1
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Cà phê đã được con người biết đến khoảng hơn 300 năm nay, muộn hơn rất
nhiều so với nhiều cây lương thực, thực phẩm quan trọng khác. Tuy nhiên, ngày nay
cây cà phê đã trở thành một loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, là một mặt
hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới. Sản phẩm của nó là một
loại thức uống thú vị không thể thiếu của nhiều dân tộc. Bên cạnh đó, một số mặt hàng
thực phẩm như sữa, bánh, kẹo,... được chế biến với sự có mặt của cà phê sẽ làm tăng
thêm hương vị và giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm.
Sở dĩ cà phê được sử dụng ngày càng nhiều vì trong hạt cà phê chứa 0,8 – 3%
caffeine, một hoạt chất có tác dụng kích thích thần kinh, giúp tế bào não tăng cường
khả năng làm việc, khả năng tư duy và qua đó thúc đẩy hoạt động của hệ tuần hoàn,
tăng cường phản ứng của cơ bắp,…
Ngoài ra, trong hạt cà phê còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể
con người như đường saccharose, đường khử, các protein hòa tan,… đặc biệt là các
vitamin B1, B2, B6, B12 và PP có hàm lượng khá cao, đó là những chất cần thiết cho
nhu cầu sinh lý của cơ thể chúng ta. Do đó cà phê giúp nâng cao sinh lực, chống mệt
mỏi, giúp con người làm việc sáng suốt và thoải mái hơn.
Sự sảng khoái và bổ dưỡng mà cà phê mang lại cho con người là do những
thành phần hòa tan trong hạt. Trong kỹ thuật chế biến cà phê hiện nay có hai phương
pháp chính là chế biến khô và chế biến ướt. Tuy nhiên, xử lý cà phê theo qui trình
thông thường chưa mang lại hiệu quả tối ưu cho việc trích ly các thành phần hòa tan có
trong hạt. Nguyên nhân của mặt hạn chế này là do sự hiện diện của pectin và cellulose
– hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân. Vấn đề đặt ra là sử dụng phương pháp lên
men để nâng cao tối đa hiệu suất trích ly của cà phê, từ đó thu được lượng chất hòa tan
cao nhất.
Cùng với sự phát triển của đời sống và của xã hội, sự phát triển của công nghệ
sinh học nói chung, công nghệ enzyme và công nghệ lên men nói riêng đóng một vai
trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, đặc biệt trong
vấn đề nâng cao khả năng khai thác các thành phần hòa tan của hạt cà phê. Luận văn
này không nằm ngoài khuôn khổ đó, chúng tôi nỗ lực nghiên cứu để sản xuất một loại
2
chế phẩm sinh học (chủ yếu là pectinase và cellulase) với tên gọi Biocoffee-1, từ
chủng nấm mốc Aspergillus niger và Trichoderma reesei có hoạt tính phân giải mạnh
trên đối tượng cà phê nhân, tác động chủ yếu vào hai thành phần chính là pectin và
cellulose.
Ở Việt Nam hiện nay, có ba loại cà phê nhân chủ yếu được buôn bán và sử
dụng phổ biến trên thị trường là cà phê Bi, cà phê Sẻ và cà phê Mokka. Mục đích của
đề tài là xử lý ba loại cà phê này bằng công nghệ lên men và công nghệ enzyme, nhằm
thu được chất hòa tan cao với hiệu suất trích ly cao nhất.
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm 4 nội dung:
1. Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân
2. Tạo chế phẩm Biocoffee-1 với hoạt tính cao của pectinase và cellulase
3. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men cà phê
4. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng và nhiệt độ của khối ủ
Đề tài của chúng tôi là những bước đi đầu tiên cho những nghiên cứu, khảo sát
tiếp theo trong việc phát triển sản phẩm cà phê lên men. Đây là một giải pháp nhiều ưu
điểm cho quá trình chế biến cà phê và là một hướng đi mới gần gũi với thực tế sản
xuất cũng như thực tế cuộc sống, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành công
nghệ thực phẩm, cho nền nông nghiệp quốc gia và cho nhu cầu ẩm thực của người dân
Việt Nam chúng ta.
3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Tổng quan tài liệu của chúng tôi gồm 4 phần chính sau:
o Tìm hiểu về cà phê
o Tìm hiểu về cellulose và pectin – hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân
o Tìm hiểu về hệ enzyme cellulase và pectinase
o Tìm hiểu về nấm sợi sinh tổng hợp hai hệ enzyme trên
TÌM HIỂU VỀ CÀ PHÊ
Hạt đã rang
Hạt khô
Hạt đang khô
Xay thành bột
Hạt rửa sạch
Hoa
Cà phê đã pha
Hạt lên men
Quả đang chín
Thịt quả
Quả xanh
Quả chín
Hình 2.1: Qui trình của cà phê từ khi nở hoa cho đến thành phẩm cuối cùng
4
2.1. TÌM HIỂU CÂY CÀ PHÊ Ở TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
2.1.1. Lịch sử cây cà phê [20], [21]
Tên gọi “coffee” xuất phát từ tiếng Ả rập là “kahwa”, mà lúc đầu là một từ ngữ
trong thơ ca dùng để chỉ rượu vang. Do đạo luật của Hồi giáo nghiêm cấm giáo dân
uống rượu, nên tên gọi ấy được biến tướng thành coffee, và thông qua tiếng gọi tương
đương của Thổ Nhĩ Kỳ là Kahweh trở thành Café (Pháp), Caffee (Ý), Kaffee (Đức),
Koffie (Hà Lan), Coffee (Anh), và tên Latin là Coffea dùng trong phân loại giống loài
thực vật.
