Sản xuất bột cà phê tách caffein

Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Mục lục PHẦN I: TỔNG QUAN CÀ PHÊ ĐỊNH NGHĨA PHÂN LOẠI QUẢ CÀ PHÊ CẤU TẠO THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG SƠ LƯC NHU CẦU SỬ DỤNG CÀ PHÊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM CAFFEINE 12 ĐỊNH NGHĨA CAFFEINE TÍNH CHẤT HÓA HỌC, VẬT LÝ VÀ HÓA LÝ CỦA CAFFEINE ĐẶC TÍNH SINH LÝ CỦA CAFFEINE ĐỊNH NGHĨA SỰ KHỬ CAFFEINE CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ CAFFEINE PHẦN II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CÀ PHÊ TÁCH CAFFEINE SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 20 QTCN I : PHƯƠNG PHÁP SWISS WATER QTCN II : PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CO2 SIÊU TỚI HẠN THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 22 QTCN I : PHƯƠNG PHÁP SWISS WATER QTCN II : PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CO2 SIÊU TỚI HẠN SO SÁNH HAI QUY TRÌNH 37 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine PHẦN III: SẢN PHẨM MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VỀ CÀ PHÊ KHỬ CAFFEINE 39 MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ MẶT TRÊN THỊ TRƯỜNG .40 PHẦN IV: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP .42 THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 42 KẾT QUẢ 42 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine PHẦN I: TỔNG QUAN CÀ PHÊ ĐỊNH NGHĨA PHÂN LOẠI QUẢ CÀ PHÊ CẤU TẠO THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG SƠ LƯC NHU CẦU SỬ DỤNG CÀ PHÊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM CAFFEINE ĐỊNH NGHĨA CAFFEINE TÍNH CHẤT HÓA HỌC, VẬT LÝ VÀ HÓA LÝ CỦA CAFFEINE ĐẶC TÍNH SINH LÝ CỦA CAFFEINE ĐỊNH NGHĨA SỰ KHỬ CAFFEINE CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ CAFFEINE Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine I CÀ PHÊ: ĐỊNH NGHĨA: Cây cà phê thuộc lớp Magnoliopsida, Rubiales, họ Rubiacae, giống Coffea, gồm có loài : Coffea arabica, Coffea canephora, Coffea liberica Coffea stenophylla PHÂN LOẠI: Trong nông nghiệp, cà phê chia làm loài sau: • a Cà phê chè (cà phê Arabica) : Nguồn gốc cao nguyên Jimma, thuộc nước Ethiopia, vùng nhiệt đới phía đông Châu Phi Gồm chủng : Typica, Bourbon, Moka, Caturra, Catuai, Catimor… Đây cà phê trồng lâu đời tiêu thụ nhiều giới thơm ngon, dòu (chiếm 70% sản lượng cà phê giới) Hàm lượng caffeine hạt trung bình 1,3% Cây thuộc dạng bụi, thân cao - 4m, cành đối xứng, mềm, rủ xuống Lá mọc đối xứng, hình trứng dài, đầu nhọn, rìa quăn, xanh đậm Quả cà phê thuộc loại thòt, hình trứng, chín có màu đỏ tươi (chủng Caturra amarello có màu vàng), chiều dài 10 - 18mm, rộng - 12mm Hạt cà phê hình tròn dẹt, có màu xanh xám, xanh lục, xanh cốm tùy theo giống điều kiện bảo quản, chế biến Cây cà phê chè có đặc tính tự thụ phấn nên có độ chủng cao loại cà phê khác Cây cà phê chè ưa nơi mát lạnh Phạm vi thích hợp 18 – 25 oC, thích hợp từ 10 – 20oC Do yêu cầu nên cà phê thường trồng miền núi có độ cao từ 600 - 2500m Các nước trồng cà phê chè có hương vò thơm ngon : Kenya, Tazania, Ethiopia, Colombia…thường trồng nơi có độ cao 800m trở lên • b Cà phê vối (cà phê Robusta) : Nguồn gốc khu vực sông Công-gô, miền vùng thấp xích đạo nhiệt đới Tây