Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI MỞ ĐẦU Trong nhiều năm gần đây, các vấn đề liên quan đến chất thải polyme và tổ hợp của nó ngày càng trầm trọng hơn. Polyme thông thường được lấy từ nhiên liệu hóa thạch và nhìn chung chúng thường phải mất thời gian rất dài tới hàng nghìn năm để phân hủy. Xã hội của chúng ta ngày càng nhạy cảm hơn nhiều về môi trường và các vấn đề như cạn kiệt xăng dầu, phát triển bền vững, quản lý chất thải và các vấn đề liên quan đang ngày càng được quan tâm. Vì những lý do này, nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực polyme thân thiện với môi trường và vật liệu tổ hợp của chúng ta đã được quan tâm trong thập kỷ qua. Các polyme này có thể từ các nguồn tài nguyên tái tạo như polyethylen bioPE, polyamitbioPA, polycarbonatebioPC… và polyme có nguồn gốc từ dầu mỏ có thể phân hủy, chẳng hạn như poly ecaprolactonePCL, polyvinyl alcoholPVA, polyglycolic acidPGA, polybutylen succinatePBS và các chất đồng trùng hợp. Dầu thảo mộc epoxy hóa không chỉ có nguồn gốc tái tạo và có thể tự phân hủy trong môi trường, mà còn được quan tâm nhiều do hoạt tính cao của vòng oxyran nên dầu epoxy hóa có thể đóng vai trò như nguyên liệu thô trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác như polyol, glycol, polyuretan, các hợp chất cacbonyl hoặc dùng làm chất bôi trơn, chất hóa dẻo trong gia công polyme nhiệt dẻo cũng như làm tăng độ bền dai cho nhựa nhiệt rắn hoặc làm nhựa nền cho vật liệu polyme compozit… Vì vậy, epoxy hóa dầu thảo mộc đã và đang được nghiên cứu rất nhiều, đặc biệt là ở các nước tiên tiến trên thế giới. Cây cà phê là loài cây được trồng khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới bởi những công dụng và ưu điểm của nó mang lại. Dầu chiết từ bã cà phê được đánh giá là nguồn nguyên liệu cho việc epoxy hóa tạo thành polymer sinh học, bền, phù hợp với nhiều ứng dụng và thân thiện với môi trường. Do đó, thay vì vứt bỏ ra trường như trước đây, bã cà phê ngày càng được nhiều cơ sở sản xuất tận dụng để khai thác dầu bã cà phê. Vì vậy “Tìm hiểu các phương pháp chiết xuất dầu từ bã cà phê” là đề tài mà em lựa chọn để tìm hiểu. 4 PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ DẦU THỰC VẬT 1 .1. Khái niệm Dầu thực vật là loại dầu được chiết xuất, chưng cất và tinh chế từ thực vật (một số bộ phận thường được sử dụng để chiết xuất dầu như: hạt, lá, củ, quả). Hiện nay dầu thực vật thường tồn tại ở hai dạng đó là: dầu chưa tinh tế (nguyên bản) và dầu tinh chế. Trong đó dầu chưa tinh chế được ép trực tiếp từ nguyên liệu thực vật (đa phần được gọi là dầu ép lạnh), thường được khuyên dùng do mức độ hiệu quả cao bởi nó còn chứa tất cả dinh dưỡng, vitamin... từ nguyên liệu, nhưng thời gian bảo quản sẽ ngắn hơn. Còn dầu tinh chế là dầu đã được xử lý (có thể là xử lý nhiệt) giúp tăng thời gian lưu trữ, nhưng một số vitamin, dinh dường đã bị mất đi hoặc giảm, khiến cho công dụng của nó không bằng với dầu chưa tinh chế 1. Hình 1.1. Một số loại dầu thực vật 1 .2. Thành phần hóa học của dầu thực vật Các loại dầu khác nhau thì có thành phần hoá học khác nhau. Tuy nhiên, thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các glyxerit, nó là este tạo thành từ axit béo có phân tử lượng cao và glyxerin (chiếm 9597%). Công thức cấu tạo chung là: 5 R1, R2, R3 là các gốc hydrocacbua của axit béo, khi chúng có cấu tạo giống nhau thì gọi là glyxerit đồng nhất, nếu khác nhau thì gọi là glyxerit hỗn tạp. Các gốc