ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
——

PHAN THỊ MAI

ỨNG DỤNG PHỔ QUANG HỌC
ĐỂ XÁC THỰC NGUỒN GỐC CÀ PHÊ NHÂN

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số

: 8.54.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2022


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: Phó giáo sư. Tiến sĩ Lại Quốc Đạt ......................
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: Phó giáo sư. Tiến sĩ Nguyễn Hồng Dũng..........
Cán bộ chấm nhận xét 1: Phó giáo sư. Tiến sĩ. Tôn Nữ Minh Nguyệt .................
Cán bộ chấm nhận xét 2: Tiến sĩ. Nguyễn Hoài Hương .......................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
Ngày 13 tháng 07 năm 2022
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch hội đồng: Phó Giáo Sư. Tiến Sĩ. Hồng Kim Anh
2. Phản biện 1: Phó giáo sư. Tiến sĩ. Tơn Nữ Minh Nguyệt

3. Phản biện 2: Tiến sĩ. Nguyễn Hoài Hương
4. Ủy viên: Phó giáo sư. Tiến sĩ. Lại Quốc Đạt
5. Thư ký: Tiến sĩ. Nguyễn Quốc Cường
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên: PHAN THỊ MAI

MSHV: 1970570

Ngày, tháng, năm sinh: 06/11/1988

Nơi sinh: Bình Định

Chun ngành: Cơng nghệ thực phẩm

Mã số: 8540101


TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PHỔ QUANG HỌC ĐỂ XÁC THỰC NGUỒN
GỐC CÀ PHÊ NHÂN (COMBINING OPTICAL SPECTRA WITH DATA
MINING FOR AUTHENTICITY OF GREEN COFFEE BEEN)

I.

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Thu thập và ghi nhận thông tin của các mẫu cà phê nhân từ 5 tỉnh thuộc vùng
Tây Nguyên.
 Sử dụng phép đo phân tích chính xác để xác định tính chất vật lý, thành phần
hoá học của mẫu.
 Tiến hành quét phổ cận hồng ngoại, phổ tử ngoại-khả kiến các mẫu ở 2 dạng
nguyên hạt và dạng bột.
 Khai phá dữ liệu, xây dựng mơ hình dự đốn chỉ dẫn địa lý.
III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/09/2021

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/06/2022

V.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:
1) Phó giáo sư, Tiến sĩ Lại Quốc Đạt
2) Phó giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Hồng Dũng

Tp. HCM Ngày 01 tháng 07 năm 2022
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể q thầy cơ ở Trường Đại học Bách
Khoa TP.HCM, cũng như tập thể giảng viên ở bộ môn Công nghệ thực phẩm đã giảng
dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và hỗ trợ tận tâm cho chúng em rất nhiều trong
suốt quá trình em theo học tại trường.
Đặc biệt hơn hết, em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn là
Phó giáo sư. Tiến sĩ. Lại Quốc Đạt, Phó giáo sư. Tiến sĩ. Nguyễn Hồng Dũng đã ln
quan tâm, hướng dẫn, hỗ trợ tận tình và động viên trong suốt q trình hồn thiện luận
văn. Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn q Thầy Cơ quản lý các phịng thí nghiệm bộ
mơn Công nghệ Thực Phẩm đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho em được làm việc tại
phịng thí nghiệm. Cũng như sự hỗ trợ rất nhiều từ các bạn sinh viên của trường Đại học
Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã luôn đồng hành cùng em trong suốt quá trình
thực hiện và hồn thành luận văn.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí
Minh (ĐHQG TP.HCM) theo số tài trợ C2019–20–30. Ngồi ra, em xin dành lòng trân
trọng đối với sự hỗ trợ tận tâm từ các đơn vị, cá nhân đã giúp đỡ em trong quá trình thu
nhận 124 mẫu cà phê từ các tỉnh Tây Nguyên phục vụ cho quá trình nghiên cứu.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô phản biện và quý Thầy Cô

trong Hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian quý báu để xem xét và đóng góp ý kiến
cho luận văn hoàn thiện hơn. Dù đã tận lực, nhưng với kinh nghiệm còn hạn chế, những
khuyết điểm và sai sót là điều khơng thể tránh khỏi, em rất mong nhận được những lời
nhận xét cũng như chỉ dẫn để em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn này dành cho gia đình, bạn bè và anh chị đồng
nghiệp đã ln đồng hành, động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em tham
gia học tập và hoàn thành tốt đề tài luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn và gửi lời chúc sức khỏe.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2022
Học viên thực hiện

─i─


TÓM TẮT
Cà phê là một trong những thức uống phổ biến nhất trên thế giới và theo sự phát
triển của xã hội, nhu cầu thưởng thức cà phê đặc sản ngày càng tăng, điều này góp phần
làm tăng giá trị kinh tế đối với các cùng cà phê có chỉ dẫn địa lý. Việt Nam lại là nước
sản xuất, xuất khẩu cà phê Robusta lớn nhất thế giới, và Tây Nguyên là vùng trọng điểm
cà phê Robusta của cả nước. Chính vì những lợi thế kinh tế trên mà cà phê có chỉ dẫn
địa lý Bn Ma Thuột đã được nhà nước đăng bạ bảo hộ năm 2006 và hướng tới bảo hộ
quốc tế. Để đạt được điều này, một bộ dữ liệu các tính tính chất đặc trưng của cà phê
thuộc khu vực này cần được nghiên cứu và hình thành bản đồ phân vùng dựa theo chỉ
dẫn địa lý của các đặc trưng trên. Song song với bộ dữ liệu thu thập được, sử dụng phổ
quang học của cà phê nhân kết hợp với các phương pháp phân tích dữ liệu để xây dựng
mơ hình phù hợp nhằm nhận diện cà phê Robusta có chỉ dẫn địa lý Bn Ma Thuột tại
hiện trường một cách nhanh chóng, ít liên đới đến phịng thí nghiệm, giảm thiểu quy
trình chuẩn bị mẫu. Hai giải pháp trên sẽ mang lại tính minh bạch trong hoạt động giao
thương và tăng cường hiệu quả các giao dịch diễn ra, ngăn ngừa rủi ro giả mạo hàng
hoá, và tăng giá trị thặng dư đối với hạt cà phê.

