Chương 1: MỞ ĐẦU
Cùng với những tiến bộ khoa học kỹ thuật, đời sống con người được nâng cao,
việc lựa chọn thực phẩm có lợi cho sức khỏe ngày càng được quan tâm.
Cà phê là một thức uống khá phổ biến trên thế giới. Hiện nay cây cà phê được
trồng tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, trong đó cà phê Việt Nam đứng thứ hai trên thế
giới về sản lượng xuất khẩu – khoảng 1.1 – 1.2 triệu tấn trong niên vụ 2008 – 2009
nhưng giá trị xuất khẩu chỉ xếp thứ tư vì chủ yếu xuất ở dạng nguyên liệu thô, còn quá
trình chế biến để tạo những sản phẩm cà phê có giá trị thương phẩm cao vẫn chưa phát
triển xứng với tiềm năng.
Không giống như các loại thức uống khác, chức năng chính cuả cà phê không
phải là giải khát. Nhiều người uống cà phê để tạo sự hưng phấn. Theo một nghiên cứu
được công bố vào tháng 8 năm 2005 của nhà hóa học Mỹ Joe Vinson thuộc đại học
Scranton thì cà phê là nguồn cung cấp các chất chống oxy hóa cho cơ thể, vai trò mà
trước đây người ta chỉ thấy ở hoa quả và rau xanh. Những chất này cũng gián tiếp làm
giảm nguy cơ bị ung thư ở người. Bên cạnh những giá trị cảm quan và dược tính mà
nó đem lại thì tác dụng sinh lý của caffeine có trong cà phê cũng là một mối quan tâm
của nhiều người. Caffeine trong cà phê chiếm tỉ lệ khoảng 0.8 – 2.8% (tùy theo chủng
loại cà phê) và góp khoảng 10 – 30% vị đắng cho cà phê [2]. Caffeine có ảnh hưởng
đến hệ thần kinh, hệ tiêu hóa, hệ bài tiết của con người. Bên cạnh những mặt tích cực
như tạo sự hưng phấn, tăng cường hoạt động của hệ thần kinh, có nhiều ứng dụng
trong y học như thuốc giảm đau, hạ nhiệt…, caffeine cũng có tác động tiêu cực như
làm tăng huyết áp, tim đập nhanh, mất ngủ… Chính vì thế mà nhiều người không sử
dụng được cà phê với hàm lượng caffeine cao và dòng sản phẩm cà phê không
caffeine xuất hiện.
Theo những nghiên cứu trước, việc trích caffeine được thực hiện trên cà phê
nhân nhằm hạn chế sự tổn thất hương và một số hợp chất khác. Có nhiều phương pháp
tách caffeine từ cà phê nhân đã được nghiên cứu trong nhiều năm qua: dùng dung môi
hữu cơ (methylen chloride, ethyl acetate, …), dùng nước và dịch trích cân bằng hay
phương pháp dùng CO2 siêu tới hạn. Phương pháp dung môi không an toàn cho sản
phẩm vì lượng dung môi còn sót lại ảnh hưởng đến sức khỏe; quy trình CO 2 siêu tới
1

hạn là phương pháp hiệu quả nhưng giá thành thiết bị cao nên cũng ít được sử dụng
trong sản xuất thực tế; do đó quy trình dùng nước và dịch trích cân bằng được ưa
chuộng hơn.
Ngoài ra một số nghiên cứu mới còn thực hiện tách caffeine từ sản phẩm cà phê
rang hay từ dịch trích cà phê. Tuy nhiên các phương pháp này vẫn không mang lại
hiệu quả cao và chỉ ứng dụng trong sản xuất cà phê hòa tan.
Đứng trước nhu cầu sử dụng cà phê không caffeine ngày càng cao trên thế giới
và tình hình phát triển ngành công nghiệp cà phê tại Việt Nam còn non trẻ cả về kỹ
thuật lẫn sản phẩm, chúng tôi tiếp tục phát triển đề tài: “Nghiên cứu phương pháp khử
caffeine từ hạt cà phê rang” mới được nghiên cứu gần đây bởi Thạc sĩ Bùi Phương
Ngọc cuả công ty Vinacafe. Với mục tiêu là lượng caffeine trong sản phẩm thấp nhất,
hương vị cà phê tốt nhất bằng phương pháp đơn giản, rẻ tiền phù hợp với nền sản xuất
trong nước. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trên cà phê rang bằng dung môi thực
phẩm nhằm đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng và tiến hành tối ưu hóa các
thông số trong nghiên cứu trước đó nhằm đạt được hiệu suất cao hơn đồng thời so
sánh hiệu quả của phương pháp thực hiện với phương pháp hiện đại CO 2 siêu tới hạn.

2


Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
TÌNH HÌNH KINH TẾ NGÀNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ
Tình hình sản xuất, xuất khẩu và tiêu thụ cà phê trên thế giới [12]
Vùng đất khởi nguyên của cây cà phê chính là tỉnh Kaffa thuộc Ethiopia, sau đó
du nhập khắp nơi trên thế giới. Đến thế kỉ 15, người ta biết rang hạt cà phê và sử dụng
làm đồ uống. Ngày nay cà phê trở thành một trong những thức uống thông dụng toàn
cầu.
Tình hình sản xuất [9]

Trên thế giới hiện nay có 75 nước trồng cà phê với diện tích 10 triệu hecta và
sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn. Năng suất bình quân chưa vượt
quá 6 tạ nhân/ha.
Bốn nước có diện tích cà phê lớn nhất: Brazil trên 3 triệu hecta, chiếm 25% sản
lượng cà phê thế giới; Côte d’lvoire (Châu Phi) và Indonesia mỗi nước khoảng 1 triệu
hecta; Colombia có gần 1 triệu hecta với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700 ngàn
tấn. Cà phê chè hiện nay vẫn chiếm 70% sản lượng của thế giới. Diện tích cà phê chè
được trồng tập trung chủ yếu ở Trung và Nam Mỹ; một số nước ở Đông Phi: Ethiopia,
Cameroon, Kenya; một phần ở Châu Á: Indonesia, Ấn Độ, Philiphines.
Tình hình xuất khẩu [10]
Brazil là nước xuất khẩu cà phê lớn nhất thế giới. Các nước xuất khẩu lớn khác
là Việt Nam, Colombia, Indonesia, Côte d’lvoire, Mexico, Ấn Độ, Guatemala,
Ethiopia, Costa Rica, Peru, El Salvador.
Thị trường cà phê trên thế giới trong những năm vừa qua thường chao đảo,
không ổn định nhất là về giá cả. Theo số liệu từ Bộ Phát triển Công nghiệp và Ngoại
3