R có chứa từ 8 đến 22 nguyên tử cacbon. Đại bộ phận dầu thực vật có thành phần glyxerit hỗn tạp. Thành phần khác nhau của dầu thực vật là các axit béo. Các axit béo có trong dầu thực vật đại bộ phận ở dạng kết hợp trong glyxerit và một lượng nhỏ ở trạng thái tự do. Thường axit béo sinh ra từ dầu mỡ có thể vào khoảng 95% so với trọng lượng dầu mỡ ban đầu. Về cấu tạo, axit béo là những axit cacboxylic mạch thẳng có cấu tạo khoảng 630 nguyên tử cacbon. Các axit lúc này có thể no hoặc không no. Thành phần các axit béo có trong dầu thực vật của một số loại dầu thực vật được thể hiện trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Thành phần axit béo của các loại dầu thực vật Loại dầu C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 Khác (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Dầu bông 28.7 6.4 0 0.9 2.9 13.0 57.4 17.7 72.9 0 0 0 0 Dầu hƣớng dƣơng 0.1 Dầu cọ 42.6 0.3 1.1 13.9 0.3 4.4 3.1 2.1 2.4 3.0 40.5 10.1 0.2 4.9 1.3 1.1 89.9 0 Dầu thầu dầu Dầu đậu nành Dầu lạc 0
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC TRUNG TÂM CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU POLYME – COMPOSITE VÀ GIẤY - - ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH POLYME Đề tài: Tìm hiểu phƣơng pháp chiết xuất dầu từ bã cà phê Sinh viên thực hiện: Trần Thị Kim Quy Mã số sinh viên: 20191043 Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Minh Đức Hà Nội, 2023 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Hình 1.1 Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 3.1 Một số loại dầu thực vật Thành phần axit béo loại dầu thực vật Đặc trưng lý học loại dầu thực vật Tổng sản lượng dầu thực vật tinh luyện qua năm Tiêu thụ dầu thực vật Việt Nam Sản lượng dầu thô từ chiết xuất Soxhlet, chiết xuất dung môi tăng tốc chiết xuất CO siêu tới Trang Trang Trang Trang Trang Trang 10 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU Phần 1: Giới thiệu dầu thực vật 1.1 Khái niệm 1.2 Thành phần hóa học dầu thực vật…………………………………… 1.3 Phân loại dầu thưc vật…………………………………………………… 1.4 Các số quan trọng dầu thực vật………………………………… 1.5 Tình hình tiêu thụ sản xuất dầu thực vật……………………… 10 1.6 Ứng dụng dầu thực vật…………………………………………… 12 Phần 2: Giới thiệu dầu bã cà phê……… …………………………… 14 2.1 Xuất xứ cà phê…………………………………………………… 14 2.2 Nguồn gốc cà phê Việt Nam…………………………………… 14 2.3 Đặc điểm sinh thái cà phê……………………………………….15 2.4 Thời gian sinh trưởng cho thu hoạch…………………………………16 Phần 3: Các phƣơng pháp chiết xuất dầu từ hạt cà phê bã 3cà phê 18 Phương pháp chiết xuất dầu từ hạt cà phê 18 3.2 Các phương pháp chiết xuất dầu từ bã cà phê 18 3.2.1 Phương pháp chiết xuất dung môi .18 3.2.2 Phương pháp chiết xuất Soxhlet .19 3.2.3 Phương pháp chiết xuất siêu tới hạn 20 3.2.4 So sánh kỹ thuật chiết Soxhlet, chiết dung môi chiết…… 20 3.3 Một số phương pháp chiết xuất khác…………………………………….21 3.3.1 Phương pháp chiết vi sóng (MAE)………………………………….22 3.3.2 Phương pháp chiết xuất dung môi gia tốc (ASE)………………… 22 3.3.3 Phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE)………………… 22 KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 24 LỜI MỞ Trong nhiều năm gần ĐẦU đây, vấn đề liên quan đến chất thải polyme tổ hợp ngày trầm trọng Polyme thơng thường lấy từ nhiên liệu hóa thạch nhìn chung chúng thường phải thời gian dài tới hàng nghìn năm để phân hủy Xã hội ngày nhạy cảm nhiều môi trường vấn đề cạn kiệt xăng dầu, phát triển bền vững, quản lý chất thải vấn