tiểu luận công nghệ sinh học thực phẩm môi trường CÀ PHÊ KHỬ CAFEIN

-Đối với các dung môi hữu cơ,caffeine có độ tan trung bình ở nhiệt độ thấp.Các dung môichứa Clo được dùng khá phổ biến để hòa tan caffeine còn tan được trong CO2 siêu tới hạn -Caffein là

CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM-MÔI TRƯỜNG

VĂN PHÚ CƯỜNG

Tháng 10 /2014

Mục lục

I TỔNG QUAN SẢN PHẨM

1.Sơ lược về cà phê 1

1.1 Phân loại………1

1.2 Thành phần hóa học chính của cà phê………

2 II CAFFEIN 1 Công thức phân tử………2

2.Ảnh hưởng của caffeine với cơ thể………4

III CÀ PHÊ KHỬ CAFFEIN 1.Cà phê khử caffein là gì ? 6

2.Tình hình tiêu thụ cà phê có caffeine và không có caffeine……… 7

3.Thị hiếu người tiêu dung với sản phẩm……… 8

4.Phương pháp chung khử caffeine trong cà phê………9

IV.QUI TRÌNH SẢN XUẤT 1.Phương Pháp Swiss water……… 10

1.1 Sơ đồ khối………10

1.2.Thuyết minh qui trình……….………11

1.2.3.Sấy……….12

1.2.4.Rang……… …13

1.2.5.Xay……… 14

1.2.6.Phối trộn……… 15

1.2.7.Đóng gói……… 15

2.Phương Pháp Khử Caffein Bằng CO2 Siêu Tới Hạn. 2.1.Sơ đồ khối………16

2.2.Thuyết minh qui trình……….17

2.2.1.Qúa trình sục hơi nước………17

2.2.2.Tách caffeine……… 17

2.2.3.Tách caffeine bằng CO 2 và than hoạt tính……….18

V CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG VÀ BẢO QUẢN 1.Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm………23

3.Bảo quản……….23

I.TỔNG QUAN SẢN PHẨM

1.Sơ lược về cà phê

- Cây cà phê thuộc lớp Magnoliopsida, bộ Rubiales, họ Rubiacae, giống Coffea,có 4 loại: Coffea arabica, Coffea canephora, Coffea liberica và Coffea stenophylla.

1.1.Phân loại : (3 loại )

* Cà phê chè ( Coffea arabica)( dùng làm cafe rang xay)

-Trồng vùng núi cao, khí hậu lạnh chủ yếu ơ Châu Âu

-Trái hình trứng , chín đỏ đều, hạt to tròn dẹt, xanh cốm đặc trưng, hương vị thơm ngon

* Cà phê vối(Coffea robusta) (dùng cho cafe hòa tan)

-Trồng vùng độ cao thấp, khí hậu mưa nhìu, nóng ẩm

-Trái hình tròn, núm to, màu đỏ cam, đỏ nhạt, hạt cafe tròn dẹt màu xanh nâu

-Hương vị nhạt hơn Arabica nhưng lượng cafein cao hơn (2-4%)

*Cà phê mít ( Coffea Liberica-Coffea Excelsa)

-Ít được ưa chuộng

-Chín không đồng đều, hạt nhỏ vị nhạt nhẽo và chua

Hình 1.1 cấu tạo cà phê

1.2.Thành phần hóa học trong cà phê nhân:

-Thành phần hóa học của cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản

-Ngoài nước, chất khoáng, cacbohydrac, protein tổng,lipit, thì cafein là thành phần quan trọng của cà phê quyết định tính chất sản phẩm.

II Caffeine:

1.Công thức phân tử : C8H10N4O2.