Châu Phi, có nhiều chủng loại khác kích thước lá, độ gợn sóng phiến lá, màu sắc quả, hình dạng quả…Song chủng loại trồng phổ biến nước giới Robusta Cà phê vối có hàm lượng caffeine trung bình hạt 1,5 - % (cao loại cà phê) Cây có nhiều thân, cao - 12m, cành dài rủ xuống Lá hình trứng hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến gợn sóng mạnh Quả hình trứng, núm nhỏ, thường có nhiều gân dọc, chín có màu đỏ hồng Kích thước hạt thường nhỏ cà phê chè, hạt có dạng hình tròn, dày, màu xanh bạc, xanh lục xanh nâu tùy chủng loại cách chế biến Tỉ lệ nhân cao cà phê chè Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Cà phê vối không tự thụ phấn được, điều dẫn tới đa dạng vườn cà phê vối trồng hạt Cà phê vối thích nơi nóng ẩm, nhiệt độ thích hợp 24-26oC c Cà phê mít (cà phê Excelsa hay cà phê Chari) : • Nguồn gốc xứ Ubangui-Chari, xứ Biển Hồ Sát, sa mạc Sahara, thường gọi cà phê Chari Hàm lượng caffeine hạt 1,02-1,15% Cây cao - 15m, to, hình trứng hình lưỡi mác Quả hình trứng, dẹt, núm lồi Quả to chín có màu đỏ sẫm, hạt màu xanh ngả vàng, vỏ lụa bám chặt vào hạt khó làm tróc hết Cà phê mít thơm, có vò chua, chất lượng nước uống ưa chuộng QUẢ CÀ PHÊ: a CẤU TẠO: • Lớp vỏ quả: lớp vỏ cùng, mềm mỏng có màu xanh đỏ Vỏ cà phê chè thượng mềm so với vỏ cà phê vối cà phê mít • Lớp vỏ thòt: nằm lớp vỏ Vỏ thòt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất dễ xay xát Vỏ thòt cà phê mít cứng dày so với cà phê chè • Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân Vỏ thóc cà phê chè mỏng dễ dập vỏ thóc Hình Cấu tạo cà phê cà phê mít cà phê vối • Lớp vỏ lụa: lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc đặc tính khác tùy thuộc loại cà phê Vỏ lục cà phê chè có màu trắng bạc, mỏng dễ bong ral khỏi hạt trình chế biến Vỏ lụa cà phê vối màu vàng nâu nhạt Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt • Nhân cà phê: nằm Lớp tế bào phần nhân cứng, tế bào nhỏ, chứa dầu Phía có tế bào lớn mềm Một cà phê thường có 1,2 nhân, thông thường có nhân Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine b THÀNH PHẦN HÓA HỌC: Bảng 1: Thành phần cà phê (%khối lượng tươi) Thành phần Cà phê chè(%) Cà phê vối (%) Vỏ 43-45 41-42 Lớp nhớt 20-23 21-22 Vỏ trấu 6-7.5 6-8 Nhân vỏ lụa 26-30 26-29 Để sản xuất bột cà phê tách caffeine, ta sử dụng nguyên liệu cà phê nhân CÀ PHÊ NHÂN: a THÀNH PHẦN HÓA HỌC: Thành phần hóa học cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến bảo quản • Nước: Trong nhân cà phê sấy khô khoảng 10-12% nước dạng liên kết Sau rang, hàm lượng nước cà phê khoảng 2,7% Hàm lượng nước cà phê ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cà phê Nếu độ ẩm cao, vi sinh vật dễ phát triển hương cà phê dễ bò tổn thất • Chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu K, Mg, P, Cl, có Al, Fe, Cu, I, S… Những chất ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang Cà phê có lượng khoáng thấp tốt • Carbohydrates: Carbohydrates cà phê nhân chia thành nhóm polysaccharides nhóm loại đường thấp phân tử • Nhóm polysaccharides: Chiếm 40%-50% tổng lượng chất khô cà phê, gọi glycans, bao gồm heteroglycans homoglycans Việc phân tích thành phần hàm lượng chất phức tạp đòi hỏi phương pháp phân đoạn đònh tính kỹ thuật phân tích đại (các phương pháp sắc ký) Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine • Nhóm đường thấp phân tử: Gồm tri-, di- monosaccharides, saccharose thành phần chủ yếu Các loài Arabica thường có hàm lượng saccharose trung bình cao loài Robusta Ngoài ra, người ta tìm thấy dòch chiết cà phê nhân loại đường đơn, gồm đường khử (glucose, fructose) lượng vết đường khác stachyose, raffinose, arabinose, mannose… Tính chất hàm lượng nhóm đường thấp phân tử đóng vai trò quan trọng việc hình thành phát triển hương vò cà phê trình chế biến • Protein tổng Hàm lượng protein cà phê không cao có vai trò quan trọng việc hình thành hương vò cho sản phẩm Trong đó, acid amin sau protein bò phân hủy có chứa lưu huỳnh cystine, methionine quan trọng nhất, chúng tạo nên hương thơm mạnh cho cà phê rang Đăëc biệt, methionine proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxy hóa chất thơm, giúp giữ mùi thơm cà phê trình bảo quản • Lipid Hàm lượng lipid cà phê lớn (10 -13%) gồm có dầu sáp Trong trình chế biến, phần acid béo tham gia phản ứng tác dụng nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm Lượng lipid lại không bò biến đổi dung môi tốt để hòa tan chất thơm • Các alkaloid Trong cà phê có alkaloid caffeine, trigonelline, betain, colin Trong đó, quan trọng caffeine trigonellin • Caffeine: Hàm lượng khoảng 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác • Trigonelline: Trigonelline alkaloid hoạt tính sinh lý, tan rượu etylic, không tan chloroform eter, tan nhiều nước nóng Tính chất quý trigonellin tác dụng nhiệt độ cao, bò nhiệt phân tạo thành acid nicotinic (tiền vitamin PP) CH3 N COO Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Hình 2: Công thức cấu tạo trigonelline Chất thơm • Hiện người ta tìm có tới 800 chất thơm hợp lại thành mùi thơm cà phê Hàm lượng chất thơm hạt cà phê tương đối nhỏ bao gồm acid, aldehit, cetone, rượu, phenol, ester… Các chất hình thành tích lũy trình phát triển cà phê hay tạo thành trình chế biến, trình rang Ngoài ra, nhân cà phê có lượng đáng kể vitamin Trong cà phê chủ yếu vitamin nhóm B B1, B2, B6, B12 loại acid hữu tiền thân loại vitamin Bảng 2: Thành phần hóa học cà phê nhân Thành phần (% chất khô) Arabica Robusta Khoáng 3.0 ÷ 4.0 ÷ 4.5 Caffeine 0.9 ÷ 1.2 1.6 ÷ 2.4 Trigonelline 1.0 ÷1.2 0.6 ÷ 0.75 Lipids 12.0 ÷ 18.0 9.0 ÷ 13.0 Acid chlorogenic tổng 5.5 ÷ 8.0 7.0 ÷ 10 Aliphatic acid 1.5 ÷2.0 1.5 ÷2.0 Oligosaccharides 6.0 ÷ 8.0 5.0 ÷ 7.0 Polysaccharides tổng 50.0 ÷ 55.0 37.0 ÷ 47.0 Amino acid 2.0 2.0 Protein 11.0 ÷ 13.0 11.0 ÷ 13.0 b CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG:  Chỉ tiêu hóa lý: Bảng Các tiêu hóa lý cà phê nhân (Robusta hạng theo TCVN 4193:2001) Thành phần Tiêu chuẩn Độ ẩm ≤13 % Tro 4-4.5 % chất khô Chất khô hòa tan 18-25 % chất khô Caffeine 1.5-3 % chất khô Cà phê Arabica lẫn vào ≤ 3% Tổng số lỗi tối đa cho phép 60/300g Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine  Các tiêu cảm quan: (TCVN 4193:2001) Có màu sắc mùi vò tự nhiên cà phê nhân sống, không lẫn mùi vò lạ  Các tiêu vi sinh: Vì cà phê nhân thu sau trình lên men cà phê sấy, thêm vào hạt cà phê có chứa số hợp chất ức chế vi sinh vật nên tiêu vi sinh cà phê nhân thường đạt mức cho phép SƠ LƯC NHU CẦU TIÊU THỤ CÀ PHÊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM: a TÌNH HÌNH TIÊU THỤ CÀ PHÊ TRÊN THẾ GIỚI: Tình trạng tiêu thụ cà phê giới gần thay đổi Tiêu thụ nước sản xuất cà phê tăng lên, tiêu thụ nước nhập truyền thống giảm - Năm 2003 toàn giới tiêu thụ 113 triệu bao, nước nhập tiêu thụ 85.2 triệu bao, nước sản xuất tiêu thụ nội đòa 27.6 triệu bao - Năm 2004 toàn giới tiêu thụ 112.4 triệu bao, nước nhập tiêu thụ 84.3 triệu bao (giảm 1.05%), nước sản xuất tiêu thụ nội đòa 28.1 triệu bao (tăng 1.78%) - Brazil nước sản xuất cà phê lớn giới nước tiêu thụ cà phê lớn thứ ba giới, khoảng 13.75 triệu bao niên vụ 2003 - Ethiopia, quê hương cà phê có truyền thống uống cà phê, năm 2004 họ tự tiêu thụ khoảng 42% lượng cà phê nước sản xuất - Các nước sản xuất khác tiêu thụ cà phê nhiều là: Indonesia, Colombia, Mexico Ấn Độ - Việt Nam khuyến cáo người dân tăng cường uống cà phê số lượng nhà rang xay cà phê cung cấp cho thò trường nội đòa ngày nhiều Mức tiêu thụ cà phê năm 2003 giới chia theo khu vực sau: - Châu Âu : 36.5 triệu bao, tăng trưởng 1% so với năm 2002 - Bắc Mỹ trung Mỹ : 25.9 triệu bao, tăng trưởng 2% năm, cao Châu u - Đông Nam Á: 15.5 triệu bao, tăng trưởng nhanh (7% năm) - Đông Âu: thò trường nhỏ, tiêu thụ 8.6 triệu bao, tỉ lệ tăng trưởng 5% năm Theo thống kê Tổ Chức Cà Phê Thế Giới ICO, so sánh hai giai đoạn 2000-2003 1990-1993 thấy mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người nhiều nước Châu Âu (Áo, Đan Mạch, Phần Lan, Pháp , Đức, Hà Lan, Na Uy, Thụy Điển, Thụy Só, Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Vương Quốc Anh) Mỹ giảm đáng kể Chỉ vài nước Ý, Bỉ/Luxembourg Nhật Bản có mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người tăng Bảng 4: Thay đổi mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người giai đoạn 20002003 so với giai đoạn 1990-1993 14 quốc gia nhập Quốc gia nhập %thay đổi mức Quốc gia nhập %thay đổi tiêu thụ đầu người mức tiêu thụ đầu người Áo -341.73 Nhật Bản 19.67 Bỉ/Luxembourg 53.5 Hà Lan -32.59 Đan Mạch -15.31 Na Uy -10.97 Phần Lan -10.33 Thụy Điển -27.89 Pháp -4.92 Thụy Sỹ -16.06 Ý 14.63 Anh -10.51 Đức -12.52 Mỹ -8.35 Nguồn : ICO, Annual Review 2003/04 B TÌNH HÌNH TIÊU THỤ CÀ PHÊ TẠI VIỆT NAM: Sản xuất cà phê Việt Nam năm đầu kỉ 20 đến 100 năm ngành cà phê thực phát triển mở rộng diện tích nâng cao suất, sản lượng vòng 25 năm lại Trong khoảng 1/4 kỉ, ngành cà phê Việt Nam tăng sản lượng cà phê lên 100 lần đứng vào hàng thứ hai nước sản xuất cà phê giới, hàng năm cung cấp cho thò trường 12-14 triệu bao cà phê Robusta Tháng 6/2004, chuyên gia ngân hàng giới đánh giá cao ngành cà phê Việt Nam: “Chỉ vòng 10 năm phát triển lên vò trí thứ giới để làm việc Colombia phải trải qua chặng đường 75 năm” Có thể thấy rõ điều qua số liệu tình hình phát triển ngành cà phê Việt Nam 10 năm gần đây: 10 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Hình 17: Hoạt động máy ép  THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ: • Nhiệt độ đóng gói cà phê rang xay 50-60 oC nguội bột cà phê bò hút ẩm trở lại, nhiệt độ cao gây hư hỏng bao bì 35 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2: SỬ DỤNG CO2 SIÊU TỚI HẠN a QUÁ TRÌNH SỤC HƠI NƯỚC:  MỤC ĐÍCH: • Mục đích trình sục nước chuẩn bò cho trình tách