đề liên quan ngày quan tâm Vì lý này, nghiên cứu quan trọng lĩnh vực polyme thân thiện với môi trường vật liệu tổ hợp quan tâm thập kỷ qua Các polyme từ nguồn tài nguyên tái tạo polyethylenbioPE, polyamitbioPA, polycarbonate-bioPC… polyme có nguồn gốc từ dầu mỏ phân hủy, chẳng hạn poly e-caprolactone-PCL, polyvinyl alcohol-PVA, polyglycolic acidPGA, polybutylen succinate-PBS chất đồng trùng hợp Dầu thảo mộc epoxy hóa khơng có nguồn gốc tái tạo tự phân hủy mơi trường, mà cịn quan tâm nhiều hoạt tính cao vịng oxyran nên dầu epoxy hóa đóng vai trị ngun liệu thơ tổng hợp hợp chất hữu khác polyol, glycol, polyuretan, hợp chất cacbonyl dùng làm chất bôi trơn, chất hóa dẻo gia cơng polyme nhiệt dẻo làm tăng độ bền dai cho nhựa nhiệt rắn làm nhựa cho vật liệu polyme compozit… Vì vậy, epoxy hóa dầu thảo mộc nghiên cứu nhiều, đặc biệt nước tiên tiến giới Cây cà phê loài trồng phổ biến nhiều nước giới cơng dụng ưu điểm mang lại Dầu chiết từ bã cà phê đánh giá nguồn nguyên liệu cho việc epoxy hóa tạo thành polymer sinh học, bền, phù hợp với nhiều ứng dụng thân thiện với mơi trường Do đó, thay vứt bỏ trường trước đây, bã cà phê ngày nhiều sở sản xuất tận dụng để khai thác dầu bã cà phê Vì “Tìm hiểu phương pháp chiết xuất dầu từ bã cà phê” đề tài mà em lựa chọn để tìm hiểu PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ DẦU THỰC VẬT 1.1 Khái niệm Dầu thực vật loại dầu chiết xuất, chưng cất tinh chế từ thực vật (một số phận thường sử dụng để chiết xuất dầu như: hạt, lá, củ, quả) Hiện dầu thực vật thường tồn hai dạng là: dầu chưa tinh tế (nguyên bản) dầu tinh chế Trong dầu chưa tinh chế ép trực tiếp từ nguyên liệu thực vật (đa phần gọi dầu ép lạnh), thường khuyên dùng mức độ hiệu cao cịn chứa tất dinh dưỡng, vitamin từ nguyên liệu, thời gian bảo quản ngắn Còn dầu tinh chế dầu xử lý (có thể xử lý nhiệt) giúp tăng thời gian lưu trữ, số vitamin, dinh dường bị giảm, khiến cho cơng dụng khơng với dầu chưa tinh chế [1] Hình 1.1 Một số loại dầu thực vật 1.2 Thành phần hóa học dầu thực vật Các loại dầu khác có thành phần hố học khác Tuy nhiên, thành phần chủ yếu dầu thực vật glyxerit, este tạo thành từ axit béo có phân tử lượng cao glyxerin (chiếm 95-97%) Công thức cấu tạo chung là: R1, R2, R3 gốc hydrocacbua axit béo, chúng có cấu tạo giống gọi glyxerit đồng nhất, khác gọi glyxerit hỗn tạp Các gốc R có chứa từ đến 22 nguyên tử cacbon Đại phận dầu thực vật có thành phần glyxerit hỗn tạp Thành phần khác dầu thực vật axit béo Các axit béo có dầu thực vật đại phận dạng kết hợp glyxerit lượng nhỏ trạng thái tự Thường axit béo sinh từ dầu mỡ vào khoảng 95% so với trọng lượng dầu mỡ ban đầu Về cấu tạo, axit béo axit cacboxylic mạch thẳng có cấu tạo khoảng 6-30 nguyên tử cacbon Các axit lúc no khơng no Thành phần axit béo có dầu thực vật số loại dầu thực vật thể bảng 1.1 Bảng 1.1 Thành phần axit béo loại dầu thực vật Loại dầu C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 Khác (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Dầu Dầu hƣớng dƣơng Dầu 28.7 0.9 13.0 57.4 0 6.4 0.1 2.9 17.7 72.9 0 42.6 0.3 4.4 40.5 10.1 0.2 1.1 3.1 4.9 1.3 cọ 1.1 13.9 0.3 2.1 2.4 3.0 89.9 chất sáp, chất nhựa, chất nhờn, chất màu, chất gây mùi, tiền tố sinh tố… 1.3 Phân loại dầu thực vật - Dầu chất béo chiết xuất từ thực vật, thường hỗn hợp triglyxerit chiết xuất từ thân, hạt cùi số loại có dầu dừa, hướng dương, thầu dầu Dầu chất béo chiết xuất từ thực vật bao gồm dạng lỏng dầu canola, dạng