Vỏ và thịt quả cà phê
Trên thế giới, cà phê là loại thức uống được sử dụng nhiều thứ hai sau trà Quả cà phê bao gồm 5 lớp màng bảo vệ hạt cà phê (Hình 1.1), thứ tự từ ngoài vào trong của chúng như sau [12]:
• Lớp vỏ (skin hoặc outer skin): Lớp màng đơn được bao phủ bởi một lớp sáp, được hình thành bởi một lớp tế bào nhu mô nhỏ (các tế bào sơ cấp có chứa lục lạp và có khả năng hấp thụ nước), khi chín có thể có màu đỏ, vàng hoặc hồng, tùy theo giống cà phê
• Lớp vỏ thịt và lớp chất nhầy (pulp và mucilage): Trong quả cà phê chưa chín, lớp vỏ thịt là các mô cứng gắn liền với vỏ quả, khi quả trưởng thành, các enzyme pectolytic sẽ phá vỡ các chuỗi pectic tạo thành các hợp chất đường và pectin làm nên một cấu trúc mềm, mọng nước có độ nhớt cao nên thường được gọi là lớp chất nhầy (Mucilage)
• Lớp vỏ trấu (Parchment): lớp ngoài cùng của phần hạt, tiếp xúc trực tiếp với phần vỏ quả, được hình thành từ ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng
• Lớp vỏ lụa (silver skin): Lớp vỏ này rất mỏng, được hình thành từ nucellus, bao bọc trực tiếp nhân cà phê
• Nhân cà phê (bean): Phần trong cùng và là quan trọng nhất của quả, chịu trách nhiệm trích lũy chất dinh dưỡng cho quá trình nảy mầm của phôi Một quả cà phê thông thường có 2 nhân
Thành phần cấu tạo quả cà phê
Quá trình sản xuất cà phê nhân bắt đầu từ quá trình loại bỏ các thành phần bên ngoài quả cà phê dù theo quy trình chế biến ướt, chế biến khô, quy trình bán khô, hay quy trình cơ học chỉ để lại hạt cà phê tươi Một lượng lớn phụ phẩm, phần lớn là và thịt quả cà phê, chiếm 40 - 45% khối lượng quả cà phê bị thải bỏ trong quá trình chế biến cà phê nhân, tác động xấu đến môi trường [11]
Vỏ và thịt quả cà phê chứa 44,0 - 50,0% carbohydrate, 18,0 - 21,0% xơ tổng, 10,0
- 12,0% protein và 2,5% lipid (tính trên khối lượng chất khô) [13], thường được tận dụng làm nguyên liệu sản xuất biogas, phân bón sinh học, cơ chất trồng nấm và thức ăn gia súc [14] Tuy nhiên, đáng chú ý hơn, vỏ và thịt quả cà phê chứa một lượng lớn các hợp chất có hoạt tính sinh học như hợp chất phenolic (1,48%) [11], caffeine (1,25-1,3%),
HVTH: NGUYỄN CHIÊU BÌNH tannins (1,8-8,6%) và chlorogenic acid (1,07%) (tính trên khối lượng chất khô) [13] Từ đó thúc đẩy các nghiên cứu thu nhận hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ và thịt quả cà phê
Một số hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa trong vỏ và thịt quả cà phê
Chất kháng oxy hoá là những hợp chất có khả năng ngăn chặn quá trình oxy hoá, chúng có nhiều vai trò trong sản xuất thực phẩm và sức khoẻ con người
Trong lĩnh vực thực phẩm, quá trình oxy hoá chất béo không bão hoà không những làm giảm giá trị cảm quan mà còn giảm giá trị dinh dưỡng, giảm sự an toàn của sản phẩm trong quá trình bảo quản và tạo ra các sản phẩm thứ cấp trong quá trình chế biến Do đó, việc bổ sung chất kháng oxy hoá sẽ ngăn chặn hoặc làm giảm quá trình oxy hoá trong thực phẩm gây ra và tăng thời gian bảo quản sản phẩm [15]