Nghiên cứu là sẽ bao gồm hai mục tiêu chính là xây dựng bộ dữ liệu (tính chất
vật lý và thành phần hoá học) của cà phê nhân khu vực Tây Ngun và xây dựng mơ
hình phù hợp nhằm nhận diện cà phê Robusta có chỉ dẫn địa lý Buôn Ma Thuột để phát
triển phương pháp xác thực nhanh nguồn gốc của cà phê nhân. Kế hoạch nghiên cứu
cho giải pháp trên sẽ bao gồm 4 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Thu thập và bảo quản mẫu.
Giai đoạn 2: Tiến hành các thí nghiệm phân tích trên bộ mẫu đã thu thập.
Giai đoạn 3: Quét phổ cận hồng ngoại (NIR) và phổ tử ngoại – khả kiến (UV–VIS) trên
bộ mẫu đã thu thập.
Giai đoạn 4: Dùng phần mềm xử lý dữ liệu đa chiều để khai phá dữ liệu và xây dựng
mơ hình dự đốn.
Cà phê nhân sẽ là đối tượng nghiên cứu chính, nguyên liệu được thu thập từ 5
tỉnh Tây Nguyên. Với mỗi tỉnh, thu thập đa dạng hố đến đơn vị hành chính là xã. Sau
─ ii ─


quá trình thu nhận mẫu ở Giai đoạn 1, Giai đoạn 2 sẽ được triển khai để xây dựng bộ
dữ liệu về cà phê nhân Tây Nguyên, Việt Nam. Bộ dữ liệu cung cấp thơng tin về các
tính chất vật lý gồm: kích thước ba chiều, khối lượng, tỉ trọng hạt, diện tích bề mặt, tỉ lệ
kích thước, và số liệu màu sắc (thang đo L*a*b*) của hạt. Bên cạnh đó, dữ liệu là các
thành phần hố học gồm: tổng hàm lượng chất khơ hồ tan, hàm lượng caffeine, hàm
lượng polyphenol tổng, hoạt tính chống oxy hố, hàm lượng lipid, hàm lượng đường
khử cũng được phân tích và thu nhận. Giai đoạn 3 sẽ quét phổ NIR hạt cà phê nhân sử
dụng thiết bị cầm tay bước sóng từ 900 – 1700nm; và thu nhận phổ UV–VIS của dịch
trích cà phê nhân sử dụng hệ thống thiết bị để bàn ở vùng bước sóng từ 200 – 700nm.
Giai đoạn 4 sẽ sử dụng phần mềm xử lý số liệu để:
(a)

Xây dựng đặc trưng tính chất vật lý và thành phần hố học.


(b)

Xây dựng mơ hình dự đốn cà phê có chỉ dẫn địa lý hạt cà phê nhân.

(c)

Lựa chọn mô hình đã xây dựng có khả năng ứng dụng cao nhất cho từng mục
đích.
Kết quả từ Giai đoạn 1 và 2 là bộ gồm 124 mẫu cà phê nhân, trong đó có 24 mẫu

có chỉ dẫn địa lý Bn Ma Thuột (Y) và 100 mẫu khơng có chỉ dẫn địa lý (N) từ 5 tỉnh,
37 huyện/ thành phố thuộc khu vực Tây Nguyên. Qua phân tích, các đặc trưng vật lý và
hoá học của các mẫu Robusta theo chỉ dẫn địa lý chưa thể hiện rõ sự khác biệt, song có
một điểm tích cực là có thể nhận diện theo hàm lượng caffein. Ở giai đoạn 3, mơ hình
xây dựng từ phổ NIR cho thấy khả năng dự đoán các mẫu cà phê có chỉ dẫn địa lý; tương
tự mơ hình xây dựng từ phổ UV–VIS cũng cho thấy khả năng dự đốn tốt các mẫu cà
phê có chỉ dẫn địa lý Bn Ma Thuột và nhóm khơng có chỉ dẫn địa lý.

─ iii ─


ABSTRACT
Coffee is one of the most popular consumed beverages around and with the
development of society, the demand for enjoying specialty coffee is increasing, which
contributes to the increase of economic value for the same coffees. coffee with
geographical indication. Vietnam is the world's largest producer and exporter of Robusta
coffee, and the Central Highlands is the country's key Robusta coffee region. Because
of the above economic advantages, coffee with geographical indication Buon Ma Thuot
was registered for protection by the state in 2006 and is aiming for international
protection. To achieve this, a data set of characteristic properties of coffee in this region

needs to be studied and a zoning map is formed based on the geographical indications
of the above characteristics. In parallel with the collected data set, using optical spectrum
of green coffee combined with data analysis methods to build a suitable model to
identify Robusta coffee with geographical indication in Buon Ma Thuot. quickly in the
field, with less laboratory involvement, and reduced sample preparation processes. The
above two solutions will bring transparency in trading activities, increase and enhance
the efficiency of transactions taking place, prevent the risk of counterfeit goods, and
increase the surplus value for coffee beans.
The research includes two main goals: building a data set (physical properties
and chemical composition) of Tay Nguyen area green coffee and building a suitable
model to identify Robusta coffee with Protected Geographical Indications (PGI) Buon
Ma Thuot to develop a method to quickly verify the origin of green coffee. Research
plan is composed by four phases:
Phase 1: Collecting and preserving samples.
Phase 2: Conducting instrumental and wet analysis on collected samples.
Phase 3: Applying spectroscopy techniques namely near – infrared (NIR) and
ultraviolet – visible (UV–VIS) spectroscopy on collected samples.
Phase 4: Mining data and building prediction models using multivariate data analysis
software.