caffeine • Hơi nước làm cho hạt cà phê nóng ẩm trương nở giúp cho trình tách caffeine dễ dàng hiệu  CÁC BIẾN ĐỔI:  Vật lý: • Tăng tỉ trọng, nhiệt độ độ ẩm khối hạt • Tăng kích thích hạt cà phê  Hoá lý: • Lớp sáp bóng hạt cà phê bò tan chảy số cấu tử hương bò bay  Hóa học: • Dưới tác dụng nhiệt độ, số protein bò biến tính Phản ứng Maillard xảy có mặt loại đường khử acid amin có hạt cà phê • Lipid bò oxy hóa phần nhiệt độ cao có mặt oxy  Sinh học: • c chế tiêu diệt vi sinh vật khối hạt  PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN: Cho dòng nước từ lò qua thiết bò chứa khối hạt, nước từ lên  THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ: • Nhiệt độ dòng hơi: 110oC • Thời gian: 30 phút • Độ ẩm sau sục hơi: 16-18% khối lượng b QUÁ TRÌNH TÁCH CAFFEINE:  MỤC ĐÍCH: • Mục đích trình tách caffeine chế biến  CÁC BIẾN ĐỔI TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH CAFFEINE:  Vật lý: Trong trình có khuyến tán caffeine từ hạt vào dung môi CO2 siêu tới hạn 36 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine  PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN:  CO2 siêu tới hạn: Hình 18 Giản đồ nhiệt độ (temperature) - áp suất (pressure) CO Solid: thể rắn CP = critical point: điểm tới hạn Liquid: thể lỏng Supercritical fluid: trạng thái siêu tới hạn Gas: thể khí Nhiệt độ tới hạn = 31,06oC TP = triple point: điểm ba p suất tới hạn = 73,8 bar • Dòng CO2 siêu tới hạn bơm vào thiết bò trích ly có chứa khối hạt cà phê để tiến hành trích ly đặc hiệu caffeine Sau đó, CO giàu caffeine bơm qua cột than hoạt tính để tách caffeine khỏi CO Tiếp theo, CO2 điều chỉnh nhiệt độ áp suất để trở trạng thái siêu tới hạn ban đầu  THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ: • Các sáng chế phương pháp đưa giá trò áp suất 120-180 bar (khoảng 12-18 MPa), nhiệt độ 40-800C  CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG: • Lưu lượng dòng CO2: lưu lượng dòng CO2 lớn hiệu suất trích ly cao tốn nhiều chi phí việc tạo CO2 siêu tới hạn • Bản chất hạt cà phê: kích thước hạt nhỏ bề mặt tiếp xúc pha lớn cấu trúc hạt có nhiều mao quản hiệu suất trích ly tăng Các trình lại trình bày 37 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine III SO SÁNH HAI QUY TRÌNH: QUI TRÌNH SWISS WATER Mức độ an toàn Chất lượng sản phẩm QUI TRÌNH SỬ DỤNG CO2 SIÊU TỚI HẠN Cả hai quy trình mang tính an toàn cao Sản phẩm hai quy trình khác biệt Chi phí dung Chi phí thấp (mặc dù Chi phí cao phải tốn chi phí lần cho môi việc chuẩn bò dòch trích) Chi phí thiết bò Thấp Cao Khả trích Cao 99,9% dùng 97-99% dòch trích cân chất ly caffeine khô hoà tan không chứa caffeine nên trích ly đặc hiệu caffeine trích ly nhiều lần Tính đặc hiệu Thấp với caffeine Cao Khả tách Phức tạp than hoạt tái sử dụng tính phải xử lý trước (“bão hòa” chất khô hòa dung môi tan) dòch trích cần điều chỉnh lại nồng độ chất khô hòa tan ban đầu Đơn giản than hoạt tính không cần “bão hòa” chất khô hòa tan, việc tái sử dụng dung môi cần điều chỉnh lại nhiệt độ áp suất CO2 nh hưởng đến môi trường Thời gian trích Dài ly Cả hai thân thiện với môi trường Ngắn 38 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine PHẦN III: SẢN PHẨM MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VỀ CÀ PHÊ KHỬ CAFFEINE MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ MẶT TRÊN THỊ TRƯỜNG 39 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine I MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VỀ CÀ PHÊ KHỬ CAFFEINE Bảng 12: Một số tiêu chuẩn cà phê khử caffeine Chủng cà phê Cà phê nhân Tiêu chuẩn US-FDA (loại 97% caffeine) Tiêu chuẩn châu Âu Canada (loại 99.92% caffein) Không rang Rang Không rang Rang Không rang Rang Arabica 1.05% 1.3% 0.032% 0.036% 0.08% 0.10% Robusta 2.0% 2.3% 0.06% 0.0695 % 0.08% 0.10% Cà phê nhân Tiêu chuẩn US-FDA (loại 97% caffeine) Tiêu chuẩn châu Âu Canada (loại 99.92% caffein) Khơng rang Rang Khơng rang Rang Khơng rang Rang Arabica 1.05% 1.3% 0.032% 0.036% 0.08% 0.10% Robusta 2.0% 2.3% 0.06% 0.0695 % 0.08% 0.10% Chủng cà phê 40 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine III MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ MẶT TRÊN THỊ TRƯỜNG NESCAFÉ Original Decaff NESCAFÉ Gold Blend Decaff NESCAFÉ Gold Blend Half Caff 41 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Hình 20 Một số sản phẩm bột cà phê tách caffeine có mặt thò trường PHẦN IV: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 42 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine I GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP: Ngày nay, nhu cầu sử dụng loại thức uống trà, cà phê ngày nhiều Do số ảnh hưởng không tốt caffeine nên nhu cầu tách caffeine từ sản phẩm ngày phổ biến Ngoài phương pháp truyền thống sử dụng dung môi hữu cơ, nước, dung môi CO2 siêu tới hạn số nghiên cứu hướng việc sử dụng vi sinh vật Một số kết nghiên cứu sử dụng tế bào vi khuẩn Pseudomonas alcaligenes việc tách caffeine đạt hiệu cao, chi phí thấp, thân thiện với môi trường số ưu điểm khác Vi sinh vật có khả làm giảm gần hoàn toàn caffeine dung dòch chứa caffeine (1g/l) 4-6h, nhiệt độ 28-32 oC, pH 7-8 Để ứng dụng trình tách caffeine quy mô công nghiệp, người ta sử dụng tế bào cố đònh thiết bò sinh học thiết kế cho trình khử caffeine II CƠ CHẾ KHỬ CAFFEINE CỦA VI KHUẨN: Caffeine 3,7-Trimethyl xanthine (Theobromine) 3-Trimethyl xanthine 7-Trimethyl xanthine Xanthine Xanthine Acid Uric III NGHIÊN CỨU KHỬ CAFFEINE BẰNG VI SINH VẬT: Môi trường nghiên cứu gồm: Na2HPO4.7H2O 6,4g/l KH2PO4 1,5g/l NaCl 0,25g/l NH4Cl 0,5g/l Caffeine 1,0 g/l Sử dụng NaOH 0,1N để điều chỉnh pH 7,2 43 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Sử dụng chất mang để cố đònh tế bào: Gelatin, K-Carrageenan, Agar Natri alginate Thông số công nghệ trình khử caffeine: • Thời gian 4-6h • Nhiệt độ: 28-32oC • pH = 7-8 Kết quả: Trong loài vi khuẩn có khả phát triển môi trường chứa caffeine : Alcaligenes fecalis (T1), Pseudomonas Alcaligenes CFR 1708 (T2) Acetobacter sps (T3) có Pseudomonas Alcaligenes CFR 1708 (T2) xác đònh có khả làm giảm caffeine tốt Hình 21 Sự giảm caffeine vi khuẩn Pseudomonas Alcaligenes CFR 1708 môi trường chứa 1g/l caffeine Các yếu tố ảnh hưởng: a pH: 44 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine Hình 22 nh hưởng pH đến giảm caffeine vi khuẩn Pseudomonas Alcaligenes CFR 1708 môi trường chứa 1g/l caffeine b Nhiệt độ: Hình 23 nh hưởng nhiệt độ đến giảm caffeine vi khuẩn Pseudomonas Alcaligenes CFR 1708 môi trường chứa 1g/l caffeine