Thương Brazil, trong tháng 7/2010 xuất khẩu tăng 14.7% so với tháng 6 (lên tới 2.203
triệu bao), giá cà phê xuất khẩu và kim ngạch xuất khẩu cà phê tăng so với tháng
7/2009. Việt Nam và Ấn Độ cũng có sản lượng cà phê xuất khẩu năm 2010 tăng.
Trong khi đó, xuất khẩu cà phê của nước sản xuất cà phê số 1 Trung Mỹ - Guatemala
năm 2010 giảm 2.3% so với niên vụ cùng kì năm ngoái.
Tình hình tiêu thụ [12]
Theo Vicofa, các nước phát triển như Bắc Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản – nơi tiêu
thụ gần 60% sản lượng cà phê thế giới. Thị trường các quốc gia xuất khẩu cà phê
chiếm 26% lượng tiêu thụ cà phê thế giới. Những khu vực tiêu thụ cà phê lớn còn lại
bao gồm các thị trường ở Đông Âu và Châu Á. Trong số các nước nhập khẩu cà phê,
những nước có mức tiêu thụ cao tính theo đầu người là Phần Lan (11.98 kg/năm), Na
Uy (9 kg/năm), Hà Lan (7.9 kg/năm), Thụy Sĩ (7.68 kg/năm), Thụy Điển (7.38

kg/năm).
Theo Tổ Chức Cà Phê Quốc Tế (ICO), tiêu thụ cà phê trên thế giới trong những
năm gần đây liên tục tăng.
Bảng 2.1: Sản lượng tiêu thụ cà phê trên thế giới trong giai đoạn từ 2005 –
2009 [35]
Năm
Sản lượng tiêu thụ (triệu
bao)

2005

2006

2007

2008

2009

119.93

123.52

128.14

130.00

132.00

Tình hình sản xuất, xuất khẩu và tiêu thụ cà phê tại Việt Nam

Tình hình sản xuất [8, 9]
Cây cà phê du nhập vào Việt Nam từ năm 1857, mãi đến thế kỉ 20 mới được
phát triển quy mô tương đối lớn của các chủ đồn điền ngườn Pháp. Sau năm 1975, cà
phê được phát triển mạnh tại các tỉnh Tây Nguyên (chiếm 91% diện tích cà phê của cả
nước) và chỉ trong vòng 30 năm Việt Nam trở thành nước xuất khẩu cà phê đứng thứ
hai trên thế giới và đứng nhất về xuất khẩu cà phê vối.
4


Bảng 2.2: Diện tích, sản lượng cà phê Việt Nam qua các niên vụ
DIỆN TÍCH

SẢN LƯỢNG

(Ha)

(Tấn)

1989 – 1990

119.300

92.000

2

1990 – 1991

115.100


100.000

3

1991 – 1992

103.700

119.200

4

1992 – 1993

101.300

136.100

5

1993 – 1994

123.900

180.000

6

1994 – 1995


186.400

218.000

7

1995 – 1996

254.200

316.900

8

1996 – 1997

340.300

420.500

9

1997 – 1998

370.600

427.400

10


1998 – 1999

477.700

553.200

11

1999 – 2000

561.900

602.500

12

2000 – 2001

565.300

640.600

13

2001 – 2002

522.200

693.300


14

2002 – 2003

510.200

676.860

15

2003 – 2004

496.800

850.440

16

2004 – 2005

497.400

855.700

17

2005 – 2006

498.600


1.107.300

18

2006 – 2007

506.000

957.000

STT

NIÊN VỤ

1

Mô hình trồng cà phê ở Việt Nam chủ yếu là quy mô hộ gia đình chiếm 85 –
90% tổng diện tích của cả nước, các nông trường cà phê rất ít, quy mô trang trại không
lớn lắm (diện tích trung bình từ 5 – 10ha). Sản xuất quy mô nhỏ nên việc thu hoạch,
5


chế biến và bảo quản cà phê còn kém, chất lượng không ổn định. Trong những năm
gần đây, người nông dân đã chú trọng đầu tư thâm canh và có những cải tiến trong
phương pháp trồng, chăm sóc, sử dụng các yếu tố đầu vào như giống, phân bón… hiệu
quả hơn nên sản lượng cà phê tăng nhảy vọt, đặc biệt trong niên vụ 2005 – 2006 sản
lượng cà phê đạt tới 1.107.300 tấn, chất lượng cà phê cũng tốt hơn. Theo bộ nông
nghiệp Mỹ USDA dự báo, sản lượng cà phê niên vụ 2010 – 2011 của Việt Nam có thể
tăng 6.9% lên 18.7 triệu bao. Trong đó sản lượng cà phê Robusta đạt 18 triệu bao, sản
lượng cà phê Arabica đạt 0.4 triệu bao.