─ iv ─


Green coffee is the primary research materials, the materials are collected from
5 provinces of the Tay Nguyen area. For each province, the collection is diversified to
the administrative unit which is the commune. Then, Phase 2 is conducted using these
samples to measure physical properties: three–dimension figures, weight, density,
surface area, size ratio, and colour determination (L*a*b* color space); as well as the
chemical composition: total soluble solids, caffeine content, total polyphenol content,
antioxidant acitivy, lipid content, and reducing sugar content. Phase 3 mainly involves

in spectroscopy techniques that are the NIR spectroscopy scaning two type of sample
preparation (whole bean and powder) by a portable device in the wavelength range of
900 – 1700nm; and the UV–VIS spectroscopy scaning the aqueous extraction from
green coffee by a spectroscopy system in the wavelength range of 200 – 700nm. The
scaning processes record data expressed by reflectance (or absorbance) of sample under
various wavelength throughout the whole wave frame. Phase 4 uses analysis software
to:
(a)

Characterization of physical properties and chemical composition;

(b)

Development of a coffee predictive model for green coffee beans.

(c)

Selecting models with the best performances for practical application.
The results from Phases 1 and 2 are a collection of 124 samples, of which 24

samples have GI in Buon Ma Thuot (Y) and 100 samples without GI (N) from 5
provinces, 37 district/city in the Central Highlands region and complete data set of
physical properties and chemical composition.
Through analysis, the physical and chemical characteristics of Robusta samples
according to the geographical indications have not clearly shown the difference, but
there is a positive point that can be identified by caffeine content. Model built from data
at Stage 3 For the prediction of the geographical indication of Robusta coffee, the model
built from the NIR spectrum showed the ability to effectively predict coffee samples
from certified samples only. Geographical Indication Buon Ma Thuot and the rest; The
model built from the UV–VIS spectrum shows good predictive ability of coffee samples

with geographical indications.

─v─


LỜI CAM KẾT
Em xin cam kết số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn thạc sĩ “Ứng dụng
phổ quang học để xác thực nguồn gốc cà phê nhân” dưới sự hướng dẫn của cán bộ
hướng dẫn 1: Phó giáo sư. Tiến sĩ. Lại Quốc Đạt và cán bộ hướng dẫn 2: Phó giáo sư.
Tiến sĩ. Nguyễn Hồng Dũng, là trung thực và khơng có bất kỳ sự sao chép nào. Đề tài,
nội dung báo cáo trong luận văn là kết quả mà em đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình
học tập tại trường. Trong bài báo cáo có sử dụng một số nguồn tài liệu tham khảo đã
được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng. Em xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước bộ
mơn, khoa và nhà trường về lời cam kết này.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2022
Học viên thực hiện

─ vi ─


MỤC LỤC
Contents
Lời cảm ơn .......................................................................................................................i
Tóm tắt........................................................................................................................... ii
Abstract .........................................................................................................................iv
Lời cam kết ....................................................................................................................vi
Mục lục ........................................................................................................................ vii
Danh sách bảng ..............................................................................................................x
Danh sách hình ảnh ......................................................................................................xi

Danh mục viết tắt....................................................................................................... xiii
Chương 1 Mở đầu ..........................................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................1
1.2. Tổng quan nghiên cứu .................................................................................5
1.3. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................6
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...............................................................7
1.5. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................7
Chương 2 Tổng quan đề tài ..........................................................................................8
2.1. Tổng quan về cà phê [8, 9, 10] .....................................................................8
2.1.1. Phân bố cà phê Robusta tại Việt Nam.................................................8
2.1.2. Đặc tính sinh học của cây cà phê Robusta ........................................10
2.1.3. Tính chất vật lý của cà phê nhân .......................................................11
2.1.4. Thành phần hoá học của cà phê nhân ...............................................12
2.2. Phương pháp Quang phổ học ...................................................................18
2.3.1. Phổ cận hồng ngoại ...........................................................................18
2.2.1. Phổ tử ngoại – khả kiến.....................................................................28
2.3. Phương pháp phân tích số liệu đa chiều ..................................................42
─ vii ─


2.4.1. Phân tích cấu trúc dữ liệu ..................................................................42
2.4.2. Các mơ hình xử lý dữ liệu .................................................................44
2.4.3. Đánh giá và lựa chọn mơ hình ..........................................................46
2.4.4. Các phép tiền xử lý ứng dụng vào phổ quang học ............................47
Chương 3 Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................52
3.1. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................52
3.1. Nguyên liệu .................................................................................................53
3.2. Hóa chất nghiên cứu ..................................................................................54
3.3. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................54
3.3.1. Phương pháp lấy mẫu ........................................................................54

3.3.2. Phân tích các đặc trưng vật lý, hoá học của các mẫu cà phê ............55
3.3.3. Quét phổ NIR bằng thiết bị quang phổ NIR cầm tay ........................56
3.3.4. Thu nhận phổ UV–VIS bằng máy đo quang phổ UV–VIS ..............56
3.3.5. Xử lý dữ liệu .....................................................................................57
3.3.6. Đánh giá mô hình ..............................................................................59
Chương 4 Kết quả và bàn luận ..................................................................................60
4.1. Tính chất vật lý và thành phần hóa học của cà phê ................................60
4.1.1. Tính chất vật lý..................................................................................60
4.1.2. Thành phần hố học ..........................................................................66
4.1.3. Phân tích số liệu về tính chất vật lý và thành phần hoá học theo chỉ
dẫn địa lý của cà phê. ........................................................................72
4.2. Phổ NIR của cà phê nhân ..........................................................................73
4.2.1. Thư viện phổ NIR .............................................................................73
4.2.2. Phân tích số liệu phổ NIR để truy xuất nguồn gốc địa lý của cà phê
nhân ...................................................................................................73
4.3. Phổ UV–VIS của cà phê nhân ...................................................................78
4.3.1. Thư viện phổ thu được ......................................................................78
4.3.2. Phân tích số liệu phổ UV–VIS truy xuất chỉ dẫn địa lý của cà phê
nhân- Mơ hình PLS–DA ...................................................................79