rắn bơ cacao Dầu chất béo chiết xuất từ thực vật dùng làm thức ăn phục vụ công nghiệp, dùng để vẽ Tinh dầu, loại hợp chất thơm dễ bay tinh khiết, sử dụng làm hương liệu, chăm sóc sức khỏe, ví dụ tinh dầu hoa hồng - - Dầu ngâm, loại dầu thêm chất khác vào, ví dụ ôliu Dầu chất béo hyđrô hóa, bao gồm hỗn hợp triglyxerit hyđrơ hóa nhiệt độ áp suất cao Hyđro liên kết với triglyxerit làm tăng phân tử khối Dầu chất béo hyđrô hóa tăng thêm khả chống oxy hóa (ơi, thiu), tăng thêm độ quánh nhớt hay nhiệt độ nóng chảy [1] - Các đặc trưng lý học dầu thực vật trình bày bảng 2: Bảng 1.2 Đặc trưng lý học loại dầu thực vật Tính chất Nhiệt trị (MJ/kg) 37,5 39,5 37,6 39,6 39,6 Tính chất hóa học: Thành phần hóa học dầu thực vật chủ yếu este axit béo với glyxerin chúng có đầy đủ tính chất este: - Phản ứng xà phịng hóa: C H (COOR)3 + 3H2 O ↔ 3RCOOH + C3 H5 (OH)3 Phản ứng qua giai đoạn trung gian tạo thành diglyxerit monoglyxerit Nếu q trình thuỷ phân có mặt loại kiềm (NaOH, KOH), sau trình thủy phân, axit béo tác dụng với kiềm tạo thành xà phòng: C H (COOR)3 + 3CH3 OH ↔ 3RCOOCH3 + C H (OH) Phản ứng có ý nghĩa thực tế quan trọng người ta sử dụng alkyl este axit béo làm nhiên liệu sinh học nên góp phần làm giảm lượng khí thải độc hại mơi trường, đồng thời thu lượng glyxerin sử dụng nhiều ngành công nghiệp thực phẩm vật dụng, sản xuất nitro glyxerin làm thuốc nổ - Phản ứng trao đổi este: Dầu thực vật có chứa nhiều loại axit béo khơng no dễ bị oxi hố, thường xảy nối đôi mạch cacbon Tuỳ thuộc vào chất chất oxi hoá điều kiện phản ứng mà tạo sản phẩm oxi hố khơng hoàn toàn peroxit sản phẩm đứt mạch có phân tử lượng bé Dầu thực vật tiếp xúc với khơng khí xảy q trình oxi hoá làm biến chất dầu mỡ - Phản ứng trùng hợp: Dầu mỡ có chứa nhiều axit khơng no dễ phát sinh phản ứng trùng hợp tạo hợp chất cao phân tử 1.4 Các số quan trọng dầu thực vật Để biểu thị phần tính chất cấu tạo loại dầu, người ta đưa số tiêu quy định cho dầu thực vật Những tính chất sơ giúp đánh giá phẩm chất dầu mỡ, đồng thời giúp tính tốn q trình sản xuất thuận lợi Chỉ số xà phịng hóa: số mg KOH cần thiết để trung hồ xà phịng hóa hồn tồn 1g dầu Thơng thường, dầu thực vật có số xà phịng hố khoảng 170260 Chỉ số cao dầu chứa nhiều axit béo phân tử lượng thấp ngược lại - Chỉ số iot: số gam iot tác dụng với 100g dầu mỡ (Is) Chỉ số iot biểu thị mức độ không no dầu mỡ, số cao mức độ khơng no lớn ngược lại 1.5 Tình hình sản xuất tiêu thụ dầu thực vật 1.5.1 Trên giới Theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ USDA dự báo, sản lượng dầu thực vật giới năm 2018 tăng 3% so với năm trước lên mức cao kỷ lục 204 triệu tồn giới Bên cạnh nguồn cung cấp dầu cọ dầu đậu nành tăng mạnh Dầu cọ, đậu nành, dầu hạt cải dầu hướng dương chiếm khoảng 87% số Dầu đậu nành dự kiến tăng trưởng mạnh mức 5% Sự phát triển hưởng lợi từ nguồn cung cấp nguyên liệu dồi từ vụ thu hoạch đậu nành bội thu năm 2018 Brazil Mỹ nhu cầu giới tiếp tục tăng sản phẩm đậu tương chế biến Điều kiện phát triển thuận lợi Đông Nam Á suất cao đáng ngạc nhiên đồn điền dầu cọ cho dẫn đến mức tăng 4,5% so với niên vụ 2017 lên 72,8 triệu 1.5.2 Ở Việt Nam Các nhà sản xuất thương nhân nước dự báo sản lượng dầu thực vật nước năm 2012 tăng khoảng 7% lên 800.000 tấn, phần lớn việc nhà máy ép dầu – Bunge Quang Minh – vào hoạt động từ năm 2011 ước tính sản lượng dầu nành từ hai nhà máy năm 2011 124.000 (bao gồm dầu thô dầu tinh luyện) Năm 2012, nhà máy Bunge Việt Nam có kế