c Tỉ lệ giống cấy: Hình 24 nh hưởng tỉ lệ giống cấy đến giảm caffeine vi khuẩn Pseudomonas Alcaligenes CFR 1708 45 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine 46 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine d Nồng độ caffeine: Hình 25 nh hưởng nồng độ caffeine đến giảm caffeine vi khuẩn Pseudomonas Alcaligenes CFR 1708 IV HƯỚNG ỨNG DỤNG: Các nhà khoa học nghiên cứu để dùng vi khuẩn bổ sung vào dòch trích sau tách caffeine quy trình SWISS WATER để tái sử dụng dòch trích nhằm thay cho than hoạt tính 47 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Lụa, Quá trình thiết bò Công ngệh hóa học thực phẩm – Kỹ thuật sấy vật liệu, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2001 Đoàn Triệu Nhạn, Ngành Cà Phê Việt Nam Qua Năm Khủng Hoảng Phương Hướng Cho Thời Gian Tới, Hội Thảo Phát Triển Thương Hiệu “Cà Phê Buôn Ma Thuột”, Buôn Ma Thuột, Việt Nam, 2005, trang Nguyễn Văn Thường, Chất Lượng Cà Phê Thời Kỳ Hội Nhập, Hội Thảo Phát Triển Thương Hiệu “Cà Phê Buôn Ma Thuột”, Buôn Ma Thuột, Việt Nam, 2005, trang 2-3, 9-10 Hoàng Minh Trang, Kỹ Thuật Chế Biến Cà Phê, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội, 1993 A.Oosterveld et al., Extraction and characterization of polysaccharides from green and roasted coffee Arabica beans, Carbohydrate polymer 52, 2003, p.285-296 B.Bichsel, Diffusion phenomena during the decaffenation of coffee beans, Food Chemistry, vol.4, 1979, p.53-62 C.A.B De Maria, A L.C.Trugo, A F.R.Aquino Neto, B R.F.A Moreiraa & C.S.Alviano C, Composition of green coffee water-solube fractions and identification of volatiles formed during roasting, Food Chemistry, vol.55, 1996, p.206-207 David A Bender, Arnold E Bender, Benders’ Dictionary of Nutrition and Food Technology, Seventh Edition, CRC Press, U.S, 1999 Frederick J Francis, Encyclopedia of food science and technology, Second Edition, Volume 1, John Wiley & Sons, Inc., 2000 10.Gene A Spiller, Ph.D., D.Sc., FACN, Caffeine, CRC Press, U.S, 1998 11.H.Thaler, The chemistry of coffee extraction in relation to polysaccharides, Food Chemistry, vol.4, 1979, p.1 3-22 12.Mark A McHugh, Val J Krukonis, Supercritical FIuid Extraction Principles and Practice, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, 1994 13.P Fellows, Food processing technology - Principles and Practice, Second Edition, CRC Press, 2000 14.Philip Richardson, Thermal technologies in food processing, CRC Press, 2001 48 Tiểu luận môn CNCB Thực phẩm Sản xuất bột cà phê tách caffeine 15.R.J.Clarke and R.Macrae, Coffee Vol.1: Chemistry, Elsevier Applied Science Publishers Ltd, London and Newyork, 1987, p.116-127 16.R.J.Clarke and R.Macrae, Coffee Vol.2:Technology, Elsevier Applied Science Publishers Ltd, London and Newyork, 1987, p.59 -70 17.V.R Sarath Babu, S Patra, M.S Thakur, N.G Karanth, M.C Varadaraj, Degradation of caffeine by Pseudomonas alcaligenes CFR 1708, Elsevier Inc., 2005 18.S Gokulakrishnan, K Chandraraj, Sathyanarayana N Gummadi, Microbial and enzymatic methods for the removal of caffeine, Enzyme and Microbial Technology 37, 2005, 225–232 19.http://en.wikipedia.org/wiki/Decaffeination 20.http://www.swisswater.com 21.http://www.coffeeresearch.org/science/decaffeination.htm 49