Technol. 98 (9), 1832–1837. 2. Brendan Janissen, Tien Huynh (2018) Chemical composition and value-adding applications of coffee industry by-products: A review, Australia. 3. Đoàn Triệu Nhạn, Hoàng Thanh Tiệm, Phan Quốc Sủng (1999) Cây cà phê ở Việt Nam. NXB Nông nghiệp. 4. Gouvea, B., Torres, C., Franca, A., Oliveira, L., Oliveira, E., (2009) Feasibility of ethanol production from coffee husks. Biotechnol. Lett. 31 (9), 1315–1319. 5. Machado, C., Soccol, C.R., de Oliveira, B., Pandey, A., (2002) Gibberellic acid production by solid- state fermentation in coffee husk. Appl. Biochem. Biotechnol. 102, 179–191. 6. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2011) Improvement of robusta coffee fermentation with microbial enzymes. Eur. J. Appl. Sci. 3, 130–139. 364
7. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012a) Production and application of xylanase from penicillium sp. utilizing coffee by-products. Food Bioprocess Technol. 5 (2), 657–664. 8. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012b) Recovery of phenolic antioxidants and functional compounds from coffee industry by-products. Food Bioprocess Technol. 5 (3), 897–903. 9. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012c) Sustainable management of coffee industry by-products and value addition—a review. Res. Conserv. Recycl. 66, 45–58. 10. Mussatto, S.I., Machado, E.M.S., Martins, S., Teixeira, J.A., (2011b) Production, composition, and application of coffee and its industrial residues. Food Bioprocess Technol. 4 (5), pp 661–672. 11. Mussatto, S.I., Teixeira, J.A., (2010) Increase in the fructooligosaccharides yield and productivity by solid-state fermentation with Aspergillus japonicus using agro-industrial residues as support and nutrient source. Biochem. Eng. J. 53 (1), 154–157. 12. Nogueira, W.A., Nogueira, F.N., Devens, D.C., (1999) Temperature and pH control in composting of coffee and agricultural wastes. Water Sci. Technol. 40 (1), 113–119. 13. Nurfeta, A., (2010) Feed intake, digestibility, nitrogen utilization, and body weight change of sheep consuming wheat straw supplemented with local agricultural and agro-industrial by-products. Trop. Anim. Health Prod. 42 (5), 815–824. 14. Roussos, S., Angeles Aquiáhuatl, M., Refugio Trejo-Hernández, M., Gaime Perraud, I., Favela, E., Ramakrishna, M., Raimbault, M., Viniegra-González, G., (1995) Biotechnological management of coffee pulp-isolation, screening, characterization, selection of caffeine-degrading fungi and natural microflora present in coffee pulp and husk. Appl. Microbiol. Biotechnol. 42 (5), pp 756–762. 15. Sathianarayanan, A., Khan, A., (2008) An eco-biological approach for resource recycling and pathogen (Rhizoctoniae Solani Kuhn.) suppression. J. Environ. Protect. Sci. 2, 36–39. 16. Sera, T., (2010) Coffee Biotechnology and Quality. Dordrecht: Springer, Netherlands, Dordrecht. 17. Shankaranand, V.S., Lonsane, B.K., (1994) Coffee husk: an inexpensive substrate for production of citric acid by Aspergillus niger in a solid-state fermentation system. World J. Microbiol. Biotechnol. 10 (2), 165–168. 18. Torres-Mancera, M., Cordova-López, J., Rodríguez-Serrano, G., Roussos, S., RamírezCoronel, M., Favela-Torres, E., Saucedo-Castañeda, G., (2011). Enzymatic extraction of hydroxycinnamic acids from coffee pulp. Food Technol. Biotechnol. 49 (3), 369–373. 19. Velazquez-Cedeno, M.A., Mata, G., Savoie, J.M., (2002). Waste-reducing cultivation of Pleurotus ostreatus and Pleurotus pulmonarius on coffee pulp: changes in the production of some lignocellulolytic enzymes. World J. Microbiol. Biotechnol. 18 (3), 201–207. 365