─ viii ─


4.4. Đánh giá mơ hình phân tích số liệu phổ ...................................................84
Chương 5 Kết luận và kiến nghị ................................................................................85
5.1. Kết luận .......................................................................................................85
5.1.1. Xây dựng đặc trưng tính chất vật lý và thành phần hoá học .............85
5.1.2. Sử dụng quang phổ xác thực nguồn gốc. ..........................................85
5.2. Kiến nghị .....................................................................................................85
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................87

Phụ lục ..........................................................................................................................95
Phụ lục A Thông tin mẫu robusta .....................................................................95
Phụ lục B Các phương pháp phân tích ...........................................................102
1.

Xác định kích thước khơng gian 3 chiều và các tính chất liên quan
.........................................................................................................102

2.

Phân hạng cà phê nhân theo kích thước sàng .................................103

3.

Khối lượng của 100 hạt cà phê và mật độ khối...............................104

4.

Xác định độ ẩm của bột cà phê nhân ..............................................104

5.

Xác định tổng hàm lượng chất khơ hồ tan ....................................105

6.

Xác định độ pH của dịch trích cà phê nhân ....................................106

7.


Xác định hàm lượng caffeine ..........................................................107

8.

Xác định hàm lượng polyphenol tan trong nước ............................109

9.

Xác định hoạt tính kháng oxy hố ..................................................111

10.

Xác định hàm lượng lipid tổng .......................................................113

11.

Xác định hàm lượng đường khử .....................................................115

Phụ lục C Kết quả thí nghiệm ..........................................................................118
1.

Tính chất vật lý của các mẫu cà phê nhân.......................................118

2.

Xây dựng đường chuẩn ...................................................................129

3.

Thành phần hoá học của các mẫu cà phê nhân ...............................135


4.

Phân sàng cà phê nhân ....................................................................136

─ ix ─


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2. 1 Diện tích canh tác cà phê Việt Nam (năm 2014). ...........................................9
Bảng 2. 2. Thành phần khối lượng của quả cà phê (% w/w) [10] .................................11
Bảng 2. 3. Các đặc trưng của sàng thử nghiệm bằng kim loại lỗ trịn ..........................11
Bảng 2. 4. Thành phần hố học của cà phê nhân [10] ...................................................13
Bảng 2. 5. Các loại CGA trong cà phê ..........................................................................17
Bảng 2. 6. Sự chuyển mức năng lượng của các electron trong orbital phân tử [24] .....29
Bảng 2. 7. Các cặp màu phụ nhau [15]..........................................................................30
Bảng 3. 1 Hố chất phân tích dùng trong nghiên cứu ...................................................54
Bảng 4. 1 Kết quả áp dụng các phép phân tích tiền xử lý cho mơ hình PLS–DA để truy
xuất chỉ dẫn địa lý cà phê từ phổ NIR ...........................................................................74
Bảng 4. 2 Giá trị độ nhạy, độ đặc hiệu và độ chính xác và diện tích dưới đường cong
của các biến định tính ....................................................................................................76
Bảng 4. 3. Kết quả áp dụng các phép phân tích tiền xử lý cho mơ hình KNN để truy xuất
chỉ dẫn địa lý cà phê từ phổ NIR ...................................................................................78
Bảng 4. 4. Kết quả áp dụng các phép phân tích tiền xử lý cho mơ hình PLS–DA để truy
xuất chỉ dẫn địa lý cà phê từ phổ UV–VIS ....................................................................80
Bảng 4. 5. Giá trị độ nhạy, độ đặc hiệu và độ chính xác của các biến định tính...........83

─x─



DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1. 1 Logo PGI Cà phê Bn Ma Thuột ..................................................................2
Hình 1. 2. Phương pháp chế biến sau thu hoạch của cà phê nhân theo PGI ...................4
Hình 1. 3. Bản đồ phân hoá cà phê trên Brazil ................................................................5
Hình 2. 1 Phân bố khu vực trồng cà phê tại Việt Nam ....................................................8
Hình 2. 2. Cấu tạo sinh học của quả cà phê ...................................................................10
Hình 2. 3. Biểu đồ thế năng của dao động điều hồ ......................................................20
Hình 2. 4. Biểu đồ thế năng của dao động điều hoà (Harmonic) so với dao động khơng
điều hồ (Morse) ............................................................................................................20
Hình 2. 5. Bước sóng hấp thụ đặc trưng của một số nhóm chức và một số thành phần
chính được tìm thấy trong cà phê ..................................................................................22
Hình 2. 6. Module thiết bị cầm tay quang phổ cận hồng ngoại.....................................26
Hình 2. 7. Cấu tạo thiết bị cầm tay quang phổ cận hồng ngoại .....................................26
Hình 2. 8. Đường đi của ánh sáng trong thiết bị cầm tay ..............................................27
Hình 2. 9. Sơ đồ sự hấp thu ánh sáng của một dung dịch .............................................31
Hình 2. 10. Dạng chung của phổ hấp thu trong trường hợp đơn giản ...........................34
Hình 2. 11. Ảnh hưởng của bước sóng (a) đến sự tuyến tính của đường chuẩn theo định
luật Beer (b) ...................................................................................................................35
Hình 2. 12. Dung môi được sử dụng trong các vùng bước sóng ...................................36
Hình 2. 13. Đường chuẩn tuyến tính (a) và khơng tuyến tính (b) thể hiện mối quan hệ
giữa nồng độ chất và độ hấp thu ....................................................................................37
Hình 2. 14. Đường chuẩn của phương pháp đường chuẩn  và phương pháp thêm chuẩn
 [17] ............................................................................................................................38
Hình 2. 15. Phân loại máy đo quang phổ ......................................................................39
Hình 2. 16. Hệ quang học của máy quang phổ Shimadzu UV–2600i ...........................41
Hình 2. 17. Phương pháp KNN sử dụng K = 3 .............................................................45
Hình 2. 18. Phổ đo ở các điểm rời rạc [28] ...................................................................48
Hình 3. 1. Sơ đồ tiến trình nghiên cứu ..........................................................................52
Hình 3. 2. Bản đồ thu nhận mẫu tại Tây Nguyên ..........................................................53

─ xi ─


Hình 3. 3 Vị trí lấy mẫu .................................................................................................55
Hình 3. 4 Sơ đồ tóm tắt phương pháp xử lý dữ liệu ......................................................58
Hinh 4. 1 Boxplot kích thước ba chiều hạt cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý .................61
Hinh 4. 2 Phân hạng theo số sàng của cà phê Robusta có chỉ dẫn địa lý và khơng có chỉ
dẫn địa lý .......................................................................................................................63
Hinh 4. 3 Boxplot các tính chất về khối lượng 100 hạt, mật độ khối hạt cà phê nhân theo
chỉ dẫn địa lý..................................................................................................................64
Hinh 4. 4 Boxplot các tính chất về màu sắc của hạt cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý. ..65
Hinh 4. 5 Boxplot độ ẩm cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý.............................................66
Hinh 4. 6 Boxplot hàm lượng chất khơ hồ tan cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý ..........67
Hinh 4. 7 Boxplot độ pH dịch trích cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý ............................68
Hinh 4. 8 Boxplot hàm lượng caffeine trong cà phê nhântheo chỉ dẫn địa lý ...............69
Hinh 4. 9 Boxplot hàm lượng polypheol tổng phân nhóm theo chỉ dẫn địa lý .............69
Hinh 4. 10 Boxplot oạt tính kháng oxy hố cà phê nhân phân nhóm theo chỉ dẫn địa lý
.......................................................................................................................................70
Hinh 4. 11 Boxplot hàm lượng lipid tổng trong cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý. ........71
Hinh 4. 12 Boxplot hàm lượng đường khử trong cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý .......71
Hinh 4. 13 Biểu đồ biplot và loadings của biến định tính theo chỉ dẫn địa lý ..............72
Hinh 4. 14 Phổ NIR của hạt cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý (phổ chưa qua xử lý) .....73
Hinh 4. 15 Loadings của 3 LVs đầu (a) và Loading sử dụng tất cả LV (b) của mơ hình
PLS–DA để truy xuất chỉ dẫn địa lý của hạt cà phê từ phổ NIR...................................75
Hinh 4. 16 Loadings tất cả 3 LVs ..................................................................................76
Hinh 4. 17 Đường ROC và giá trị AUC có chỉ dẫn địa lý (a) và khơng có chỉ dẫn địa lý
(b) của mơ hình PLS–DA từ phổ NIR. ..........................................................................77
Hinh 4. 18 Dữ liệu phổ UV–VIS của cà phê nhân theo chỉ dẫn địa lý. ........................79
Hinh 4. 19 Biểu đồ score của LV1 với LV2 (a) và LV1 với LV3 (b) của mơ hình PLS–
DA để truy xuất chỉ dẫn địa lý cà phê từ phổ UV–VIS .................................................81

Hinh 4. 20 Biểu đồ loadings của 7 biến LV của mơ hình PLS–DA để truy xuất chỉ dẫn
địa lý cà phê từ phổ UV–VIS ........................................................................................82
Hinh 4. 21 Đường ROC của biến định tính mơ hình PLS–DA từ phổ UV–VIS ..........83

─ xii ─


DANH MỤC VIẾT TẮT
Ý nghĩa

Viết tắt &
kí hiệu
Tiếng anh

Tiếng việt
Giá trị biểu thị màu từ xanh lá tới
đỏ trong không gian màu CIELab

a*
AA

Antioxidant acitivity

Hoạt tính kháng oxy hố/ Hàm
lượng các hợp chất có hoạt tính
kháng oxy hố

ANOVA

Analysis Of Variance


Phân tích phương sai

AOAC

Association of Official Analytical
Chemists

Hiệp hội các Nhà hoá học phân
tích chính thức

AR

Aspect ratio

Tỉ lệ tương quan giữa chiều rộng
và chiều dài

As

Surface area

Diện tích bề mặt cà phê nhân

AU

Absorbance unit

Đơn vị độ hấp thu


AUC

Area under the curve

Diện tích dưới đường cong

b*

Giá trị biểu thị màu từ xanh
dương tới vàng trong không gian
màu CIELab

BMT

Buôn Ma Thuột

C

Calibration

Hiệu chuẩn

CD

Coefficient of Determination

Hệ số xác định

CGA


Chlorogenic acid

CV

Cross–validation

Kiểm định chéo

D

Dry processing

Chế biến khô

D&S

Derivatve and Smoothing Savitzky–
Golay

Đạo hàm và làm mịn mịn bằng
phương pháp Savitzky–Golay

db

Dry basis

Căn bản khô

─ xiii ─



Ý nghĩa

Viết tắt &
kí hiệu
Tiếng anh

Tiếng việt

DNS

3,5–dinitrosalicylic acid

DPPH

2,2–diphenyl–1–picrylhydrazyl

DS1

1st Derivatve and Smoothing Savitzky– Đạo hàm bậc 1 và làm mịn bằng
Golay
phương pháp Savitzky–Golay

