Chương 4: KẾT QUẢ BÀN LUẬN
KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU
Trong thí nghiệm này chúng tơi khảo sát một số thành phần hĩa học cơ bản cĩ trong cà phê làm cơ sở cho việc theo dõi ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến hiệu suất khử caffeine và độ tổn thất chất khơ. Kết quả thu được trong bảng 4.1.
Bảng 4.1: Thành phần hĩa học của nguyên liệu cà phê rang
Chỉ tiêu Kết quả Số liệu tham khảo [32]
Độ ẩm 2.20 0.02 2.0 – 3.0 Protein tổng (N x 6.25) 9.28 0.38 10.0 Lipid tổng 11.23 0.50 11.0 Chất khơ hịa tan trong nước (% chất
Chất khơ hịa tan trong ethanol (%
chất khơ) 11.70 0.23 -
Hàm lượng tro tổng (% chất khơ)
4.25 0.20 4.7
Hàm lượng caffeine (% chất khơ)
2.59 0.08 2.4
Đối chiếu với những số liệu tham khảo trong Food Chemistry (HD Belitz. W. Grosch & P. Schieberle, 2004) nhận thấy thành phần hĩa học trong cà phê rang nguyên liệu đem thí nghiệm gần giống với giá trị của những khảo sát trước đây.
Độ ẩm của nguyên liệu
Độ ẩm theo thí nghiệm khảo sát được là 2.2%, giá trị nằm trong khoảng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5250 – 1990 về cà phê rang (độ ẩm khơng lớn hơn 5%) và phù hợp với khảo sát của R. Eggers và A. Pietsch về cà phê rang trong “Coffee Recent Developments” cà phê ở mức rang đậm cĩ độ ẩm 2 – 3%.
Hàm lượng protein
Hàm lượng protein khảo sát cĩ giá trị là 9.28%, chênh lệch khơng đáng kể so với giá trị tham khảo (protein chiếm khoảng 10% tính theo hàm lượng các acid amin). [32] Theo “Coffee and Heath” (Gerard Debry, 1994) protein trong cà phê nhân chiếm tỉ lệ 8.7 – 12.2% chất khơ, trong đĩ các acid amin tự do chỉ chiếm 0.2 – 0.8%. Các acid amin đĩng vai trị rất quan trọng trong việc tạo hương vị và màu của sản phẩm. Cả lượng và loại acid amin đều cĩ ảnh hưởng đến cường độ và chất lượng của hương cà phê sau khi rang.
Sự hao hụt các acid amin trong quá trình rang tỉ lệ với mức độ rang, trong khoảng từ 14 – 20%, nguyên nhân là do sự phân hủy của protein bởi nhiệt độ cao, đồng thời cĩ sự thay đổi tỉ lệ các acid amin, bảng 4.2. Một số acid amin cĩ khả
năng chịu nhiệt tốt như acid glutamic, leucine, proline và valine tăng hoặc khơng đổi sau khi rang, trong khi các acid amin kém bền nhiệt như arginine, cysteine, serine và threonine thì bị mất nhiều sau quá trình rang. Các acid amin này cùng với đườn tham gia vào phản ứng Maillard, hay cùng với alpha-diketone tham gia phản ứng Strecker, hay bị nhiệt phân. Các phản ứng trên tạo mùi và màu cho sản phẩm.