hoạch nâng sản lượng lên khoảng 170.000 nhà máy Quang Minh có kế hoạch sản xuất khoảng 60.000 Tổng sản lượng dầu đạu nành năm 2012 khoảng 230.000 tấn, tăng 84% so với năm 2011 năm 2013 270.000 Theo Bộ Công Thương, nước có 35 doanh nghiệp cung cấp sản phẩm dầu thực vật Theo Quy hoạch phát triển ngành dầu thực vật Việt Nam đến 10 năm 2020, tầm nhìn đến năm 2025 Chính phủ, đến năm 2020, sản lượng dầu tinh luyện 1.587 nghìn sản lượng dầu thô 370.000 Việt Nam có kế hoạch phát triển giống nhằm đáp ứng nhu cầu ngành dầu thực vật nước Theo mở rộng diện tích gieo trồng loại đậu tương, lạc, vừng, dừa, hướng dương cám gạo Bộ Công Thương Bộ NN&PTNT giao phát triển kế hoạch sách tổng thể sản xuất loại hạt có dầu đậu tương, lạc, vừng… Nơng dân khuyến khích sử dụng giống mới, đặc biệt giống công nghệ sinh học, cho hoạt động sản xuất hàng loạt nhằm đáp ứng đủ nhu cầu nước [3] Do vậy, sản lượng dầu thực vật tinh luyện năm 2011 vào khoảng 750.000 (bảng 1.3), tăng 7,1% so với kỳ năm 2010 [3] Bảng 1.3 Tổng sản lượng dầu thực vật tinh luyện qua năm [3] Năm 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2015 2020 Tổng sản lƣợng dầu thực vật tinh luyện 535 592,4 750 800 1138 1587 588,5 700 (nghìn tấn) Các nhà sản xuất nước ước tính năm 2011 tiêu thụ dầu thực vật nước ta vào khoảng 695.000 Mặc dù khơng có số liệu thức tiêu thụ dầu thực vật theo đầu người, tổ chức USDA dự báo vòng 15 năm tới nhu cầu dầu thực vật nước tăng mạnh kinh tế tăng trưởng nhanh phát triển ổn định (GDP tăng 6,78% năm 2010 tăng 5,89% năm 2011, dự báo năm 2012 tằng 6- 6,5%) chiến dịch marketing rầm rộ việc thay mỡ động vật dầu thực vật để bảo vệ sức khỏe nhà sản xuất [3] Viện Nghiên cứu chiến lược, sách cơng nghiệp (IPSI) ước tính tiêu thụ dầu thực vật đầu người năm 2011 vào khoảng từ 7,3 – 8,3kg/người Tuy nhiên, số xa so với khuyến nghị Tổ chức Y tế giới (13,5kg/người/năm) Các nhà sản xuất nước dự báo tiêu thụ dầu thực vật đầu người nước ta năm 2015 tăng mức 14,5kg/người/năm [3] 11 Bảng 1.4 Tiêu thụ dầu thực vật Việt Nam [3] 2005 Tổng tiêu thụ dầu thực312 vật nƣớc (Nghìn Tiêu tấn) thụ dầu thực vật3,75 đầu ngƣờ (Kg/ngƣời/ i năm) 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2015 346 557 607 660 690 725 1200 4,12 6,54 7,04 7,6 7,8 7,9 14,5 1.6 Ứng dụng dầu thực vật Dầu thực vật sản phẩm quen thuộc với người chứa nhóm dinh dưỡng thiết yếu chất béo, xuất bữa ăn Trung bình 100g dầu thực vật chứa đến 884 calo Các loại dầu khác có thành phần dinh dưỡng khác Tuy nhiên, chúng chứa vitamin, khoáng chất phổ biến như: vitamin E (Tocopherol); axit béo omega-3 omega-6; chất béo khơng bão hịa đơn khơng bão hịa đa; chất béo bão hịa Vì dầu thực vật ứng dụng rộng rãi trong đời sống hằng, chúng mang số lợi ích sau: - Thúc đầy tăng trưởng tế bào Ngăn ngừa tim mạch Tăng mùi vị cho ăn Giảm triệu trứng mãn kinh - Giảm nứt gót chân - Hỗ trợ điều trị viêm tụy cấp Ngoài lĩnh vực thực phẩm ẩm thực, dầu thực vật ứng dụng số ngành công nghiệp như: 12 - Sử dụng dầu thực vật thay hóa dẻo DOP để chế tạo sản phẩm cao su non sử dụng cấp thoát nước - Dùng để sản xuất xà phòng dầu diesel sinh học chạy xe - Trong số trường hợp, dầu ăn dùng chất bôi trơn - Trong ngành cơng nghiêp khác, dầu cịn dùng chất truyền nhiệt hiệu quả, an toàn tiết kiệm [4] 13 PHẦN 2: GIỚI THIỆU VỀ DẦU BÃ CÀ PHÊ 2.1 Xuất xứ cà phêTheo truyền thuyết ghi lại giấy vào năm 1671, người chăn dê Kaffa (thuộc Ethiopia ngày nay) phát số dê đàn sau ăn cành có hoa trắng