DS2

2nd Derivatve and Smoothing
Savitzky–Golay

Đạo hàm bậc 2 và làm mịn bằng
phương pháp Savitzky–Golay


GAE

Gallic acid equivalent

Đương lượng gallic acid

GL
KNN

Tỉnh Gia Lai
K–Nearest Neighbor

KT
L

Tỉnh Kon Tum
Length

Chiều dài cà phê nhân

L*

Giá trị biểu thị độ sáng tối trong
không gian màu CIELab

LD

Tỉnh Lâm Đồng


LDA

Linear Discriminant Analysis

Phân tích biệt thức tuyến tính

LV

Latent variable

Biến ẩn

MARDI

Malaysian Agricultural Research and
Development Institute

Viện Nghiên cứu và Phát triển
Nông nghiệp Malaysia

MC

Mean Centering

Chuẩn hóa trung bình

MSC

Multiplicative Scatter Correction


Phương pháp hiệu chỉnh phân tán
nhiều lần
Cà phê không thuộc chỉ dẫn địa lý
Buôn Ma Thuột

N
NIR

Near Infrared

Phổ cận hồng ngoại

PCA

Principal Component Analysis

Phân tích thành phần chính

PC

Principal Component

Thành phần chính

─ xiv ─


Ý nghĩa

Viết tắt &

kí hiệu
Tiếng anh

Tiếng việt

PGI

Protected Geographical Indications

Bảo hộ chỉ dẫn địa lý

PLS

Partial Least Square

Bình phương tối thiểu một phần

PLS–DA

Partial Least Square with
Discriminant Analysis

Bình phương tối thiểu một phần
phân biệt

R

Robusta

Cà phê Robusta


R2

Coefficient of Determination

Hệ số tương quan

RMSE

Root Mean Square Error

Căn bậc hai sai số bình phương
trung bình.

RMSEC

Root Mean Square of Error
Calibration

Sai số căn bậc hai hiệu chỉnh

RMSECV

Root Mean Square of Error Cross –
Validation

Sai số căn bậc hai kiểm chứng
chéo.

ROC


Receiver Operating Characteristic

RS

Reducing sugar content

SNV

Standard Normal Variate

Sp

Sphericity

Độ cầu cà phê nhân

SW

Semi–wet processing

Chế biến bán ướt

T

Thíckness

Bề dày cà phê nhân

TCVN


Hàm lượng đường khử

Tiêu chuẩn Việt Nam

TE

Trolox equivalent

Đương lượng trolox

TPC

Total phenolic content

Hàm lượng các hợp chất phenolic
tổng

TSS

Total soluble solids

Hàm lượng chất khơ hồ tan

UV–VIS

Ultraviolet – visible

Phổ tử ngoại khả kiến


Y

Cà phê Robusta thuộc chỉ dẫn địa
lý Buôn Ma Thuột

─ xv ─


Ý nghĩa

Viết tắt &
kí hiệu
Tiếng anh

Tiếng việt

W

Width

Chiều rộng cà phê nhân

W

Wet processing

Chế biến ướt

W100


Weight of 100 beans

Khối lượng 100 hạt cà phê nhân

wb

Wet basis

Căn bản ướt

ρb

Bulk density

Mật độ khối cà phê nhân

─ xvi ─


CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Cà phê là một trong những loại thức uống được tiêu thụ phổ biến nhất trên thế

giới. Không giống những loại thực phẩm khác, những người thưởng thức cà phê thường
không quan tâm nhiều đến giá trị dinh dưỡng của nó mà thường quan tâm đến giá trị
cảm quan của sản phẩm, hoặc có thể nói họ tìm đến cà phê với mục đích tiêu khiển bên
cạnh một số dược tính mà cà phê mang lại. Nhiều khách hàng quan tâm nhiều đến các

loại cà phê đặc sản đến từ nhiều vùng miền khác nhau bởi mỗi loại sẽ mang đến những
hương vị độc đáo, và do đó, giá trị của mỗi loại cà phê cũng khác nhau giữa các giống
và các vùng lãnh thổ.
Nhu cầu sử dụng sản phẩm cà phê chất lượng cao đang ngày càng tăng, đặc biệt
là nhu cầu thưởng thức cà phê đặc sản ở các thị trường cao cấp khó tính như Mỹ, Úc,
Ý…Các loại cà phê đặc sản cũng sẽ có giá trị thương mại cao hơn hẳn các loại cà phê
thơng thường. Trong khi đó, Việt Nam lại là nước sản xuất, xuất khẩu cà phê lớn thứ
nhì thế giới và đứng thứ nhất về cà phê Robusta. Đặc biệt, các vùng trồng cà phê ở Việt
Nam có điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng khác nhau nên tiềm năng phát triển cà phê đặc
sản rất lớn.
Chỉ dẫn địa lý (Geographical Indications, GIs) ngày càng được quan tâm và được
xem như một công cụ phân biệt giá trị sản phẩm trong lĩnh vực cà phê đặc sản. Tương
tự như rượu vang ở Pháp và Ý, ngày càng nhiều quốc gia sản xuất cà phê cố gắng thiết
lập hệ thống tên gọi cho cà phê cho quốc gia của họ. Trong khi một số quốc gia và khu
vực như Colombia hoặc Jamaica đã bảo hộ hợp pháp GIs cho cà phê, hầu hết GIs cà phê
vẫn còn khơng chính thức, nghĩa là cho đến nay chưa có biện pháp bảo hộ hợp pháp nào.
Nhưng sự chấp nhận gần đây của thuật ngữ Café de Colombia như một Chỉ dẫn Địa lý
được Bảo hộ (Protected Geographical Indication, PGI) ở Liên minh Châu Âu và
Ethiopian Trademark Initiative cho thấy sự tham gia ngày càng tăng của các nước sản
xuất cà phê để đạt được sự bảo vệ pháp lý cho GIs sản phẩm của họ. Từ quan điểm kinh
tế, dữ liệu từ các cửa hàng bán lẻ trực tuyến của Hoa Kỳ chỉ ra rằng cà phê có nguồn
1