Tên hóa học: 1,3,7_Trimethylxanthine;

3,7-Dihydro-1,3,7-Trimethyl-1H-purine- 2,6-dione; 1,3,7-Trimethyl-2,6-dioxopurine; 7-Methyltheophyllin

Caffein có bản chất hóa học là 1 alkaloid, thuộc nhóm các hợp chất có vòng

Cafein tồn tại ở dạng tinh thể trắng, nóng chảy ở 136 độ C

Caffein tan trung bình trong nước Độ tan này thay đổi theo nhiệt độ

Độ tan của caffeine trong nước ở các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ (0 C) Độ tan (g/100g nước) Nhiệt độ (0 C 0 Độ tan (g/100g

-Đối với các dung môi hữu cơ,caffeine có độ tan trung bình ở nhiệt độ thấp.Các dung môichứa Clo được dùng khá phổ biến để hòa tan caffeine còn tan được trong CO2 siêu tới hạn

-Caffein là chất kích thích có dược tính được tiêu thụ rộng rãi nhất trên thế giới.Tác dụng chính của caffeine là kích thích hệ thần kinh trung ương,gia tăng khả năng hoạt động trí

óc và tao hưng phấn

-Sự hấp thu caffeine từ hệ thống dạ dày và ruột diễn ra nhanh chóng và

kết thúc chỉ 45 phút sau khi được tiêu hóa.Khoảng 15-120 phút sau khi

tiêu hóa nồng độ caffeine trong huyết tương có thể đạt được giá trị cực

đại 8-10mg/l nếu sử dụng 5-8mg caffeine/kg thể

Cơ chế chuyển hóa caffeine tùy thuộc giống loài.Ở người khoảng 80% caffeine bị nhóm methyl thành paraxanthine và 16% chuyển thành theobromine và theophylline tại

gan Các quá trình loại methyl và oxy hóa tiếp theo sinh ra các muối urate và các dẫn xuấturacil

-Ngoài tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương bằng cơ chế được giải thích ở trên, caffeine còn gây ra 1 số tác dụng tiêu cực cho sức khỏe như gây mất hoặc khó ngủ,ảnh hưởng đến hệ tim mạch ở mức hấp thu 250mg caffeine làm co giãn các cơ mềm của mạchmáu và làm tăng nhịp tim

-Caffein làm tăng tiết acid dạ dày,do đó không tốt cho ngững người bị chứng viêm loe dạ dày

-Caffein còn liên quan đến các bệnh mạch vành

-Khử caffeine( decaffeination) là thuật ngữ kĩ thuật tách caffeine từ cà phê nhằm mục đích sản xuất loại cà phê “không caffeine” (hàm lượng caffeine tuân theo các chỉ tiêu cụ thể ) nhưng vẫn giữ hương vị đặc trưng của cà phê

-Do hầu hết hương vị của cà phê được tạo ra trong quá trình rang,Qúa trình khử caffeine được tiến hành trên hạt cà phê nhân chưa rang.Tuy nhiên, những tiến bộ trong kĩ thuật thuhồi chất thơm đã cho phép thực hiện quá trình khử caffeine từ dịch trích cà phê Ngày

nay, các sản phẩm cà phê nhân, cà phê rang xay và cà phê hòa tan không caffeine đã trở nên rất phổ biến.

2.Ảnh hưởng của caffeine đến cơ thể

2.1.Ảnh hưởng của caffeine đến hệ thần kinh

Tác dụng chính của caffeine là kích thích hệ thần kinh trung ương

Caffeine liều cao có thể gây ra một hiệu ứng giống như stress

ở người cai nghiện caffeine thường thấy nhức đầu dữ dội do sự co mạch máu não

2.2.Ảnh hưởng của caffeine đến hệ tuần hoàn

Caffeine và một số methylxanthine khác có thể ảnh hưởng đến chức năng tim mạch bằng cách làm thay đổi sự co bóp của tim và mạch máu Bằng chứng là ở mức hấp thu 250mg caffeine làm giãn các cơ mềm của mạch máu và làm tăng nhịp tim

Với những người không có thói quen dùng cà phê thì caffeine có thể làm tăng áp lực máu

và thường trợ lại sau 3-4h

2.3 Ảnh hưởng của caffeine đến hệ tiêu hóa

Caffeine làm tăng acid dạ dày, do đó không tốt cho những người bị viêm loét dạ dày Ngoài ra caffeine có thể gây ra một số triệu chứng như: khó tiêu, ợ nóng, đau bụng hoặc táo bón

2.4 Ảnh hưởng của caffeine đến hệ bài tiết

Caffeine giúp lợi tiểu vì làm tăng lưu lượng máu qua thận và tốc độ lọc của thận

Caffeine làm tăng sự giải phóng các thận tố từ thận

2.5.Các ảnh hưởng khác

Một số nhà khoa học cho rằng caffeine có thể làm tăng tỉ lệ sẩy thai ở phụ nữ, tuy nhiên một số nghiên cứu khác lại cho rằng caffeine không hề có ảnh hưởng gì đến sẩy thai của phụ nữ.