Riêng tại Việt Nam, vào năm 1888, thực dân Pháp mang cà phê vào trồng đầu
tiên ở nước ta, để rồi từ đó, tên gọi cà phê của Việt Nam là do sự Việt hóa trong phiên
âm từ sự phát âm Café của người Pháp mà ra.
Theo truyền thuyết kể lại rằng cà phê đã được tìm thấy rất lâu kể từ thời kỳ đồ
đá và những tác dụng kích thích của nó đã được ghi nhận từ xa xưa, có lẽ là do việc
quan sát các tác dụng ấy qua trạng thái biểu lộ của các động vật gặm cỏ sau khi chúng
ăn những trái cà phê hoang dại. Nguồn gốc về địa dư và nông sản ban đầu của cà phê
là từ Ethiopia.
Từ trước năm 1200, việc tiêu thụ cà phê đã lan rộng từ vùng biển Đỏ tới Aden,
Mecca và Cairo. Tại các vùng Ả rập (Arabia) này, các bụi cây cà phê đã được trồng
trọt và được tưới tiêu trong hơn một ngàn năm. Cho nên, hạt cà phê mới có tên gọi là
Coffea arabica, mặc nhiên thừa nhận rằng nó được canh tác và tiêu thụ phổ biến trong
các nước Ả rập, mà quên đi cội nguồn của thứ nước giải khát này là ở xứ sở Ethiopia.
Tại Việt Nam, cây cà phê được đưa vào trồng từ năm 1857, trước hết là tại một
số nhà thờ ở Quảng Bình, Kontum,… Song mãi đến đầu thế kỷ 20 trở đi thì cây cà phê
mới được trồng trên quy mô tương đối lớn của các chủ đồn điền người Pháp tại Phủ
Quỳ – Nghệ An và sau đó là ở Đắc Lắc và Lâm Đồng, nhưng tổng diện tích không quá
vài ngàn ha. Sau Cách mạng tháng Tám, diện tích cà phê ở miền Bắc được phát triển
thêm tại một số nông trường quốc doanh và thời kỳ có diện tích cao nhất là trên 10.000
ha vào năm 1963 – 1964. Ở miền Nam trước ngày giải phóng, vào năm 1975 diện tích
cà phê có khoảng 10.000 ha. Cà phê trồng ở miền Bắc trong những năm trước đây chủ
yếu là cà phê chè (Coffea arabica). Do điều kiện sinh thái không phù hợp, đặc biệt là
có một mùa đông giá lạnh kéo dài, vì vậy cây cà phê vối (Canephora robusta) khó có
5
khả năng phát triển ở miền Bắc, nhiều vùng đã trồng cà phê vối sau phải hủy bỏ vì
kém hiệu quả.
Diện tích trồng cà phê ở miền Nam trước ngày giải phóng chủ yếu là giống cà
phê vối (Canephora robusta), một số diện tích nhỏ cà phê chè được trồng ở Lâm
Đồng. Năng suất cà phê vối trong thời kỳ này thường đạt trên dưới 1 tấn/ha, ở một số
đồn điền có qui mô vừa và nhỏ cũng đã đạt được năng suất từ 2 – 3 tấn/ha. Ngày nay,
nhờ được áp dụng những tiến bộ kỹ thuật, năng suất đã tăng lên rất nhanh.
Cà phê Việt Nam luôn luôn là một mặt hàng nông sản quan trọng trên thị
trường thế giới và đem về nguồn ngoại tệ xứng đáng trong nền kinh tế quốc dân.
2.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ
Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới [11], [20], [36]
Trên thế giới hiện nay có trên 75 nước trồng cà phê với diện tích trên 10 triệu
ha và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn. Năng suất bình quân chưa
vượt quá 6 tạ cà phê nhân/ha. Trong đó, ở châu Phi có 28 nước với năng suất bình
quân không vượt quá 4 tạ cà phê nhân/ha, Nam Mỹ đạt dưới 6 tạ nhân/ha. Bốn nước có
diện tích cà phê lớn nhất đó là: Brazil trên 3 triệu ha chiếm 25% sản lượng cà phê thế
giới, Côte D’lvoire (châu Phi) và Indonesia (châu Á) mỗi nước khoảng 1 triệu ha, quốc
gia thứ tư là Colombia có gần 1 triệu ha với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700
ngàn tấn.
Do áp dụng một số tiến bộ kỹ thuật mới như giống mới và mật độ trồng dày nên
đã có hàng chục nước đưa năng suất bình quân đạt trên 1 tấn/ha. Điển hình có Costa
Rica ở Trung Mỹ với diện tích cà phê chè là 85.000 ha nhưng đã đạt năng suất bình
quân trên 1.400 kg/ha.
Cà phê chè hiện nay vẫn chiếm 70% sản lượng của thế giới. Diện tích cà phê
chè được trồng tập trung chủ yếu ở Trung và Nam Mỹ, một số nước ở Đông Phi như:
Kenya, Cameroon, Ethiopia, Tanzania và một phần ở châu Á như: Indonesia, Ấn Độ,
Philippines.
Mấy năm nay sản lượng cà phê Robusta trên thế giới tăng lên nhanh chóng, vụ
2000/2001 đạt tới 44,8 triệu bao tăng tới 12,2 triệu bao so với vụ trước và chiếm tới
38% tổng sản lượng cà phê.
