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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG-HCM Khoa Kỹ thuật Hóa học Bộ mơn Q trình Thiết bị hóa học - TIỂU LUẬN CHIẾT & ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CAO/DẦU TỪ BÃ CÀ PHÊ ĐỂ ỨNG DỤNG VÀO SẢN PHẨM MỸ PHẨM SVTH: Thái Ngọc Thanh Phương 1952632 Huỳnh Thị Mỹ Duyên Lê Phú Thịnh Nguyễn Hồ Quang Khôi Lê Phục Lân GVHD: PGS TS Lê Thị Kim Phụng Thành phố Hồ Chí Minh, 12/2023 1952795 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất Giáo sư, Tiến sĩ, Thạc sĩ Bộ mơn Q trình Thiết bị hóa học, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phịng thí nghiệm tạo điều kiện cho chúng em thực thực hồn thành cơng việc vào dự án tập lớn Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Thị Kim Phụng, người tạo hội cho chúng em thực tập lớn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành đưa lời khuyên hữu ích suốt q trình tìm hiểu Ngồi ra, chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến cộng đắc lực nhóm hỗ trợ, giúp đỡ hoàn thành công việc tập lớn Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn gia đình ln động viên, ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi để chúng em có hành trang đáng tin cậy Thành phố Hồ Chí Minh, 12/2023 Tập thể nhóm i TĨM TẮT Bã cà phê qua sử dụng tạo trình chế biến cà phê làm đồ uống nguồn nguyên liệu hữu lớn cần xử lý cách Quy trình chiết xuất cao từ bã cà phê có tiềm thu hợp chất sử dụng để sản xuất hợp chất phenolic có tiềm làm nguyên liệu mỹ phẩm Thí nghiệm thực báo cáo tập trung vào việc chiết xuất cao chiết có hỗ trợ siêu âm cách sử dụng dung môi nước Ethanol làm theo phương pháp trích ly siêu âm Salsabeel R Hassan Kết cho thấy tổng hàm lượng phenolic cao chiết nước cồn thông qua phương pháp chiết siêu âm 163.88-210.38 (mg GAE/g chiết xuất) lớn nhiều so với liệu nghiên cứu trước Carolina Andrade cộng 20-30 (mg GAE/g chiết xuất) Do đó, việc tận dụng cao chiết từ bã cà phê có tiềm ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp mỹ phẩm ii LỜI MỞ ĐẦU Chất thải ngành F&B liên quan đến sản xuất thừa sản phẩm phụ vấn đề quan trọng suốt nhiều năm Việc xử lý tái sử dụng chúng chủ đề phát triển nghiên cứu Việt Nam nguồn cung cấp cà phê quan trọng thị trường giới với lượng rác thải phát sinh đáng kể gây lo ngại môi trường Các ứng dụng thơng thường bã cà phê thường có giá trị tương đối thấp đặc tính chức chưa khám phá Do đó, nhiều nghiên cứu phát triển nhằm tập trung vào việc phân lập nhiều chất có giá trị cao caffeine, phenolic hợp chất có ứng dụng đa dạng mỹ phẩm chăm sóc sức khỏe với sản phẩm mặt nạ, sữa rửa mặt, tẩy tế bào chết Một số đặc tính sinh học từ cà phê sản phẩm phụ từ cà phê liên quan đến hợp chất phenolic caffeine Các hợp chất phenolic cà phê trước nghiên cứu hoạt động loại bỏ gốc tự chúng, thường liên quan đến đặc tính có lợi cho sức khỏe chống gốc tự do, bảo vệ da khỏi tác động từ môi trường Mục đích báo cáo trình bày q trình trích ly siêu âm phenolic so sánh hàm lượng phenolic với nghiên cứu trước Đồng thời, yếu tố sản xuất xanh phát triển bền vững đánh giá tổng hợp iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii LỜI MỞ ĐẦU iii MỤC LỤC .iv DANH MỤC HÌNH ẢNH .vii DANH MỤC BẢNG .ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG NGÀNH MỸ PHẨM 1.1 Giới thiệu bã cà phê .1 1.2 Tình hình bã cà phê Việt Nam 1.3 Đánh giá thành phần chất bã cà phê 10 1.3.1 Caffeine 10 1.3.2 Tannin 11 1.3.3 Protein 11 1.3.4 Dầu 12 1.3.5 Những thành phần vi lượng 13 1.4 Các sản phẩm có nguồn gốc từ bã cà phê .13 1.4.1 Dòng sản phẩm Spa of the World™ (The Body Shop) 13 1.4.2 Nicaraguan Coffee Intense Awakening Mask (The Body Shop) .14 1.4.3 The Original Coffee Scrub (Frank Body) 15 1.4.4 Cup O' Coffee Face and Body Mask (Lush) 16 1.4.5 GinZing™ Refreshing Scrub Cleanser gel (Origins) 17 1.4.6 Vegan Body Scrub (Upcircle) 19 1.4.7 Coffee Body Scrub (Myorganiczone) 21 1.4.8 Coffee Oil-Free Face Moisturizer with Hyaluronic Acid (mCaffeine) 22 iv 1.4.9 The NIvea Men Skin Energy Morning Fix Moisturising Face Gel (Nevia) 24 1.5 Triển vọng phát triển bã cà phê lĩnh vực khác 25 CHƯƠNG 2: TIỀM NĂNG ĐỀ TÀI .33 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP CÁC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY BÃ CÀ PHÊ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP .35 CHƯƠNG 4: TIÊU CHÍ HOÁ HỌC XANH VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 40 3.1 Tiêu chí hóa học xanh 40 3.1.1 Tái chế tái sử dụng .41 3.1.2 Canh tác bền vững 41 3.1.3 Xử lý nước môi trường 42 3.1.4 Giảm tổng hợp hóa học 42 3.2 Mục tiêu bền vững 44 3.2.1 Không nghèo đói (SDG 1) .44 3.2.2 Khơng Đói (SDG 2) .45 3.2.3 Sức khỏe tốt (SDG 3) .46 3.2.4 Giáo dục chất lượng (SDG 4) 47 3.2.5 Bình giữ nước nhà (SDG 11) 48 3.2.6 Năng lượng & phát triển kinh tế (SDG 8) .50 3.2.7 Công giới & giảm bất bình đẳng (SDG & 10) 51 3.2.8 Tiêu dùng & sản xuất có trách nhiệm (SDG 12) 52 3.2.9 Hành động với biến đổi khí hậu - Tài nguyên biển - Tài nguyên đất (SDG 13,14,15) 53 3.2.10 Các đối tác mục tiêu (SDG 17) 55 CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM .56 v 5.1 Mục tiêu thí nghiệm 56 5.2 Nội dung thí nghiệm .56 5.3 Nguyên liệu thiết bị 56 5.3.1 Nguyên liệu 56 5.3.2 Thiết bị 56 5.4 Phương pháp thực nghiệm 56 5.4.1 Xử lý nguyên liệu thô .56 5.4.2 Quy trình chiết siêu âm hiệu suất chiết 57 5.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng phenolic cao chiết bã cà phê 58 5.5 Kết thí nghiệm 60 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN .61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bã cà phê Hình 1.2 Các ứng dụng khác cho việc khai thác giá trị từ bã cà phê qua sử dụng Hình 1.3 Ứng dụng từ hoạt chất có bã cà phê Hình 1.4 Khảo sát số lượng cà phê tiêu thụ Thành phố Hồ Chí Minh Hà Nội .8 Hình 1.5 Tinh Dầu Massage Cơ Thể The Body Shop Spa of the World™ Thai Makrut Lime Firming Oil 14 Hình 1.6 Kem dưỡng thể The body shop Ethiopian Green Coffee Cream 14 Hình 1.7 Mặt nạ The Body Shop Coffee Nicaraguan Intense Awakening Mask .15 Hình 1.8 Bột tẩy da chết cà phê Frank Body Original Coffee Scrub 16 Hình 1.9 Mặt nạ Cup O' Coffee face and body mask 17 Hình 1.10 Sữa Rửa Mặt tẩy da chết Origins Ginzing Refreshing Scrub Cleanser 18 Hình 1.11 Tẩy tế bào chết Vegan Body Scrub Upcircle 19 Hình 1.12 Tẩy tế bào chết Coffee Body Scrub Myorganiczone .21 Hình 1.13 Kem dưỡng ẩm mCaffeine 22 Hình 1.14 Gel dưỡng ẩm mặt buổi sáng Nevia Men .24 Hình 1.15 Quy trình thu thập, tái chế bã cà phê sản xuất nhiên liệu sinh học Bio-bean .26 Hình 1.16 Dự án Coffuel 27 Hình 1.17 Sản phẩm viên nén từ bã cà phê mùn cưa dự án Coffuel.28 Hình 1.18 Giày ShoeX làm từ bã cà phê ly nhựa 29 Hình 1.19 Khẩu trang làm từ bã cà phê giới .30 Hình 1.20 Các sản phẩm gia dụng từ bã cà phê cơng ty 30 Hình 1.21 Vật liệu cacbon âm tính từ bã cà phê AirX 31 Hình 1.22 Bã cà phê ứng dụng vào ngành thời trang 32 vii Hình 4.1 12 tiêu chí hóa học xanh 40 Hình 4.2 17 mục tiêu phát triển bền vững Hội nghị Liên hợp quốc Phát triển bền vững 44 Hình 5.1 Quy trình chiết siêu âm bã cà phê 57 Hình 5.2 Đường chuẩn Gallic acid 59 Hình 5.3 a) Hiệu suất chiết Phenolic với loại dung môi; b) Tổng hàm lượng Phenolic thu sừ dụng loại dung môi 60 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Một số nghiên cứu phương pháp lấy dầu cà phê 37 ix không mang lại lợi ích kinh tế mà cịn khuyến khích mơ hình canh tác bền vững thân thiện với mơi trường Ngồi ra, nơng dân hướng dẫn cách sử dụng bã cà phê loại chất phụ gia cho đất đai Việc giúp cải thiện cấu trúc đất, giảm nguy xói mịn đất, tăng khả giữ nước Những ưu điểm khơng làm cho q trình canh tác hiệu mà giảm áp lực lên tài nguyên nước Thứ hai, việc sử dụng bã cà phê mô hình canh tác thơng minh khơng giúp cải thiện quy trình sản xuất nơng nghiệp mà cịn tạo hội