Bảng 4.2: Hàm lượng các acid amin cĩ trong cà phê nhân và cà phê rang
[13]
Acid amin Cà phê nhân (%) Cà phê rang (%)
Alanine 4.75 5.52 Arginine 3.61 0.00 Aspartic acid 10.63 7.13 Cystine 2.89 0.69 Glutamic acid 19.80 23.22 Glycine 6.40 6.78 Histidine 2.79 1.61 Isoleucine 4.64 4.60
Leucine 8.77 10.34 Lysine 6.81 2.76 Methionine 1.44 1.26 Phenylalanine 5.78 6.32 Proline 6.60 7.01 Serine 5.88 0.80 Threonine 3.82 1.38 Tyrosine 3.61 4.35 Valine 8.05 8.05 Hàm lượng lipid
Theo “Coffee and Health” (Gérard Debry, 1994) hàm lượng lipid trong cà phê nhân Robusta là khoảng 8 – 12%. Ngồi một lượng nhỏ lipid nằm ở lớp vỏ sáp bên ngồi, phần lớn cịn lại bên trong nhân cà phê với tỉ lệ các thành phần khác nhau, chủ yếu là triglyceride (70 – 80%), ester của các diterpene (15 – 18.5%), ngồi ra cịn một số thành phần khác như acid béo tự do, sterol, phospholipid, tocopherol với hàm lượng nhỏ. Thành phần acid béo trong nhân cà phê chủ yếu là acid linoleic (40 – 45%) và acid palmitic (25 – 35%).
Cà phê rang cĩ hàm lượng lipid cao. Trong cà phê Robusta là khoảng 11%. Quá trình rang khơng làm biến đổi triglyceride và sterol, nhưng làm tăng hàm lượng acid béo tự do. Các acid béo tự do cĩ thể kết hợp với ethanol trong dung mơi khử caffeine tạo thành các ester mùi và cĩ thể ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm sau xử lý.
Kết quả khảo sát hàm lượng chất khơ tan trong nước là 28.27%. Hàm lượng này phụ thuộc trực tiếp vào mức độ rang, rang càng sẫm thì hàm lượng chất khơ hịa tan càng cao. Thành phần chất khơ hịa tan chủ yếu là carbohydrate, acid hữu cơ, khống, acid chlorogenic và một số thành phần khác với hàm lượng nhỏ hơn.
Khi dùng phương pháp phân tích trích ly và sấy tới khối lượng khơng đổi thì thành phần chất khơ hịa tan ngồi những chất kể trên cịn cĩ thêm các chất rắn lơ lửng và các chất béo. Dưới đây đưa ra thành phần của một số chất hịa tan trong cà phê, trong đĩ khơng kể đến các thành phần chất béo.
Bảng 4.3: Thành phần hĩa học cĩ trong chất khơ hịa tan của cà phê (Clinton, 1984)
[21]
STT Thành phần % trong tổng chất khơ hịa
tan 1 Caffeine 8.25 2 Acid Chlorogenic 18.50 3 Đường khử 1.45 4 Các carbohydrate khác 19.90 5 Peptide 6.00 6 Chất khống 13.60 7 Acid 17.30 8 Trigonelline 5.15
Trong cà phê người ta quan tâm đặc biệt đến thể chất nước pha. Về mặt hĩa học nĩ liên quan đến hàm lượng chất khơ tổng trong nước pha. Cảm giác về độ béo hay độ trơn sẽ biểu thị hàm lượng chất béo trong nước pha. Cảm giác về độ nhớt hay độ sánh của nước pha phản ánh hàm lượng chất xơ hay protein của nước pha. Độ béo cùng với độ sánh là hai nhân tố quyết định thể chất của cà phê. Hàm lượng chất khơ hịa tan trong cà phê Robusta cao hơn so với cà phê Arabica, tuy nhiên, hàm lượng chất béo trong Arabica lại cao hơn so với Robusta nên cĩ hậu vị lâu hơn. Vì thế trong thương mại, người ta thường trộn lẫn hai loại cà phê này với nhau theo tỉ lệ khác nhau nhằm cân bằng hương, vị và thể chất của sản phẩm. [49]
Hàm lượng chất khơ hịa tan trong ethanol
Hàm lượng chất khơ tan trong ethanol theo khảo sát được 11.7%. Thành phần tan trong ethanol chủ yếu là các chất màu, chất béo và các chất dễ bay hơi…
Việc xác định thành phần chất khơ tan trong nước và trong ethanol là rất quan trọng, do quá trình xử lý caffeine bằng dung mơi ethanol/nước cĩ thể ảnh hưởng đến độ tổn thất chất khơ và ảnh hưởng tới hương vị của sản phẩm.