Tình hình xuất khẩu [7]
Cà phê đã trở thành một trong năm mặt hàng nông sản xuất khẩu chủ lực với
sản lượng xuất khẩu trên 1triệu tấn/năm và đạt kim ngạch xuất khẩu gần 2 tỷ
USD/năm và đứng thứ hai sau mặt hàng gạo. Tuy nhiên ngành cà phê Việt Nam còn
bấp bênh, giá cà phê lên xuống thất thường. Giai đoạn 1994 – 2004, giá cà phê xuống
thấp nhất trong lịch sử do ảnh hưởng khủng hoảng cà phê trên thế giới, mặt khác do
chất lượng cà phê của nước ta còn thấp. Sau đó giá cà phê tăng lên nhưng vẫn thấp hơn
so với các nước trong khu vực và trên thế giới.
Nguyên nhân cà phê Việt Nam có chất lượng thấp là do quy mô nhỏ lẻ, không
chuyên môn hóa trong sản xuất, kĩ thuật chế biến cà phê còn hạn chế. Cà phê xuất
khẩu chủ yếu ở dạng nguyên liệu thô.Thêm vào đó là điều kiện thời tiết làm ảnh hưởng
đến sản lượng và chất lượng sản phẩm.
Tình hình tiêu thụ [11]
Ở Việt Nam lượng cà phê tiêu thụ rất ít, bình quân tính theo đầu người là
0.5kg/người/năm, bằng một phần mười các nước Châu Âu.
Theo phân tích của VICOFA, xu hướng uống cà phê “công nghiệp” trong giới
trẻ Việt Nam ngày càng tăng để đáp ứng nhu cầu nhanh chóng trong nhịp sống hiện
đại. Do đó hiện nay cà phê hòa tan trở thành xu hướng tiêu dùng chủ đạo. Tuy nhiên,
đối với các doanh nghiệp chế biến, việc đầu tư sản xuất cà phê hòa tan đòi hỏi nguồn
vốn và chi phí chuyển giao công nghệ lớn nên vẫn tập trung xuất khẩu cà phê nhân và
6


cà phê bột mà không chú trọng thị trường tiêu thụ nội địa. Để phát triển, cà phê Việt
Nam cần nâng cao chất lượng và tăng thị phần nội địa.
Các dòng sản phẩm cà phê tiêu thụ trên thế giới
Mỗi quốc gia, vùng miền, dân tộc đều có những văn hóa sử dụng cà phê khác
nhau. Ví dụ như ở Anh người ta tiêu thụ chủ yếu là cà phê hòa tan, còn cà phê rang
xay chỉ chiếm 10%. Trong khi đó ở Ý, cà phê hòa tan chỉ chiếm 1% lượng tiêu thụ.
Hay ở nước Đức, hiện nay các loại cà phê decaffeine trở nên phổ biến nhưng ở các

nước Châu Âu khác dạng sản phẩm này hầu như vẫn còn xa lạ. [62, 63]
Theo những nghiên cứu về tiêu thụ cà phê thế giới những năm gần đây của
Hiệp Hội Cà Phâ Thế Giới (ICO) và Hiệp Hội Cà Phê Quốc Gia Mỹ, một số dạng sản
phẩm cà phê cũng như cách thưởng thức cà phê đang dần hình thành và trở nên phổ
biến ở nhiều quốc gia trên thế giới. Cụ thể
Cà phê Espresso
Cà phê Espresso có nguồn gốc từ Ý vào khoảng năm 1930. Espresso
được pha chế bằng cách dùng nước nóng nén dưới áp suất cao (khoảng 9 –
10 bar) qua bột cà phê xay nhuyễn. Cà phê pha theo cách này rất đậm và
trên bề mặt có một lớp bọt màu nâu (cream) góp phần quan trọng trong việc
tạo hương thơm cho cà phê.
Nguyên liệu pha cà phê espresso là cà phê Arabica rang đậm, màu
sẫm. Để cà phê có nhiều cream và đặc hơn người ta pha trộn hạt cà phê
Arabica với Robusta theo tỉ lệ Arabica:Robusta = 60:40. [49]
Một số hãng cà phê nổi tiếng trên thế giới đã hình thành hệ thống cửa
hàng cà phê ở nhiều quốc gia theo mô hình sử dụng máy pha espresso cùng
người pha chế cà phê (barista) như Stabucks, Gloria Jean’s, Costa,
Lavazza…

7


Cà phê có bổ sung sữa và các thành phần khác [50]
Các sản phẩm này được pha chế dựa trên nền cà phê Espresso pha
bằng máy. Sữa được bổ sung để tạo màu sắc, cấu trúc và tạo hậu vị cho sản
phẩm. Nhờ vào lượng chất béo có trong sữa, nó giúp tạo cảm giác “đầy” vị
và tạo hương, đồng thời giúp phân bố các chất béo hòa tan trong cà phê, đặc
biệt đối với cà phê espresso.
Sự kết hợp tạo sự hấp dẫn nhất là khi sữa được bổ sung ở dạng tạo
lớp bọt bên trên các sản phẩm như cappuccino. Cả protein và chất béo trong

sữa đều hỗ trợ tốt cho quá trình tạo bọt: sữa gầy chứa nhiều protein giúp tạo
bọt tốt hơn nhưng sữa nguyên kem với thành phần chất béo sẽ giúp bọt bền
hơn.
Ngoài ra có thể bổ sung các thành phần khác như choccolate, rượu
mùi,…tạo ra rất nhiều sản phẩm khác nhau.
Cà phê đóng lon [50]
Đây là sản phẩm đặc biệt rất phổ biến tại Nhật Bản và các nước Châu
Á, nhưng lại không được ưa chuộng ở các nước phương Tây. Sản phẩm có
thể là cà phê nguyên chất hoặc cà phê có bổ sung đường, sữa,… Nhờ vào
các kỹ thuật truyền thống (như thanh trùng, tiệt trùng, đồng hóa,…) mà
người ta có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau, được đóng lon, chai
hay hộp giấy.
Cà phê bổ sung hương [50]
Bắt nguồn là ở Mỹ, người ta muốn tạo ra loại sản phẩm mới dành cho
những người không uống được cà phê thay vì chỉ sử dụng các loại thức
uống có gas. Dần dần các sản phẩm này chiếm khoảng 15% tổng lượng cà
phê tiêu thụ tại Mỹ. Các loại hương phổ biến thường được sử dụng có tên là
Vanilla Nut, Coconut, Cinnamon và Chocolate Raspberry Crème.
Quy trình được thực hiện: trộn dịch chất mùi với hạt cà phê rang
8


hoặc trộn chất mùi dạng bột vào cà phê rang xay. Trường hợp trộn dạng bột,
bột chất mùi được tạo ra bằng cách trộn chất mùi với chất mang
cacbohydrate sau đó đem sấy. Cà phê thường được rang hơi đậm để giảm
mùi cà phê, sau đó làm nguội xuống nhiệt độ phòng và bổ sung hương vào.
Cà phê này có thể pha chế bằng tất cả các cách, nhưng tránh dùng
nhiệt độ quá cao hay thời gian quá dài làm bay hơi các chất mùi. Ngoài ra
khi bổ sung các thành phần khác như đường, sữa thì có thể thay đổi tính chất
cảm quan của cà phê, đôi khi tạo ra mùi vị không mong muốn.