nghề nghiệp cho cộng đồng nông dân Việc mở khía cạnh nghề nghiệp nông nghiệp thông minh bền vững Cộng đồng tận dụng xuất chuyên gia người hướng dẫn lĩnh vực Những người chia sẻ kiến thức vững kỹ thuật canh tác sáng tạo, từ cách tối ưu hóa sử dụng bã cà phê đến cách tích hợp hệ thống canh tác thông minh hiệu lượng Họ đào tạo cộng đồng phương pháp bảo vệ môi trường tạo mơ hình canh tác có lợi cho đất đai nguồn nước Ngoài ra, việc thực mơ hình canh tác thơng minh tạo điều kiện cho phát triển nghề nghiệp lĩnh vực nơng nghiệp bền vững Các nhóm nơng dân hợp tác thành hợp tác xã doanh nghiệp nhỏ để áp dụng kỹ thuật chia sẻ lợi nhuận Điều không giúp tăng cường sức mạnh kinh tế mà làm tăng cường cộng đồng nông dân, thúc đẩy phát triển đổi lĩnh vực nông nghiệp Tổng cộng, việc sử dụng bã cà phê thông minh không mang lại lợi ích cho sản xuất nơng nghiệp mà tạo hội nghề nghiệp thúc đẩy phát triển bền vững cộng đồng nơng dân 3.2.5 Bình giữ nước nhà (SDG 11) Bã cà phê không vật liệu lọc nước hiệu mà cịn mang lại nhiều lợi ích khác sức khỏe mơi trường Bã cà phê có cấu trúc siêu xốp với hạt nhỏ, giúp chúng tạo lớp lọc hiệu Khi nước chảy qua lớp lọc này, hạt chất cặn tạp chất hữu bị hấp thụ giữ lại bã cà phê Điều không giúp cải thiện mùi vị nước mà ngăn chặn 48 lưu thông chất độc hại nước Bã cà phê cịn chứa nhiều chất có tính chất kháng khuẩn tự nhiên, giúp loại bỏ số loại vi khuẩn xuất nguồn nước Sự kết hợp tính chất hấp thụ kháng khuẩn bã cà phê tạo lớp lọc mạnh mẽ, đảm bảo nước sau lọc qua an toàn để sử dụng Khả hấp thụ bã cà phê không giúp loại bỏ chất cặn mà cải thiện mùi vị nước Việc làm cho nước trở nên thơm ngon hấp dẫn người sử dụng, khuyến khích việc tiêu thụ nước Ngoài ra, việc triển khai hệ thống lọc nước sử dụng bã cà phê giải pháp chi phí hiệu cho cộng đồng Bã cà phê thường có sẵn nơi thu thập cách dễ dàng từ quán cà phê doanh nghiệp chế biến cà phê Sử dụng bã cà phê làm vật liệu lọc khơng giảm chi phí mà cịn giúp giảm lượng chất thải kích thích việc tái chế cộng đồng Ngơi nhà, trường học, khu dân cư dễ dàng tích hợp hệ thống lọc nước sử dụng bã cà phê vào hạ tầng họ Các hệ thống thiết kế linh hoạt để phù hợp với điều kiện địa phương nhu cầu cụ thể, tạo giải pháp đơn giản thân thiện với môi trường cho việc cung cấp nguồn nước Bã cà phê biết đến với tính chất cách âm cách nhiệt độc đáo Khi tích hợp vào vật liệu xây dựng, tính chất giúp tạo lớp cách âm mạnh mẽ, giảm tiếng ồn từ mơi trường bên ngồi tạo không gian nội thất yên tĩnh thoải mái Đồng thời, tính chất cách nhiệt giúp giữ cho nhiệt độ bên nhà ổn định, ngăn chặn thay đổi đột ngột giảm áp lực lên hệ thống làm mát sưởi ấm Việc sử dụng bã cà phê xây dựng khơng mang lại lợi ích cá nhân mà hỗ trợ mục tiêu xây dựng nhà thông minh bền vững Những nhà xây dựng vật liệu có chứa bã cà phê giảm áp lực lên hệ thống làm mát sưởi ấm, giúp tiết kiệm lượng giảm lượng khí thải nhà kính Mặc khác, sử dụng bã cà phê xây dựng cách sáng tạo để tái chế chất thải Bã cà phê tích hợp vào loại vật liệu xây dựng bê tông, gạch, hay ốp Việc không giúp giảm áp lực lên nguồn tài nguyên tự nhiên mà giúp giảm lượng chất thải đến bãi rác Tích hợp bã cà phê vào vật liệu xây dựng thúc đẩy mơ hình kinh tế xanh cách tận dụng chất thải từ ngành công nghiệp cà phê Việc không giúp 49 giảm tiêu thụ nguồn tài ngun mà cịn khuyến khích tái chế sử dụng hiệu nguồn nguyên liệu Bằng cách sử dụng bã cà phê, dự án xây dựng tạo khơng gian sống khơng thoải mái mà cịn bền vững Những ngơi nhà khơng nơi mà cịn biểu tượng sáng tạo cam kết môi trường, thúc đẩy lối sống cộng đồng đồng bền vững 3.2.6 Năng lượng & phát triển kinh tế (SDG 8) Bã cà phê sử dụng để sản xuất biogas thơng qua trình lên men sinh học Trong trình này, vi khuẩn phân hủy bã cà phê để tạo khí metan, chủ yếu thành phần biogas Biogas nguồn lượng sạch, không thân thiện với mơi trường mà cịn thay cho nhiều nguồn lượng truyền thống, giúp giảm áp lực lên nguồn lượng từ nguồn không tái tạo Sử dụng biogas từ bã cà phê hỗ trợ mục tiêu lượng (SDG 7) cách giảm phụ thuộc vào nguồn lượng từ nguồn hóa thạch giảm lượng khí nhà kính thải môi trường Biogas không nguồn lượng tái tạo mà giúp cải thiện chất lượng khơng khí giảm nhiễm Việc sản xuất biogas từ bã cà phê tạo nên ngành công nghiệp động cộng đồng Những người lao động tham gia vào giai đoạn khác chuỗi cung ứng lượng tái tạo, bao gồm thu gom bã cà phê, trình lên men sinh học, vận chuyển biogas đến khu vực sử dụng Sự đa dạng mang lại nhiều hội việc làm giúp cộng đồng phát triển nguồn thu nhập bền vững Với phát triển ngành cơng nghiệp lượng tái tạo, có nhu cầu cao lao động có kỹ Điều thúc đẩy hội đào tạo phát triển kỹ cho người lao động cộng đồng Các chương trình đào tạo tập trung vào q trình sản xuất biogas, quản lý nguồn cà phê, kỹ kỹ thuật liên quan, tạo lực lượng lao động có chất lượng đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp Ngành công nghiệp biogas từ bã cà phê cung cấp không hội việc làm mà hội để cộng đồng tăng cường lực Các dự án thường kèm với hoạt động giáo dục đào tạo, giúp người lao động cộng đồng hiểu rõ nguồn lượng tái tạo ảnh hưởng tích cực chúng mơi trường kinh tế Đặc biệt 50 khu vực nông thôn có nguồn cà phê lớn, ngành cơng nghiệp biogas tạo hội lớn để phát triển kinh tế địa phương Việc tận dụng bã cà phê không giúp giải vấn đề chất thải mà tạo nguồn thu nhập mới, giúp cộng đồng địa phương trở nên đa dạng hóa kinh tế giảm áp lực lên nguồn thu nhập chủ yếu từ nông nghiệp truyền thống Các dự án biogas từ bã cà phê kích thích sáng tạo cộng đồng Những người làm việc ngành đề xuất ý tưởng để tối ưu hóa quy trình sản xuất sử dụng biogas Sự sáng tạo khơng giúp tăng cường hiệu suất mà cịn tạo hội cho doanh nghiệp dự án cộng đồng Việc tận dụng bã cà phê để sản xuất biogas kết hợp với nguồn lượng tái tạo khác, chẳng hạn lượng mặt trời gió Sự kết hợp tạo nguồn lượng tổng hợp, tối ưu hóa sử dụng nguồn tài nguyên tăng cường khả cung cấp lượng ổn định Bằng cách sử dụng biogas từ bã cà phê, cộng đồng chuyển đổi sang hệ thống lượng bền vững, giúp giảm áp lực lên nguồn lượng truyền thống thúc đẩy chuyển đổi sang nguồn lượng tái tạo 3.2.7 Công giới & giảm bất bình đẳng (SDG & 10) Việc sử dụng chế biến bã cà phê đóng vai trò quan trọng việc tăng cường vai trò địa vị phụ nữ ngành cà phê Truy cập vào quy trình sử dụng bã cà phê mang lại cho phụ nữ hội để tham gia vào định hoạch định quy trình sản xuất, từ việc chọn lựa giống cà phê đến cách thức chế biến, đào tạo cung cấp thông tin cà phê Điều giúp họ hiểu rõ giá trị bã cà phê cách tích hợp vào quy trình canh tác cách hiệu Quyết định có thơng tin đầy đủ giúp nông dân nữ đưa định thơng minh có trách nhiệm Việc họ tham gia vào quy trình sản xuất định tài nguyên tạo cộng đồng mạnh mẽ, đa dạng có trách nhiệm, giúp tăng cường vị xã hội người phụ nữ Quá trình sử dụng bã cà phê thiết kế để chia sẻ lợi ích quyền lực cách công nam nữ nông dân Điều không bước quan trọng việc giảm bất bình đẳng giới mà cịn làm tăng cường 51 sức mạnh ổn định cộng đồng Việc tích hợp bã cà phê vào sản phẩm quy trình sản xuất tạo hội công cho tất cộng đồng nông dân quản lý phân phối bã cà phê để đảm bảo người hưởng lợi từ giá trị thêm nó, khơng phụ thuộc vào giới tính hay địa vị xã hội Điều giúp giảm bất bình đẳng tạo cộng đồng cơng Ngoài ra, sử dụng bã cà phê mang lại quyền lợi lợi ích cơng cho nhóm cộng đồng nơng dân Quy trình chế biến bã cà phê tổ chức cách minh bạch công bằng, đảm bảo người có quyền lợi hưởng lợi ích cơng từ sản phẩm cuối Điều tạo mơ hình kinh doanh sản xuất cơng có trách nhiệm xã hội Q trình tận dụng bã cà phê để tạo hội công ngành cà phê không hành động cụ thể mà cịn tạo mơ hình phát triển cộng đồng Việc truyền cảm hứng khích lệ ngành cơng nghiệp khác để áp dụng mơ hình cơng có trách nhiệm xã hội 3.2.8 Tiêu dùng & sản xuất có trách