6
Theo kết quả thăm dò mới đây nhất, giá cà phê trong năm 2005 sẽ biến động
mạnh với nhiều khả năng giá tăng cao nếu thời tiết xấu làm cho sản lượng dự kiến
giảm mạnh. (Nguồn: Reuters, 27/01/05)
o Thị trường cà phê Arabica thế giới sẽ thiếu hụt khoảng 5,4 triệu bao cà phê
niên vụ 2005/2006 sau khi thặng dư 2,5 triệu bao của niên vụ trước. Tổng sản lượng cà
phê thế giới ước tính đạt 111 triệu bao niên vụ 2005/2006, giảm so với mức 117 triệu
bao của 2004/2005.
o Đối với cà phê Robusta, theo dự kiến sẽ tăng 84% từ 759 USD/tấn của cuối
năm 2004 lên 1.400 USD/tấn năm 2005 nếu giá cà phê Arabica tăng mạnh. Ước tính
sẽ có khoảng 149 triệu bao cà phê niên vụ 2005/2006 gồm cả cà phê tồn kho ở các
nước tiêu thụ và sản xuất.
Sự phát triển của ngành cà phê Việt Nam [11], [20], [44], [46], [48], [49]
Việt Nam gia nhập Tổ chức Cà phê Quốc Tế (International Coffee
Organization, ICO) vào năm 1991.
Nghề trồng cà phê ở Việt Nam là một nguồn thu nhập cho một nhóm đông dân
cư ở nông thôn, trung du và miền núi. Với 500.000 ha cà phê đã tạo việc làm cho hơn
600.000 nông dân và số người có cuộc sống liên quan đến cây cà phê lên tới trên 1
triệu người.
Ngành cà phê Việt nam được đánh giá là còn mới mẻ, phải cạnh tranh với
ngành cà phê của nhiều nước có truyền thống lâu đời hơn, vốn có tiếng tăm về mặt
chất lượng và sự bền vững. Đây là một vấn đề mà ngành cà phê Việt Nam phải cố
gắng trên nhiều lĩnh vực từ khâu áp dụng những kỹ thuật sản xuất nông nghiệp đến
công nghệ chế biến tiên tiến, đưa ra thị trường nhiều chủng loại sản phẩm mới.
7
Bảng 2.1: Xuất khẩu cà phê của Việt Nam qua các vụ từ 1994 đến 2002
Sản lƣợng xuất khẩu
Kim ngạch xuất khẩu
(nghìn tấn)
(triệu USD)
1994/1995
192.379
51.291,649
1995/1996
221.496
401.948,791
1996/1997
336.242
402.817,916
1997/1998
395.418
601.430,778
1998/1999
404.206
554.974,838
1999/2000
653.678
573.976,994
2000/2001
874.676
381.883,542
2001/2002
712.735
263.259,766
Niên vụ
(Nguồn: Hiệp hội Cà phê – Ca cao Việt Nam, 2005)
Bảng 2.2: Kết quả xuất khẩu cà phê nhân sống của Việt Nam năm 2004
Tháng
Sản lƣợng xuất
khẩu (tấn)
Trị giá (USD)
Giá bình quân
(USD/tấn)
1
68.815
44.114.705
641,1
2
86.570
57.439.162
663,5
3
83.000
54.509.033
656,7
4
82.940
54.343.678
665,2
5
78.582
51.933.539
660,9
6
118.731
78.797.170
663,7
7
55.829
36.883.303
660,6
8
51.144
33.022.482
645,7
9
56.086
35.386.587
630,9
10
65.474
40.077.916
612,1
11
55.292
33.940.074
613,8
12
87.242
55.639.710
637,8
Tổng
889.705
576.087.360
647,5
(Nguồn: Hiệp hội Cà phê – Ca cao Việt Nam, 2005)
8
Khuynh hướng phát triển cà phê hiện nay là thâm canh tăng năng suất cà phê
Robusta, mở rộng diện tích cà phê Arabica trên vùng cao miền Bắc như Sơn La,
Tuyên Quang, Lai Châu, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Lạng Sơn, Hòa Bình, Nghệ An với
những dòng chọn lọc như Catimor. Catimor cũng được đưa vào cao nguyên Lâm
Đồng và Đắc Lắc để thay cho một số giống dễ nhiễm bệnh rỉ sắt.
Robusta là dòng sản xuất chính vì có đặc điểm dễ thích nghi, năng suất cao,
trung bình 4 đến 5 tấn nhân/ha.
Hiện nay, ở Việt Nam, cà phê là mặt hàng nông sản xuất xuất khẩu có giá trị
lớn đứng thứ hai sau gạo (những con số thống kê của Hiệp hội Cà phê – Ca cao Việt
Nam điều tra vào năm 2000 cho thấy diện tích cà phê cả nước đã lên đến 520.000 ha
với sản lượng 900.000 tấn, đưa Việt Nam lên vị trí thứ 2 thế giới về sản xuất cà phê).
Cà phê Việt Nam được xuất sang trên 50 quốc gia và vùng lãnh thổ. Giá trị cà
phê xuất khẩu thường chiếm gần 10% tổng kim ngạch xuất khẩu hàng năm. Vụ
2000/2001 Việt Nam đã xuất cà phê đi 61 nước, trong đó, 10 nước nhập khẩu cà phê
đứng đầu được trình bày trong bảng 2.3 dưới đây.
