c. Phương pháp sấy
4.2.2. Thành phần hóa học của quả cà phê a) Vỏ quả
a) Vỏ quả
Có màu đỏ do chất antoxian và các vết alkaloid, trong vỏ chứa 21,5 – 30 % chất khô (tanin, caffein, các enzyme, …) (bảng 5.3).
Bảng 4.3 – Thành phần hóa học của vỏ quả cả phê, %
Tên thành phần Loại cà phê
Arabica Robusta Protein 9,2 – 11,2 9,17 Chất béo 1,73 2,0 Xenlulo 13,16 27,65 Tro 3,22 3,33 Hợp chất không có N 66,16 57,15 Tanin 14,42 Pectin - 4,07 Cafein 0,58 0,25 b) Vỏ thịt
Là những tế bào mềm chứa nhiều đường và pectin nhưng không chứa cafein và tannin. Trong vỏ thịt có enzyme pectinase phân giải pectin trong q trình lên men làm pH dao động trong khoảng 5,6 – 6,4 tùy thuộc vào độ chín của quả (bảng 5.4).
Bảng 4.4 – Thành phần hóa học của vỏ thịt quả cả phê, %
Tên thành phần Loại cà phê
Arabica Robusta Pectin 33,0 38,7 Đường khử 30,0 46,8 Đường không khử 20,0 - Xenlulo và tro 17,0 - c) Vỏ trấu
Chứa chủ yếu là cellulose, một ít caffein (0,4 %) do khuyếch tán từ vỏ trong lúc phơi khô hoặc lên men (bảng 4.5).
Tên thành phần Loại cà phê (%) Arabica Robusta Protein 1,46 0,35 Chất béo 0,35 0,35 Xenlulo 61,8 67,8 Hemixenlulo 11,6 - Tro 0,96 3,3 Chất đường 27,0 - Pantozan 0,2 - d) Nhân
Thành phần hóa học của nhân quyết định chất lượng cà phê, vì vậy trong chế biến cà phê thì thành phần hóa học của nhân là yếu tố được quan tâm hàng đầu. Nó phụ thuộc vào giống, điều kiện thổ nhưỡng - đất đai, kỹ thuật canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.
Thành phần hóa học của nhân cà phê bao gồm: nước, các chất chiết suất: alkaloid, các hợp chất phenolic, cacbonhydrate, protein, lipid, các axit hữu cơ, các chất khoáng, tinh dầu, vitamin và các enzyme.
Nước: hàm lượng nước (độ ẩm) của cà phê nhân theo tiêu chuẩn của Tổ
chức cà phê thế giới (ICO) phải ở vào khoảng (12 ± 1) %, tuy nhiên do điều kiền bảo quản và vận chuyển có thể dao động từ 9 – 14 %.
Tốc độ hút ẩm và bay hơi của cà phê nhân rất cao và phụ thuộc vào độ ẩm khơng khí (wkk) và nhiệt độ bảo quản:
- wkk = 40 – 60 %: độ ẩm của cà phê nhân không vượt quá 12 %.
- wkk = 63 – 65 %: cà phê nhân bảo toàn được màu sắc, độ tươi mới và mùi vị trong thời gian 1 năm.
- wkk = 65 – 70 % :cà phê nhân bị chuyển vàng và có mùi vị của cà phê để lâu ngày.
- wkk > 75 %: cà phê có mùi vị mốc, khơng thích hợp để chế biến.
- wkk = 95 % và nhiệt độ 20 – 26 °C: cà phê nhân đạt được độ ẩm cân bằng sau 25 – 30 ngày, cà phê rang - sau 5 – 7 ngày, cà phê hòa tan – sau vài giờ.
Các chất chiết suất: Tùy thuộc vào giống và hạng chứa vào khoảng 20 – 29
%:
- Cà phê Arabica loại thượng hạng: 19 – 20 %, loại 1: 21 – 23 %. - Cà phê Robusta loại 1: 25 – 27 %, loại 2: 27 – 29 %.
Alkaloid: bản chất là các methylxanthin, không màu, không mùi, tan trong nước và có vị đắng và có khả năng kích thích hệ thần kinh, bao gồm: caffein, trigonellin, theobromin, theophyllin.
Giáo trình Cơng nghệ chế biến cây nhiệt đới | 2016
- Caffein (C8H10N4O2): là một alkaloid quan trọng để đánh giá chất lượng của cà phê nhân có tên gọi 2, 6-dioxy-1, 3, 7-trimethylpurin (hoặc 1, 3, 7- trimethylxanthin).