màu đỏ chạy nhảy không mệt mỏi tận đêm khuya Họ đem chuyện kể với thầy tu tu viện gần Khi người chăn dê số ăn thử loại màu đỏ xác nhận cơng hiệu Sau thầy tu xem xét lại khu vực ăn cỏ bầy dê phát loại có xanh thẫm giống anh đào Họ uống nước ép từ loại tỉnh táo cầu nguyện chuyện trị tận đêm khuya Như coi nhờ đàn dê người biết cà phê Một quán cà phê cổ PalestineMột quán cà phê cổ PalestineNgười ta tin tỉnh Kaffa Ethiopia vùng đất khởi nguyên cà phê Từ kỉ thứ người ta nói đến loại Vào kỉ thứ 14 người buôn nô lệ mang cà phê từ Ethiopia sang vùng Ả Rập Nhưng tới tận kỉ thứ 15 người ta biết rang hạt cà phê lên sử dụng làm đồ uống Vùng Ả Rập nơi trồng cà phê độc quyền Trung tâm giao dịch cà phê thành phố cảng Mocha, hay gọi Mokka, tức thành phố Al Mukha thuộc Yemen ngày 2.2 Nguồn gốc cà phê Việt Nam Cây cà phê người Pháp mang đến trồng Việt Nam từ cuối kỷ 19, đồn điền cà phê thành lập vùng Kẻ Sở, Bắc Kỳ năm 1888 Sau mở rộng Phủ Lý, Ninh Bình vào đến Kon Tum, Di Linh Năm 1938 nước có 13.000 hecta cà phê, cung cấp tổng sản lượng 1.500 Năm 2016 sản lượng cà phê Việt Nam chiếm 16% sản lượng cà phê giới, giúp cho Việt Nam nước đứng thứ xuất cà phê, đứng sau Brasil Riêng cà phê vối, Việt Nam nước đứng đầu sản lượng Cà phê trồng chủ yếu khu vực Tây Nguyên nhờ thích hợp khí hậu độ màu mỡ đất đai Các giống chủ yếu cà phê 14 vối, cà phê chè, cà phê mít chiếm ít, chủ yếu sử dụng làm gốc ghép Việc lai tạo giống cà phê cao sản cà phê TR4 (cà phê 138), cà phê TR9, cà phê xanh lùn (cà phê trường sơn TS5)… góp phần nâng cao suất chất lượng cà phê Việt Nam lên nhiều 2.3 Đặc điểm sinh thái phê cà Thân cây, lá, rễ cà phê: Nếu để phát triển tự nhiên cà phê chè cao đến 6m, cà phê vối 8-10m, cà phê mít 15m Tuy nhiên điều kiện trồng tập trung, người ta thường hãm chiều cao 2-4m Lá cà phê hình oval thon dài, mặt xanh bóng màu đậm, mặt nhạt màu hơn, cuống ngắn Cách gọi cà chè, cà vối, cà mít từ hình dáng mà Rễ cà phê thuộc dạng rễ cọc, đâm sâu vào đất – 2m, bên cạnh cịn có hệ thống rễ phụ tỏa xung quanh, nằm sát mặt đất để hút chất dinh dưỡng Hoa cà phê: Hoa cà phê có màu trắng, cánh, thường nở thành chùm Nếu để tự nhiên hoa nở rải rác quanh năm, trồng trọt người ta thường tiến hành tưới vào đầu mùa khơ để kích thích hoa đồng loạt Hoa nở kéo dài 3-4 ngày, thời gian thụ phấn vài đồng hồ Khi hoa nở có mùi thơm dễ chịu Nếu có dịp du lịch Tây Nguyên vào mùa tưới cà phê, bạn dễ dàng bắt gặp hình ảnh trang trại cà phê đồng loạt nở hoa trắng xóa, tỏa hương thơm ngào ngạt Quả phê: Sau thụ phấn phát triển đến tháng có hình bầu dục, bề giống anh đào Trong thời gian chín, màu sắc thay đổi từ xanh sang vàng cuối đỏ Thông thường cà phê chứa hai hạt Chúng bao bọc lớp thịt bên Hai hạt cà phê nằm ép sát vào Mặt tiếp xúc chúng mặt phẳng, mặt hướng bên ngồi có hình vịng cung Mỗi hạt bảo vệ hai lớp màng mỏng: lớp màu trắng, bám chặt lấy vỏ hạt; lớp màu vàng rời rạc bọc bên ngồi Hạt có hình trịn dài, lúc cịn tươi có màu xám vàng, xám xanh xanh Thỉnh thoảng gặp có hạt (do có nhân hai hạt bị dính lại thành một) 15 2.4 Thời gian sinh trƣởng cho thuCây hoạch cà phê sau trồng 3-4 năm Những đợt thường gọi bói (hay cà bói) tùy theo mức độ sinh trưởng, nhu cầu thu hoạch, người ta thường vặt bỏ hoa khơng cho đậu trái bói, dồn sức để phát triển cành Năm thứ trở tiến hành thu hoạch đại trà Giai đoạn 1-3 năm gọi giai đoạn kiến thiết bản, giai đoạn năm thứ trở gọi giai đoạn kinh doanh Thông thường vườn cà phê sau 20-25 