Cà phê không caffeine
Đây là loại cà phê rất phổ biến ở Đức, và hiện nay nhu cầu về loại cà phê này
khá nhiều ở các quốc gia khác trên thế giới. Nguyên nhân là do nhiều người “dị ứng”
với chất caffeine có trong cà phê như tăng huyết áp, tim đập nhanh. Hiện nay việc chế
biến cà phê không caffeine chiếm khoảng 10% thị trường cà phê. Các chuyên gia dự
đoán nhu cầu về cà phê không caffeine sẽ cao nếu phát triển được cây cà phê không
caffeine tự nhiên. [63]
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Campinas (Brazil) đã công bố giống Coffea
arabica không có caffeine và có thể sản xuất cà phê không caffeine trực tiếp từ giống
mới phát hiện này. Ngoài ra các nhà khoa học Nhật đã phát triển giống cà phê biến đổi
gen “lọc hết caffeine” đầu tiên trên thế giới. Bằng cách hạn chế hoạt động của những
gen tạo chất caffeine trong giống cà phê Coffea canephora, Viện Khoa Học Công
Nghệ Nara đã phát triển cây cà phê chứa hàm lượng caffeine thấp hơn 70% so với
những cây cà phê thông thường.

CÂY CÀ PHÊ
Phân loại cà phê [9, 46]
Cây cà phê thuộc họ Thiên Thảo (Rubiaceae). Họ này bao gồm khoảng 500
chi khác nhau với trên 6000 loài cây nhiệt đới, tuy nhiên không phải loài nào cũng
9


chứa caffeine trong hạt. Giống cà phê chủ yếu có ba loại:

Cà phê chè (Coffea Arabica)
Đây là loài có giá trị kinh tế nhất trong số các loài cây cà phê. Cà phê chè
chiếm 61% các sản phẩm cà phê thế giới. Brazil và Colombia là hai nước xuất khẩu
chính cà phê này, chất lượng cà phê cũng được đánh giá cao nhất.
Cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao, thường trồng ở độ cao 1000 –
1500m, nhiệt độ từ 16 – 25oC, lượng mưa khoảng trên 1000mm. Cây có tán lớn,

màu xanh đậm, lá hình oval. Cây trưởng thành cao từ 4 – 6m, nếu mọc hoang có
thể cao đến 15m. Quả hình bầu dục, mỗi quả chứa hai hạt cà phê.
Cà phê chè trong khoảng 3 – 4 năm có thể bắt đầu thu hoạch. Thường thì cà
phê 25 tuổi được coi là già và không thu hoạch được nữa, nhưng vẫn có thể sống
được thêm 70 năm.
Cà phê vối (Coffea Canephora hay Coffea Robusta)
Cà phê vối là cây quan trọng thứ hai trong các loài cà phê, sau cà phê chè.
Cà phê vối chứa hàm lượng caffeine cao hơn nhưng hương vị không tinh khiết như
cà phê chè nên được đánh giá thấp hơn. Khoảng 39% các sản phẩm cà phê được
sản xuất từ loại cà phê này. Nước xuất khẩu cà phê vối lớn nhất thế giới là Việt
Nam. Ngoài ra còn các quốc gia khác như Côte d’lvoire, Uganda, Brazil, Ấn Độ.
Cà phê vối có thân gỗ hoặc thân bụi, chiều cao trưởng thành có thể lên tới
10m. Quả cà phê hình tròn, hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica. Hàm lượng caffeine
trong hạt chiếm khoảng 2 – 4%, trong khi hàm ở cà phê Arabica chỉ khoảng 1 –
2%.
Cà phê vối 3 – 4 tuổi cũng có thể bắt đầu thu hoạch. Cây cho hạt trong
khoảng 20 – 30 năm. Cà phê vối sống ở vùng nhiệt đới, độ cao thích hợp để trồng
là dưới 1000m, nhiệt độ ưa thích khoảng 24 – 29oC, lượng mưa khoảng trên
10


1000mm. Cà phê vối cần nhiều ánh sáng hơn cà phê chè.

Cà phê mít (Coffea Liberica hay Coffea Excelsa)
Cà phê mít là một trong ba loại cà phê chính của họ cà phê nhưng sản lượng
không đáng kể. Cây chịu hạn tốt, ít cần tưới nước nên thường trồng quảng canh,
tuy nhiên do năng suất kém, chất lượng không cao (có vị chua) nên không được ưa
chuộng và phát triển diện tích.
Cây cao 2 – 5m. Thân, lá, quả đều to. Hạt nhân to, thường dùng phối trộn
với cà phê vối và cà phê chè khi rang xay để tạo hương vị. Người Châu Âu thích

dùng cà phê có vị chua nên các loại cà phê hòa tan của người Châu Âu thường có tỉ
lệ cà phê mít nhiều.
Cấu tạo quả cà phê [9, 46]
Bảng 2.3: Thành phần của quả cà phê
Thành phần

Cà phê chè(%)

Cà phê vối (%)