Hàm lượng caffeine trong các giống cà phê khác nhau (% so với chất khô): Arabica – 0,6 – 1,2, Robusta: 1,8 – 3, Liberica: 1,2 – 1,5.
- Trigonellin (C7H7NO2): tan trong nước nhưng không bền với nhiệt (dễ chuyển đổi thành axit nicotinic hay vitamin PP) vì vậy trigonellin được xem là tiền chất chính để tạo thành vitamin PP của cà phê nhân.
Hàm lượng trigonellin trong các giống cà phê khác nhau (% so với chất khô): Arabica – 1 – 1,2, Robusta: 0,6 – 7,4, Liberica: 0,2 – 0,3.
- Theobromin (C7H8N4O2): còn gọi là dimethylxanthin, là những tinh thể rắn khơng màu, khó tan trong nước, tan tốt trong muôi trường kiềm. Hàm lượng theobromin trong cà phê nhân không đáng kể: 1,5 – 2,5 mg%.
- Theophyllin (C7H10N4O2): 1, 3-dimethylxanthin, khó tan trong nước lạnh, hàm lượng chứa trong cà phê nhân cũng không đáng kể: 1 – 4 mg%.
Các hợp chất phenolic: bao gồm các axit clorogenic, tannin và catechin, v.v. - Các axit chlorogenic là thành phần chính của các hợp chất phenolic, bản chất là các mono- hoặc đi-este của caffeic acid and L-quinic acid.
Hàm lượng các axit chlorogenic trong các giống cà phê khác nhau (% so với chất khô): Arabica – 5,5 – 8, Robusta: 9 – 11.
Hàm lượng tannin, catechin, v.v.trong các giống cà phê khác nhau (% so với chất khô): Arabica – 6,1 – 6,36, Robusta: 6,8 – 7,7.
Khi rang, hàm lượng các axit chlorogenic giảm đáng kể (65 – 67 %) do bị phá hủy bởi nhiệt (tăng hàm lượng đáng kể caffeic acid and L-quinic acid) và tham gia vào các phản ứng với các amino axit và protein tạo thành các sản phẩm có màu tối (tạo màu cà phê khi rang).
- Tannin: trong cà phê nhân dao động trong khoảng 3, 6 – 7,7 %. Trong quá trình rang (đặc biệt ở nhiệt độ 175 – 205 °C) hàm lượng tannin giảm đi đáng kể (còn lại 0,5 – 1 %) do 2 giai đoạn sau:
+ Giai đoạn 1: Q trình oxy hóa tannin ở 80 – 125 °C do tác dụng của enzyme polyphenoloxydaza (sau 5 – 8 phút xử lý nhiệt).
+ Giai đoạn 2: Q trình chuyển hóa tiếp theo tạo các sản phẩm bậc 2 (các sắc tố có màu tối sậm).
Do vậy, hàm lượng tannin giảm đi trong q trình rang khơng được xem là “yếu tố âm” bởi nó góp phần tạo mùi vị và màu sắc cho cà phê. Tuy nhiên nếu rang quá u cầu thì tannin sẽ bị phân hủy hồn tồn làm mất vị cà phê.
Cacbonhydrate: chiếm khoảng 50 – 60 % so với trọng lượng cà phê nhân bao gồm: saccharose (6 – 10 %), xenlulose (5 – 12 %), pectin (2 – 3 %), các polysaccharide cao phân tử (chất xơ, lignin, v.v.). Ngoài ra, từ cà phê nhân còn phân tách ra được maltose, arabinose, galactose, glucose galactomanan.
Quá trình rang làm thay đổi rất lớn thành phân cacbonhydrate của cà phê: - Hàm lượng saccharose trong cà phê sau khi rang chỉ còn lại 0,56 %.
- Hàm lượng các monosaccharide lúc ban đầu cũng giảm đi đáng kể, nhưng kết thúc quá trình rang tăng trở lại đáng kể: 1,25 % glucose, 1,1 % fructose, 0,15 % arabinose,và 0,1 % galactose.
Protein: protein tổng: 9,69 – 10,19 %, đạm: 1,55 – 1,63 %.
Thành phần protein của 3 giống cà phê đều chứa 20 axit amin, nhưng hàm lượng khác nhau (do điều kiện sinh trưởng) trong đó có rất nhiều axit amin tự do như: axit phenillalanine, glutamic, proline, histidine, asparagine, v.v.