năm, chuyển sang giai đoạn già cỗi, suất kém, cần phải trồng cắt gốc ghép chồi để cải tạo Cà phê thu hoạch khoảng tháng 10 đến hết tháng (Dương Lịch), thời gian thu hoạch nhiều tháng 11 Bà thường thu hoạch bắt đầu chuyển sang màu đỏ, hái rộ tháng 11 tránh mưa cuối mùa làm rụng trái Sau thu hoạch cà phê phơi khô nhiều ngày, sau dùng máy xay để tách phần vỏ lấy phần nhân, phần vỏ cịn gọi trấu tận dụng làm phân hữu 16 PHẦN 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT DẦU TỪ HẠT CÀ PHÊ VÀ BÃ CÀ PHÊ 3.1 Phƣơng pháp chiết xuất dầu từ hạtHạt càcàphê phê loại trái cây, giống loại trái khác, chúng chứa hố Hạt hạt cà phê chứa hai thành phần sử dụng để pha cà phê: caffeine dầu Caffein chiết xuất từ hạt trước, sau dầu chiết xuất Dầu thứ mang lại hương vị cho cà phê Có hai cách để chiết xuất dầu từ hạt cà phê Đầu tiên sử dụng dung mơi, chẳng hạn hexan, để hịa tan dầu từ đậu Thứ hai sử dụng máy ép để chiết xuất dầu từ hạt đậu Phương pháp ép đắt hơn, mang lại dầu chất lượng cao Để chiết xuất dầu từ hạt cà phê dung môi, hạt cà phê nghiền thành bột mịn Bột sau đặt thùng chứa với dung mơi Hỗn hợp sau khuấy để dung mơi hịa tan dầu từ đậu Sau đó, hỗn hợp để yên khoảng thời gian để dầu hịa tan hồn tồn Sau thời gian ngâm, hỗn hợp sau lọc để loại bỏ bã cà phê tạp chất Dầu sau thu lại từ hỗn hợp sử dụng cho hương liệu cà phê mục đích khác Để chiết xuất dầu từ hạt cà phê máy ép, hạt cà phê nghiền thành bột mịn Sau đó, bột cho vào máy ép với lượng nước nhỏ Máy ép sau ép từ từ để chiết xuất dầu từ hạt cà phê 3.2 Các phƣơng pháp chiết xuất dầu từ bã càdầu phê Lượng bã cà phê phụ thuộc vào loại cà phê Bã cà phê qua sử dụng chứa khoảng – 15% dầu Có ba phương pháp chủ yếu để chiết xuất dầu từ bã cà phê: chiết xuất dung môi, chiết xuất Soxhlet chiết xuất siêu tới hạn 3.2.1 Phƣơng pháp chiết xuất dung mơi Phương pháp chiết xuất dung mơi sử dụng để thu hồi dầu từ nguyên liệu có hàm lượng dầu thấp, bánh dầu ép từ trước phương pháp ép để thu dầu với hiệu suất cao Hexan dung môi sử dụng phổ biến cho phương pháp tương 17 đối rẻ cho hiệu suất chiết cao Một số rượu mạch ngắn etanol isopropanol đề xuất làm dung mơi thay để chiết xuất chúng có tính an tồn cao so với hexan Hiệu suất chiết xuất dầu phương pháp dung mơi ngồi phụ thuộc vào nguyên liệu, phụ thuộc vào loại dung môi chiết, tỉ lệ dung môi nguyên liệu, nhiệt độ, áp suất chiết Mỗi loại dung môi yêu cầu nhiệt độ áp suất khác Mặc dù việc sử dụng hexan để chiết xuất coi hiệu sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, dung môi hữu hexan dễ cháy, dễ bay hơi, độc hại gây ô nhiễm môi trường 3.2.2 Phƣơng pháp chiết xuất Soxhlet Chiết xuất Soxhlet phương pháp để chiết xuất dầu thực vật phong thí nghiệm Bã hạt cà phê thường đóng gói cho vào ống giấy lọc, dung mơi cho vào bình cầu đun hồi lưu.Dung môi bốc lên ngưng tụ xuống ngăn chiết tràn chảy qua ống xi phơng xuống bình cầu bên dưới, mang theo chất hịa tan từ bã cà phê Ở bình cầu, chất tan giữ lại, dung môi bốc lên lại ngưng tụ xuống bình chiết qua lớp bã cà phê để hòa tan chất tan lại Cứ bã cà phê chiết kiệt hết sau cho tiếp xúc trực tiếp với dung mơi, lọc dầu từ bã chiết ngồi dung mơi Dung môi thường sử dụng hexan, heptan eter dầu hoả Trên thực tế, ethanol nhiệt độ khác dung môi sử dụng nhiều hịa tan nhiều nhóm hoạt chất, khơng độc, rẻ tiền, dễ kiếm.Thời gian diễn từ đến 24 Hiệu suất phương pháp phụ thuộc lớn loại dung môi sử dụng nhiệt độ chiết Ƣu điểm: trình chiết liên tục, dịch