Do đó, nhiều nghiên cứu đã được phát triển nhằm tập trung vào việc phân lập nhiều chất có giá trị cao như caffeine, phenolic là các hợp chất có ứng dụng đa dạng trong mỹ phẩm và chăm sóc
TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ
Giới thiệu về bã cà phê
Cà phê là mặt hàng giao dịch đứng thứ hai toàn cầu, chỉ sau dầu mỏ, cho thấy tầm quan trọng của nó trong nền kinh tế Không chỉ là thức uống phổ biến,
Cà phê chủ yếu được sản xuất từ ba loại cây chính: Coffea Arabica, Coffea canephora (hay Robusta) và Coffea excelsa Mỗi loại cà phê đều có những đặc điểm riêng, góp phần tạo nên sự đa dạng phong phú của thế giới cà phê Cà phê Arabica, chiếm khoảng 60-70% sản lượng toàn cầu, được coi là loại cà phê cao cấp nhất và thường được trồng ở độ cao từ 600 đến 2.200 mét.
Cà phê Arabica được trồng ở độ cao từ 600 đến 2000 mét trên mực nước biển, trong các khu vực có khí hậu ôn đới và nhiệt đới, nổi bật với hương vị tinh tế, nhẹ nhàng và độ axit cao Hạt cà phê Arabica có hình dạng dài, hơi cong và màu xanh lá đậm, khi rang chuyển sang màu nâu nhạt, mang đến hương vị phức tạp với các ghi chú hoa, trái cây, hạt mỡ và sô cô la Trong khi đó, cà phê Robusta chiếm khoảng 30-40% sản lượng toàn cầu, thích ứng tốt với điều kiện khí hậu khắc nghiệt, thường được trồng ở độ cao từ mực nước biển đến 800 mét Hạt Robusta nhỏ hơn, hình tròn, có màu đậm hơn khi rang và hương vị đậm đà, đắng, nồng nàn hơn, đồng thời chứa nhiều caffein gấp đôi hoặc gấp ba lần so với Arabica Coffea excelsa, mặc dù ít phổ biến hơn, vẫn đóng vai trò quan trọng trong ngành cà phê, thường được trồng ở độ cao từ 300 mét.
Coffea excelsa, phát triển ở độ cao 800 mét trên mực nước biển, thích ứng tốt với khí hậu nhiệt đới và ôn đới Loại cà phê này thường được sử dụng để tạo ra các hỗn hợp, giúp tăng cường độ phức tạp và sự đa dạng cho hương vị Hạt cà phê có kích thước trung bình, màu xanh lá nhạt, với hương vị nhẹ nhàng và có thể mang đến các hương thơm gỗ và hoa.
Cà phê đã trở thành một trong những đồ uống phổ biến nhất toàn cầu, với mức tiêu thụ ấn tượng đạt 166,346 nghìn bao (tương đương khoảng 10 triệu tấn) trong giai đoạn từ 20/10/2020 đến 21/09/2021 Sự gia tăng này phản ánh sự yêu thích mạnh mẽ đối với cà phê, từ việc thưởng thức tại quán đến việc pha chế tại nhà, làm cho nó trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại Xuất khẩu cà phê cũng đóng vai trò quan trọng, với tổng lượng cà phê xuất khẩu đạt 10.07 triệu bao Brazil dẫn đầu về xuất khẩu với 32.7%, tiếp theo là Việt Nam với 19.3% và Colombia với 9.9% Những quốc gia này không chỉ có diện tích trồng cà phê rộng lớn mà còn cung cấp sản phẩm chất lượng cao, góp phần khẳng định vị thế của họ trên thị trường cà phê toàn cầu.
Mặc dù việc tiêu thụ cà phê rất lớn, khoảng 70% khối lượng hạt cà phê cuối cùng trở thành bã cà phê, hay spent coffee grounds Chỉ có khoảng 30% hạt cà phê được sử dụng để pha chế cà phê uống Bã cà phê thường bị coi là rác thải và bị vứt bỏ, gây ra thách thức trong việc xử lý và tái sử dụng chúng một cách hiệu quả.
Bã cà phê là một phần quan trọng trong sản xuất cà phê, nhưng việc xử lý chúng gặp nhiều khó khăn Thường thì, bã cà phê bị vứt bỏ và chôn lấp, gây ô nhiễm môi trường do chứa lượng lớn chất hữu cơ cần oxy để phân hủy Hơn nữa, bã cà phê còn tạo ra vấn đề an ninh sản phẩm, vì chúng có thể được sử dụng để làm giả cà phê hạt rang xay, gây khó khăn trong việc phát hiện Điều này tạo ra thách thức lớn cho ngành công nghiệp cà phê hòa tan trong việc xử lý bã cà phê.
Bã cà phê đang được chú ý như một nguyên liệu thô phụ cho nhiều sản phẩm khác nhau Mặc dù các ứng dụng hiện tại của bã cà phê có giá trị tương đối thấp, như làm chất dẫn cho sự phát triển nấm hay phân bón hữu cơ, nhưng nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc tái chế năng lượng từ bã cà phê thông qua sản xuất bio-ethanol và sinh khí Bên cạnh việc trích xuất caffeine, bã cà phê còn cung cấp carbohydrates, lipids, phenolic compounds và melanoidins, mở ra nhiều cơ hội khai thác giá trị đa dạng Dầu trong bã cà phê không chỉ được sử dụng cho biodiesel chất lượng cao mà còn trong ngành mỹ phẩm và sản xuất nhựa sinh học Carbohydrates từ bã cà phê cũng đã được tách ra để tạo ra các hợp chất ứng dụng trong mỹ phẩm và chăm sóc sức khỏe.
Hình 1.2 Các ứng dụng khác nhau cho việc khai thác giá trị từ bã cà phê đã qua sử dụng [3]
Nghiên cứu của Tanim và đồng nghiệp cho thấy bã cà phê chứa nhiều thành phần hữu ích như protein, lipid và carbohydrates, có thể được ứng dụng trong sản xuất cồn ethanol sinh học, tạo nguồn năng lượng tái tạo Ngoài ra, các hợp chất này cũng có thể được sử dụng để sản xuất phân bón hữu cơ, giúp nâng cao sự sinh trưởng bền vững của cây trồng Trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, bã cà phê có thể được tận dụng để sản xuất sản phẩm chăm sóc da và tóc, bao gồm các sản phẩm chống oxi hóa, bảo vệ da khỏi gốc tự do và tác nhân gây hại từ môi trường.
Hình 1.3 Ứng dụng từ các hoạt chất có trong bã cà phê [4]
Tình hình bã cà phê hiện nay ở Việt Nam
Ngành cà phê ở Việt Nam đã trở thành một trong những ngành công nghiệp quan trọng trong ba thập kỷ qua, không chỉ tạo ra nhiều việc làm mà còn là nguồn thu nhập chính của nhiều gia đình nông dân Cà phê đóng góp lớn vào xuất khẩu nông sản, chiếm hơn 15% tổng giá trị xuất khẩu và góp hơn 10% vào GDP của ngành nông nghiệp Sản lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam đã tăng mạnh, khẳng định vị thế của quốc gia trên thị trường cà phê thế giới và đóng góp đáng kể vào thu nhập cho nền kinh tế quốc gia.
2020 https://tapchicongthuong.vn/bai-viet/thuc-trang-va-giai-phap-phat- trien-cho-nganh-ca-phe-viet-nam-72337.htm)
Khảo sát năm 2022 của báo Tuổi Trẻ cho thấy khoảng 90% cư dân Hà Nội và TP.HCM tiêu thụ cà phê, với tổng lượng tiêu thụ lên đến gần 315kg/ngày Việc xử lý bã cà phê không hiệu quả có thể gây tác động tiêu cực đến môi trường, đặc biệt khi lượng cà phê tiêu thụ toàn cầu dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050 Do đó, cần có kế hoạch xử lý và hành động kịp thời để giảm thiểu hậu quả này.