Các nhà khoa học cũng cho rằng caffeine làm giảm khả năng hấp thu canxi của cơ thể

So sánh lợi ích và tác hại của caffeine

CAFFEINE

-Caffeine là chất có tác dụng kích thích

hệ thần kinh trung ương, làm cho tỉnh

táo, kích thích khả năng làm việc, đặc

biệt làm bằng trí óc, tăng cường hoạt

động cơ

-Các loại nước giải khát như nước giải

khát có ga ( coca-cola, nước tăng lực)

đều có chứa caffeine Caffeine còn

dược dùng làm thuốc: thuốc trị cảm,

đau nhức nhằm tăng cường tác dụng

giảm đau của paracetamol, aspirin hoặc

giảm tác dụng phụ gây buồn ngủ của

thuốc trị dị ứng

-Ngoài ra, cà phê còn dược xem là thức

uống có giá trị dinh dưỡng vì chỉ cà phê

đen không thôi đã chứa 12% lipid ( chất

béo), 12% protid (chất đạm), 4% chất

khoáng, nhiều nhất là kali và magie

-Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng

-Ngoài caffeine trong cà phê có tác dụng trên hệ thần kinh trung ương và cảhoạt động của hệ thống tim mạch

Những người bị rối loạn tim mạch hoặc không dung nạp caffeine thì không nên uống cà phê

-Caffeine có tác dụng lợi tiểu, vì vậy, cần tránh uống cà phê vào ban đêm để không bị mất ngủ

-Caffeine có tác dụng kích thích làm tăng tiết acid dịch vị, vì vậy, tránh uống

cà phê vào lúc đói Người đã yếu dạ dàynếu uống cà phê lúc đói sẽ hại cho niêmmạc dạ dày

-caffeine có thể gây tương tác với một

số dược phẩm, chẳng hạn làm mất tác dụng an thần của thuốc an thần gây ngủ.-Ngoài ra caffeine còn gây ra một số tác

chất caffeine tăng cường hoạt động co

cơ và đẩy nhanh tốc độ sử dụng nguồn

năng lượng được lưu trữ ngắn hạn trong

cơ bắp của đàn ông

-Ngoài caffeine cà phê còn chứa các

chất chống oxy hóa Polyphenol trong

cà phê bảo vệ cơ thể khỏi sự lão hóa của

các tế bào bình thường và sự đột biến

của tế bào ung thư Cùng với trà, cà phê

được xếp trong số những đồ uống chứa

nhiều chất oxy hóa nhất

hai+Tăng hooc-môn gây căng thẳng thần kinh, gây mất ngủ

miligram Nhưng cà phê decaf đắt hơn cà phê bình thường.Sự chênh lệch về giá cả này là

do những công nghệ được sử dụng trong quá trình chế biến để tách cafein Xu hướng uống cà phê decaf tăng lên hằng ngày vì vậy doanh thu của các nhà sản xuất loại cà phê này cũng tăng nhanh chóng

2.Thị trường tiêu thụ cà phê có caffeine và không caffein

Tình trạng tiêu thụ cà phê trên thế giới gần đây đang thay đổi Tiêu thụ ở các nước sản xuất cà phê tăng lên, trong khi tiêu thụ của các nước nhập khẩu truyền thống giảm đi.

- Năm 2003 toàn thế giới tiêu thụ 113 triệu bao, trong đó các nước nhập khẩu tiêu thụ 85.2 triệu bao, các nước sản xuất tiêu thụ nội địa 27.6 triệu bao

- Năm 2004 toàn thế giới tiêu thụ 112.4 triệu bao, trong đó các nước nhập khẩu tiêu thụ 84.3 triệu bao (giảm 1.05%), các nước sản xuất tiêu thụ nội địa 28.1 triệu bao (tăng 1.78%)

- Brazil là nước sản xuất cà phê lớn nhất thế giới nhưng là nước tiêu thụ cà phê lớn thứ ba thế giới, khoảng 13.75 triệu bao trong niên vụ 2003

- Ethiopia quê hương của cà phê có truyền thống uống cà phê trong năm 2004 họ tự tiêu thụ khoảng 42% lượng cà phê trong nước sản xuất ra

