2. Nội dung nghiên cứu x
2.7. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu thống kê được thực hiện bằng phương pháp phân tích phương sai một yếu tố (ANOVA). Dữ liệu được biểu thị bằng giá trị trung bình độ lệch chuẩn (SD). Mối quan hệ giữa các tham số khác nhau được phân tích được đánh giá bằng cách tính các hệ số tương quan tuyến tính Pearson ở mức độ tin cậy p < 0.05. Kết quả được phân hạlng theo LSD bằng phần mềm thống kê Minitab16. Các biểu đồ được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel 2016. Đo màu T7 T6 T2 T4 Hạt cà phê xanh Rang, xay C T8
40
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1. Thành phần hóa học của cà phê nguyên liệu và cà phê rang
Các thành phần hóa học của cà phê nguyên liệu Robusta được xác định bao gồm: hàm lượng ẩm, tro, lipid, protein và đường khử. Kết quả phân tích được trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các thành phần hóa học của cà phê nguyên liệu
Thành phần hóa học Đơn vị Kết quả phân tích Số liệu công bố*
Độ ẩm %m/m 12.52 ± 0.13 10.00 - 12.50
Hàm lượng tro %m/m 4.43 ± 0.01 3.00 - 5.40
Hàm lượng lipid %m/m 10.56 ± 0.02 8.00 - 12.00
Hàm lượng protein %m/m 14.76 ± 0.05 10.00 - 14.39
Hàm lượng đường khử %m/m 4.93 ± 0.10 0.20 - 0.50 *Nguồn: (Farah, A., 2012); (Thomas H., 2000); (Somnuk, K. và cộng sự, 2017)
Kết quả phân tích ở bảng 3.1 cho thấy hàm lượng ẩm, tro, lipid, protein và đường khử trong mẫu cà phê xanh lần lượt là 12.52%, 4.43%, 10.56%, 14.76% và 4.93%. Khi so sánh với các nghiên cứu của Farah, A. (2012) và Thomas H. (2000) về các thành phần hóa học của cà phê thì các kết quả phân tích thu được khá tương đồng với các nghiên cứu đã được công bố. Tuy nhiên, hàm lượng protein chúng tôi có xu hướng cao hơn so với các nghiên cứu trước đây. Có sự chênh lệch này có thể là do sự khác biệt về giống cây trồng, thời vụ canh tác trong năm, chất lượng đất và phân bón, quá trình chăm sóc trong lúc gieo trồng…
(De Wilde và cộng sự, 2006).
Thành phần hóa học của cà phê sau khi rang được trình bày ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Các thành phần hóa học của cà rang
Thành phần hóa học
Đơn vị Cà phê xanh Cà phê rang Số liệu công bố (cà phê rang)* Độ ẩm %m/m 12.53 ± 0.13a 1.30 ± 0.22b 0.72 - 3.00
Hàm lượng tro %m/m 4.42 ± 0.01a 4.84 ± 0.13 b 4.50 - 4.70
Hàm lượng lipid %m/m 10.55 ± 0.02a 12.60 ± 0.38b 11.00 - 17.00
Hàm lượng protein %m/m 14.76 ± 0.05a 14.83± 0.20a 14.39 - 16.11 *Nguồn: (Franca, A. S. và cộng sự, 2005); (Parliment, T. H., 2000)
(Các chữ số a,b trong cùng một hàng khác nhau là khác nhau có ý nghĩa với p<0.05)
Kết quả phân tích (bảng 3.2) cho thấy hàm lượng ẩm, tro, lipid và protein trong mẫu cà phê rang đạt được tương ứng là 1.30%, 4.84%, 14.83% và 12.60%. Thành phần của hạt cà phê rang thay đổi do hậu quả của quá trình nhiệt làm phá hủy các hợp chất khác nhau và hình thành các hợp chất khác. Sau quá trình rang ở nhiệt độ 225oC, chúng tôi nhận thấy thành
41
phần hóa học của cà phê có sự thay đổi lớn về độ ẩm và hàm lượng lipid, còn hàm lượng tro và protein có sự thay đổi tương đối nhỏ. Cụ thể là, sau rang, độ ẩm cà phê giảm tới 90% và lipid tăng 16% so với cà phê xanh. Còn hàm lượng protein và tro có sự tăng nhẹ lần lượt là 0.09 và 0.004%. Khi xử lý anova (phụ lục), chỉ có sự khác biệt đối với độ ẩm, tro và lipid, còn protein thì không có sự khác biệt. Khi so sánh với các nghiên cứu củaFranca, A. S. và cộng sự (2005) và Parliment, T. H. (2000) về các thành phần hóa học của cà phê sau rang thì các kết quả phân tích thu được khá tương đồng với kết quả mà các nhà nghiên cứu này công bố.