Hình 1.4 Khảo sát số lượng cà phê tiêu thụ ở Thành phố Hồ Chí Minh và Hà
Mỗi ngày, chỉ khoảng 25% bã cà phê đã qua sử dụng được tái chế thành phân bón nông nghiệp, trong khi phần lớn còn lại bị chôn lấp, mất ít nhất ba tháng để phân hủy trong môi trường thiếu oxy Việc này dẫn đến việc mỗi tấn bã cà phê thải ra có thể sản sinh đến 340 mét khối khí methane, góp phần lớn vào hiệu ứng nhà kính Nghiên cứu cho thấy quá trình phân hủy bã cà phê tại bãi chôn thải tạo ra khí CO2 và methane, gây tác động nghiêm trọng đến môi trường Theo dữ liệu từ Tổ chức Cà phê Quốc tế, bã cà phê tại bãi chôn phát thải 28.6 triệu tấn CO2 tương đương mỗi năm, tương đương với 10.6 triệu lít nhiên liệu diesel bị đốt cháy Methane, khí thải phổ biến thứ hai, có khả năng làm nóng toàn cầu gấp 43 lần so với CO2, do đó, giảm thiểu vấn đề này là cần thiết để hạn chế tác động tiêu cực của rác thải và ô nhiễm.
Bã cà phê, mặc dù đang gia tăng phát thải tại Việt Nam, lại mở ra cơ hội sáng tạo trong lĩnh vực mỹ phẩm Việc nghiên cứu và sử dụng bã cà phê không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn tận dụng nguồn tài nguyên tái sử dụng, bảo vệ môi trường Các chất chống oxy hóa tự nhiên trong bã cà phê, như polyphenol, có khả năng bảo vệ da và hỗ trợ sản xuất các sản phẩm chăm sóc da chất lượng cao Điều này tạo điều kiện cho sự đa dạng trong ngành mỹ phẩm, từ sữa rửa mặt đến kem dưỡng da, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Hơn nữa, việc ứng dụng bã cà phê trong mỹ phẩm không chỉ thể hiện sự chú trọng đến nguyên liệu tự nhiên mà còn phản ánh xu hướng tiêu dùng ngày càng tăng đối với sản phẩm hữu cơ, thân thiện với da và môi trường, đồng thời khẳng định cam kết của ngành công nghiệp mỹ phẩm đối với sự bền vững.
Đánh giá thành phần chất trong bã cà phê
Cà phê, một trong những đồ uống phổ biến nhất toàn cầu, mang lại cả lợi ích và tác hại cho sức khỏe Cà phê hòa tan chứa nhiều chất chống oxy hóa, giúp ngăn ngừa các bệnh liên quan đến tổn thương oxy hóa Bã cà phê, ngày càng được sử dụng rộng rãi, là nguồn nguyên liệu tái tạo với hoạt tính sinh học cao, chứa nhiều chất chống oxy hóa có lợi cho mỹ phẩm và dược phẩm Thành phần chính của cà phê bao gồm caffeine (2-3%), tannin (3-5%), protein (13%) và dầu (10-15%), cùng với các hợp chất hóa học như thiamine, guaiacol, axit citric, putrescine và scopoletin.
Caffeine, một methylxanthine có trong hạt cà phê, có cấu trúc hóa học tương tự như cyclic adenosine monophosphate (cAMP), giúp kích thích hệ thần kinh và cải thiện chức năng tim mạch Ngày càng được ưa chuộng trong mỹ phẩm, caffeine có khả năng thẩm thấu qua hàng rào bảo vệ da, mang lại tác dụng chống oxy hóa, chống tia cực tím và hỗ trợ phân hủy mỡ Nó thường được sử dụng trong các sản phẩm giúp củng cố độ bền của tóc và chống rụng tóc Caffeine kích thích mọc tóc bằng cách cải thiện tuần hoàn máu ở da đầu, cung cấp chất dinh dưỡng và oxy, đồng thời ức chế enzyme 5-α-reductase, làm giảm tác động của dihydrotestosterone (DHT) lên nang tóc.
Tannin là một chất chuyển hóa thứ cấp chủ yếu có trong bã cà phê, nổi bật với các đặc tính chống oxy hóa, trị đái tháo đường, chống viêm và chống ung thư Không chỉ mang lại lợi ích cho sức khỏe, Tannin còn được ứng dụng trong ngành mỹ phẩm, nhờ vào khả năng chống oxy hóa phù hợp với các sản phẩm làm đẹp.
Các hợp chất phenolic có trọng lượng phân tử cao, như tannin, đang được nghiên cứu vì khả năng tạo phức chất mạnh với protein và đại phân tử khác trong điều kiện môi trường cụ thể Tannin, với trọng lượng phân tử từ 500 đến 3000 Da, hỗ trợ các enzyme chống oxy hóa trong việc kháng gốc tự do và vô hiệu hóa các ion kim loại Nhiều sản phẩm chứa tannin như axit galic, proanthocyanidin, epigallocatechin gallate (EGCG) và axit ellagic-4-O-α-D-xylopyranoside đã được thử nghiệm và chứng minh hiệu quả cao như chất chống oxy hóa Axit gallic, được chiết xuất từ nhiều nguồn thực vật, có đặc tính chống oxy hóa mạnh mẽ, góp phần vào hoạt động chống oxy hóa và chống ung thư.
Hạt cà phê là nguyên liệu quan trọng toàn cầu trong sản xuất đồ uống cà phê, với hạt cà phê xanh được rang để tạo ra hạt cà phê rang và vỏ bạc Bã cà phê đã qua sử dụng chứa lượng protein cao từ 13,5–19,5 g/100 g chất khô và nhiều chất chống oxy hóa polyphenolic Protein trong hạt cà phê có thành phần axit amin cao, với tỷ lệ axit amin thiết yếu vượt trội so với các loại protein thực vật khác, cho thấy giá trị dinh dưỡng cao Bã cà phê có tỷ lệ chuỗi axit amin phân nhánh (Leucine, Isoleucine và Valine) cao, trong đó Valine hỗ trợ tổng hợp collagen và cải thiện độ ẩm cho da Leucin tạo lớp bảo vệ cho da và tóc, giúp bảo tồn độ ẩm Axit amin có tính chất hóa học không ổn định, có khả năng chống tĩnh điện, giúp tóc dễ tạo kiểu khi sử dụng trong sản phẩm chăm sóc tóc.
Nhu cầu tiêu dùng mỹ phẩm tự nhiên và bền vững đang gia tăng, với các sản phẩm được tái chế từ nông nghiệp có vai trò quan trọng Các phân tích cho thấy hoạt chất chiếm 8-16% và axit béo từ 78-94%, trong đó axit palmitic và linoleic là thành phần chính Dầu cà phê, với khả năng làm mềm và bảo vệ da khỏi ánh nắng, đã chứng minh hiệu quả cao trong ngành mỹ phẩm, đặc biệt là trong khả năng tẩy trang với tỷ lệ đạt 95,05 ± 3,05% Các sản phẩm tẩy dầu cà phê đã qua sử dụng cho thấy công thức dầu 40% có hiệu quả loại bỏ tốt hơn đáng kể so với công thức 35%, với kết quả lần lượt là 90,59 ± 1,30 và 81,76 ± 1,06% (p < 0,01) Do đó, dầu cà phê là lựa chọn bền vững cho sản phẩm tẩy trang hiệu quả cao.
1.3.5 Những thành phần vi lượng
Thiamine: Trong mỹ phẩm, Thiamine thường được sử dụng dưới dạng muối (hydrochloride) để điều trị da bị mụn.
Guaiacol là một hợp chất quan trọng được sử dụng làm hương liệu trong nước hoa và có nhiều ứng dụng trong ngành dược Nó đóng vai trò là thuốc ức chế các bệnh liên quan đến rối loạn vận động, hỗ trợ trong việc làm loãng đờm và còn được sử dụng như một chất sát trùng hiệu quả.
Citric acid: chất điều chỉnh độ pH trong quá trình lên công thức mỹ phẩm.
Putrescine là một thành phần quan trọng trong các chế phẩm bảo vệ da, bao gồm các polyamine sơ cấp Chất này có công dụng bảo vệ da khỏi các tác nhân gây căng thẳng bên ngoài, cải thiện độ ẩm và thúc đẩy quá trình lành vết thương hiệu quả.