Việc tạo thành gốc tự do như gốc anion superoxide (O2●-), hydroperoxide (H2O2) và gốc hydroxyl (●OH) là hệ quả không thể tránh khỏi ở sinh vật trong quá trình trao đổi chất Gốc tự do không ổn định và nhanh chóng phản ứng với các chất khác trong cơ thể, dẫn tới tổn thương tế bào và các mô, kết quả là hàng loạt các rối loạn và bệnh tật xuất hiện như tiểu đường, ung thư, bệnh Alzheimer, viêm, xơ vữa động mạch, lão hóa, [15] Trong cơ thể con người, có nhiều hệ thống kháng oxy hoá khác nhau như enzyme kháng oxy hoá nội tại (superoxide dismutase, catalase và glutathione peroxidase), vitamin C, vitamin E, glutathione Chúng có vai trò quan trọng trong việc trung hòa gốc tự do, giúp tế bào không bị tổn thương Để ngăn ngừa và làm chậm quá trình peroxide trong thực phẩm, nhiều chất chống oxy hóa có bản chất hóa học như butylated hydroxytoluene (BHT), butylated hydroxyanisole (BHA), tert-butylhydroquinone (TBHQ) và propyl gallate (PG) đã và đang được sử dụng Tuy nhiên việc sử dụng các chất chống oxy hóa tổng hợp này cần được kiểm soát nghiêm ngặt do những nguy cơ ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người [16]
Do đó, những chất chống oxy hóa tự nhiên thay thế cho những chất chống oxy hóa tổng hợp đã và đang thu hút sự được quan của nhiều nhà khoa học trên thế giới Trong đó, dịch trích nguyên liệu thực vật là một trong những chất chống oxy hóa tự nhiên đáng được cân nhắc Trong đó hợp chất phenolic được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu
Hợp chất phenolic thực vật được định nghĩa là hợp chất có một (hợp chất phenolic đơn giản hoặc phenolic acid) hoặc nhiều vòng thơm mang gốc thế hydroxyl và được xem là sản phẩm trao đổi chất bậc 2 của thực vật Hợp chất phenolic bao gồm [17]:
• Acid phenolic có hai loại chính là các dẫn xuất của acid benzoic (protocatechuic acid, vanillic acid, gallic acid, syringic acid) và các dẫn xuất acid cinnamic (p-coumaric acid, caffeic acid, chlorogenic acid, cryptochlorogenic acid, neochlorogenic acid, ferulic acid, sinapic acid)
• Flavonoids là một nhóm lớn của các polyphenol tự nhiên, chúng đặc trưng bởi hạt nhân flavan chứa 15 nguyên tử Carbon xếp theo ba vòng (C6-C3-C6) Chúng được phân thành nhiều phân lớp khác nhau dựa vào mức độ oxy hóa của vòng, bao gồm: flavones, flavonols, flavan-3-ols, isoflavones, flavanones, anthocyanins [18]
Tổng quan về phương pháp trích ly
Cà phê
Cây thuộc dạng bụi, cao 3-5m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thế cao 7-10m Đơn thân hoặc nhiều thân, nhiều cành nằm ngang, lá đối xứng, hình trứng dài, rìa lá quăn, xanh đậm, phiến lá có nhiều gân, kích thước lá thay đổi theo từng chủng và điều kiện ngoại cảnh, thường dài từ 10-15 cm, rộng từ 4-6 cm
Hiện nay, có ba chủng cà phê được trồng chủ yếu trên thế giới cũng như ở Việt Nam là chủng cà phê chè (Arabica coffee), chủng cà phê vối (Robusta coffee) và chủng cà phê mít (Chari coffee) [9] :
• Hạt cà phê Arabica có vỏ lụa màu bạc, ít bám nhân, kích thước dài từ 5-10mm, rộng 4-7mm, dày 2-4mm và trọng lượng hạt 500-700 hạt/100g Hàm lượng caffeine trong nhân từ 0,9-1,8% khối lượng chất khô Cà phê Arabica mang hương vị chua thanh, đắng nhẹ, khi pha có màu nâu nhạt, trong trẻo màu hổ phách Ở Việt Nam, có 3 giống cà phê Arabica chính gồm Typica, Bourbon (xuất xứ từ Pháp), Catimor (xuất xứ từ Bồ Đào Nha, giống chiếm phần lớn sản lượng cà phê Arabica tại Việt Nam) và Catuai [10]
• Hạt Robusta có hình bầu dục hoặc hình tròn, vỏ lụa màu trắng rất khó bong, dài 5-8mm, trọng lượng hạt 600-900 hạt/100g Hàm lượng caffeine trong nhân từ 2,0-3,0%