Dựa trên kết quả phân tích thu được, chúng tôi thấy rằng với sự chênh lệch về độ ẩm, có thể hiểu là vì trong quá trình rang, ở giai đoạn đầu xảy ra sự mất nước tự do và sự khử nước hóa học ở giai đoạn hai làm hầu hết lượng nước trong hạt bị bốc hơi (Parliment, T. H., 2000), đồng thời các hợp chất thơm, chất hữu cơ và acid dễ bay hơi thoát ở dạng khí CO2
làm độ ẩm giảm gần 90%. Nhưng sự mất nước này lại làm gia tăng khối lượng chất khô dẫn đến hàm lượng tro, lipid và protein tăng. Hàm lượng protein mẫu sau rang tăng nhẹ nhưng không có sự khác biệt so với mẫu cà phê ban đầu cho dù hàm lượng chất khô tăng lên vì trong quá trình rang làm giảm một lượng nhỏ asparagine nhưng không đáng kể dẫn đến sự chênh lệnh hàm lượng protein này.
3.2. Xây dựng đường chuẩn của acrylamide
Hình 3.1. Độ hấp thụ tại bước sóng tối đa của dãy đường chuẩn acrylamide
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 210 215 220 225 230 235 240 245 250 A b s Bước sóng (nm)
Abs (0.25ng/ml) Abs (0.50ng/ml) Abs (0.75ng/ml) Abs (1.00ng/ml) Abs (1.25ng/ml) Abs (1.50ng/ml) Abs (1.75ng/ml) Abs (2.00ng/ml) Abs (2.00ng/ml) Abs (2.25ng/ml)
42
Phổ hấp thụ được quan sát trong dải bước sóng 210 – 250nm. Dãy các nồng độ được pha với tỉ lệ các dung dịch theo bảng ở mục 2.6.1.6. Kết quả đo được trình bày ở hình 3.1.
Kết quả hình 3.1 cho thấy, dãy các nồng độ đều cho đỉnh hấp thụ ở bước sóng 224nm. Độ hấp thụ tăng dần đều từ mẫu có nồng độ thấp nhất (0.25 ng/ml) đến mẫu có nồng độ cao nhất (2.50 ng/ml), tăng từ 0.087 đến 1.016. Đường chuẩn acrylamide được xây dựng tại bước sóng 224nm được trình bày ở hình 3.2.
Hình 3.2. Đồ thị đường chuẩn acrylamide
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của chế độ rang đến hàm lượng acrylamide tạo thành và màu sắc của cà phê trong các khoảng thời gian rang khác nhau và màu sắc của cà phê trong các khoảng thời gian rang khác nhau
3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến màu sắc của cà phê rang
Công đoạn rang cà phê là quan trọng nhất và mang tính chất quyết định đến chất lượng của cà phê thành phẩm, dưới tác dụng của nhiệt độ các phản ứng hóa học diễn ra và tạo thành hương vị, màu sắc đặc trưng. Vì vậy để có được một sản phẩm cà phê chất lượng cần phải có chế độ rang phù hợp, bên cạnh việc lựa chọn nhiệt độ thì thời gian rang cũng rất quan trọng.