nhiệm (SDG 12) Bã cà phê, sử dụng cách có trách nhiệm, thúc đẩy mơ hình sản xuất bền vững Q trình tái chế bã cà phê không giảm lượng chất thải mà cịn giúp tối ưu hóa sử dụng tài nguyên, giảm lượng nước lượng cần thiết trình sản xuất cà phê Sử dụng bã cà phê sản phẩm quy trình sản xuất khơng giảm chất thải mà cịn giảm nhiễm từ ngành cơng nghiệp cà phê Việc đóng góp vào mục tiêu giảm chất thải ô nhiễm, giúp trì sức khỏe mơi trường giảm áp lực lên nguồn tài nguyên tự nhiên Ngoài ra, bã cà phê cịn tích hợp vào sản phẩm tiêu dùng, khuyến khích tiêu dùng có trách nhiệm Điều không tạo đa dạng thị trường mà cịn khuyến khích người tiêu dùng chọn lựa sản phẩm có ảnh hưởng tích cực môi trường xã hội Tái chế bã cà phê để sử dụng sản phẩm không giảm lượng chất thải mà cịn tối ưu hóa sử dụng tài nguyên Nó giúp giảm áp lực lên nguồn cung cấp nguyên liệu thúc đẩy việc chuyển đổi sang mơ hình kinh doanh sản xuất có trách nhiệm Bã cà phê cung cấp nguồn nguyên 52 liệu tái chế có tiềm lớn Việc khuyến khích tái chế tái sử dụng bã cà phê giúp giảm lượng rác thải tiêu thụ tài nguyên, hỗ trợ mục tiêu sản xuất tiêu dùng có trách nhiệm Bã cà phê, tích hợp cách có trách nhiệm, giúp xây dựng thị trường bền vững Sự trọng vào sản xuất tiêu dùng có trách nhiệm tạo động lực cho doanh nghiệp người tiêu dùng để chuyển đổi sang mơ hình kinh doanh bền vững tạo hệ thống kinh tế xanh Sử dụng bã cà phê cách có trách nhiệm hỗ trợ cộng đồng nơng dân Việc tích hợp họ vào chuỗi cung ứng đảm bảo quyền lợi công giúp xây dựng mơ hình kinh doanh cơng bền vững Bã cà phê từ nông dân sử dụng phương pháp canh tác hữu nguồn nguyên liệu chất lượng cho sản xuất hữu Tập trung sản xuất hữu không đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà đảm bảo bền vững hệ sinh thái sức khỏe nông dân 3.2.9 Hành động với biến đổi khí hậu - Tài nguyên biển - Tài nguyên đất (SDG 13,14,15) Bã cà phê không sản phẩm cuối mà cịn tái chế để hỗ trợ trình canh tác bền vững Bã cà phê sử dụng nguồn phân bón hữu Khi tích hợp vào đất, cung cấp chất dinh dưỡng cho trồng mà không gây hại cho môi trường Điều không cải thiện chất lượng đất mà cịn giảm phụ thuộc vào phân bón hóa học, đồng nghĩa với việc giảm ảnh hưởng tiêu cực q trình sản xuất chất hóa sản phẩm thải kèm theo lên môi trường - việc có liên quan trực tiếp đến biến đổi khí hậu tồn cầu Khơng thế, bã cà phê có khả cải thiện cấu trúc đất cách tăng cường khả giữ nước đất, giúp đối phó với biến đổi khí hậu cách giảm thiểu rủi ro tình trạng hạn hán lũ lụt Đồng thời, trình phân hủy tự nhiên bã cà phê đất tăng cường khả hấp thụ carbon đất, giảm lượng khí nhà kính xuất phát từ q trình giải phóng carbon 53 Việc sử dụng bã cà phê cách bền vững có tác động tích cực tài ngun biển Bã cà phê, tái chế, thay số nguyên liệu từ nhựa quy trình sản xuất Điều giảm lượng chất thải nhựa đầu vào môi trường biển, giúp bảo vệ sinh sinh vật biển Quá trình sản xuất bã cà phê thiết kế cho hạn chế việc sử dụng hóa chất độc hại Khi bã cà phê tái chế tích hợp vào sản phẩm, giúp giảm lượng hóa chất đưa vào mơi trường biển thơng qua q trình sản xuất Sự chọn lựa bã cà phê làm nguyên liệu tái chế thúc đẩy xu hướng sử dụng nguyên liệu tái chế tái sử dụng ngành công nghiệp khác nhau, giảm áp lực lên tài nguyên biển Mặc khác, tính chất chống oxy hóa bã cà phê khơng làm đẹp bảo vệ da mà cịn có ảnh hưởng tích cực lên mơi trường biển Cụ thể, sản phẩm chăm sóc da thực phẩm chức chứa bã cà phê giúp bảo vệ da khỏi tác động tác nhân ô nhiễm mơi trường biển, hóa chất chất nhiễm khác Tính chất chống nắng tự nhiên bã cà phê giúp giảm tác động tia UV từ ánh sáng mặt trời lên da Điều không giúp bảo vệ da mà giảm tác động chất chống nắng hóa học lọt vào mơi trường nước Các chất chống oxy hóa tự nhiên bã cà phê không gây hại cho hệ sinh thái biển sản phẩm cuối loại bỏ Điều giúp trì cân tự nhiên mơi trường biển Về phương diện tài nguyên đất liền, bã cà phê, sử