Đang tải... (xem toàn văn)
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.
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 Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: ThS Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT Vỏ cà phê, nguồn phụ phẩm thu sau tách hạt cà phê, có hàm lượng chất dinh dưỡng cao với tiềm sử dụng làm nguyên liệu thô ngành công nghiệp thực phẩm Tuy nhiên, vỏ cà phê lại thường bị vứt sử dụng dạng phế phẩm nông nghiệp Bài tổng quan giúp khái quát thành phần hóa học lợi ích vỏ cà phê Ngoài ra, nghiên cứu khoa học ứng dụng vỏ cà phê nhằm tối ưu giá trị trái cà phê mang lại hạn chế chất thải trình chế biến Bên cạnh đó, xu hướng thực phẩm, khả sử dụng vỏ cà phê để chế biến số thực phẩm có lợi cho sức khỏe người 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 Giới thiệu Quả cà phê thuộc họ Rubiaceae Có hai lồi cà phê khai thác thương mại, bao gồm cà phê Robusta Arabica, chiếm 25% 75% sản lượng cà phê giới (Mussatto 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 hàng năm ngành chế biến cà phê thải khoảng 332.000 vỏ (Đoàn Triệu Nhạn cs, 1999) Do đó, giới người ta tiến hành nghiên cứu tận dụng xử lí vỏ cà phê góp phần tận dụng hiệu nguồn phế thải khổng lồ (Đoàn Triệu Nhạn cs, 1999) Trên toàn cầu, cà phê mặt hàng lớn thứ hai sản xuất ước tính 0,5 0,18 bã cà phê vỏ trấu tương ứng cà phê tươi (Roussos 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, giảm thiểu phụ phẩm cà phê thách thức nghiêm trọng cần giải (Brendan Janissen cs, 2018) 359 Thành phần hóa học vỏ cà phê Thành phần hóa học sản phẩm phụ cà phê thay đổi đáng kể thông qua q trình chế biến khơ ướt, rang pha, với thay đổi lớn nhìn thấy hàm lượng chất xơ, carbohydrate caffein (Bảng 1) Bảng 1: Thành phần hóa học phụ phẩm cà phê (Brendan Janissen cs, 2018) Thành phần (%) Lớp vỏ Lớp vỏ trấu Lớp vỏ lụa 44,00-50,00 57,80 44,00 63,00 43,00 17,90 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 18,00-21,00 31,90 62,40 8,90 6,00 4,70-7,00 10,00-12,00 9,20 16,20-18,60 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 10,70 12,59 15,82 Carbohydrate Cellulose Hemicellulose Chất xơ tổng số Tro Protein Nito Acid chlorogenic Ứng dụng vỏ cà phê Việc tận dụng sản phẩm phụ từ cà phê để gia tăng giá trị điều cần thiết phải xem xét để hướng đến việc xử lý chất thải cà phê giảm thiểu ô nhiễm môi trường Các ứng dụng gia tăng giá trị truyền thống gần không hiệu làm thức ăn chăn ni, phân bón, Các ứng dụng bao gồm sản xuất giá thể trồng nấm, enzyme, acid hữu cơ, nhiên liệu sinh học phân bón mang lại giá trị cao (Bảng 2) 360 Bảng 2: Ứng dụng phụ phẩm từ cà phê hoạt tính sinh học Phụ phẩm Lớp vỏ thịt Ứng dụng Hoạt tính sinh học Amylase Nguồn tham khảo 2163 U/g Murthy cs, 2011 Thức ăn chăn nuôi Nurfeta cs, 2010 Acid caffeic 7,2% Torres-Mancera cs, 2011 Cellulase 2141 U/g Murthy cs, 2011 Acid chlorogenic 54,4% Murthy cs, 2012a Phân trộn 15C/N Nogueira cs, 1999 Acid ferulic 19,8% Torres-Mancera cs, 2011 Giá thể trồng nấm 138% Velazquez-Cedeno cs, 2002 Acid p-coumaric 2,3% Torres-Mancera cs, 2011 Pectinase 12,936 U/g Murthy cs, 2011 Polyphenol Sera cs, 2010 Xylanase 1,4765 U/g Murthy cs, 2012a Murthy cs, 2012b Murthy cs, 2012c Lớp vỏ trấu Acid chlorogenic 17,5% Murthy cs, 2012a Acid citric 0,15 g/g Shankaranand cs, 1994 Ethanol 0,085 g/g Gouvea cs, 2009 Acid gibberellic 0,49 mg/g Machado cs, 2002 Giá thể trồng nấm 85,8 % Velazquez-Cedeno cs, 2002 Tannase 1,3-1,5 U/ml Battestin cs, 2007 361 Phân trùn quế Sathianarayanan cs, 2008 Xylanase Lớp vỏ lụa 9475 U/g Murthy cs, 2012a Chất chống oxy hóa 2,12 mmol/g Murthy cs, 2012a Acid chlorogenic 25% Murthy cs, 2012a Chất xơ 0,8 g/g Murthy cs, 2012a Fructooligosaccharide 0,7 g/g Mussatto cs, 2010 β-fructofuranosidase 71,3 U/ml Mussatto cs, 2010 Tác dụng sinh học hợp chất thu từ vỏ cà phê lên sinh vật thử nghiệm Ngồi đặc tính chống