chiết khơng cần phải lọc Nhƣợc điểm: hoạt động điểm sơi dung mơi chọn chất không bền với nhiệt dễ bị phân hủy, bị giới hạn lượng dung môi tiếp xúc với chất tan, thời gian chiết dài tổn thất dung môi lớn Propanol sử dụng để chiết xuất dầu Soxhlet từ bã cà phê qua sử dụng Bã cà phê sử dụng (10 g) đóng gói ống nhỏ dầu chiết xuất 180 mL dung môi, tái chế mẫu chiết xuất nhiệt độ sơi dung mơi chọn Sau q trình chiết xuất, hỗn hợp 18 dung môi dầu tách 40°C thiết bị cô quay chân không Mẫu dầu sấy khô thêm 105°C giờ, để loại bỏ dung mơi cịn sót lại Sản lượng dầu chiết xuất từ mẫu bã cà phê qua sử dụng tính tốn dựa trọng lượng khơ mẫu Ví dụ Propanol sử dụng để chiết xuất dầu Soxhlet từ bã cà phê qua sử dụng Bã cà phê sử dụng (10 g) đóng gói ống nhỏ dầu chiết xuất 180 mL dung môi, tái chế mẫu chiết xuất nhiệt độ sôi dung môi chọn Sau trình chiết xuất, hỗn hợp dung mơi dầu tách 40°C thiết bị cô quay chân không Mẫu dầu sấy khô thêm 105°C giờ, để loại bỏ dung mơi cịn sót lại Sản lượng dầu chiết xuất từ mẫu bã cà phê qua sử dụng tính tốn dựa trọng lượng khô mẫu 3.2.3 Phƣơng pháp chiết siêu tới Dung hạnmôi thông dụng CO2, không phân cực, điểm siêu tới hạn 31°C/74 atm nên dễ đạt được, dễ trì tính chọn lọc, chi phí thấp, an tồn, khơng độc hại Ngun tắc hoạt động: - Nạp dược liệu vào bình chiết, đóng nắp lại - Mở dòng CO2 lỏng qua phận làm lạnh qua bơm nén Sau đố qua phận tăng nhiệt Khi đạt nhiệt độ áp suất, CO2 trở thành dòng siêu tới hạn - Dòng vào bình chiết Hoạt chất theo dịng CO2 qua phận làm lạnh Tại CO2 hóa lỏng đưa vào bình tách - Điều chỉnh nhiệt độ áp suất thích hợp, CO2 biến thành dạng khí, sản phẩm lắng xuống, thu riêng - CO2 dạng khí đưa qua phận nén lạnh, hóa lỏng trở lại bình chứa Quá trình chiết lại tiếp tục 19 Ƣu điểm: Hiệu suất chiết cao, điểm siêu tới hạn CO2 dễ đạt, độ chọn lọc cao với loại hợp chất cần thiết, Chiết chất dễ phân hủy nhiệt độ cao, dung mơi an tồn, tái sử dụng phí rẻ Dung môi CO2 không phân cực nên chiết chất không phân cực bã cà phê Nhƣợc điểm: thiết bị công nghệ phức tạp, yêu cầu chặt chẽ tốn 3.2.4 So sánh kỹ thuật chiết soxhlet, chiết dung môi chiết CO2 siêu tới hạn.Bảng 3.1 cho thấy lượng dầu thô thu từ bã cà phê qua sử dụng bị ảnh hưởng dung môi sử dụng kỹ thuật chiết xuất So sánh ba kỹ thuật chiết, chiết dung mơi tăng tốc sử dụng propanol (14,02%) có hiệu suất dầu trung bình cao so với chiết Soxhlet propanol (13,75%) chiết CO siêu tới hạn (12,11%) khơng có khác biệt có ý nghĩa thống kê ( p > 0,05) Chiết xuất Soxhlet có số nhược điểm thời gian chiết xuất dài, sử dụng lượng lớn dung mơi, thất phân hủy hợp chất hữu dễ bay vận hành nhiệt độ chiết xuất cao dẫn đến hợp chất có mùi vị khơng mong muốn (Grigonis, Venskutonis, Sivik, Sandahl , & Eskisson,trích dẫn2005 ) Trong đó, phương pháp chiết xuất dung mơi cấp tốc chiết xuất CO siêu tới hạn có số ưu điểm so với phương pháp chiết xuất Soxhlet truyền thống; ví dụ, nhiệt độ hoạt động thấp dẫn đến giảm phân hủy nhiệt hợp chất dễ bay hơi, thời gian chiết xuất ngắn tăng tính chọn lọc chiết xuất dầu hợp chất hoạt tính sinh học Chiết xuất CO siêu tới hạn chiết xuất dung môi tăng tốc dường quy trình chiết xuất đắt tiền quy mơ phịng thí nghiệm; nhiên, đánh giá kinh tế xác địi hỏi thí nghiệm khai thác bổ sung để thiết lập quy mô công nghiệp lớn Với quan tâm lớn đến việc sử dụng CO làm dung môi chiết xuất dầu, nghiên cứu lựa chọn CO siêu tới hạn khai thác để chiết xuất dầu từ bã cà phê qua sử dụng 20