Scopoletin, theo các nghiên cứu trong ống nghiệm, cho thấy nhiều tác dụng dược lý quan trọng như chống độc gan, kháng khuẩn, kháng nấm, chống lao và khả năng chống oxy hóa.
Các sản phẩm có nguồn gốc từ bã cà phê
1.4.1 Dòng sản phẩm Spa of the World™ (The Body Shop)
The Body Shop là thương hiệu nổi tiếng với cam kết về sản phẩm làm đẹp bền vững Họ đã phát triển một loạt sản phẩm chăm sóc da đặc biệt, mang lại hiệu quả cao và thân thiện với môi trường.
"Spa of the World™" sử dụng bã cà phê làm thành phần chính, với sản phẩm nổi bật là Thai Makrut Lime Firming Oil Sản phẩm này được phát triển từ công thức kết hợp bã cà phê và dầu lựu, mang lại cảm giác thư giãn và độ ẩm cho da, đồng thời kích thích tuần hoàn máu và giúp làm săn chắc làn da.
Kem dưỡng da Ethiopian Green Coffee Cream là lựa chọn tuyệt vời với chiết xuất từ cà phê xanh Ethiopia, giàu chất chống oxy hóa, giúp tái tạo và làm mềm mịn làn da The Body Shop sử dụng bã cà phê không chỉ để tẩy tế bào chết mà còn nhằm tận dụng nguyên liệu tái chế, thể hiện cam kết với một phương pháp làm đẹp bền vững.
Sản phẩm từ bã cà phê của The Body Shop không chỉ mang lại hiệu quả làm đẹp mà còn góp phần bảo vệ môi trường, nâng cao nhận thức về tính bền vững trong ngành công nghiệp làm đẹp.
Hình 1.5 Tinh Dầu Massage Cơ Thể The Body Shop Spa of the World™ Thai
Hình 1.6 Kem dưỡng thể The body shop Ethiopian Green Coffee Cream 1.4.2 Nicaraguan Coffee Intense Awakening Mask (The Body Shop)
Mặt nạ Nicaraguan Coffee Intense Awakening của The Body Shop là sản phẩm chăm sóc da độc đáo, chiết xuất từ bã cà phê nguyên chất vùng Nicaragua Sản phẩm không chỉ làm mềm mại và sáng bóng da mà còn mang đến trải nghiệm thư giãn, giúp người dùng tỉnh táo hơn.
Bã cà phê từ Nicaragua được chọn lọc kỹ lưỡng, mang lại lợi ích vượt trội trong việc loại bỏ tế bào chết, đồng thời kích thích tuần hoàn máu và tăng cường năng lượng cho làn da.
Sự kết hợp giữa dầu hạt dừa và dầu Jojoba không chỉ giúp duy trì độ ẩm cho da mà còn ngăn ngừa tình trạng khô da, mang lại làn da mềm mại suốt cả ngày.
Mặt nạ Nicaraguan Coffee Intense Awakening không chỉ mang lại lợi ích cho làn da mà còn tạo ra một trải nghiệm thư giãn tuyệt vời Mùi hương sôi động của
Hình 1.7 Mặt nạ The Body Shop Coffee Nicaraguan Intense Awakening Mask.
1.4.3 The Original Coffee Scrub (Frank Body)
Original Coffee Scrub của Frank Body là sản phẩm chăm sóc da nổi tiếng, nổi bật với thành phần chính là bã cà phê Sản phẩm này được phát triển với tiêu chí bền vững và tự nhiên, mang lại nhiều lợi ích cho làn da, thu hút sự quan tâm của người tiêu dùng toàn cầu.
The Original Coffee Scrub là sản phẩm tẩy tế bào chết hiệu quả với hạt bã cà phê tinh khiết, giúp loại bỏ tế bào chết và bã nhờn một cách nhẹ nhàng, mang lại làn da mềm mại và mịn màng Sản phẩm kích thích tuần hoàn máu, giúp da khỏe mạnh và tươi trẻ, đồng thời cung cấp dưỡng chất và oxy để tái tạo và phục hồi tình trạng da Chứa nhiều chất chống oxy hóa, bã cà phê giúp bảo vệ da khỏi tác động của gốc tự do và tổn thương môi trường Ngoài ra, các thành phần dưỡng ẩm như dầu dừa trong The Original Coffee Scrub giúp duy trì độ ẩm tự nhiên và ngăn ngừa tình trạng khô ráp sau khi tẩy tế bào chết.
Sản phẩm Original Coffee Scrub của Frank Body không chỉ là một phương tiện chăm sóc da hiệu quả mà còn thể hiện cam kết của thương hiệu đối với thế giới làm đẹp bền vững Với nguyên liệu tự nhiên và quy trình tái chế, sản phẩm này khuyến khích người tiêu dùng lựa chọn sản phẩm làm đẹp có tác động tích cực Trải nghiệm sử dụng sản phẩm mang đến cảm giác tươi mới và giúp làn da trở nên sáng bóng.
Hình 1.8 Bột tẩy da chết cà phê Frank Body Original Coffee Scrub
1.4.4 Cup O' Coffee Face and Body Mask (Lush)
Cup O' Coffee Face and Body Mask của Lush là một sản phẩm chăm sóc da độc đáo, kết hợp giữa thiên nhiên và hương vị cà phê Với bã cà phê là thành phần chính, sản phẩm này không chỉ giúp làm sạch da một cách tự nhiên mà còn mang lại cảm giác thư giãn và sảng khoái cho người sử dụng.
Bã cà phê trong sản phẩm giúp tẩy tế bào chết, kích thích tuần hoàn máu, và làm da mềm mại, sáng bóng Kết hợp với dầu hạt dừa, sản phẩm bảo vệ da và ngăn ngừa khô da sau khi tẩy tế bào chết Hương thơm cà phê mang lại không khí thư giãn trong quá trình sử dụng Sản phẩm phù hợp cho cả khuôn mặt và cơ thể, mang đến trải nghiệm chăm sóc toàn diện Cup O' Coffee Face and Body Mask không chỉ làm da khỏe mạnh mà còn thể hiện tinh thần bền vững của Lush với nguyên liệu tự nhiên và tái chế Đây là lựa chọn hoàn hảo cho những ai yêu thích cảm giác tỉnh táo của cà phê trong quy trình chăm sóc da hàng ngày.
Hình 1.9 Mặt nạ Cup O' Coffee face and body mask
1.4.5 GinZing™ Refreshing Scrub Cleanser gel (Origins)
Gel rửa mặt GinZing™ Refreshing Scrub Cleanser của Origins là sản phẩm chăm sóc da độc đáo, kết hợp hoàn hảo giữa bã cà phê tự nhiên và các thành phần dưỡng ẩm Sản phẩm này không chỉ làm sạch da nhẹ nhàng mà còn tái tạo làn da, mang lại cảm giác tươi mới và sảng khoái.
Bã cà phê tự nhiên là một chất tẩy tế bào chết hiệu quả, kích thích tuần hoàn máu, giúp da sáng bóng và tràn đầy năng lượng Ngoài ra, hạt dừa và dầu Jojoba giúp làm dịu và cân bằng độ ẩm, ngăn ngừa tình trạng khô ráp sau khi làm sạch.
Triển vọng phát triển bã cà phê trong các lĩnh vực khác
Bã cà phê, sản phẩm phụ từ quá trình chế biến cà phê, đang thu hút sự chú ý nhờ vào tiềm năng lớn và ứng dụng đa dạng Không chỉ được sử dụng trong mỹ phẩm, bã cà phê còn là nguồn tài nguyên trong xu hướng hóa học xanh, mang lại lợi ích về môi trường và cải thiện chất lượng sản phẩm tiêu dùng, góp phần nâng cao đời sống con người.