Qua quá trình tìm hiểu lựa chọn được nhiệt độ rang phù hợp là 225oC thì chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian rang và thu được kết quả như sau:
y = 0.4065x - 0.0254 R² = 0.9957 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 A bs ( 224nm) Hàm lượng acrylamide (ng/ml)
43 Cà phê xanh (0 phút) 2 phút 4 phút 6 phút 7 phút 8 phút
Hình 3.3. Màu sắc hạt và bột cà phê tương ứng trong thời gian rang khác nhau
Kết quả thu được ở hình 3.3 cho thấy sự thay đổi màu sắc của các mẫu cà phê tương ứng khi rang ở các mức thời gian khác nhau. Nhiệt độ rang được kiểm soát ở mức 225± 1oC. Bằng mắt thường có thể phân biệt được các mẫu rang trong thời gian càng lâu (từ 0 đến 8 phút) sẽ có màu sẫm hơn. Màu sắc của cà phê rang là kết quả của phản ứng Maillard, phản ứng hóa nâu không enzyme phụ thuộc vào hàm lượng đường khử và thời gian rang (F.
44
Pedreschi và cộng sự, 2005). Thời gian rang ảnh hưởng đến các phản ứng trong hạt cà phê: thời gian rang lâu hơn tạo ra một loại cà phê đắng không có mùi thơm đặc trưng, trong khi thời gian rang rất ngắn có thể không đủ để hoàn thành tất cả các phản ứng nhiệt phân, dẫn đến cà phê có đặc tính cảm quan kém chất lượng (Illy A, Viani R., 1995).
Chúng tôi nhận thấy rằng, tại thời điểm 7 phút, hạt cà phê có giá trị cảm quan tốt nhất, hạt cà phê nở với kích thước lớn nhất, màu nâu cánh gián đậm, bề mặt trơn láng, không có hiện tượng đổ dầu, mùi thơm đặc trưng của cà phê.
Kết quả đo màu của các mẫu cà phê ở các thời gian rang khác nhau được trình bày ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Kết quả đo màu các mẫu cà phê có thời gian rang khác nhau
Mẫu L a b ΔE* 0 phút 39.507 ± 0.108b 4.137 ± 0.064d 17.150 ± 0.036c 60.563 ± 0.093e 2 phút 40.547 ± 0.131a 5.713 ± 0.038c 20.593 ± 0.049b 53.907 ± 0.015f 4 phút 33.833 ± 0.474c 10.630 ± 0.500a 23.050 ± 0.823a 64.527 ± 0.077d 6 phút 20.747 ± 0.021d 7.693 ± 0.080b 13.670 ± 0.026d 74.730 ± 0.026c 7 phút 13.137 ± 0.006e 7.433 ± 0.117b 10.647 ± 0.029e 81.883 ± 0.021b 8 phút 8.440 ± 0.020f 2.720 ± 0.123e 4.773 ± 0.071f 85.957 ± 0.025a
Kết quả phân tích (bảng 3.3) cho thấy sự thay đổi màu sắc dựa trên tham số L, a và b. Mẫu có giá trị L càng lớn sẽ có màu càng sáng. Khi tăng thời gian rang từ 0 đến 8 phút, giá trị L càng giảm, chứng tỏ, màu của hạt cà phê càng tối. Sự giảm về độ sáng này theo thời gian rang là kết quả của phản ứng hóa nâu - một phản ứng phi enzyme xảy ra đường khử và protein ở nhiệt độ cao (Ng, S., Lasekan, O., Muhammad, K., Sulaiman, R., & Hussain, N., 2014). Theo một số báo cáo, màu cà phê đạt chuẩn sẽ có L = 10 – 24 (Dria G. J.và cộng sự, 2007). Ở đây, chúng tôi thu được mẫu ở thời điểm 6 và 7 phút đều phù hợp. Tuy nhiên, dựa vào giá trị cảm quan thu được ở hình 3.3, chúng tôi chọn thời gian rang là 7 phút là thích hợp cho các mẫu khảo sát sau này.