Vỏ quả

43-45

41-42

Lớp nhớt

20-23

21-22

Vỏ trấu

6-7.5

6-8

Nhân và vỏ lụa


26-30

26-29

11


Quả cà phê bao gồm: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân.
Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng có màu xanh hay đỏ. vỏ cà
phê chè thường mềm hơn vỏ cà phê vối và cà phê mít.
Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả. Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất
ngọt dễ xay xát hơn. Vỏ thịt cà phê mít cứng và dày hơn so với cà phê chè.
Lớp vỏ trấu: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân. Vỏ thóc của cà phê chè
mỏng hơn và dễ dập hơn vỏ thóc của cà phê mít và cà phê vối.
Lớp vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau
tùy thuộc loại cà phê. Vỏ lụa của cà phê chè có màu trắng bạc, rất mỏng và dễ bong
ral khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ lụa cà phê vối màu vàng nâu nhạt. Vỏ lụa cà
phê mít màu vàng nhạt.
Nhân cà phê: nằm trong cùng. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào
nhỏ, trong chứa dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê
thường có 1,2 hoặc 3 nhân, thông thường có 2 nhân.

Hình 2.1: Cấu tạo giải phẫu quả cà phê
Thành phần hóa học hạt cà phê
12


Thành phần hóa học của hạt cà phê phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều
kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.


Bảng 2.4: Thành phần hóa học của hạt cà phê [53]
Thành phần (% chất khô)

Arabica

Robusta

Khoáng

2.0 – 3.0

4.0 – 4.5

Caffeine

0.9 – 1.2

1.6 – 2.4

Trigonelline

1.0 – 1.2

0.6 – 0.75

Lipid

12.0 – 18.0

9.0 – 13.0


Acid chlorogenic tổng

5.5 – 8.0

7.0 – 10.0

Aliphatic

1.5 – 2.0

1.5 – 2.0

Oligosaccharides

6.0 – 8.0

5.0 – 7.0

Polysaccharide tổng

50.0 – 55.0

37.0 – 47.0

Amino acid

2.0

2.0


Protein

11.0 – 13.0

11.0 – 13.0

Nước
Nước trong cà phê nhân chiếm 10 – 12%, tồn tại dạng liên kết.
Lượng ẩm cao vi sinh vật dễ phát triển, hương cà phê tổn thất, ảnh hưởng
đến chất lượng cà phê. Cà phê đã qua chế biến (cà phê rang, cà phê hòa tan)
13


hàm lượng ẩm phải nhỏ 5%.
Chất khoáng [51. 53]
Hàm lượng khoáng trong cà phê nhân chiếm từ 3 – 5%, chủ yếu là K
(chiếm 40%), một lượng lớn Ca, Mg. Ngoài ra còn có Fe, Cu, I, S,…dạng
vết. Hàm lượng tro trong Arabica thấp hơn trong Robusta, mặt khác hàm
lượng tro còn phụ thuộc vào phương pháp sơ chế. Quá trình trích ly có
khoảng 90% khoáng đi vào dịch trích.

Carbohydrate [13, 22]
Hàm lượng đường tổng trong Arabica cao hơn trong Robusta.
Glucid mạch ngắn: chủ yếu saccharose, ngoài ra còn có các loại
đường như glucose, fructose và các loại đường khác ở dạng vết như
stachyose, raffinose, arabinose, mannose,… chiếm khoảng 5 – 8%. Vai trò
chính là tạo hương, màu và các chất hương ngưng tụ cao phân tử. Hàm
luợng đường khử trong Arabica thấp hơn Robusta. Quá trình bảo quản có
thể làm tăng lượng đường nhờ có enzym thủy phân. Mặt khác, hàm lượng

đường khử lại giảm trong quá trình rang do nhiệt độ cao tạo thành các phản
ứng maillard, caramel tạo hương, tạo màu.
Polysaccharide chiếm 40 – 50% tổng lượng chất khô trong cà phê.
Các loại polysaccharide có trong cà phê chủ yếu: arabinogalactan, mannan
(và/hoặc galactomannan), cellulose. Phân tích hàm lượng carbohydrate tổng
của nhiều loại Arabica và Robusta khác nhau cho thấy lượng mannan và
cellulose trong hạt Arabica và Robusta là như nhau giữa các loại (22% và
7%), trong khi lượng arabinogalactan trong Arabica thì hơi thấp hơn
Robusta (14% và 17%).

14


Vai trò của carbohydrate: làm tăng độ nhớt của dịch trích cà phê hòa
tan. Dịch trích thường chứa khoảng 30% carbohydrate tổng, tồn tại ở nhiều
cấp độ thủy phân khác nhau. Đối với cà phê rang xay giúp ổn định độ bọt cà
phê espresso.
Protein và acid amin [13, 43, 46]
Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng có vai trò quan
trọng trong việc hình thành hương vị cho sản phẩm, nhờ phản ứng maillard
xảy ra giữa acid main và đường khử sinh ra các hợp chất dị vòng. Các acid
amin chứa lưu huỳnh như cystein, methionine, proline là quan trọng nhất,
chúng tạo hương thơm mạnh cho cà phê rang. Đặc biệt, proline và
methionine có tác dụng giảm tốc độ oxy hóa các chất thơm, giúp giữ mùi
thơm của cà phê trong quá trình bảo quản.
Hệ enzyme trong cà phê nhân bao gồm: lipase, protease, amylase,
peroxidase, catalase, đặc biệt là polyphenol oxydase.
Lipid [13, 46, 52, 61]
Lipid bao gồm hai nhóm chính: dầu và sáp. Trong quá trình chế biến,
một phần acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo

nên hương thơm cho sản phẩm. Lượng lipid còn lại không biến đổi chính là
dung môi tốt để hòa tan các chất thơm.
Thành phần dầu cà phê gồm: triglyceride chiếm 79%, terpene ester
17% và 4% còn lại là sterol, terpene tự do, tocoferol và một số thành phần
khác. Acid palmitic, stearic, oleic, linoleic là các acid tạo hương thường
thấy. Trong đó, linoleic chiếm 40% và acid palmitic chiếm 30% các loại
acid béo có trong cà phê. Sterol chiếm 5.4% lipid tổng trong cà phê Arabica.
Các alkaloid [46]
Các alkaloid có trong cà phê được liệt kê trong bảng 2.5. Trong đó
chủ yếu là caffeine và trigonelline.
15