dụng loại phân bón hữu cơ, mang lại nhiều lợi ích cho chất lượng đất, bật có khả giữ nước tốt Việc sử dụng làm phân bón giúp đất giữ nước, giảm nguy nước tăng cường ổn định đất Bã cà phê cung cấp chất hữu cho đất, làm tăng cường sức khỏe đất Sự giàu chất hữu giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả giữ chất dinh dưỡng cung cấp môi trường tốt cho vi sinh vật có lợi Việc sử dụng bã cà phê nguồn phân bón tự nhiên giúp giảm phụ thuộc vào phân bón hóa học, giảm tác động xấu môi trường tài nguyên tự nhiên Bã cà phê khơng nguồn phân bón hữu mà cịn hỗ trợ q trình tái chế đất sau chu kỳ canh tác phục hồi đất đai Việc giúp tái tạo cấu trúc đất, cung cấp chất dinh dưỡng khí hậu thích hợp cho trồng mà không cần sử dụng nguồn đất Đồng nghĩa, 54 hỗ trợ tái chế đất sử dụng bã cà phê giúp giảm áp lực lên tài nguyên đất tự nhiên Thay mở rộng diện tích canh tác mới, tái chế giúp trì tính ổn định hệ sinh thái đất ngăn chặn q trình mát đất đai Ngồi ra, ta sử dụng bã cà phê dự án phục hồi rừng hệ sinh thái giúp giảm khai thác gỗ bảo vệ đa dạng sinh học 3.2.10 Các đối tác mục tiêu (SDG 17) Hợp tác ngành cơng nghiệp cà phê, phủ, tổ chức phi phủ khơng tạo giải pháp tồn diện bền vững mà cịn đóng góp vào mục tiêu phát triển tồn cầu Cụ thể, phủ đóng vai trị quan trọng việc thiết lập thực thi quy định liên quan đến ngành cơng nghiệp cà phê Họ xúc tiến việc thực biện pháp bảo vệ môi trường, bảo vệ quyền lao động đảm bảo ngành công nghiệp hoạt động theo cách bền vững Tổ chức phi phủ, tổ chức phi lợi nhuận tổ chức xã hội, hỗ trợ cộng đồng nông dân người lao động ngành cà phê Họ cung cấp chương trình đào tạo, tài trợ cho dự án phát triển cộng đồng, đảm bảo lợi ích ngành cơng nghiệp cà phê phân phối công Hợp tác ngành cơng nghiệp, phủ, tổ chức phi phủ hỗ trợ nghiên cứu phát triển công nghệ phương pháp canh tác bền vững Việc giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất, giảm tác động tiêu cực môi trường, cung cấp giải pháp sáng tạo cho thách thức ngành Ngồi ra, phủ tổ chức phi phủ cịn đóng vai trị quan trọng việc chia sẻ kiến thức kinh nghiệm doanh nghiệp cộng đồng Việc giúp tạo môi trường học tập, thúc đẩy đổi mới, cải tiến ngành công nghiệp cà phê đồng thời, hỗ trợ việc thiết lập sách chương trình an sinh xã hội để đảm bảo người làm việc ngành công nghiệp cà phê có điều kiện làm việc tốt quyền lợi 55 CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM 5.1 Mục tiêu thí nghiệm Trích xuất cao chiết dầu từ bã cà phê qua sử dụng nhằm tạo nguyên liệu xanh ứng dụng sản xuất sản phẩm chăm sóc da 5.2 Nội dung thí nghiệm Nội dung 1: Hiệu suất thu hồi dùng phương pháp chiết siêu âm để trích xuất cao chiết dầu từ bã cà phê qua sử dụng với ba loại dung môi khác Nội dung 2: Hàm lượng Phenolic có cao chiết cà phê 5.3 Nguyên liệu thiết bị 5.3.1 Nguyên liệu Cà phê bã từ cà phê bột 100% Robusta trồng rộng rãi Tây Nguyên Việt Nam, đặc biệt Buôn Mê Thuột, thường thu hoạch vào khoảng tháng 10 đến tháng 12 hàng năm Ethanol (96%) mua từ nhà cung cấp địa phương Thuốc thử Folin-Ciocalteu, axit Gallic, nhôm triclorua ngậm nước natri nitrit mua từ Sigma-Aldrich (Mỹ) 5.3.2 Thiết bị Các thiết bị sử dụng phịng thí nghiệm bao gồm cân phân tích, sàng, bơm chân không, tủ ấm, bể siêu âm (Powersonic 620, Hwashin, Hàn Quốc), đầu dò siêu âm (UP400St siêu âm Homogenizer 400 watt, Hielscher, Đức), thiết bị cô quay chân không Các dụng cụ sử dụng cho thí nghiệm bao gồm cốc thủy tinh, ống đong chia độ, buret, micropipette, que khuấy, thìa, giấy lọc, phễu thìa 5.4 Phương pháp thực nghiệm 5.4.1 Xử lý nguyên liệu thô Bã cà phê sau thu gom từ cửa hàng sấy vịng 24h với nhiệt độ 50 °C Sau bã khơ bảo quản cách để tủ hút ẩm để trì lượng ẩm bã 5% 56 5.4.2 Quy trình chiết siêu âm hiệu suất chiết Quy trình chiết siêu âm tuân theo phương pháp Salsabeel R Hassan cộng miêu tả sơ đồ khối Hình 5.1 [12] 30g bã cà phê qua sử dụng phân tán dung môi (nước ethanol n-hexane) tỷ lệ 1:10 siết âm máy Hielscher UP400St (90-100 W) nhiệt độ 50 °C Quá trình chiết xuất thực vòng 15 phút, dung dịch lọc sau lọc hút chân khơng Dung dịch sau lọc cô đặc máy rotavapor (45 phút, 50 °C, 35-40 rpm) Cặn từ lần lọc chiết xuất lại để tối đa hóa lượng sản phẩm thu Sau đó, cao chiết bảo quản °C Hiệu suất chiết tính cơng thức: Với: H%: Hiệu suất chiết mcao khô: Khối lượng cao chiết khô sau chiết siêu âm mbột bã cà phê khô: Khối lượng bột bã cà phê dùng cho trình chiết Hình 5.1 Quy trình chiết siêu âm bã cà phê 57 5.