Khi rang, các axit amin tự do tham gia hoàn toàn vào phản ứng với carbonhydrate, các hợp chất phenolic, v.v. tạo màu và mùi cho cà phê.
Lipid: cà phê thuộc nhóm thực vật giàu chất béo. - Cà phê Arabica: 12 – 18 %.
- Cà phê Robusta: 9 – 13,4 %. - Cà phê Liberica: 11 – 12 %.
Thành phần axit béo khơng bão hịa chiếm 50,1 – 59,9 % (so với tổng axit béo trong lipid của cà phê) bao gồm:axit linoleic (37 – 50 %), olenic (9 – 14 %), linolenic (1 – 5 %), arachidonic (1 – 4 %), mirictinic và begenic (0,6 %), gadoleinic, lignoceric, margaric và hexadienoic (vết).
Thành phần các axit béo tự do trong cà phê hạng đặc biệt thấp hơn (0,5 – 3 %) so với trong cà phê hạng thường (< 20 %).
Các axit hữu cơ và chất khoáng:
Trong cà phê nhân phát hiện ra các axit hữu cơ sau: axit citric, axit malic, axit acetic, maleic. Độ axit trong cà phê nhân dao động từ 2,4 – 4 °T. Sau thời gian bảo quản dài (3 – 5 năm) độ axit của cà phê nhân tăng nhưng không đáng kể.
Thành phần chất khoáng của cà phê phân rất phong phú (mg%): K : 1712 – 1750, Mg : 142 – 176, Ca : 76 – 120, Na, Fe, Mn, Zn, Cu, Ba, Ni, Co, Cd, Ti, Pb, Rb, v.v.
Tinh dầu thơm, vitamin và enzyme:
Trong cà phê rang nhận diện được hơn 350 chất thơm. Theo số liệu của các nhà bác học Đức thì tổng nồng độ tuyệt đối của 2-methylpropan, 3-methylbutan, diacetyl và 2-methylphuran chiếm (110 ± 21) mg/kg cà phê.
Thành phần các hợp chất bay hơi trong cà phê tươi Robusta và Arabica không giống nhau ở các giai đoạn chín của hạt. Người ta phát hiện ở hạt cà phê xanh 14 hợp chất bay hơi, trong khi hạt chín có hơn 40 hợp chất bay hơi. Khi phơi khô nồng độ các hợp chất này giảm đi nhưng các sản phẩm oxy hóa của chính nó.
B.V. Artemev đã nghiên cứu pha (phase) khí của cà phê rang xay Columbia bằng phương pháp phân tích hương phát hiện được 34 hợp chất, chiếm 86 % tổng các hợp chất thơm có trong pha này (bảng 5.6).
Giáo trình Cơng nghệ chế biến cây nhiệt đới | 2016
Bảng 4.6 – Thành phần của pha khí của cà phê rang xay Columbia
Tên chất Hàm lượng, % so với propanol Tên chất Hàm lượng, % so với propanol
Pentan 0,5 Butyl Phomiat 0,1
Etanol 23,6 2,4-Pentadiol 0,2
Metyl Phomiat 2,9 Pyridin 0,4
Phuran 2,0 2-(3-,4-) metylpyridin + 2-
geptanol
11,0
Propanan 3,4 2-Pentanol 0,1
Propanol + dimetyl sulphite + metyl acetat
13,4 Pentanal 0,2
2-metylpropal 4,9 Aminacetat 0,1
2-metylphuran 2,9 Pirazin 3,9
Butanal 0,2 Phurphurol 4,6
Butanol 2,6 Rượu phurphurilic 0,1
2,3-Butadion 1,5 Metoxybenzol 0,2 2-metylbutanal 2,2 Benzaldehyde 0,5 3-metylbutanal 4,2 2,6-dimetyl-2,7-octadien -6-ol 0,1 2,5-dimetylphuran 0,3 Thiophen < 0,1
+ Trong cà phê chủ yếu là vitamin nhóm B như: B1, B2, B3, B6, PP, B12 và vitamin E.
+ Cà phê nhân có hệ enzyme phong phú với đủ các nhóm: oxydaza, hydrolaza, transpheraza, isomeraza đóng vai trị quan trọng trong các q trình sinh hóa, hóa lý của hạt.
Người ta chứng minh được rằng màu sắc của cà phê nhân thay đổi có liên hệ với sự thay đổi hoạt tính của hệ enzyme này.