Hàm lượng khống
Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng tro tổng là 4.25%. Theo các nghiên cứu, hàm lượng khống trong cà phê khá cao, chiếm khoảng 4.7% chất khơ và chiếm 13.6% lượng chất khơ hịa tan, trong đĩ Kali là thành phần khống chủ yếu. [51]
Hàm lượng caffeine
Xây dựng đường chuẩn của caffeine
Từ các nồng độ và diện tích peak thu được, chúng tơi xây dựng đường chuẩn như sau:
Bảng 4.4: Thời gian lưu và diện tích peak thu được của các chuẩn
Nồng độ caffeine
(ppm)
Thời gian lưu (phút) Diện tích peak trung bình 100 4.452 1367.0 200 4.387 2817.1 320 4.453 4456.4 400 4.422 5559.7 500 4.405 6970.2
Hình 4.1: Đường chuẩn caffeine
Phương trình đường chuẩn của caffeine cĩ dạng:
Y = 13.949X – 6.3636 (4.1)
Trong đĩ: Y là diện tích peak. X là nồng độ caffeine (ppm).
Hệ số tương quan bình phương của đường chuẩn là R2 = 0.9999.
Dựa vào phương trình đường chuẩn và diện tích peak thu được từ nguyên liệu mà ta cĩ thể xác định hàm lượng caffeine trong nguyên liệu.
Bảng 4.5: Thời gian lưu và diện tích peak thu được của nguyên liệu STT Thời gian lưu (phút) Diện tích peak
1 4.368 4398.4
2 4.578 3247.0
3 4.34 3204.5
Trung bình 4.435 3616.6
Nồng độ caffeine cĩ trong nguyên liệu: 259ppm.
Hàm lượng caffeine khảo sát được chiếm 2.59% hàm lượng chất khơ, chênh lệch khơng nhiều so với hàm lượng caffeine tham khảo cĩ trong cà phê Robusta (2.4%, bảng 4.1).
Bàn Luận:
So với kết quả nghiên cứu của Bùi Phương Ngọc, các chỉ tiêu thành phần hĩa học khơng cĩ sự chênh lệch nhiều. Tuy nhiên hàm lượng protein và hàm lượng chất khơ hịa tan trong nước khảo sát hơi thấp hơn so với trước đĩ (protein – 9.28% so với 10% ; hàm lượng chất khơ hịa tan – 28.27% so với 29%). Mặt khác hàm lượng chất khơ hịa tan trong ethanol khảo sát lại cao hơn so với kết quả nghiên cứu trước (11.7% so với 7.33%). Điều này cĩ thể giải thích là do nguyên liệu khác nhau về chế độ rang. Nguyên liệu đang tiến hành khảo sát cĩ mức độ rang đậm hơn so với nguyên liệu trước đĩ. Mức độ rang càng đậm thì hàm lượng chất khơ tan trong nước tổn thất càng nhiều, đồng thời cấu trúc xốp hơn, thể tích tăng giúp trích ly được nhiều chất, đặc biệt là các chất béo, do đĩ làm tăng hàm lượng chất khơ hịa tan trong ethanol.
Kết quả thu được cho thấy rằng lượng chất khơ hồ tan trong nước khá cao với nhiều thành phần khác nhau, và cao hơn nhiều so với hàm lượng chất khơ hịa tan trong ethanol (28.27% so với 11.7% - bảng 4.1). Hàm lượng caffeine tan trong nước cũng cao hơn so với caffeine tan trong ethanol (2.13g/100g so với 1.32g/100g ở cùng
nhiệt độ - Bảng 2.8). Việc trích lý caffeine sử dụng dung mơi với tỉ lệ nước lớn cùng nhiệt độ cao sẽ trích ly được nhiều caffeine nhưng đồng thời cũng làm tăng độ tổn thất chất khơ hịa tan trong nước cuả nguyên liệu. Chính vì thế, chúng tơi nghiên cứu sâu hơn về tỉ lệ nước trong dung mơi gồm ethanol và nước để trích ly cĩ hiệu quả khử caffeine cao mà hàm lượng chất khơ bị tổn thất thấp nhất.