Bảng 2.3: 10 nƣớc nhập khẩu cà phê hàng đầu của Việt Nam
Số lƣợng
Trị giá
Tỷ phần so với tổng
(tấn)
(USD)
xuất khẩu (%)
Bỉ
138.603
57.947.984
15,85
2
Mỹ
137.501
59.371.585
15,72
3
Đức
134.321
60.054.805
15,36
4
Tây Ban Nha
73.852
31.666.889
8,44
5
Ý
62.559
27.796.789
7,15
6
Pháp
45.998
20.147.381
5,26
7
Ba Lan
38.155
17.171.839
4,36
8
Anh
30.153
13.055.058
3,45
9
Nhật
26.905
13.274.686
3,08
10
Hàn Quốc
26.288
11.310.104
3,01
STT
Tên nƣớc
1
(Nguồn: Hiệp hội Cà phê – Ca cao Việt Nam, 2005)
9
Bảng 2.4: Diễn biến diện tích và sản lƣợng cà phê Việt Nam trong 9 niên vụ
từ 1992 đến 2001
Niên vụ
Diện tích (ha)
Sản lƣợng (tấn)
1992/1993
140.000
140.400
1993/1994
150.000
181.200
1994/1995
215.000
211.920
1995/1996
295.000
236.280
1996/1997
350.000
342.300
1997/1998
410.000
413.580
1998/1999
460.000
404.206
1999/2000
520.000
700.000
2000/2001
500.000
900.000
(Nguồn: Hiệp hội Cà phê – Ca cao Việt Nam, 2005)
Cà phê là một loại nước uống cao cấp, nhu cầu đòi hỏi của người tiêu dùng vẫn
không ngừng tăng lên, chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận để thay thế
cho cà phê, vì vậy việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này vẫn có
một ý nghĩa kinh tế lớn đối với nhiều nước.
2.1.3. Tiêu chuẩn cho cà phê Việt Nam [48]
Trước đây cà phê Việt nam được bán với 3 chỉ tiêu chất lượng đơn giản: thủy
phần %, hạt đen vỡ % và tạp chất %. Mặc dù Việt Nam đã từng ban hành Tiêu chuẩn
Nhà nước về yêu cầu kỹ thuật đối với cà phê nhân TCVN 4193 – 86. Tuy nhiên vào
thời kỳ mở cửa, ngành cà phê tiếp xúc trực tiếp với thị trường thế giới, trong buổi ban
đầu cần có một hệ thống tiêu chuẩn đơn giản và dễ thực hiện hơn nên đã ra đời TCVN
4193 – 93 với 3 chỉ tiêu như đã nêu ở trên. Ngày hôm nay, ngành cà phê Việt Nam đã
trưởng thành hơn một bước và thị trường đòi hỏi chất lượng cao hơn, cần có tiêu chuẩn
cấp Nhà nước phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế. Do đó ngành cà phê Việt Nam đã được
Nhà nước hỗ trợ xây dựng và cho phép ban hành TCVN 4193 – 2001. Có thể coi đây
là một bước tiến đáng kể của ngành cà phê Việt Nam.
Ban Kỹ thuật về Tiêu chuẩn cà phê (TCVN/TC/F16) mà Hiệp hội Cà phê – Ca
cao Việt Nam là cơ quan chủ trì đã hoàn thành việc soát xét một số tiêu chuẩn Nhà
nước về cà phê và được Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng trình lên Bộ Khoa
10
học, Công nghệ và Môi trường xét duyệt. Ngày 05/11/2001, Bộ trưởng Bộ Khoa học,
Công nghệ và Môi trường đã có quyết định số 57/2001/QĐ-KHCNMT ban hành 5 bản
tiêu chuẩn về cà phê.
Bảng 2.5: 5 tiêu chuẩn về cà phê do Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trƣờng ban
hành ngày 05/11/2001
TCVN 4193 : 2001
1
TCVN 4334 : 2001
2
(ISO 3509 – 1989)
TCVN 4807 : 2001
3
(ISO 4150 – 1991)
Cà phê nhân – yêu cầu kỹ thuật
(Soát xét lần 3 – Thay thế TCVN 4193: 1993)
Cà phê và các sản phẩm của cà phê – Thuật ngữ và
định nghĩa
(Soát xét lần 1 – Thay thế TCVN 4334 – 86)
Cà phê nhân – Phương pháp xác định cỡ hạt bằng
sàng tay
(Soát xét lần 2 – Thay thế TCVN 4807 – 89)
TCVN 6928 : 2001 Cà phê nhân – Xác định sự hao hụt khối lượng ở
4
(ISO 6673 – 1983) 105oC
TCVN 6929 : 2001 Cà phê nhân – Hướng dẫn phương pháp mô tả các
5
(ISO 9116 – 1992) quy định
(Nguồn: Hiệp hội Cà phê – Ca cao Việt Nam, 2005)
2.1.4. Một số tiến bộ kỹ thuật mới trong nghề trồng và sử dụng cà phê trên thế
giới [20]
o Sử dụng các giống mới qua quá trình chọn lọc, lai tạo mang được các đặc
tính tốt về: khả năng kháng sâu bệnh, chất lượng tốt, cho năng suất cao.
o Áp dụng phương pháp nhân giống vô tính bằng kỹ thuật giâm cành, nuôi
cấy mô, tạo ra các vườn cà phê thuần chủng, năng suất cao.
o Áp dụng kỹ thuật trồng dày, tăng mật độ trồng trên một đơn vị diện tích, cho
phép đạt năng suất cao, rút ngắn thời gian, mang lại hiệu quả lớn.
o Bón phân dựa trên kết quả chẩn đoán nhu cầu dinh dưỡng khoáng của cây
trồng thông qua biện pháp phân tích lá và đất.
o Sử dụng những cây che bóng mới, phù hợp với nhu cầu sinh lý về ánh sáng
của cây cà phê.
11
o Sử dụng các loại chế phẩm bảo vệ thực vật mới, ít độc đối với người, giảm
sự ô nhiễm đối với môi trường.
o Sử dụng các tiến bộ kỹ thuật của ngành điện tử để chế biến và phân loại cà
phê, tạo ra nhiều dạng thành phẩm có khả năng bảo quản giữ chất lượng được lâu hơn.
o Sử dụng các chế phẩm kích thích sinh trưởng làm cho quá trình ra hoa, đậu
quả và chín tập trung.
o Sử dụng những thành tựu của công nghệ sinh học để tác động vào quá trình
sản xuất và chế biến, tạo ra thành phẩm đa dạng và chất lượng hơn.