Trigonelline: chiếm khoảng 1% nhưng giảm đáng kể trong quá trình
rang, chỉ còn khoảng 0.1% trong cà phê rang sậm. Các sản phẩm phân hủy
của trigonelline có mặt trong cà phê rang bao gồm acid nicotinic và
methylester của nó, pyridine và β-picoline.
Trigonelline là alkaloid không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong
ethylic, không tan trong chloroform và ether, tan nhiều trong nước nóng.
Tính chất quý của trigonelline là dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nó bị nhiệt
phân tạo thành acid nicotinic (tiền vitamin PP).
Các hợp chất xanthin: có mặt ở dạng vết trong cà phê nhân gồm
xanthine, hypoxanthine, adenine và guanine. Tất cả các hợp chất này đều
không có mặt trong cà phê rang.
Theobromine và theophylline: hàm lượng có trong cà phê tương đối
thấp, trong cà phê nhân là khoảng 20 – 50 mg/kg.
Caffeine: hàm lượng caffeine trong cà phê phụ thuộc vào giống, điều
kiện khí hậu và được trích ly trong phút đầu tiên của quá trình pha cà phê.
Trong nước pha cà phê, caffeine chủ yếu liên kết với acid chlorogenic theo
tỷ lệ 1:1.

Bảng 2.5: Các loại alkaloid có trong cà phê
ST
T
1
2

3

Công thức

Alkaloid

phân tử

Caffeine
Theobromin
e
Theophyllin
e

Nguồn

C8H10N4O2

G, R

C7H8N4O2

G, R


C7H8N4O2

G, R

4

Trigonelline

C7H7NO2

G, R

5

Adenine

C5H5N5

G

16


6

Guanine

C5H5N5O

G


7

Hypoxanthin

C5H4N4O

G

8

Xanthine

C5H4N4O2

G

G: cà phê nhân; R: cà phê xay
Bảng 2.6: Hàm lượng caffeine trong các loại cà phê [19, 28, 46]
Loại cà phê

Cà phê nhân

Arabica

Robusta

0.58 – 1.7%

1.16 – 3.27%


(trung bình

(trung bình

1.16)
Cà phê rang
Trong nước pha
cà phê

1%

2.15)
2%

29 – 176 mg/tách (trung bình 74)

Chất thơm [31, 46]
Hiên nay người ta đã tìm thấy có hơn 800 chất thơm tổng hợp lại
thành mùi thơm của cà phê. Hàm lượng chất thơm có trong hạt cà phê tương
đối nhỏ bao gồm các acid. Aldehyde, ketone, rượu, phenol, ester,… Các
chất này được hình thành và tích lũy trong quá trình chế biến, nhất là trong
quá trình rang.
Vitamin
Trong cà phê nhân còn có một lượng đáng kể vitamin, chủ yếu là
vitamin nhóm B như B1, B2, B6, B12 và các loại acid hữu cơ là tiền than
của các loại vitamin.

CAFFEINE VÀ TÁC DỤNG SINH LÝ ĐỐI VỚI CƠ THỂ
17



Caffeine [17]
Caffeine là một hợp chất methylxanthine. Các dạng methylxanthine thường
gặp: caffeine, theophylline, theobromine. Caffeine có mặt trong hạt lá quả của hơn
60 loài thực vật và thường gặp trong trà, cà phê, ca cao. Các thực phẩm hay đồ
uống sử dụng các loài thực vật trên là nguyên liệu sẽ chứa caffeine một cách tự
nhiên. Ngoài ra nhiều nhà sản xuất thực phẩm còn bổ sung caffeine vào sản phẩm
để làm tăng mùi vị hay tăng tác dụng y học đối với một số sản phẩm đặc biệt.
Tính chất hóa lý [53]
Công thức phân tử: C8H10N4O2
Tên hóa học: 3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6 ; 1,3,7trimethylxanthine ; 1,3,7-trimethyl-2,6-dioxopurine ; caffeine.
Trang thái vật lý
Ở nhiệt độ phòng, caffeine là chất bột không màu, không mùi, không
vị, đắng nhẹ.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ thăng hoa
Caffeine thăng hoa ở nhiệt độ 180oC
Sự hòa tan
Caffeine hòa tan tốt trong nước sôi, tan tốt nhất trong chloroform ở
nhiệt độ phòng.
Bảng 2.7: Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ thăng hoa của các hợp chất
methylxanthine
Thành phần

Nhiệt độ thăng hoa (oC)

Nhiệt độ nóng chảy
(oC)


18


Caffeine

Theobromine

180

236.5 (dạng lỏng bị nén)

178

238

178

235 (dạng khan)

290 – 295

357

290

330 (ống kín)

Theophylline

270 – 274

269 – 272

Bảng 2.8: Độ tan của caffeine trong một số dung môi hữu cơ
Dung môi

Nhiệt độ

Độ

(oC)

tan
(g/100
g)

Nước

25

2.2

Ethanol 95%

25

1.32

Ethyl acetate

18


1.88

Methanol

25

1.14

Acetone

30.5

2.32

19


Benzene

18

0.91

Carbon tetrachloride

18

0.09


Chlorofrom

17

12.9

Ether

18

0.12

Dichloromethane (methylen

33

9.00

chloride)
Sự hấp thu tử ngoại và hồng ngoại
Các hợp chất methylxanthine hấp thụ mạnh trong dãy tia tử ngoại với
bước sóng khoảng từ 250 – 280nm. Quang phổ của các hợp chất
methylxanthine rất giống nhau và chỉ khi sử dụng kĩ thuật như chất dẫn
xuất quang phổ mới thấy đươc sự khác biệt rõ rệt. Ngoài sự hấp thu tử
ngoại, các hợp chất methylxanthine còn phát quang phổ hồng ngoại, cung
cấp những thông tin cần thiết về các hợp chất.
Sự tạo thành phức hợp
Trong dung dịch nước, caffeine kết hợp với nhau để tạo thành chất nhị trùng
hay có thể tạo thành polymer. Caffeine cũng kết hợp với purine và pyrimidine cũng
như với các base tự do hay các nucleoside. Caffeine kết tinh từ nước như monohydrat.