gốc duy nhất nhận được giá bán lẻ cao hơn đáng kể, trong đó cà phê Kona 100% từ
Hawaii và cà phê Blue Mountain của Jamaica là những loại đắt nhất. Hơn nữa, kết quả
từ mơ hình định giá theo chủ nghĩa khoái lạc dựa trên dữ liệu đấu giá trên Internet cho
cà phê xác định nguồn gốc chứng minh rằng quốc gia và khu vực xuất xứ đã là một yếu
tố định giá quan trọng trong thị trường cà phê đặc sản [1].
Đăk Lăk được mệnh danh là thủ phủ cà phê của Việt Nam, với diện tích trồng

trọt trên 200 ngàn hecta. Nhận thức được vị thế chiến lược, lợi thế cạnh tranh của ngành
cà phê với phát triển kinh tế xã hội của tỉnh cũng như nhu cầu cấp thiết bảo hộ tài sản
trí tuệ địa phương nên Uỷ Ban Nhân Dân tỉnh Đắk Lắk đã đứng tên đăng bạ chỉ dẫn địa
lý “Cà phê Buôn Ma Thuột” (tên giao dịch Tiếng Anh: Buon Ma Thuot Coffee) cho cà
phê Robusta để bảo hộ trong nước và tiến tới bảo hộ quốc tế. Chỉ dẫn địa lý “Cà phê
Buôn Ma Thuột” được đăng bạ theo quyết định số 896 QĐ–SHTT ngày 14/10/2005 của
cục sở hữu trí tuệ. Đăng bạ này có giá trị bảo hộ trên tồn lãnh thổ Việt Nam. Đây là
mốc lịch sử đáng nhớ trong chặng đường phát triển đầy thử thách của ngành cà phê địa
phương. Địa phận bảo hộ chỉ dẫn địa lý (Protected Geographical Indications, PGI) cà
phê Buôn Ma Thuột (BMT) thuộc các huyện của tỉnh Đắk Lắk gồm: Cư M’gar, Ea
H’leo, Krông Ana, Cư Kuin, Krông Búk, Thị xã Buôn Hồ, Krông Năng, Krông Pắk,
thành phố Buôn Ma Thuột theo quy định PGI Bn Ma Thuột với tổng diện tích
107.505ha [2]. Cà phê muốn đạt chứng nhận PGI phải được trồng tại các địa phận được
công nhận và trồng trọt, chế biến tuân thủ quy trình được quy định đối với PGI cà phê
Bn Ma Thuột.

Hình 1. 1 Logo PGI Cà phê Buôn Ma Thuột

2


Thương hiệu cà phê Buôn Ma Thuột giúp quảng bá danh tiếng cà phê Bn Ma
Thuột. Do đó, bao bì và nhãn mác của PGI cà phê Buôn Ma Thuột (Hình 1.1) góp phần
vào chất lượng đối ngoại của cà phê. Nhiều doanh nghiệp cà phê trên địa bàn tỉnh đã sử
dụng hệ thống nhận diện sản phẩm có logo PGI cà phê Bn Ma Thuột trên bao bì, hợp
đồng, sổ sách, tài liệu cà phê và thu được lợi nhuận thương mại như Coffee 15, Simexco,
Dakman Việt Nam [2].
Đặc điểm cà phê PGI Buôn Ma Thuột [2]
Theo quy định về quản lý và sử dụng PGI đối với cà phê Buôn Ma Thuột, chất
lượng hạt cà phê được mô tả như sau:

-

Màu sắc: xanh xám, xanh lục hoặc xám xanh

-

Kích thước hạt: dài 10–11 mm, rộng 6–7 mm, dày 3–4 mm.

-

Mùi: mùi đặc trưng của cà phê ở thời gian và nhiệt độ rang thích hợp

-

Vị: cà phê uống có vị đắng nhẹ, khơng gắt (đặc trưng)

-

Hàm lượng caffein: từ 2,0 đến 2,2% db.

Phân loại PGI Buôn Ma Thuột cà phê dựa trên TCVN 4193-2005 như sau:
-

Độ ẩm ≤ 12,5%

Phân hạng dựa trên chỉ số hạt lỗi và tỉ lệ hạt trên sàng thành 4 loại:
-

Loại đặc biệt


-

Loại 1: 1a, 1b

-

Loại 2: 2a, 2b, 2c

-

Loại 3

Khu vực địa lý của cà phê PGI Buôn Ma Thuột
Đặc điểm riêng của cà phê PGI Bn Ma Thuột được hình thành từ vị trí địa lý
đặc thù và điều kiện tự nhiên của đất đỏ bazan, độ cao, độ dốc, nhiệt độ, ánh sáng mặt
trời và lượng mưa. Lãnh thổ cà phê PGI Buôn Ma Thuột nằm trên các huyện khác nhau
của tỉnh Đắk Lắk: Cư M'gar, Ea H'leo, Krông Ana, Cư Kuin, Krông Buk, Thị xã Buôn