Bã cà phê có tiềm năng lớn trong việc tái chế và tái sử dụng, đặc biệt trong sản xuất phân bón hữu cơ tự nhiên Chứa tới 80% chất hữu cơ và khoáng chất như đạm, lân, magie, kali, và chất xơ, bã cà phê không chỉ cải thiện chất lượng đất mà còn thúc đẩy sự phát triển của cây trồng, tăng cường năng suất Loại phân bón này rất thích hợp cho các cây ưa đất axit nhẹ như khoai lang, khoai tây, hoa hồng, cà rốt, bắp cải, hành tây, và giúp giảm chi phí so với phân bón thông thường Hơn nữa, bã cà phê còn hỗ trợ cải tạo đất bạc màu, nghèo dinh dưỡng do sử dụng quá nhiều phân bón tổng hợp và thuốc trừ sâu trước đây.
Ngày càng nhiều người lựa chọn sử dụng bã cà phê làm phân bón, nhờ vào những lợi ích nổi bật của nó, như một phương pháp “xanh” hơn cho việc chăm sóc cây trồng.
Nhiên liệu sinh học đang trở thành một chủ đề quan trọng toàn cầu, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường Bã cà phê đã được tận dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học, với Bio-bean, một công ty Anh, đi đầu trong việc thu thập và tái chế bã cà phê từ nhiều nguồn như cửa hàng cà phê và văn phòng Công ty này xử lý bã cà phê để tạo ra nhiên liệu sinh học, giúp giảm lượng khí CO2 phát ra từ xe buýt công cộng Nhiên liệu được sản xuất bằng cách phối trộn dầu sinh học chiết xuất từ bã cà phê với dầu diesel truyền thống theo tỷ lệ 2:8, góp phần giảm khí thải lên đến 80%.
Hình 1.15 Quy trình thu thập, tái chế bã cà phê và sản xuất nhiên liệu sinh học của Bio-bean
Vào năm 2022, dự án "Coffuel" đã được thành lập tại Việt Nam, kết hợp bã cà phê với mùn cưa để sản xuất viên nén đốt cho lò hơi công nghiệp, thay thế cho than đá, gỗ củi và khí gas Sáng lập bởi nhóm sinh viên từ Trường Hóa và Khoa học Sự sống, Đại học Bách khoa Hà Nội, dự án đã giành chiến thắng trong hai cuộc thi "Sáng tạo khởi nghiệp công nghệ HUST" và "Khởi nghiệp cùng Kawai 2023" vào năm 2023 Viên nén từ dự án mang lại hiệu suất cao hơn 120% so với viên nén từ gỗ và tro đốt, đồng thời giảm đến 90% lượng khí thải so với than đá truyền thống.
Hình 1.17 Sản phẩm viên nén từ bã cà phê và mùn cưa trong dự án Coffuel
Bã cà phê đang ngày càng trở thành nguồn nguyên liệu quan trọng trong việc cải thiện chất lượng sống hàng ngày, với nhiều sản phẩm tiêu dùng độc đáo được phát triển từ chúng Những sản phẩm này, mặc dù mới mẻ, đã thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng tiêu dùng Tùy vào mục đích sử dụng, các sản phẩm này đều có điểm chung là thân thiện với môi trường, nhấn mạnh tính bền vững và khả năng tái chế của bã cà phê.
Thương hiệu AirX, thuộc Công ty Cổ phần Veritas Việt Nam, nổi bật trong lĩnh vực sản phẩm từ hạt nhựa sinh học cà phê, nhằm thay thế nhựa truyền thống trong nhiều lĩnh vực như dân dụng, bao bì, xây dựng và kỹ thuật Giày ShoeX, ra mắt năm 2019, là một sản phẩm tiêu biểu cho xu hướng sản phẩm xanh, được nhiều người biết đến với các tính năng vượt trội như nhẹ, bền, chống trơn trượt, chống thấm, chống tia UV và bảo vệ sức khỏe đôi chân cho người tiêu dùng.
Công ty đã ra mắt khẩu trang kháng khuẩn làm từ bã cà phê, sản phẩm đầu tiên trên thế giới, đã xuất khẩu đến hơn 50 quốc gia Khẩu trang này sử dụng công nghệ kháng khuẩn kép, kết hợp khả năng kháng khuẩn tự nhiên của bã cà phê và Nano Bạc, hiệu quả trong việc ngăn chặn vi khuẩn và bụi mịn.
Công ty đã thành công với hai sản phẩm nổi bật và tiếp tục phát triển các sản phẩm gia dụng khác từ bã cà phê như ly, muỗng, nĩa, bút, bàn chải đánh răng và ghế Những sản phẩm này được người tiêu dùng, đặc biệt là giới trẻ, ủng hộ nhiệt tình nhờ vào việc không chứa thành phần độc hại, mang hương thơm ngọt nhẹ của cà phê và niềm tự hào về thương hiệu Việt với tiêu chí “made in Việt Nam”.
Công ty đã tối đa hóa tiềm năng của bã cà phê không chỉ bằng cách cung cấp sản phẩm tiêu dùng độc quyền, mà còn nâng cao xu hướng xanh và vị thế của mình như một nhà cung cấp nguyên liệu hạt nhựa sinh học coffee bio-composite Điều này giúp các doanh nghiệp nhỏ hơn sản xuất các sản phẩm xanh tương tự, từ đó thúc đẩy quá trình “xanh hóa” cuộc sống con người.
Hình 1.18 Giày ShoeX làm từ bã cà phê và ly nhựa
Hình 1.19 Khẩu trang làm từ bã cà phê đầu tiên trên thế giới
Hình 1.20 Các sản phẩm gia dụng từ bã cà phê của công ty
Hình 1.21 Vật liệu cacbon âm tính từ bã cà phê của AirX
Bã cà phê không chỉ dừng lại ở những ứng dụng truyền thống mà còn được khai thác trong nhiều lĩnh vực khác như thời trang (sản xuất vải, quần áo, túi xách từ sợi cà phê), sản xuất nước sạch (nhờ khả năng hấp thụ mùi và tạo hương thơm dễ chịu), sản xuất giấy và bao bì (tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trường), và nghiên cứu công nghệ (phát triển vật liệu tổng hợp, vi điện tử, và dược phẩm) Với những đặc tính vượt trội, tiềm năng ứng dụng của bã cà phê trong tương lai hứa hẹn sẽ không ngừng mở rộng, tạo ra nhiều cơ hội cho sự sáng tạo và bền vững, đặc biệt trong bối cảnh ngày càng tăng cường ý thức bảo vệ môi trường và tái chế nguyên liệu.
Hình 1.22 Bã cà phê được ứng dụng vào ngành thời trang.
TIỀM NĂNG ĐỀ TÀI
Đề tài "Chiết và đánh giá hoạt tính sinh học của cao/dầu từ bã cà phê để ứng dụng vào sản phẩm mỹ phẩm" nhấn mạnh tầm quan trọng của phát triển bền vững trong ngành công nghiệp mỹ phẩm Trong bối cảnh thế giới ngày càng chú trọng đến vấn đề môi trường, việc chuyển đổi sang các sản phẩm mỹ phẩm bền vững không chỉ là xu hướng mà còn là nhu cầu thiết yếu.
Ngành công nghiệp mỹ phẩm truyền thống thường phụ thuộc vào hóa chất và nguyên liệu từ dầu mỏ, gây ô nhiễm môi trường và suy giảm tài nguyên tự nhiên Do đó, nghiên cứu và phát triển sản phẩm mỹ phẩm từ nguyên liệu tái chế như bã cà phê không chỉ giảm áp lực lên tài nguyên thiên nhiên mà còn thúc đẩy mô hình kinh doanh bền vững.
Việc tích hợp dung môi xanh như cồn và nước trong sản xuất mỹ phẩm không chỉ giảm thiểu tác động xấu đến sức khỏe con người mà còn hạn chế chất thải hóa học ra môi trường Điều này thúc đẩy ngành công nghiệp hóa chất và mỹ phẩm phát triển theo hướng có trách nhiệm với môi trường, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn cao Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của dầu hoặc cao từ bã cà phê không chỉ tạo ra sản phẩm hiệu quả mà còn đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng, từ đó tăng cường lòng tin và thúc đẩy chuyển đổi sang sản phẩm bền vững.