2.1.5. Mô tả cây cà phê [2],[29], [35]
Hình 2.2: Quả cà phê
Hình 2.3: Hoa cà phê
Cây nhỏ, mọc sum suê, luôn xanh, cao 6 – 10 m. Thân cành hình trụ hoặc hình
vuông, phân nhánh nhiều. Lá mọc đối, hình bầu dục hoặc hình trứng, dài 10 – 15 cm,
rộng 5 – 6 cm, đầu nhọn, mặt trên xanh sẫm bóng, mặt dưới rất nhạt, gân nổi rõ, mép
uốn lượn; cuống lá dài 0,7 – 1 cm; lá kèm có gốc rộng, đầu nhọn.
Cụm hoa như xim co gồm 8 – 15 hoa ở nách lá; hoa trắng, rất thơm; đài cụt;
tràng hình ống ngắn, 5 cánh hoa đều; nhị 5 dính ở họng tràng, xen kẽ với cánh hoa;
bầu 2 ô, mỗi ô chứa một noãn.
Quả hạch xoan hơi dẹt, lúc chưa chín có màu xanh lục, khi chín chuyển sang
màu đỏ, chứa 2 hạt.
Mùa cà phê nở hoa và kết trái vào khoảng từ tháng 11 đến tháng 4.
12
2.1.6. Phân loại [17], [21]
Các giống cà phê hiện trồng thuộc:
Bộ: cà phê (Rubiales)
Họ: cà phê (Rubiacea)
Loài: cà phê (Coffea L.)
Các giống cà phê thường trồng gồm có:
2.1.6.1. Cà phê chè (Coffea arabica L.)
Nguồn gốc cao nguyên Jimma – Ethiopia. Cà phê chè được trồng lâu đời nhất,
chiếm 70% sản lượng cà phê toàn thế giới.
Cây bụi cao 3 – 4 m, ở điều kiện thuận lợi có thể cao 6 – 7 m. Cành mọc từng
đôi đối xứng, cành thứ cấp nhiều, tạo với cành cơ bản một mặt phẳng cắt ngang thân
cây. Lá mọc đối xứng, hình bầu dục dài, đầu nhọn, rìa lá quăn, xanh đậm, có 9 – 12
cặp gân lá, dài 10 – 15 cm, rộng 4 – 6 cm.
Hoa trắng, hương thơm dịu, mọc thành chùm ở nách lá. Quả hình trứng, khi
chín màu đỏ, có đường kính 10 – 18 mm. Hạt có 2 lớp vỏ, lớp ngoài cứng gọi là vỏ
trấu, lớp trong mỏng bám sát vào hạt gọi là vỏ lụa. Cà phê chè có đặc tính tự hoa thụ
phấn cho nên độ thuần chủng cao.
Cà phê chè có nhiều chủng khác nhau:
Coffea arabica Var typica
Coffea arabica Var bourbon
Coffea arabica Var amarello
Coffea arabica Var managogype
Coffea arabica Var laurina
Coffea arabica Var mokka
Coffea arabica Var mundonovo
Coffea arabica Var catuai
Coffea arabica Var catimor
2.1.6.2. Cà phê vối (Coffea canephora pierre)
Cà phê vối mới được phát hiện ở châu Phi vào đầu thế kỷ XX, vùng rừng thấp
thuộc châu thổ sông Công gô.
13
Cây cao 8 – 12 m, có nhiều thân. Cành dài, cành thứ cấp ít. Lá hình bầu, hoặc
hình mũi mác, đầu lá nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh. Hoa mọc thành chùm ở nách lá,
gồm 1 – 3 cụm, có 15 – 30 hoa. Tràng hoa trắng có 5 – 7 cánh hoa.
Quả hình tròn hoặc hình trứng, trên quả có nhiều gân dọc, khi chín có màu đỏ.
Hạt màu xám xanh đục hoặc ngả vàng tùy theo giống. Hạt nhỏ hơn cà phê chè, tỷ lệ
nhân/quả tươi cao hơn cà phê chè.
Cà phê vối gồm các chủng chính sau:
Coffea canephora Var robusta
Coffea canephora Var kouilou
Coffea canephora Var niaouli
2.1.6.3. Cà phê mít (Coffea excelsa Chev)
Phát hiện đầu tiên năm 1902 ở xứ Ubangui – Chari nên thường được gọi là cà
phê Chari.
Cây cao 15 – 20 m. Lá to, chiều dài tối đa tới 25 – 40 cm, hình trứng, hoặc mũi
mác, đầu lá có mũi ngắn, bẹt, có 6 – 9 đôi gân lá. Hoa mọc thành chùm ở nách lá gồm
1 – 5 xim, mỗi xim có 2 – 4 hoa.
Quả hình trứng, hơi dẹt, núm quả lồi, khi chín có màu đỏ sẫm, thịt quả giòn, ít
ngọt. Hạt màu xanh ngả vàng, vỏ lụa bám chặt vào hạt khó làm tróc hết.
Hàm lượng caffeine thấp: 1,02 – 1,15% trong khi cà phê chè là 1,8 – 2% và cà
phê vối là 2,5 – 3%.
Cây sinh trưởng khỏe, ít sâu bệnh, chịu nắng hạn khá, ít kén đất. Đáng chú ý là
hoa quả phát triển cả trên các mắt ngủ của cành già, kể cả trên thân cây, nơi phân cành.
Phẩm chất cà phê mít kém, vị chua, hương kém hoặc không có hương.
2.1.6.4. Cà phê mít dâu da (Coffea liberia Bull. In Hirn)
Nguồn gốc ở Liberia.
Cây cao 15 – 18 m, cành khỏe bền, lá to hình bầu dục, dài 15 – 35 cm, rộng 8 –
15 cm, phiến xanh đậm, bóng, có 8 – 12 đôi gân nổi rõ ở dưới. Hoa mọc thành cụm,
tràng hoa màu trắng. Quả thưa, to giống quả dâu da, thịt quả dày nhiều xơ, nhân màu
vàng, phẩm chất kém.