oxy hóa, chống viêm, chống béo phì hợp chất từ cà phê caffein, acid chlorogenic, tannin,… có số ảnh hưởng đến sinh vật khác tùy theo nồng độ nêu bảng Bảng 3: Tác dụng sinh học hợp chất thu từ vỏ cà phê lên sinh vật thử nghiệm (Brendan Janissen cs ,2018) Hợp chất Caffein Nồng độ Sinh vật thử nghiệm 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 Pimephales promelasb IC50, ức chế tăng trưởng 71 mg/l Pimephales promelasb LC50 100 mg/l Streptocephalus LC50 2110 µmol/l Arabidopsis thalianaa IC50, phát triển rễ 96,3 µM 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 Activated sludge EC50, tỉ lệ hấp thụ oxy vi sinh 381mg/l phosphoreumb proboscideus Acid b chlorogenic Tannin 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 1a EC50, phát quang 40% v/v cạn; bthủy sinh EC50: nồng độ giảm 50% so với đối chứng; IC50: nồng độ ức chế 50% so với đối chứng; LC50: nồng độ đạt 50% tỉ lệ tử vong Định hướng ứng dụng phụ phẩm ngành công nghiệp sản xuất cà phê nhân tương lai Thành phần hóa học sản phẩm phụ cà phê thay đổi chút, nhiên khác biệt nhỏ có hạn chế lớn ứng dụng gia tăng giá trị chúng Hàm lượng phenolic cao lớp vỏ làm cho chúng trở nên hiệu để chiết xuất phenolic, hạn chế việc sử dụng chúng làm chất cho trình xử lý sinh học, phân trộn phân trùn quế Hàm lượng chất xơ cao lớp vỏ lụa có tiềm lớn để bổ sung chất xơ chế độ ăn uống Hơn nữa, hoạt động chống oxy hóa chất xơ sử dụng chất bổ trợ chống oxy hóa cho q trình chế biến thực phẩm Tuy nhiên, dường có khoảng cách lớn việc sử dụng chất thải giai đoạn cuối thương mại ngành cà phê Hơn nữa, phụ phẩm cà phê chiếm 50% tổng lượng phế thải ngành cà phê sản xuất, nguồn cung lớn Do 100% chất thải chuyển đổi thành phân bón giàu chất dinh dưỡng, nên khẳng định chưa có sở hạ tầng để giải nguồn cung lớn Việc sử dụng phụ phẩm đòi hỏi phải ý khẩn cấp muốn cải thiện tác động độc hại đến môi trường sinh thái chất thải cà phê TÀI LIỆU THAM KHẢO Battestin, V., Macedo, G.A., (2007) Tannase production by Paecilomyces variotii Bioresour Technol 98 (9), 1832–1837 Brendan Janissen, Tien Huynh (2018) Chemical composition and value-adding applications of coffee industry by-products: A review, Australia Đoàn Triệu Nhạn, Hoàng Thanh Tiệm, Phan Quốc Sủng (1999) Cây cà phê Việt Nam NXB Nông nghiệp Gouvea, B., Torres, C., Franca, A., Oliveira, L., Oliveira, E., (2009) Feasibility of ethanol production from coffee husks Biotechnol Lett 31 (9), 1315–1319 Machado, C., Soccol, C.R., de Oliveira, B., Pandey, A., (2002) Gibberellic acid production by solidstate fermentation in coffee husk Appl Biochem Biotechnol 102, 179–191 Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2011) Improvement of robusta coffee fermentation with microbial enzymes Eur J Appl Sci 3, 130–139 364 Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012a) Production and application of xylanase from penicillium sp utilizing coffee by-products Food Bioprocess Technol (2), 657–664 Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012b) Recovery of phenolic antioxidants and functional compounds from coffee industry by-products Food Bioprocess Technol (3), 897–903 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 (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-Casteda, 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 ...2 Thành phần hóa học vỏ cà phê Thành phần hóa học sản phẩm phụ cà phê thay đổi đáng kể thơng qua q trình chế biến khô ướt, rang pha, với thay đổi lớn nhìn... tử vong Định hướng ứng dụng phụ phẩm ngành công nghiệp sản xuất cà phê nhân tương lai Thành phần hóa học sản phẩm phụ cà phê thay đổi chút, nhiên khác biệt nhỏ có hạn chế lớn ứng dụng gia tăng... Chất xơ tổng số Tro Protein Nito Acid chlorogenic Ứng dụng vỏ cà phê Việc tận dụng sản phẩm phụ từ cà phê để gia tăng giá trị điều cần thiết phải xem xét để hướng đến việc xử lý chất thải cà phê