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng phenolic cao chiết bã cà phê Hàm lượng polyphenol tổng (TPC) đối tượng khảo sát xác định theo phương pháp Folin - Ciocalteu Singleton (1999) [13] 5.4.3.1 Nguyên tắc Sự trao đổi điện tử môi trường kiềm hợp chất phenolic bị oxy hóa thuốc thử Folin - Ciocalteau tạo thành hợp chất có màu xanh (molydenium) Đo độ hấp thu bước sóng 760 nm kết hợp với đồ thị đường chuẩn theo gallic acid, tính hàm lượng tổng hợp chất phenolic có mẫu phân tích 5.4.3.2 Phương pháp tiến hành Chuẩn bị dung dịch sau: · Dung dịch Na2CO3 20%: hòa tan 20 g Na2CO3 nước cất, định mức lên thành 100 mL đun sôi Sau dung dịch nguội, thêm vài tinh thể Na2CO3, sau 24 lọc lấy dung dịch · Dung dịch gallic acid 1000 µg/mL: hịa tan 10 mg gallic acid mL DMSO, sau định mức lên 10 mL nước cất Từ dung dịch pha dung dịch có nồng độ sau nước cất: 0; 100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000 (µg/mL) Lập đường chuẩn: · Cho 200 μL thuốc thử Folin – Ciocalteau vào 40 μL dung dịch gallic acid nồng độ khác nhau, đồng bể lắc siêu âm phút nhiệt độ phòng · Thêm 600 μL dung dịch Na2CO3 20% 3160 μL nước cất vào hỗn hợp trên, tiếp tục đồng bể lắc siêu âm 30 phút nhiệt độ phòng · Tiến hành đo mật độ quang bước sóng λ = 760 nm Lặp lại lần cho nồng độ, lấy giá trị trung bình · Từ độ hấp thu dung dịch gallic acid nồng độ khác nhau, dựng đồ thị đường chuẩn Hình 5.2 58 Hình 5.2 Đường chuẩn Gallic acid Định lượng phenolic mẫu: · Tiến hành lập đường chuẩn thay chất chuẩn cao chiết · Hàm lượng phenolic tính tốn từ đường chuẩn với đơn vị mg gallic acid/g cao khơ Tính tốn kết quả: Hàm lượng phenolic có mẫu tính theo công thức sau: Với: GAEmẫu (mg QUE/g cao) : hàm lượng phenolic tổng tính gam cao chiết V (mL) : thể tích mẫu m (g) : khối lượng mẫu 59 GAEchuẩn (mg/mL) : hàm lượng ước lượng gallic acid suy từ đường chuẩn gallic acid GAEchuẩn giá trị x cơng thức đường chuẩn gallic acid, tính cách thay giá trị độ hấp thu mẫu vào giá trị y 5.5 Kết thí nghiệm Bã cà phê sau thu gom từ cửa hàng, sấy để loại bỏ ẩm, để thuận tiện cho mục đích bảo quản thực thí nghiệm cách bước phía sau, hàm lượng ẩm bã cà phê xác định 82.67% Dựa vào biểu đồ 5a, cho thấy hiệu suất chiết với dung môi cồn thấp với 5.59%, hexane cao với 8.47% Trong khi chiết dung mơi nước đạt hiệu suất thấp chiết với hexane không đáng kể, với hiệu suất chiết 7.32% so với chiết cồn 1.73% Dựa vào biểu đồ 5b, tổng hàm lượng phenolic cao chiết nước cồn thông qua phương pháp chiết siêu âm 163.88 (mg GAE/g chiết xuất) 210.38 (mg GAE/g chiết xuất) Kết cho thấy phương pháp chiết cồn có hàm lượng phenolic cao so với việc sử dụng nước, cồn có độ phân cực thấp nước, giúp chiết xuất hợp chất phenolic tốt Hình 5.3 a) Hiệu suất chiết Phenolic với loại dung môi; b) Tổng hàm lượng Phenolic thu sừ dụng loại dung môi Kết lớn nhiều so với liệu nghiên cứu trước Carolina Andrade cộng sự, hàm lượng phenolic trung bình nằm 60 khoảng từ 20 đến 30 mg GAE/g chiết xuất Điều cho thấy q trình chiết xuất cà phê phin với nước chưa trích xuất hết hợp chất phenolic, khiến cho bã cà phê cịn chứa nhiều hợp chất phenolic Do đó, việc tận dụng cao chiết từ bã cà phê họ có tiềm ứng dụng rộng rãi sản phẩm chăm sóc da, chứa lượng phenolic đáng kể mang lại nhiều lợi ích cho da CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Bã cà phê loại