Ngoài ra còn có loài Arabusta và Catimor, kết quả của sự tạp giao nhân tạo
và tự nhiên giữa 2 loài Arabica – Robusta.
14
Arabusta có hàm lượng caffeine thấp, cho chất lượng cà phê tốt hơn Robusta và
sức đề kháng bệnh cao hơn so với Arabica.
Hiện nay ở Việt Nam có 3 loại cà phê chính là: Arabica, Robusta và Chari.
Trong đó, Arabica và Robusta là 2 giống phổ biến.
2.2.
THÀNH PHẦN CỦA CÀ PHÊ NHÂN
2.2.1. Cấu tạo hạt cà phê [40]
Hình 2.4: Cấu tạo hạt cà phê
2.2.2. Thành phần hóa học trong hạt cà phê [2], [11], [28]
Hạt cà phê là đối tượng thu hoạch chủ yếu, và cũng là mặt hàng nông sản xuất
khẩu quan trọng. Các biện pháp canh tác, thu hoạch và chế biến đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo ra cà phê nhân sống đạt tiêu chuẩn xuất khẩu.
Hạt cà phê xanh giàu glucid và lipid, glucid chiếm hơn 50%, phần lớn là các
polysaccharide. Lipid (10 – 15%), protein (10 – 15%) và acid hữu cơ, đặc biệt là các
acid cafeylquinic hay acid chlorogenic.
Hàm lượng caffeine thay đổi, từ 0,5 đến 1,8%, một phần của caffeine thường
kết hợp với acid chlorogenic.
Cà phê rang lên có những chất thơm, gọi chung là cafeol (acid cafeic, oleic,
linoleic, palmitic), khoảng 0,05%, nhưng đồng thời lại tạo ra một yếu tố phức hợp độc
là cafeotoxin (0,07%).
Thành phần hóa học trong hạt cà phê có ảnh hưởng rất lớn trong quá trình đánh
giá chất lượng thử nếm cảm quan.
15
Bảng 2.6: Thành phần hóa học hạt cà phê
Hàm lƣợng
Thành phần
g/100 g
mg/100 g
Nước
8 – 12
Chất dầu
4 – 18
Đạm
1,8 – 2,5
Proteine
9 – 16
Caffeine
1 (Arabica), 2 (Robusta)
Chlorogenic acid
2
Trigonelline
1
Tannin
2
Caffetanic acid
8–9
Caffeic acid
1
Pentosane
5
Tinh bột
5 – 23
Saccharose
5 – 10
Cellulose
10 – 20
Hemicelllulose
20
Lignine
4
Calcium
85 – 100
Phosphur
130 – 165
Sắt
3 – 10
Sodium
4
Manganese
1 – 45
(Nguồn: Lê Quang Hƣng, 1999)
Caffeine là một alkaloid chứa đạm, công thức là C8H10O2N4.H2O, được Runge
và Robiquet tìm ra năm 1820. Caffeine kết tinh với một phân tử nước nhưng trở nên
khan khi nung nóng đến nhiệt độ 80 – 100oC. Caffeine khan chứa 28,8% N.
Caffeine khan ở dạng tinh thể trắng hình kim, tan trong nước và chloroform.
Caffeine (1,3,7-trimethylxanthine) là purine chính trong hạt cà phê. Ngoài ra
còn
có
theobromine
dimethylxanthine).
(3,7-dimethylxanthine)
và
rất
ít
theophylline
(1,3-
16
Phân bố hàm lượng caffeine theo bộ phận của cây như sau
Bảng 2.7: Phân bố hàm lƣợng caffeine trên cây 2 tuổi theo tỉ lệ (%)
Bộ phận
Lá
Thân
Rễ
Arabica
75,89
14,23
9,88
Robusta
85,29
8,33
6,38
Giống
(Nguồn: Lê Quang Hƣng, 1999)
2.2.3. Công dụng của cà phê [7], [17]
Cà phê là một loại nước uống cao cấp được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước
trên thế giới. Cà phê là sản phẩm của các nước nhiệt đới, nhưng thị trường tiêu dùng
chủ yếu lại ở các nước vùng ôn đới.
Cà phê được dùng làm đồ uống dưới dạng chiết hãm bằng nước sôi từ bột hạt cà
phê rang, hoặc dưới dạng cà phê hòa tan. Uống cà phê làm mất buồn ngủ, giúp tinh
thần tỉnh táo, giảm cảm giác mệt mỏi.
Hoạt chất chủ yếu chứa trong hạt cà phê là caffeine. Ngoài ra, trong hạt cà phê
còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người như đường saccharose,
đường khử, protein hòa tan, các vitamin nhóm B (B1, B2, B6,…) và vitamin PP là
những vitamin cần thiết của cơ thể con người.
Đồng thời, cà phê có một hương vị độc đáo. Bằng phương pháp phân tích
quang phổ, người ta đã xác định gần 300 hợp chất phức tạp khác nhau cấu thành nên
hương thơm của cà phê. Do đó, tập tục uống cà phê trở thành nhu cầu và thức uống
thông dụng của nhân dân nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển Tây
Âu, Bắc Âu, Nam Mỹ,…
Ngoài ra, phụ phẩm của cà phê như thịt quả còn là nguyên liệu chế biến rượu,
nước giải khát; vỏ quả cà phê làm phân bón; bã chế biến làm thức ăn gia súc. Một số
thuốc chữa bệnh cũng được chế tạo từ cà phê.