Tiềm năng ứng dụng của dầu và cao từ bã cà phê không chỉ mang lại cơ hội kinh doanh mới mà còn đặt ra thách thức cho doanh nghiệp trong việc phát triển bền vững Trong bối cảnh thị trường ngày càng chú trọng đến vấn đề môi trường, việc tập trung vào phát triển bền vững không chỉ là xu hướng mà còn là chìa khóa cho sự phát triển lâu dài của doanh nghiệp.
Đề tài này không chỉ thúc đẩy sự đổi mới trong ngành công nghiệp mỹ phẩm mà còn góp phần quan trọng vào sự bền vững và trách nhiệm với môi trường Việc kết hợp giữa nghiên cứu khoa học và xu hướng phát triển bền vững không chỉ tạo ra những sản phẩm tiên tiến mà còn thay đổi cách mà doanh nghiệp nhận thức về môi trường và xã hội.
TỔNG HỢP CÁC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY BÃ CÀ PHÊ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP
BÃ CÀ PHÊ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP
Nghiên cứu về trích ly bã cà phê đã chỉ ra rằng các phương pháp khác nhau, đặc biệt là sử dụng dung môi hữu cơ như ethanol, methanol và acetonitrile, có khả năng chiết xuất hiệu quả các hợp chất như polyphenol, caffeine và dầu Phương pháp chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn kết hợp với ethanol đã đạt hiệu suất 95.46% caffeine, tuy nhiên chi phí vận hành cao vẫn là một thách thức Một nghiên cứu gần đây đã phát triển phương pháp mới kết hợp siêu tới hạn với các dung môi như isopropanol và ethyl acetate, rút ngắn thời gian chiết xuất Dù vậy, việc sử dụng dung môi có hại cho môi trường cần được xem xét, mặc dù hiệu suất chiết xuất cao với các thành phần như cafestol, caffeine, palmitic và linoleic.
Nước nóng có thể được sử dụng để chiết xuất chất chống oxy hóa từ bã cà phê, tận dụng nhiệt độ và áp suất để kích thích sự tan chảy của các hợp chất sinh học Chiết xuất này có thể ứng dụng trong chế biến thực phẩm và sản xuất mỹ phẩm tự nhiên, mang lại một giải pháp thân thiện với môi trường nhờ sử dụng nước làm dung môi Mặc dù có những ưu điểm về tính bền vững, như tính chọn lọc hẹp và năng lượng cần thiết vẫn là những nhược điểm cần được xem xét Tuy nhiên, hàm lượng phenolic cao đạt 88.34 mg GAE/g cùng với các chỉ số kháng oxy hóa cao đã chứng minh hiệu suất tích cực trong việc trích xuất các hợp chất quan trọng từ bã cà phê.
Công nghệ trích ly bằng CO2 siêu tới hạn là phương pháp tiên tiến trong việc chiết xuất hợp chất từ bã cà phê, sử dụng CO2 ở áp suất và nhiệt độ cao Phương pháp này bảo toàn các hợp chất sinh học quan trọng và không sử dụng dung môi hóa học độc hại, góp phần tăng tính bền vững cho quá trình Mặc dù chi phí vận hành còn là thách thức, nhưng chiết xuất thu được chứa nhiều axit linoleic và axit palmitic, mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.
Trích ly bằng siêu âm là công nghệ hiện đại áp dụng sóng siêu âm trong quá trình trích ly bã cà phê, giúp tăng cường hiệu suất chiết xuất và rút ngắn thời gian thực hiện Quá trình này tạo ra sóng âm cơ học trong dung dịch, từ đó tăng cường sự phá vỡ cấu trúc tế bào và giảm độ kết dính giữa chất chiết xuất và ma trận chứa chất, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc tách chiết các hợp chất có giá trị từ bã cà phê.
Trích ly bằng enzyme là công nghệ tiên tiến sử dụng enzyme như lipase và cellulase để tối ưu hóa quá trình chiết xuất từ bã cà phê Các enzyme này giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, từ đó nâng cao khả năng chiết xuất và tạo ra sản phẩm chiết xuất có ứng dụng đa dạng trong ngành công nghiệp.
Phương pháp trích ly kết hợp lò vi sóng đang thu hút sự chú ý nhờ vào hiệu quả và tính bền vững của nó Phương pháp này nổi bật với khả năng làm nóng nhanh chóng, giúp giảm thời gian chiết xuất và sử dụng ít dung môi hơn so với phương pháp Soxhlet Với năng suất chiết xuất cao trong thời gian ngắn, nó mang lại hiệu suất ấn tượng từ bã cà phê Tuy nhiên, cần lưu ý về độc tính của dung môi hexane trong quy trình này, yêu cầu sự quan tâm đặc biệt và quy trình xử lý sau khi chiết xuất để đảm bảo an toàn.
Bảng 3.1 Một số các nghiên cứu về các phương pháp lấy dầu cà phê
Năm Tên bài báo Phương pháp
Dung Ưu nhược Kết quả môi điểm
In 2008, the extraction of green supercritical ethanol demonstrated significant advantages, achieving a remarkable 95.46% yield of coffee oil using supercritical carbon dioxide with minimal solvent use However, the process also has drawbacks, including high operational costs associated with extracting oil from coffee.
2015 Antioxidative Subcritical Nước Ưu điểm: dung● Hàm phenolics obtainedwater môi xanh lượng phenolic from spent coffeeextraction grounds (Coffea arabica L.) by subcritical water extraction đạt 88.34 mg Nhược điểm:
● ABTS•+ hẹp, dùng năng đạt 88.65 mmol lượng nhiều
● Tỷ lệ chất rắn-đến-chất lỏng 14.1 g/L.
2014 Supercritical fluidSupercritical Nhược điểm:● Dầu SFE extraction of spentCO2 chi phí vậnthu được giàu coffee grounds:extraction hành cao axit linoleic và
Measurement of axit palmitic extraction curves, oil phê characterization and (44.5% và economic analysis 37.5%)
In 2020, supercritical CO2 extraction using ethanol demonstrated significant advantages, particularly in the efficient extraction of compounds like cafestol and caffeine from spent coffee grounds The process utilized a CO2 molarity of 2.04% under conditions of 40 MPa and 313K, while employing ethyl acetate as a solvent reduced the extraction time by half Furthermore, optimal extraction conditions achieved a yield of 3.96% mol at 30 MPa and 333K, resulting in a high oil yield with 10% ethanol.
33.69 %mass dùng nhiều với điều kiện dung môi có
● Linoleic: 42.98 %mas với điều kiện
In 2019, an innovative microwave-assisted extraction method was developed for efficiently extracting coffee oil, achieving a remarkable yield of 2.4 grams from 24 grams of spent coffee grounds (SCG) in just 32.5 minutes This advanced technique significantly outperforms the conventional Soxhlet extraction method, which extracts only 2.13 grams of oil in over 10 minutes, highlighting the superior efficiency and effectiveness of microwave-assisted extraction for oil recovery.
● Tăng thể Độ phân c ự ctích dung môi từ dung môi rất
(trên 24 g SCG), trên thị trường dầu nhiều hơn và điểm sôi thấp để dễ tách38%
Nhược điểm: độc hại, và phải có quá trình xử lý sau trích ly
TIÊU CHÍ HOÁ HỌC XANH VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG
Tiêu chí hóa học xanh
Hình 4.1 12 tiêu chí hóa học xanh
3.1.1 Tái chế và tái sử dụng
Tái chế và tái sử dụng bã cà phê trong hóa học xanh có ảnh hưởng tích cực đến chu kỳ sản xuất và tiêu thụ, giúp giảm áp lực lên các nguồn tài nguyên tự nhiên không độc hại Việc sử dụng bã cà phê làm nguyên liệu tái chế tạo ra chuỗi cung ứng bền vững và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Sự tận dụng các phần của cây cà phê trong xử lý bã cà phê thể hiện sự tôn trọng nguồn gốc nguyên liệu, đồng thời chế biến bã cà phê thành sản phẩm tái chế không chỉ giảm rác thải mà còn tạo ra giá trị từ những phần thường bị bỏ qua Đặc biệt, sự đa dạng trong ứng dụng bã cà phê như đồ gia dụng, giấy, gạt tàn, khử mùi và năng lượng tái tạo như biogas cho thấy tính linh hoạt và sáng tạo trong việc sử dụng tài nguyên Hóa học xanh không chỉ giảm độc tố và rác thải, mà còn khuyến khích sự sáng tạo trong việc tận dụng thông minh tài nguyên để xây dựng nền công nghiệp bền vững và hiệu quả.