Theo nghiên cứu của Adekunt và cộng sự (2010) chỉ ra độ chênh lệch ∆E* đến sự khác nhau về màu sắc giữa các mẫu đã trình bày tại mục 2.4.3, nhìn chung, tất cả các mẫu đều có sự khác biệt màu sắc rõ rệt vì ∆E* > 3.5. Tức có nghĩa là bằng mắt thường, người không có kinh nghiệm cũng dễ dàng phân biệt được sự khác biệt về màu sắc này.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến lượng acrylamide tạo thành
45
Hình 3.4. Đồ thị hàm lượng acrylamide trong cà phê theo thời gian rang
Kết quả phân tích (hình 3.4) cho thấy, khi tăng thời gian rang từ 0 đến 7 phút thì hàm lượng acrylamide tạo thành tăng từ 1933.94 µg/kg đến 2927.82 µg/kg (tăng khoảng 34%) so với cà phê xanh ban đầu (C). Kết quả phân tích trên khá tương đồng với nghiên cứu của V. Gokmen và cộng sự (2009), nghiên cứu báo cáo rằng, hàm lượng acrylamide tạo thành tăng dần đều khi tăng thời gian rang. Một số báo cáo khác cũng chỉ ra rằng hàm lượng acrylamide tạo thành khá cao trong giai đoạn đầu của quá trình rang cà phê (EFSA, 2015; Lantz và cộng sự, 2006; Skog và cộng sự, 2006; Taeymans và cộng sự, 2004).
Bên cạnh đó, chúng tôi còn nhận thấy rằng hàm lượng acrylamide trong cà phê tăng vọt khi bắt đầu rang, đạt đến mức tối đa, sau đó lại giảm. Cụ thể từ 7 đến 8 phút thì hàm lượng acylamide giảm từ 2927.82 µg/kg xuống còn 2378.59 µg/kg (khoảng 19%). Nguyên nhân là do tốc độ phân hủy lớn hơn tốc độ hình thành acrylamide tại 225oC. Kết quả này cũng có sự tương đồng với nghiên cứu của Taeymans và cộng sự, 2004. Một nghiên cứu khác báo cáo như sau việc rang cà phê trong thời gian càng lâu dẫn đến hàm lượng acrylamide càng giảm (Bagdonaite và cộng sự, 2004). Ngoài ra, việc tăng thời gian rang dẫn đến sự phân hủy acrylamide, còn dẫn đến sự hình thành các hợp chất có hương vị không mong muốn, làm giảm giá trị cảm quan bên ngoài của sản phẩm cà phê (Guenther và cộng sự, 2007).
Như vậy, thời gian rang 7 phút tại nhiệt độ 225oC là phù hợp cho quá trình rang cà phê. 1000 1500 2000 2500 3000 0 2 4 6 7 8 H àm lư ợ ng ac ry la m ide (m ic ro g/ kg) Thời gian (phút)
46
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của L- Asparaginase đến sự hình thành acrylamide trong cà phê trong cà phê
3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng acrylamide tạo thành trong quá trình xử lý cà phê (Robusta)
Độ hấp thụ acrylamide và hàm lượng acrylamide hình thành trong các mẫu cà phê được xử lý bằng L–Asparaginase với các nồng độ enzyme khác nhau được trình bày ở hình 3.5.
C là mẫu cà phê xanh không xử lý enzyme; C0, C3, C5, C7 là các mẫu cà phê được xử lý enzyme có nồng độ lần lượt là 0IU/ml, 3IU/ml, 5IU/ml, 7IU/ml
Hình 3.5. Độ hấp thụ của acrylamide (a) và hàm lượng acrylamide hình thành (b) trong các mẫu cà phê được xử lý với enzyme với các nồng độ khác nhau
Kết quả phân tích ở hình 3.5 (a) cho thấy độ hấp thụ acrylamide của các mẫu đều có đỉnh ở bước sóng 224nm. Độ hấp thụ acrylamide càng cao thì hàm lượng acrylamide tạo thành trong cà phê càng lớn. Mẫu cà phê xanh (C) không xử lý enzyme có độ hấp thụ acrymide cao nhất (0.49) có nghĩa là mẫu này chứa hàm lượng acrylamide nhiều nhất. Khi có mặt enzyme L- Asparaginase, độ hấp thụ acrylamide giảm. Điều này được giải thích là do dưới sự tác động của enzyme, một phần asparagine trong cà phê không kết hợp được với lượng đường khử để tạo thành acrylamide. Vì vậy, hàm lượng acrylamide giảm dẫn đến độ hấp thụ acrylamide cũng giảm và giảm mức thấp nhất là 0.37 ở mẫu xử lý enzyme có nồng độ là 3IU/ml (C3). Tuy nhiên, khi tăng nồng độ enzyme lên 5 và 7IU/ml, độ hấp thụ acrylamide có xu hướng tăng trở lại, nhưng vẫn thấp hơn mẫu C.