2.2.4. Dƣợc tính của cà phê [2], [28], [29], [37]
Cà phê có vị đắng, có tác dụng kích thích thần kinh, làm tăng hoạt động của
tim, co mạch trung ương, co mạch ngoại vi (mạch phổi, mũi, thận, vành).
17
Cà phê còn có tác dụng hạ sốt, lợi tiểu, làm khoan khoái, kích thích tiêu hóa.
Cây có độc nhưng chỉ khi dùng với liều cao và thời gian kéo dài, gây bồn chồn, mất
ngủ, đau dây thần kinh, trầm cảm, độc tố đó là cafeotoxin. Nhưng nếu uống cà phê đun
sôi thì cafeotoxin sẽ bị tiêu hủy.
Trong nhân dân, hạt cà phê sống giã nát ngâm với rượu uống chữa tê thấp, sốt
rét. Cà phê rang uống có tác dụng tiêu mỡ, tiêu độc rượu và thuốc phiện. Lá cà phê sắc
uống làm chóng tiêu thức ăn, tiêu nước chữa phù thủng.
Trong y học, cà phê thường được dùng để trị suy nhược, mất sức do bệnh
nhiễm trùng, mất trương lực dạ dày. Người ta có thể pha bột cà phê để uống, dùng
caffeine dạng viên hoặc dạng thuốc tiêm dưới da.
Tuy nhiên, chống chỉ định cho một số trường hợp: loạn thần kinh, viêm cơ tim
tiến triển.
Tác dụng dược lý của caffeine
Đối với hệ thần kinh trung ương, caffeine có tác dụng rất mạnh, người dùng
caffeine hoặc đồ uống có chứa caffeine cảm thấy tỉnh táo, mất buồn ngủ, ít mệt mỏi và
suy tư minh mẫn.
Caffeine dùng với liều lớn thì kích thích mạnh hệ thần kinh trung ương, xuất
hiện trạng thái bồn chồn, lo lắng, mất ngủ, ở những người quen dùng cà phê, những
triệu chứng này nhẹ hơn. Liều cao làm xuất hiện co giật cục bộ hoặc toàn thân.
Caffeine còn có tác dụng kích thích hô hấp. Đối với hệ tim mạch, caffeine có
tác dụng làm giảm trở kháng ngoại vi, kích thích tim. Liều 250 – 350 mg caffeine gây
nên nhịp tim nhanh, huyết áp tăng nhẹ cả huyết áp tâm thu và huyết áp tâm trương,
nhưng cũng với liều trên đối với những người dùng cà phê thì các triệu chứng trên
không xuất hiện. Ở nồng độ cao hơn, caffeine có tác dụng làm tăng nhịp tim rõ rệt, ở
những người mẫn cảm có thể xuất hiện loạn nhịp tim (hiện tượng này cũng gặp ở
những người dùng quá nhiều đồ uống có caffeine).
Đối với cơ trơn, caffeine có tác dụng làm giãn cơ trơn khí phế quản đặc biệt đối
với khí phế quản bị co thắt như ở những bệnh nhân hen suyễn trên lâm sàng hoặc trong
các mô hình gây co thắt khí phế quản thực nghiệm.
Đối với cơ vân, caffeine có tác dụng tăng cường khả năng làm việc của cơ bắp
ở người. Caffeine với liều 6 mg/kg làm tăng khả năng chạy đua của những vận động
viên trượt tuyết.
18
Đối với hệ tiết niệu, caffeine tăng cường sự hình thành nước tiểu, gia tăng tốc
độ lọc của cầu thận và tăng lượng máu qua thận.
Alcaloid caffeine và các dạng muối như caffeine citrate và caffeine natri
benzoate được dùng trong trường hợp cấp cứu ngộ độc opioid và các thuốc gây ngủ
khác.
Một công trình nghiên cứu của trường Đại học Gifu ở miền Trung Nhật Bản
cho biết: uống một tách cà phê/ngày có thể ngăn chặn phát triển ung thư ruột kết ở phụ
nữ. Tuy đây chỉ là kết quả nghiên cứu mang tính thống kê, chưa lý giải được cơ chế
tác động của cà phê tới ung thư ruột kết, nhưng điều này cũng phần nào cho chúng ta
thấy được tác dụng dược lý của cà phê. (Nguồn: báo “The Mainichi Shimbun”)
Từ năm 1992, nhóm nghiên cứu dưới sự lãnh đạo của giáo sư Hiroyuki Shimizu
đã tiến hành theo dõi chế độ ăn uống của 30.224 cư dân vùng Gifu, có độ tuổi từ 35 trở
lên và không mắc bệnh ung thư ruột kết ở thời điểm bắt đầu nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu đã chia tất cả những người tham gia khảo sát thành 3 loại:
không uống cà phê, uống dưới 1 tách cà phê/ngày, và uống 1 hoặc trên 1 tách cà
phê/ngày.
Sau khi điều chỉnh các dữ liệu về thói quen hút thuốc, uống rượu, mức độ béo
phì, tuổi tác và các yếu tố khác, nhóm nghiên cứu tính toán rủi ro phát triển ung thư
ruột kết ở họ. Kết quả cho thấy, nếu nguy cơ ung thư ruột kết ở những người không
uống cà phê là 1 thì nguy cơ ung thư ruột kết ở những phụ nữ uống từ 1 tách cà
phê/ngày trở lên chỉ là 0,49.
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ CÀ PHÊ HIỆN NAY [6], [10], [11], [20], [21]
Sau quá trình chế biến cà phê nhân là các quá trình chế biến tinh khiết hơn như
chế biến cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hòa tan,…hoặc các sản phẩm khác có phối
chế như cà phê sữa, các loại bánh kẹo cà phê,… Phẩm chất và hương vị cà phê phụ
thuộc vào một số yếu tố chính sau đây: giống, khí hậu, độ cao so với mặt biển, độ phì
của đất và chế độ bón phân, độ chín khi thu hái, kỹ thuật chế biến và chế độ bảo quản.
Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân, có 2 phương pháp chính:
Phương pháp chế biến khô
Phương pháp chế biến ướt
Ngoài ra, còn có phương pháp trung gian là nửa khô nửa ướt. Cà phê đem xát
tươi còn lẫn cả vỏ quả đem phơi không qua công đoạn lên men và ngâm rửa.
19
Khi thu hoạch người ta chỉ hái những quả chín, không hái quả xanh và quả còn
non. Cà phê hái ngày nào nên được chế biến ngay trong ngày hôm đó, số lượng còn lại
không nên ủ thành đống lâu quá 24 giờ. Để có cà phê nhân phục vụ cho xuất khẩu, tỷ
lệ quả chín khi thu hái phải đạt trên 95%.
Cà phê là một sản phẩm dùng để chế ra loại nước uống cao cấp. Để cấu tạo thành
nhân của cà phê, theo những kết quả phân tích người ta thấy có tới 670 hợp chất hữu
cơ hợp thành trong đó có nhiều hợp chất tạo nên hương thơm của cà phê. Do vậy, các
khâu thu hái, chế biến, phơi sấy, bảo quản cà phê có một vị trí hết sức quan trọng. Các
công đoạn trong thu hoạch, chế biến, phơi sấy và bảo quản có mối liên kết khăng khít
với nhau.
2.3.1. Phƣơng pháp chế biến khô
Đây là phương pháp chế biến lâu đời và đơn giản hơn so với phương pháp chế
biến ướt, thường được áp dụng trong chế biến cà phê Robusta.
Trước tiên, người ta phơi hay sấy nhằm làm giảm độ ẩm của trái cà phê tươi ,
trong khoảng 1 – 3 tuần lễ.
Phương pháp phơi nắng cà phê làm tốn nhiều công sức do phải thường xuyên
cào đảo khi phơi, phải che phủ cho cà phê vào ban đêm và khi trời mưa. Trong những
điều kiện thời tiết thuận lợi, công việc phơi nắng cho cà phê hoàn tất sau 10 – 14 ngày.
Việc phơi cà phê trên các sân phơi bằng đất sẽ làm cho thành phẩm cà phê về
sau khi uống sẽ có mùi của đất. Ngoài ra, do sự không đồng đều về độ ẩm của khối hạt
khi phơi nắng nên sẽ tạo điều kiện cho việc bị nhiễm các vi sinh vật, kết quả là làm
giảm mùi vị của cà phê khi uống.
Áp dụng công nghệ sấy cho cà phê sẽ khắc phục được các khuyết điểm của việc
phơi nắng nhờ vào các thiết bị sấy điển hình hiện nay như:
o Máy sấy tĩnh có kết hợp với việc đảo trộn
o Máy sấy thùng quay, với tốc độ quay của trống trong khoảng 1100 – 2500
vòng/phút
o Máy sấy tháp
o Máy sấy tầng sôi
Theo kết quả của một số công trình nghiên cứu, nhiệt độ không khí sấy cho cà
phê nên trong khoảng 50 – 55oC.
20
Sau khi hoàn tất công đoạn phơi/sấy (vỏ cà phê hột có màu nâu đậm và giòn),
cà phê hột được thu gom lại và chuyển sang giai đoạn bóc vỏ để thu được cà phê nhân
và đem đi bảo quản.
2.3.2. Phƣơng pháp chế biến ƣớt
Phương pháp chế biến ướt tốn kém và phức tạp hơn so với phương pháp chế
biến khô. Tuy nhiên, phương pháp này sản xuất ra cà phê nhân sạch và phẩm chất tốt
hơn. Phương pháp này tiêu thụ một lượng nước đáng kể, và được ứng dụng rộng rãi
nhiều nơi trong sản xuất Arabica, đặc biệt ở Kenya và Colombia. Đôi khi phương pháp
này cũng được áp dụng trong sản xuất giống cà phê lai Arabusta.
Phương pháp chế biến ướt nhằm biến đổi trái cà phê tươi ban đầu thành dạng cà
phê thóc, bao gồm các công đoạn sau:
o Thu nhận
o Xát vỏ
o Tách lớp nhầy (lên men)
o Rửa và phân loại theo tỷ trọng dòng nước
o Phơi/sấy
o Tách vỏ
2.3.2.1. Thu nhận
Cà phê trái sau khi thu hoạch được đem về địa điểm tiếp nhận và cho ngay vào
bể đầy nước có trang bị ống siphon để phân loại, nhằm mục đích phân loại: trái nào
nặng sẽ chìm xuống bể (đem đi chế biến ướt), trái nào đã chín khô sẽ nhẹ, nổi lên trên
(được đem đi chế biến khô). Ngoài ra, cành, lá, tạp chất,… nổi lên trên mặt nước cũng
được loại ra khỏi khối trái.
2.3.2.2. Xát vỏ
Đây là giai đoạn được xem là quan trọng nhất trong phương pháp chế biến cà
phê ướt. Điều cần thiết là việc xát vỏ cần thực hiện càng sớm càng tốt, nhằm tránh tiến
trình lên men ngoài ý muốn và phát sinh các vị lạ trong hạt cà phê.
Giai đoạn này nên hoàn tất trong vòng 12 – 24 giờ sau khi hái trái, nhưng nếu vì
lí do nào đó không thể thực hiện ngay được, trong khi chờ đem đi xát vỏ, khối trái nên
được bảo quản trong bể nước.
Xát vỏ là sự tác động cơ giới vào trái cà phê trong dòng nước.
Thiết bị xát vỏ thường dùng có 3 dạng sau đây:
- Xem thêm -
.PDF 
125 
643 
72 