- Các nước sản xuất khác tiêu thụ cà phê nhiều là: indonesia, Colombia, Mexico và

Ấn độ

- Việt nam đang khuyến cáo người dân tăng cường uống cà phê và số lượng các nhàrang xay cà phê cung cấp cho thị trường nội địa ngày càng nhiều

Mức tiêu thụ cà phê năm 2003 trên thế giới chia theo khu vực như sau:

- Châu âu : 36.5 triệu bao, tăng trưởng 1% so với năm 2002

- Bắc Mỹ và Trung Mỹ: 25.9 triệu bao, tăng trưởng 2% năm

- Đông Nam Á : 15.5 triệu bao, tăng trưởng khá nhanh (7%năm)

- Đông Âu: là thị trường nhỏ, tiêu thụ 8.6 triệu bao tăng 5%năm

Theo thống kê của Tổ Chức Cà Phê Thế Giới ICO, so sanh hai giai đoạn 2000-2003 và 1990-1993 thấy mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người ở nhiều nước Châu Âu (Áo, Đan Mạch, Phần Lan, Pháp, Đức, Hà Lan, Na Uy, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Vương Quốc Anh) Mỹ đều giảm đáng kể Chỉ vài nước như Ý, Bỉ và Nhật Bản có mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người tăng

2.2.Tình hình tiêu thụ cà phê tại Việt Nam:

San xuất cà phê tại Việt Nam được bắt đầu từ những năm đầu thế kỉ 20 đến nay đã được

100 năm nhưng ngành cà phê chỉ mới thực sự phát triển cả về mở rộng diện tích và nâng cao năng suất, sản lượng trong vòng 25 lại đây Trong khoảng ¼ thế kỉ, ngành cà phê Việt nam đã tăng sản lượng cà phê lên 100 lần và đứng vào hàng thứ hai trong các nước sản xuất cà phê trên thế giới, hàng năm cung cấp cho thị trường 12-14 triệu bao cà phê Robusta

Tháng 6/2004, các chuyên gia của ngân hàng thế giới đã đánh giá cao ngành cà phê Việt Nam: “Chỉ trong vòng 10 năm đã phát triển lên vị trí thứ 2 thế giới trong khi để làm đượcviệc đó Colombia đã phải trải qua chặng đường 75 năm”

2.3 Nhu cầu về cà phê khử caffeine trên thế giới:

Ngày nay, mối quan tâm về sức khỏe và những loại thực phẩm có liên quan đến sức khỏe ngày càng tăng Do đó, khi các tác dụng sinh lý của caffeine trong cà phê được biết đến rộng rãi thì ngày càng co nhiều người chuyển sang dùng các loại đồ uống có ít hoặc không có caffeine Tai Mỹ và Tây Ạu khoảng 8-10% lượng cà phê nhập khẩu hàng năm được xử lý để loại caffeine

3.Thị hiếu người tiêu dung với sản phẩm

-Hiện nay ơ Việt Nam khái niệm về cà phê khử cafein còn khá mới mẻ Thói quen sử dụng cà phê với hàm lượng cafein cao vẫn chiếm ưu thế , ứng dụng và sản xuất cà phê khử cafein chưa phát triển nhiều

4.Các phương pháp khử Cafein:Có ba phương pháp để khử caffein

khỏi hạt cà phê: phương pháp nước, phương pháp cacbon dioxin và

phương pháp dung môi

Phương pháp khử caffein bằng nước: là phương pháp được sử dụng

rộng rãi nhất để khử caffein Phương pháp này chỉ sử dụng nước làm

dung môi là nước chứ không dùng thêm bất kì một chất hoá học nào

nhất là phương pháp kiểu Thụy Sĩ Phương pháp này không gây độc hại

và không làm ảnh hưởng tới hương vị của cà phê

Phương pháp khử caffein bằng CO 2: phương pháp này sử dụng CO2 để

khử caffein Nhiệt độ và áp suất cao được sử dụng để biến CO2thành

một dung môi (Trong tiếng Anh thì “Supercritical” có nghĩa là trên mức

nhiệt độ và áp suất thông thường)