Canh tác bền vững cây cà phê không chỉ tái sử dụng bã cà phê hiệu quả mà còn sử dụng chúng như phân bón hữu cơ, mở ra hướng mới trong quản lý đất đai và bảo vệ môi trường Việc sử dụng bã cà phê cung cấp dưỡng chất cho cây và các chất hữu ích cho đất, nâng cao sức khỏe đất đai, khả năng giữ nước và giảm xói lở Chuyển từ phân bón hóa học sang hữu cơ giảm tiếp xúc với hóa chất độc hại, bảo vệ đa dạng sinh học và giúp hệ sinh thái tự nhiên phục hồi Sự tích hợp giữa canh tác bền vững và sử dụng bã cà phê không chỉ mang lại lợi ích cho sản xuất cà phê mà còn góp phần xây dựng mô hình nông nghiệp bền vững và thân thiện với môi trường.
3.1.3 Xử lý nước và môi trường
Xử lý nước và môi trường bằng bã cà phê không chỉ đáp ứng tiêu chí hóa học xanh mà còn thể hiện sự chuyển đổi trong cách nhìn nhận cà phê như một nguồn tài nguyên đa dạng và có giá trị Việc sử dụng bã cà phê trong lọc nước giúp giải quyết vấn đề nước sạch và mang lại lợi ích bền vững Bã cà phê có khả năng hấp thụ các hợp chất độc hại và kim loại nặng, làm cho nước trở nên trong sạch hơn Đặc biệt, tính chất hấp thụ và khử mùi của bã cà phê khiến nó trở thành vật liệu tự nhiên hiệu quả cho quá trình lọc nước.
Tránh sử dụng hóa chất độc hại trong xử lý bã cà phê không chỉ giảm rủi ro cho môi trường nước mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng Chúng ta đang tận dụng bã cà phê và giảm thiểu tác động tiêu cực, góp phần vào chuỗi cung ứng cà phê bền vững Sự kết hợp giữa công nghệ xử lý tiên tiến và việc tận dụng tài nguyên từ bã cà phê là giải pháp thực tiễn, quan trọng cho việc bảo vệ môi trường và xây dựng tương lai bền vững.
3.1.4 Giảm tổng hợp hóa học
Quá trình xử lý bã cà phê bằng các phương pháp xanh là yếu tố quan trọng trong hóa học xanh và chuỗi sản xuất cà phê, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và nâng cao chất lượng sản phẩm Các phương pháp này giúp giảm hóa chất độc hại và tối ưu hóa tài nguyên tự nhiên Quá trình lên men sử dụng vi khuẩn và nấm tự nhiên để phân hủy bã cà phê, tạo ra phân hữu cơ tái sử dụng trong nông nghiệp, đồng thời làm giàu đất và cải thiện sức khỏe cây trồng Một phương pháp xanh khác là sử dụng nước nhiệt thay cho hóa chất độc hại, giảm rủi ro môi trường và tiết kiệm năng lượng, đồng thời giúp tái sử dụng nước trong sản xuất, giảm nguy cơ ô nhiễm và chi phí xử lý nước thải.
Trong ngành chế biến cà phê, việc trích ly các hợp chất từ bã cà phê là rất cần thiết và thường xuyên diễn ra, đòi hỏi sử dụng dung môi Để đáp ứng tiêu chí hóa học xanh, việc áp dụng các phương pháp trích ly với dung môi xanh là một bước tiến quan trọng, hướng tới sự bền vững và giảm thiểu tác động môi trường Các phương pháp này, như sử dụng dung môi hữu cơ từ thiên nhiên như ethanol hoặc nước cất, không chỉ giảm tác động tiêu cực mà còn nâng cao an toàn cho người lao động Thêm vào đó, việc sử dụng dung môi không hòa tan trong nước giúp tiết kiệm lượng dung môi và tăng hiệu suất trích ly Những phương pháp này không chỉ giảm chi phí mà còn giảm chất thải và năng lượng tiêu thụ, tạo ra quy trình sản xuất thân thiện với môi trường, đồng thời bảo toàn các hợp chất hoạt tính trong bã cà phê, giữ nguyên hương vị và chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Mục tiêu bền vững
Ngành công nghiệp cà phê hướng tới phát triển bền vững không chỉ tập trung vào việc giảm rác thải mà còn nhấn mạnh việc thúc đẩy cộng đồng và tạo ra giá trị xã hội Bằng cách hỗ trợ nông dân, tạo cơ hội việc làm và duy trì tiêu chuẩn lao động công bằng, ngành cà phê góp phần quan trọng vào mục tiêu phát triển toàn diện và bền vững.
Hình 4.2 17 mục tiêu phát triển bền vững của Hội nghị Liên hợp quốc về Phát triển bền vững
Sử dụng bã cà phê làm phân bón hữu cơ giúp cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất nông sản, từ đó nâng cao thu nhập cho nông dân Bã cà phê cung cấp chất hữu cơ, cải thiện cấu trúc đất, tăng sức thoát nước và cung cấp dưỡng chất như kali, nitrogen, và phosphorus cho cây trồng Việc áp dụng bã cà phê không chỉ giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học, mà còn giảm chi phí cho nông dân và tác động tiêu cực đến môi trường Quy trình tái chế bã cà phê còn tạo ra cơ hội kinh tế mới cho cộng đồng nông dân, đặc biệt ở các vùng trồng cà phê chủ lực như Tây Nguyên, nơi đã triển khai các chương trình khuyến khích sản xuất cà phê chất lượng cao Những nỗ lực này giúp nông dân và hợp tác xã đạt lợi nhuận cao hơn và nâng cao giá trị thương hiệu cà phê Tây Nguyên.
Bã cà phê có thể được tái chế thành thức ăn cho động vật, giúp giảm lãng phí thực phẩm và tận dụng tối đa giá trị dinh dưỡng Nguồn chất xơ và các dưỡng chất như protein, khoáng chất và vitamin trong bã cà phê góp phần tạo ra thức ăn chất lượng cho động vật Quá trình này không chỉ giảm chất thải mà còn hỗ trợ mô hình kinh doanh bền vững, thúc đẩy sự phát triển bền vững và sử dụng tài nguyên hiệu quả Việc sử dụng bã cà phê còn tạo ra chuỗi giá trị mới trong ngành thực phẩm, từ việc giảm thiểu lãng phí đến phát triển sản phẩm chất lượng cao, mang lại lợi ích kinh tế và hỗ trợ quản lý tài nguyên một cách thông minh.
Vào năm 2005, Dự án “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thịt quả cà phê lên men làm thức ăn gia súc” đã được triển khai tại công ty Cà phê Eapok, tỉnh Đăk Lăk với quy mô 5 tấn/ngày Dự án này sử dụng vi sinh vật tự nhiên và vi sinh vật tuyển chọn để khử tanin, caffein và tạo ra các enzym cellulaza, pectinaza từ thịt quả cà phê Kết quả thử nghiệm tại trại chăn nuôi bò thịt Eapok cho thấy thịt quả cà phê lên men có thể thay thế 30% thức ăn tinh trong khẩu phần hàng ngày mà không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của bò Thêm vào đó, việc thử nghiệm sử dụng thịt quả lên men làm thức ăn cho cá mè hoa, cá chép, cá trắm và cá rô phi tại ao nuôi hỗn hợp 500m2 ở trại cá giống nước ngọt Eatam cũng đạt kết quả khả quan.