nguyên liệu xanh có tiềm ứng dụng để sản xuất thành phần hoạt chất công thức mỹ phẩm Về mặt hoạt tính, bã cà phê chứa hoạt chất dạng phenolics, flavonoid, tannin caffeine, có tác dụng cải thiện chất lượng da Loại cà phê, phương pháp tách, cơng thức cách chế biến cà phê có ảnh hưởng đến hợp chất hoạt động chứa khả thẩm thấu qua da Phương pháp chiết xuất dung môi với ethanol cho hàm lượng phenolic tổng số cao Ngồi ra, cách tạo cơng thức mỹ phẩm, loại nhũ tương, chất hoạt động bề mặt chất phụ gia khác thông số định thâm nhập hợp chất hoạt động qua da hiệu loại mỹ phẩm Về mặt phát triển bền vững, sản phẩm phần lớn có nguồn nguyên liệu đảm bảo yếu tố bền vững canh tác, tiêu thụ sản phẩm khắc phục yếu tố độc hại trình sản xuất Điều đáp ứng 12 17 tiêu chí phát triển bền vững Liên Hợp Quốc Bã cà phê vừa đảm bảo tính hoạt chất khám phá vể mặt ứng dụng thỏa tính xanh ứng cử viên sáng giá ngành nguyên liệu mỹ phẩm 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D D Durán-Aranguren, S Robledo, E Gomez-Restrepo, J W Arboleda Valencia, and N A Tarazona, "Scientometric Overview of Coffee By-Products and Their Applications," Molecules, vol 26, no 24 doi: 10.3390/molecules26247605 [2] K Johnson,Y.Liu, andM Lu,"AReviewof RecentAdvancesin SpentCoffee Grounds Upcycle Technologies and Practices," (in English), Review vol 4, 2022-April-14 2022 [3] P Stufano, A Perrotta, R Labarile, and M Trotta, "The second life of coffee can be even more energizing: Circularity of materials for bio-based electrochemical energy storage devices," MRS Energy & Sustainability, vol 9, no 2, pp 443-460, 2022/09/01 2022 [4] T A.Singh, N.Pal, P.Sharma, and A K.Passari, "Spent coffeeground:transformation from environmental burden into valuable bioactive metabolites," Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, vol 22, no 4, pp 887-898, 2023/12/01 2023 [5] N N T L V Tái chế bã cà phê [Online] Available: https://tuoitre.vn/tai-che-ba-caphe-20221018092446535.htm [6] Giải pháp lượng hiệu từ bã cà phê [Online] Available: https://martech.com.vn/vi/tin-tuc/tu-van-ky-thuat/giai-phap-nang-luong-hieu-qua-tuba-ca-phe.html#:~:text=V%E1%BB%9Bi%20m%E1%BB%97i%20t%E1%BA%A5n %20b% C3%A3%20c%C3%A0,th%E1%BB%83%20t%C3%ADch%20kh%C3%AD %20Carbo n%20Dioxide [7] M.Lauberts,I.Mierina,M Pals,M.A.Latheef, andA Shishkin,"Spent Coffee Grounds Valorization in Biorefinery Context to Obtain Valuable Products Using Different Extraction Approaches and Solvents," Plants, vol 12, no doi: 10.3390/plants12010030 [8] A B A de Azevedo, T G Kieckbush, A K Tashima, R S Mohamed, P Mazzafera, and S A B V d Melo, "Extraction of green coffee oil using supercritical carbon dioxide," The Journal of Supercritical Fluids, vol 44, no 2, pp 186-192, 2008/03/01/ 2008 [9] J P Coelho, R M Filipe, M Paula Robalo, S Boyadzhieva, G S Cholakov, and R P Stateva, "Supercritical CO2 extraction of spent coffee grounds Influence of cosolvents and characterization of the extracts," The Journal of Supercritical Fluids, vol 161, p 104825, 2020/07/01/ 2020 [10] H Xu, W Wang, X Liu, F Yuan, and Y Gao, "Antioxidative phenolics obtained from spent coffee grounds (Coffea arabica L.) by subcritical water extraction," Industrial Crops and Products, vol 76, pp 946-954, 2015/12/15/ 2015 [11] S Hibbert, K Welham, and S H Zein, "An innovative method of extraction of coffee oil using an advanced microwave system: in comparison with conventional Soxhlet extraction method," SN Applied Sciences, vol 1, no 11, p 1467, 2019/10/24 2019 [12] S R Hassan and A M Al Yaqoobi, "Assessment of Ultrasound-Assisted Extraction of Caffeine and its Bioactivity," Journal of Ecological Engineering, vol 24, no 3, pp 126-133, 2023 2023 [13] V L Singleton, R Orthofer, and R M Lamuela-Raventós, "[14] Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent," in Methods in Enzymology, vol 299: Academic Press, 1999, pp 152-178 62