Acid Chlorogenic tạo phức với caffeine theo tỉ lệ 1:1 có thể được kết tinh từ dung dịch
alcohol và một lượng nhỏ caffeine tự do được chiết ra bằng chloroform.
Phương pháp phân tích định lượng caffeine
Quang phổ tử ngoại
Đây là phương pháp cơ bản nhất để xác định methylxanthine. Điều cần thiết khi
dung phương pháp này là tách bỏ các chất gây nhiễu.
Người ta thực hiện phương pháp này để xác định hàm lượng caffeine trong
mẫu cà phê nghiền như sau: chuẩn bị dịch pha chế trong điều kiện xác định, lọc dịch
pha chế với một lượng nhỏ MgO, lọc tiếp, đưa dịch lọc về pH 4, quét qua C-18 Sep
20


Pak C18, rửa sạch bằng ethanol ta phát hiện được caffeine bằng quang phổ ở bước
sóng 272 nm. Phương pháp này thực hiện nhanh, đơn giản và đáng tin cậy. Hệ số hồi
quy xấp xỉ 100%, hệ số chuyển đổi nhỏ hơn 0.5%.
Thin – layer Chromatography (TLC)
TLC có khả năng phân tích một lượng lớn mẫu với sự tách biệt
methylxanthine khá tốt với chi phí tương đối thấp. Hiện nay TLC được sử
dụng cho nhiều loại thực phẩm khác nhau. Phương pháp khá đơn giản, chính
xác và thuận tiện. Kết quả phép đo cuối cùng được thực hiện bởi việc đo
kích thước diện tích vết là lĩnh vực có phần hạn chế của phương pháp.
Sắc kí khí (GC)
GC được sử dụng rộng rãi trong phân tích thực phẩm nhưng không dùng xác
định những alkaloid không bay hơi trong thực phẩm như HPLC. Trong cuốn AOAC
Methods of Analysis tái bản lần thứ 13 xếp phương pháp GC vào xác định caffeine
trong cà phê và trà sử dụng máy dò sự phát electrone KCI cùng với cột thủy tinh 6ft x
4mm i.d được xếp chặt với 10% DC-200 trên 80 đến 100-mesh Gas Chrom Q.

Sắc Kí Lỏng Cao Áp (HPLC)
HPLC cho phép định lượng bằng cách chiết tách đơn giản, độ nhạy cao, thời

gian cho kết quả nhanh.
Tác dụng sinh lý đối với cơ thể [15, 16, 20, 27, 36]
Caffeine là chất kích thích có dược tính được tiêu thụ rộng rãi nhất trên thế
giới. Tác dụng của caffeine đối với cơ thể con người được thực hiện chủ yếu ở các
điểm:
Tác dụng tích cực
21


Caffeine có tác dụng kích thích hoạt động của hệ thần kinh, làm gia tăng các
hoạt động thể chất có liên quan đến hệ thần kinh như hoạt động trí não, gia tăng trạng
thái thức tĩnh, hoạt động tư duy, làm tăng nhịp tim, tăng huyết áp, tăng hoạt động của
cơ bắp… Qua đó nó có tác dụng làm tăng sự hưng phấn tinh thần, làm tăng sự tập
trung trí óc và làm việc hiệu quả.
Một tác dụng khác của caffeine đối với cơ thể là kích thích hoạt động của thận.
Nhờ đó giúp cơ thể nhanh chóng thải ra ngoài những sản phẩm thừa của quá trình trao
đổi chất. Caffeine giúp tăng cường sự trao đổi chất, sự hấp thụ oxy trong cơ thể. Bên
cạnh những tác động trên cuả caffeine đối với thận thì tác dụng quan trọng nhất của
caffeine đối với cơ thể là lợi niệu.
Ngoài ra, theo những nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học, caffeine có ảnh
hưởng đến hệ hô hấp, dạ dày. Đối với hệ thống hô hấp, caffeine kích thích hệ hô hấp,
tạo sự thoải mái cho cơ và khí quản. Do đo, caffeine thường được sử dụng trong y
khoa như một chất trợ hô hấp hay một thứ thuốc để chữa bệnh suyễn.
Tác dụng tiêu cực
Caffeine cũng có thể gây tác hại đáng kể đến sức khỏe con người nếu bị lạm
dụng. Các nghiên cứu trên chuột cho thấy hấp thụ caffeine liều cao kéo dài liên tục có
thể gây mệt mỏi, suy nhược, làm gia tăng nguy cơ bệnh tim mạch, huyệt áp, viêm loét
dạ dày, tá tràng…
Nếu uống cà phê liên tục để kích thích trí não, có thể dẫn đến tình trạng suy
nhược thần kinh do làm việc quá sức, gia tăng nhạy cảm với stress… và có thể dẫn đến

tình trạng nghiện, tức là phải có caffeine kích thích tế bào thần kinh mới làm việc.
Điều này không tốt, vì đồng thời với kích thích thần kinh, caffeine cũng làm tăng nhịp
tim, tăng huyết áp, tăng tiết dịch vị… và như vậy cũng có thể làm tăng các nguy cơ
bệnh tim mạch, tiêu hóa…
Cà phê tuyệt đối không nên dùng ở trẻ em và phụ nữ có thai hay đang cho con
bú. Dù tác hại vẫn chưa chứng minh rõ rang nhưng nhìn chung người ta khuyến cáo
không sử dụng cà phê ở những đối tượng này. Ngoài ra, những đối tượng khác cần
22


kiêng cữ cà phê là những bệnh nhân tim mạch, huyết áp, tiểu đường, loét dạ dày, tá
tràng, viêm ruột kích thích, các bệnh nhân có các bệnh lý thần kinh như rối loạn thần
kinh thưc vật, suy nhược thần kinh…
CÔNG NGHỆ KHỬ CAFFEINE
Khử caffeine (decaffeination) là thuật ngữ chỉ kỹ thuật tách caffeine từ cà phê
nhằm mục đích sản xuất các loại cà phê “không caffeine” (hàm lượng cà phê tuân theo
các tiêu chuẩn cụ thể) nhưng vẫn giữ được hương vị đặc trưng cuả cà phê.
Bảng 2.9: Một số tiêu chuẩn về cà phê khử caffeine