Nghiên cứu cho thấy bã cà phê không chỉ cung cấp caffeine mà còn chứa nhiều chất chống ô nhiễm và chất chống oxy hóa Việc tích hợp bã cà phê vào thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm có thể cải thiện sức khỏe tâm lý và giảm nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến stress và ô nhiễm môi trường Sử dụng bã cà phê cũng góp phần tái chế sản phẩm phụ trong chuỗi giá trị cà phê, hỗ trợ phát triển bền vững và giảm lượng chất thải.
Trong lĩnh vực thực phẩm, bã cà phê chứa nhiều chất chống oxy hóa giúp tăng độ bền sản phẩm và bảo quản dinh dưỡng Caffeine trong bã cà phê có thể kết hợp với thực phẩm chức năng, cung cấp năng lượng, cải thiện khả năng tư duy và hỗ trợ đốt cháy chất béo Nghiên cứu cho thấy bã cà phê giảm nguy cơ mắc bệnh tim và đái tháo đường, trở thành thành phần quan trọng trong sản phẩm chăm sóc sức khỏe.
Bã cà phê trong mỹ phẩm không chỉ loại bỏ tế bào chết mà còn hỗ trợ điều trị viêm nhiễm và mụn Sản phẩm chăm sóc da chứa bã cà phê giúp làm mịn, dịu và sáng da, đồng thời tăng tính linh hoạt và đàn hồi cho da Khi áp dụng lên da, bã cà phê kích thích tuần hoàn máu, cải thiện cung cấp dưỡng chất và oxy cho tế bào, hỗ trợ tái tạo tế bào, giúp da sáng và khỏe mạnh hơn Các thành phần như polyphenol và acid chlorogenic trong bã cà phê có tác dụng chống viêm và chống oxy hóa, bảo vệ da khỏi tác nhân gây hại từ môi trường, ngăn chặn lão hóa và giữ cho làn da trẻ trung.
Trong lĩnh vực dược phẩm, sự kết hợp giữa caffeine và các hợp chất trong bã cà phê mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe tâm thần và tình trạng thần kinh Caffeine giúp giảm mệt mỏi và tăng cường tập trung, trong khi các chất chống oxy hóa hỗ trợ tái tạo tế bào và giảm căng thẳng Hơn nữa, caffeine còn giảm cảm giác đau bằng cách làm giảm sự truyền tải tín hiệu đau đến não, khiến nó trở thành thành phần quan trọng trong nhiều loại thuốc giảm đau.
Bã cà phê không chỉ mang lại lợi ích sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống, mà còn là nguồn tài nguyên tái chế bền vững, góp phần vào phát triển bền vững của ngành công nghiệp Điều này khuyến khích sự sáng tạo trong việc tận dụng nguyên liệu tự nhiên.
3.2.4 Giáo dục chất lượng (SDG 4)
Hỗ trợ nông dân sử dụng bã cà phê thông minh không chỉ mang lại lợi ích về sức khỏe và môi trường mà còn thúc đẩy giáo dục chất lượng Việc áp dụng kỹ thuật tái chế bã cà phê giúp nông dân tối ưu hóa nguồn lực, giảm chất thải và tạo ra cơ hội nghề nghiệp mới Qua đào tạo, nông dân có thể tích hợp bã cà phê vào canh tác, sử dụng như phân bón hữu cơ, cung cấp dinh dưỡng cho cây cà phê và cải thiện đất đai Điều này không chỉ nâng cao năng suất và chất lượng trái mà còn tăng thu nhập cho nông dân, đồng thời giảm chi phí phân bón hóa học và tác động xấu đến môi trường.
Sự chuyển đổi này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn thúc đẩy canh tác bền vững và thân thiện với môi trường Nông dân có thể được hướng dẫn sử dụng bã cà phê như chất phụ gia cho đất, giúp cải thiện cấu trúc đất, giảm xói mòn và tăng khả năng giữ nước Những ưu điểm này làm cho quá trình canh tác hiệu quả hơn và giảm áp lực lên tài nguyên nước.
Việc sử dụng bã cà phê trong mô hình canh tác thông minh không chỉ cải thiện quy trình sản xuất nông nghiệp mà còn tạo ra cơ hội nghề nghiệp mới cho cộng đồng nông dân Điều này mở ra những khía cạnh mới trong nghề nghiệp nông nghiệp bền vững, với sự hỗ trợ của các chuyên gia và người hướng dẫn chia sẻ kiến thức về kỹ thuật canh tác sáng tạo Họ có thể đào tạo cộng đồng về các phương pháp bảo vệ môi trường và phát triển mô hình canh tác có lợi cho đất đai và nguồn nước Thực hiện các mô hình canh tác thông minh cũng khuyến khích sự hợp tác giữa nông dân trong các hợp tác xã hoặc doanh nghiệp nhỏ, từ đó tăng cường sức mạnh kinh tế và phát triển cộng đồng Tổng thể, việc sử dụng bã cà phê không chỉ mang lại lợi ích cho sản xuất nông nghiệp mà còn tạo ra cơ hội nghề nghiệp mới, thúc đẩy sự phát triển bền vững cho cộng đồng nông dân.
3.2.5 Bình giữ nước sạch và nhà ở (SDG 6 và 11)
Bã cà phê không chỉ là vật liệu lọc nước hiệu quả mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe và môi trường Với cấu trúc siêu xốp, bã cà phê tạo ra lớp lọc giúp hấp thụ cặn và tạp chất hữu cơ, cải thiện mùi vị nước và ngăn chặn độc tố Chứa nhiều chất kháng khuẩn tự nhiên, bã cà phê giúp loại bỏ vi khuẩn trong nguồn nước, đảm bảo nước sạch và an toàn Việc sử dụng bã cà phê không chỉ nâng cao hương vị nước mà còn là giải pháp chi phí hiệu quả cho cộng đồng, dễ dàng thu thập từ các quán cà phê Hệ thống lọc nước từ bã cà phê có thể tích hợp vào nhà, trường học hay khu dân cư, linh hoạt và thân thiện với môi trường, góp phần giảm chất thải và khuyến khích tái chế.
Bã cà phê có tính năng cách âm và cách nhiệt độc đáo, giúp tạo ra không gian sống yên tĩnh và thoải mái khi tích hợp vào vật liệu xây dựng Việc sử dụng bã cà phê không chỉ duy trì nhiệt độ ổn định trong nhà mà còn giảm áp lực lên hệ thống làm mát và sưởi ấm, từ đó tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải nhà kính Hơn nữa, bã cà phê là một giải pháp sáng tạo để tái chế chất thải, có thể được sử dụng trong bê tông, gạch và tấm ốp, giảm áp lực lên nguồn tài nguyên tự nhiên và lượng rác thải Tích hợp bã cà phê vào vật liệu xây dựng thúc đẩy kinh tế xanh, khuyến khích tái chế và sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu Những ngôi nhà từ bã cà phê không chỉ mang lại sự thoải mái mà còn thể hiện cam kết với môi trường, thúc đẩy lối sống bền vững và cộng đồng đồng nhất.
3.2.6 Năng lượng sạch & phát triển kinh tế (SDG 7 và 8)
Bã cà phê có thể được chuyển hóa thành biogas qua quá trình lên men sinh học, trong đó vi khuẩn phân hủy bã để sản xuất khí metan, thành phần chính của biogas Biogas là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, có khả năng thay thế nhiều nguồn năng lượng truyền thống và giảm áp lực lên nguồn năng lượng không tái tạo Việc sử dụng biogas từ bã cà phê hỗ trợ mục tiêu năng lượng sạch (SDG 7) bằng cách giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và lượng khí nhà kính thải ra môi trường Ngoài ra, biogas không chỉ là nguồn năng lượng tái tạo mà còn góp phần cải thiện chất lượng không khí và giảm ô nhiễm.
THỰC NGHIỆM
Mục tiêu thí nghiệm
Trích xuất cao chiết và dầu từ bã cà phê đã qua sử dụng không chỉ tạo ra nguyên liệu xanh mà còn ứng dụng hiệu quả trong sản xuất các sản phẩm chăm sóc da Việc tận dụng bã cà phê giúp giảm thiểu lãng phí và mang lại lợi ích cho môi trường, đồng thời cung cấp các thành phần tự nhiên có lợi cho làn da.