3


Hồ, Krông Năng, Krông Pắk, Thành phố Buôn Ma Thuột theo quy định tại Quy chế PGI
Buôn Ma Thuột (PCDL 2010) với tổng diện tích là 107.505 ha.
Quy tắc thực hành của cà phê PGI Buôn Ma Thuột dựa trên các quy trình và tài
liệu của nhiều chứng chỉ khác nhau như UTZ, 4C, Fair trade, và Rainforest Alliance. Do
đó, phần lớn nội dung của PGI tương tự như nội dung của các chứng chỉ khác. So với
cà phê Non-PGI Bn Ma Thuột khơng có bất kỳ chứng chỉ nào, cà phê PGI Bn Ma
Thuột được tiêu chuẩn hóa và giám sát bởi hai Quy tắc thực hành: (1) Trồng, chăm sóc
cà phê, và thu hoạch; (2) Chế biến, đóng gói và bảo quản cà phê. Quy tắc (1) liên quan
đến các vấn đề về thời điểm trồng trọt, địa hình, khí hậu, giống cây trồng. Quy tắc (2)

bao gồm 2 phương pháp là chế biến khô và chế biến ướt (Hình 1.2)

Hình 1. 2. Phương pháp chế biến sau thu hoạch của cà phê nhân theo PGI
4


Tuy nhiên, việc quản lý chỉ dẫn địa lý cho cà phê BMT là một thách thức lớn khi
các dấu hiện nhận diện hiện nay của cà phê có chỉ dẫn địa lý (GIs) vẫn dựa vào khai báo
và đặc điểm mơ tả của cà phê BMT vẫn cịn chung chung. Do đó nhu cầu xây dựng đặc
trưng cũng như dấu hiệu để nhận diện cà phê Robusta có chỉ dẫn địa lý BMT là hết sức
cần thiết. Bên cạnh bộ dữ liệu thu thập được, xây dựng phương pháp ứng dụng on–line
công nghệ phổ quang học để xác thực nguồn gốc có chỉ dẫn địa lý BMT tại hiện trường
một cách nhanh chóng. Góp phần minh bạch trong hoạt động giao thương từ nó năng
cao giá trị của cà phê có chỉ dẫn địa lý.
1.2.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Cũng như Brazil đã thành cơng trong việc hồn thiện bản đồ phân hố cà phê trên

lãnh thổ của họ (Hình 1.3), nghiên cứu này là nền tảng để xây dựng một bản đồ phân
hoá cà phê cho Việt Nam với mục đích truy xuất nguồn gốc theo chỉ dẫn địa lý. Nhiều
nghiên cứu đã được thực hiện nhằm phân biệt cà phê đến từ các vùng khác nhau dựa
vào sự khác biệt từ tính chất hố học hoặc thơng tin từ quang phổ học nhờ các phương
pháp phân tích số liệu đa chiều.

Hình 1. 3. Bản đồ phân hố cà phê trên Brazil
Nguồn: Brazil Specialty Coffee Assocation

Nhiều nghiên cứu cũng dựa vào các thành phần hoá học của cà phê như CGA,
caffeine, trigonelline, dịch trích, amino acids, polyphenols để phân biệt cà phê Arabica

5


và Robusta [3, 4]. Tại Việt Nam, dựa vào amino acid và acid béo trong cà phê nhân tại
3 tỉnh Đắk Lắk, Kon Tum, Sơn La kết hợp với PCA và HCA (Hierarchical Cluster
Analysis) có thể truy xuất được nguồn gốc của cà phê [5].
A. Giraudo và cộng sự [6] thực hiện quét phổ hồng ngoại cho 191 mẫu cà phê từ
vùng Trung – Nam Mỹ và các quốc gia Châu Á kết hợp phân tích dữ liệu đa biến bằng
phương pháp PLS–DA (Partial Least Square – Discrimination Analysis). Kết quả cho
mơ hình có thể phân biệt được hơn 98% dựa trên lục địa, 100% trong số đó được dự
đốn chính xác dựa trên quốc gia ở độ tin cậy 95%.
Diding Suhandy và Meinilwita Yulia [7] đã đánh giá tiền năng phân nhóm cà phê
rang xay từ 3 vùng tại Indonesia bằng phổ tử ngoại – khả kiến (UV–VIS) kết hợp phương
pháp phân tích dữ liệu PLS–DA và nhận thấy nghiên cứu này có thể phân biệt được cà
phê từ các vùng với độ nhạy cao.
Đối với những nghiên cứu đó, họ dùng máy quang phổ trong phịng thí nghiệm,
điều này có thể khơng thực tế đối với việc áp dụng vào thực tiễn tại hiện trường.
Nhưng những lo ngại về ứng dụng này đối với cà phê nhân Việt Nam và nguồn
gốc địa lý của nó, đặc biệt là cà phê nhân Robusta, vẫn chưa có điều kiện nghiên cứu vì
hầu hết các nghiên cứu đều được thực hiện bằng cách sử dụng cà phê nhân từ Brazil
hoặc từ nhiều nước với số lượng mẫu nhỏ. Sự hiểu biết rõ ràng về việc áp dụng NIRS,
UV- VIS đối với cà phê nhân Việt Nam có thể đóng một phần quan trọng trong việc cải
thiện không chỉ xác thực chỉ dẫn địa lý cà phê, cung cấp công cụ kiểm tra nhanh chóng
và đáng tin cậy để xác minh các đặc tính của sản phẩm thúc đẩy các hoạt động mua bán
trong tình hình thực tiễn
1.3.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Với mục tiêu chung là xây dựng một “bản đồ” phân hoá cà phê Việt Nam, nghiên


cứu gồm 2 mục tiêu chính là:
1.3.1. Xây dựng bộ dữ liệu cà phê gồm thông tin về tính chất vật lý và các thành phần
hố học chính, kết hợp với các phương pháp phân tích dữ liệu để xác định đặc
trưng cà phê Robusta vùng có chỉ dẫn địa lý Bn Ma Thuột với các vùng địa lý
khác.
6