Kết quả phân tích ở hình 3.5 (b), thể hiện hàm lượng acrylamide hình thành giảm ở các mẫu cà phê có xử lý enzyme với các nồng độ khác nhau. Ở mẫu có nồng độ 0IU/ml (C0) được ngâm với nước và có điều chỉnh pH kết hợp với đánh sóng siêu âm, với thời gian như 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 210 220 230 240 250 Ab s Bước sóng (nm) C C0 C3 C5 C7 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 C C0 C3 C5 C7 Hàm lượ ng a c ry la m id e (µg/k g) Mẫu a b
47
những nồng độ khác, kết quả cho thấy hàm lượng acrylamide tạo thành có sự giảm nhẹ so với mẫu C, nhưng không đáng kể (xử lý anova không có sự khác biệt). Nồng độ 3IU/ml (P3) cho kết quả giảm hàm lượng acrylamide thấp nhất là 1466.56 µg/kg, giảm khoảng 16% so với mẫu cà phê xanh (C) và khoảng 13% so với mẫu 0IU/ml (C0). Điều này được giải thích rằng, nồng độ enzyme càng cao thì vận tốc phản ứng enzyme càng lớn, khả năng chuyển hóa asparagine thành aspatic acid càng nhiều, gây hạn chế sự hình thành acrylamide (Schnell, S., 2000). Khi nồng độ enzyme tăng lên 5IU/ml (C5) và 7IU/ml (C7), hàm lượng acrylamide tăng lên so với mẫu C3 tương ứng là 1523.49 µg/kg và 1647.85 µg/kg. Có thể hiểu rằng, nếu tiếp tục tăng nồng độ enzyme, mật độ enzyme quá cao trong khi diện tích tiếp với hạt cà phê vẫn giữ nguyên gây khó khăn trong việc thẩm thấu enzyme vào hạt cà phê, dẫn đến hàm lượng acrylamide tăng trở lại ở nồng độ 5 và 7IU/ml.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi tương tự với nghiên cứu của Porto, (2019) với nồng độ enzyme 3IU có thể giảm hàm lượng acrylamide xuống mức thấp nhất. Bên cạnh đó, hiệu quả làm giảm hàm lượng acrylamide tạo thành của enzyme L-Asparaginase còn được báo cáo trong nghiên cứu của Hendriksen và cộng sự, (2013) đạt khoảng 55 – 74%.
Như vậy từ các phân tích bên trên, chúng tôi chọn nồng độ enzyme là 3IU/ml là thích hợp nhất cho quá trình xử lý bằng L - Asparaginase. Giá trị nồng độ này sẽ được sử dụng trong các khảo sát tiếp theo để đưa ra quy trình thích hợp trong việc làm giảm hàm lượng acrylamide tạo thành trong cà phê rang Robusta.
3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình xử lý L-Asparaginase đến hàm lượng acrylamide tạo thành trong cà phê (Robusta) lượng acrylamide tạo thành trong cà phê (Robusta)
Độ hấp thụ acrylamide và hàm lượng acrylamide hình thành trong các mẫu cà phê được xử lý bằng L – Asparaginase với các nhiệt độ khác nhau được trình bày ở hình 3.6.
Kết quả phân tích hình 3.6 thể hiện ở các nhiệt độ khác nhau, độ hấp thụ và hàm lượng acrylamide tạo thành sẽ khác nhau. Mẫu cà phê xanh (C) có độ hấp thụ acrylamide cao nhất (0.54) và thấp nhất là 0.45 ở mẫu 37oC (N37). Khi tiếp tục tăng nhiệt độ xử lý enzyme, độ hấp thụ của acylamide có xu hướng tăng trở lại nhưng vẫn thấp hơn mẫu C. Kết quả phân