Nội dung thí nghiệm
Phương pháp chiết siêu âm cho thấy hiệu suất thu hồi cao khi trích xuất cao chiết và dầu từ bã cà phê đã qua sử dụng, sử dụng ba loại dung môi khác nhau.
Nội dung 2: Hàm lượng Phenolic có trong cao chiết cà phê.
Nguyên liệu và thiết bị
Cà phê bã từ cà phê bột 100% Robusta được trồng rộng rãi ở Tây
Tại Việt Nam, đặc biệt là ở Buôn Mê Thuột, mùa thu hoạch thường diễn ra từ tháng 10 đến tháng 12 hàng năm Ethanol 96% được cung cấp từ các nhà cung cấp địa phương, trong khi các hóa chất như thuốc thử Folin-Ciocalteu, axit Gallic, nhôm triclorua ngậm nước và natri nitrit được nhập khẩu từ Sigma-Aldrich (Mỹ).
Trong phòng thí nghiệm, các thiết bị quan trọng bao gồm cân phân tích, sàng, bơm chân không, tủ ấm, bể siêu âm Powersonic 620 và đầu dò siêu âm UP400St 400 watt Ngoài ra, thiết bị cô quay chân không cũng được sử dụng phổ biến Các dụng cụ thí nghiệm cần thiết bao gồm cốc thủy tinh, ống đong chia độ, buret, micropipette, que khuấy, thìa, giấy lọc và phễu.
Phương pháp và thực nghiệm
5.4.1 Xử lý nguyên liệu thô
Bã cà phê sau khi thu gom từ cửa hàng được sấy khô trong 24 giờ ở nhiệt độ 50 °C Sau khi khô, bã cà phê được bảo quản trong tủ hút ẩm để giữ độ ẩm dưới 5%.
5.4.2 Quy trình chiết siêu âm và hiệu suất chiết
Quy trình chiết siêu âm theo phương pháp của Salsabeel R Hassan và cộng sự được thể hiện trong sơ đồ khối Hình 5.1 Trong quy trình này, 30g bã cà phê đã qua sử dụng được phân tán trong dung môi (nước, ethanol hoặc n-hexane) với tỷ lệ 1:10, sau đó được chiết xuất bằng máy Hielscher UP400St ở công suất 90-100 W và nhiệt độ dưới 50 °C trong 15 phút Dung dịch sau chiết được lọc bằng hút chân không và tiếp tục cô đặc bằng máy rotavapor trong 45 phút ở 50 °C với tốc độ 35-40 rpm Cặn từ lần lọc đầu tiên được chiết xuất lại nhằm tối đa hóa sản phẩm thu được, và cao chiết được bảo quản ở 4 °C Hiệu suất chiết được tính toán theo công thức đã định.
Hình 5.1 Quy trình chiết siêu âm bã cà phê
5.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng phenolic trong cao chiết bã cà phê
Hàm lượng polyphenol tổng (TPC) của các đối tượng khảo sát được xác định theo phương pháp Folin - Ciocalteu của Singleton (1999) [13].
Sự trao đổi điện tử trong môi trường kiềm của hợp chất phenolic bị oxy hóa bởi thuốc thử Folin - Ciocalteau sẽ tạo thành hợp chất có màu xanh
Đo độ hấp thu của molybdenum ở bước sóng 760 nm kết hợp với đồ thị chuẩn theo axit gallic cho phép xác định hàm lượng tổng các hợp chất phenolic có trong mẫu phân tích.
Để chuẩn bị các dung dịch cần thiết, bạn cần thực hiện các bước sau: Đầu tiên, pha chế dung dịch Na2CO3 20% bằng cách hòa tan 20 g Na2CO3 trong nước cất, sau đó định mức lên 100 mL và đun sôi Khi dung dịch nguội, thêm một vài tinh thể Na2CO3, để yên trong 24 giờ rồi lọc lấy dung dịch trong Tiếp theo, chuẩn bị dung dịch axit gallic với nồng độ 1000 µg/mL bằng cách hòa tan 10 mg axit gallic trong nước.
1 mL DMSO, sau đó định mức lên 10 mL bằng nước cất Từ dung dịch trên pha ra các dung dịch có nồng độ sau bằng nước cất: 0; 100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000 (àg/mL).
Để lập đường chuẩn, cho 200 μL thuốc thử Folin – Ciocalteau vào 40 μL dung dịch axit gallic với các nồng độ khác nhau, sau đó đồng nhất bằng bể lắc siêu âm trong 5 phút ở nhiệt độ phòng Tiếp theo, thêm 600 μL dung dịch Na2CO3 20% và 3160 μL nước cất vào hỗn hợp, tiếp tục đồng nhất trong 30 phút cũng ở nhiệt độ phòng Đo mật độ quang tại bước sóng λ = 760 nm và lặp lại 3 lần cho mỗi nồng độ để lấy giá trị trung bình Từ độ hấp thu của dung dịch axit gallic ở các nồng độ khác nhau, có thể dựng được đồ thị đường chuẩn như trong Hình 5.2.
Để định lượng phenolic trong mẫu, cần thực hiện quy trình tương tự như lập đường chuẩn, nhưng thay thế chất chuẩn bằng cao chiết Hàm lượng phenolic sẽ được tính toán dựa trên đường chuẩn, với đơn vị là mg axit gallic trên gram cao khô.
Tính toán kết quả: Hàm lượng phenolic có trong mẫu được tính theo công thức sau:
GAE mẫu (mg QUE/g cao) : hàm lượng phenolic tổng tính trên một gam cao chiết.
V (mL) : thể tích mẫu. m (g) : khối lượng mẫu.
GAE chuẩn (mg/mL) là hàm lượng gallic acid ước lượng dựa trên đường chuẩn gallic acid Giá trị GAEchuẩn được xác định bằng cách thay giá trị độ hấp thu của mẫu vào công thức đường chuẩn gallic acid, từ đó tính ra giá trị x.
Bã cà phê sau khi thu gom từ cửa hàng được sấy khô nhằm loại bỏ độ ẩm, giúp thuận tiện cho việc bảo quản và tiến hành thí nghiệm ở các bước tiếp theo Hàm lượng ẩm trong bã cà phê được xác định là 82,67%.
Biểu đồ 5a cho thấy hiệu suất chiết xuất với dung môi cồn là thấp nhất, chỉ đạt 5.59%, trong khi hexane có hiệu suất cao nhất với 8.47% Khi sử dụng dung môi nước, hiệu suất chiết xuất đạt 7.32%, thấp hơn so với hexane nhưng cao hơn cồn với mức chênh lệch là 1.73%.
Theo biểu đồ 5b, tổng hàm lượng phenolic trong cao chiết bằng nước và cồn qua phương pháp chiết siêu âm lần lượt là 163.88 mg GAE/g chiết xuất và 210.38 mg GAE/g chiết xuất Kết quả cho thấy phương pháp chiết bằng cồn cho hàm lượng phenolic cao hơn so với chiết bằng nước, nhờ vào độ phân cực thấp hơn của cồn, giúp tối ưu hóa quá trình chiết xuất các hợp chất phenolic.
Hình 5.3 a) Hiệu suất chiết Phenolic với các loại dung môi; b) Tổng hàm lượng Phenolic thu được khi sừ dụng các loại dung môi
Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng phenolic trong chiết xuất cà phê bằng phin cao hơn nhiều so với dữ liệu trước đó của Carolina Andrade và cộng sự, với mức trung bình chỉ từ 20 đến 30 mg GAE/g Điều này chỉ ra rằng quá trình chiết xuất hiện tại chưa khai thác hết các hợp chất phenolic, khiến bã cà phê vẫn chứa nhiều hợp chất có lợi Do đó, việc tận dụng chiết xuất từ bã cà phê có tiềm năng ứng dụng lớn trong sản phẩm chăm sóc da nhờ vào lượng phenolic đáng kể, mang lại nhiều lợi ích cho làn da.