Đây là phương pháp khử caffein phổ biến nhất hiện nay Bằng cách sử

dụng CO2, một chất hoá học bền vững, caffein chứa trong cà phê sẽ bị

loại bỏ CO2 dư thừa có thể được thải ra ngoài không khí một cách an

toàn và không làm hại gì đến môi trường Thêm vào đó, nếu được điều

chỉnh đúng cách, phương pháp này sẽ cho ta giữ hương vị của cà phê hầu

như nguyên vẹn 97-99% caffein sẽ được tách khỏi hạt cà phê Phương

pháp này cũng không để lại những chất độc hại có khả năng đe doạ sức

khỏe con người

Sự bất tiện của phương pháp này là về giá cả Đây là một phương pháp

đắt tiền, bởi việc tạo áp suất cao đòi hỏi nhiều máy móc và thiết bị phức

tạp

Phương pháp khử caffein bằng dung môi: là phương pháp cổ nhất

dùng để tách chiết caffein khỏi hạt cà phê Ở phương pháp này, hạt cà

phê được xóc trong một dung môi có khả năng hấp thụ caffein, sau đó

dung môi này sẽ được tách ra Quá trình xóc và tách chiết sẽ tiếp tục cho

tới khi mức caffein đạt tới độ mong muốn.Phương pháp này thường được

bị hạn chế sử dụng vì nó để lại những chất thải độc hại trong hạt cà phê

Sau khi cà phê đã được khử caffein, nó được chuyển qua giai đoạn rang,

chế biến và đóng gói thành thành phẩm Ngày nay, với những phương

pháp tiên tiến về máy móc và công nghệ, người tiêu dùng có thể chọn lựa

rất nhiều loại cà phê khử caffein chất lượng cao Với xu hướng quan tâm

tới sức khỏe người tiêu dùng như hiện nay thì ngành công nghiệp sản

xuất cà phê Decaf sẽ còn phát triển mạnh mẽ hơn nữa

IV QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

II.PP SWISS WATER

-Cuối cùng dòng nguyên liệu sẽ đi qua thiết bị phân loại theo tỉ trọng, nhờ tác động run

và chuyển động dòng không khí từ dưới lên sẽ tách tạp chất có tỉ trọng tương đương với

-Chia dịch trích thành 3 phần:

+ Dùng than hoạt tính đễ bão hòa chất khô ( phần này được loại bỏ )

+ Trích ly cân bằng

+Tái sinh cột than hoạt tính

-Chuẩn bị than hoạt tính: lượng than hoạt tính sau khi ngâm trong dịch trích sẽ bão hòa các chất khô hòa tan trong cà phê mà không chứa cafein

-Tách Cafein: hạt cà phê cho vào thiết bị trích ly.Dịch trích đã chuẩn bị bơm vào thiết bị theo chiều từ dưới lên.Lưu lượng và thời gian lưu của dịch trích được tính toán sao cho lượng cafein trích ra triệt để nhất

-Tái sử dụng dịch trích: sau trích ly 1 số chất khô sẽ bám trên bề mặt hạt và nồng độ chất khô hòa tan của dịch trích tăng lên

+Dùng nước sạch để rửa các chất khô bám trên bề mặt

+Lượng dịch trích có chứa caffeine đi qua cột than hoạt tính để tách cafein ra

Thông số công nghệ:

-Nồng độ chất khô hòa tan của dịch trích trước khi tách cafein:15%

-Nồng độ chất khô hòa tan sau tách cafein:30%

-Tốc độ chảy của dung môi: càng cao sẽ giảm nồng độ lớp chất bao quanh hạt -> tăng tốc

độ trích ly

2.3.SẤY:

Mục đích: nhằm giảm hàm ẩm chuẩn bị cho quá trình rang

Phương Pháp : sử dụng sấy thùng quay

Phương pháp: thiết bị rang dạng thùng quay với thành đục lỗ.

-Thiết bị dạng thùng quay nằm ngang có thành đục lỗ, hạt sau rang sẽ được làm nguội ngay bằng bộ phận làm nguội được lắp thiết bị

-Kích thướt hạt: càng lớn thì thời gian rang càng lâu và ngược lại

* PHỤ GIA TRONG QUÁ TRÌNH:*

-Sử dụng 1 số phụ gia như rượu, muối ăn , magarine, dầu mỡ… đễ làm tăng mùi vị và hàihòa sản phẩm