Cà phê nhân

Chủng cà
phê

Tiêu chuẩn US-FDA
(loại 97% caffeine)

Tiêu chuẩn Châu Âu,
Canada (loại 99.9%
caffeine)


Chưa rang

Rang

Chưa rang

Rang

Chưa rang

Rang

Arabica

1.05%

1.3%

0.032%

0.036%

0.08%

0.1%

Robusta

2.0%


2.3%

0.06%

0.0695%

0.08%

0.1%

Do hầu hết hương vị của cà phê được tạo ra trong quá trình rang, quá trình khử
caffeine hầu hết được tiến hành trên cà phê hạt cà phê nhân chưa rang. Tuy nhiên,
những tiến bộ trong kỹ thuật thu hồi chất thơm đã cho phép thực hiện được quá trình
khử caffeine từ dịch trích cà phê rang xay. Ngày nay, các sản phẩm cà phê nhân, cà
phê rang xay và cà phê hòa tan không caffeine đã trở nên rất phổ biến.
Các phương pháp khử caffeine khác nhau có thể phân ra thành 3 nhóm chính.
Như chúng ta đã biết, caffeine là một chất phân cực yếu, nên cần chọn một dung môi
hay tác nhân thích hợp cho quá trình tách caffeine khỏi cà phê. Các phương pháp này
được phân loại dựa trên việc lựa chọn dung môi hay tác nhân cho quá trình khử
caffeine. [34]
Khử caffeine bằng các dung môi hữu cơ: được ứng dụng thành công đầu tiên
bởi nhà khoa học Roselius của hãng ‘Kaffee HAG’

23


Quy trình khử cà phê bằng nước (được đề cập lần đầu tiên vào năm 1941 bởi
Berry và Walters), thực hiện trên cà phê nhân bằng cách dùng dung dịch cân bằng các
chất hòa tan khác caffeine và tách caffeine từ dịch trích bằng dichloromethane trong

hệt trích ly lỏng/lỏng. Ngoài ra, có thể sử dụng than hoạt tính để hấp phụ caffeine thay
cho việc trích ly bằng dung môi, đây mới là nguyên lý cơ bản của quy trình Swiss
water (Fischer, 1979).
Khử caffeine bằng CO2 siêu tới hạn: Tính hòa tan chọn lọc đối với caffeine
trong CO2 siêu tới hạn đã ứng dụng bởi hãng HGA (Đức), dựa trên nghiên cứu của
‘Studiengesellschaft Kohle in Muhlheim’ (Zosel, 1965) vế tính lỏng của lưu chất siêu
tới hạn.
Quy trình khử caffeine bằng công nghệ sinh học: những nghiên cứu mới nhất để
khử caffeine trong cà phê là những nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học. Tại
Đại học Glasgrow (Scotland) và Đại học Ochanomizu and Tsukuba (Nhật), các nhà
khoa học đã nghiên cứu và phong tỏa gen tổng hợp caffeine trong cà phê. Nếu như có
sự hỗ trợ về tài chính và những nghiên cứu tiếp theo cho thấy sản phẩm này không gây
nguy hại gì cho sức khỏe con người thì kết quả có thể được ứng dụng trong 5 – 10 năm
tới.

Phương pháp dùng dung môi hữu cơ [54]
Đây là quy trình lâu đời nhất trong công nghệ khử caffeine. Phương pháp
này dựa trên nguyên tắc sử dụng một dung môi hữu cơ có độ chọn lọc đối với
caffeine để trích ly caffeine trong nguyên liệu. Những yêu cầu khi lựa chọn một
dung môi cho quá trình khử caffeine là khả năng hòa tan chọn lọc với caffeine, tính
an toàn, giá cả, dễ dàng tách dung môi ra khỏi nguyên liệu, dễ thu hồi dung môi,
không độc và an toàn với môi trường. Các dung môi thường sử dụng là benzene,
ethyl

acetate,

methylene

chloride,


methyl

acetate,

trichloroethane,

ethylmethylketone. Trong đó methyl chloride và ethyl acetate vẫn chiếm ưu thế
vượt trội so với các loại dung môi khác.
24


Ảnh hưởng của các dung môi lên sức khỏe con người và môi trường đã
được giảm thiểu nhiều. Lượng dung môi cần cho 1 tấn cà phê nhân thường ít hơn
10kg. Dung môi sót lại trong cà phê khử caffeine đã được rang là 2mg/kg; một số
dây chuyền xử lý tốt có thể đạt đến 0.3mg/kg.
Một số nghiên cứu sử dụng caffeic acid (3,4-dihydroxycinnamic acid) để
tăng hiệu quả khử caffeine trong phương pháp sử dụng dung môi methylene
chloride, ethyl acetate, dầu đậu nành. Khi trộn các dung môi không tan trong nước
với các tinh thể caffeic trong nước thì sẽ giúp hình thành nhanh chóng các tinh thể
phức hợp caffeine/acid caffeic ở nhiệt độ thường. Phức hợp này có thể được tách ra
ngoài bằng phương pháp lọc hay ly tâm. Hiệu quả khử caffeine lớn hơn nhiều so
với chỉ trộn với nước. Những kết quả đầu tiên này đã cho thấy phương pháp này có
thể giúp giảm lượng nước sử dụng, tăng tính chọn lọc đối với caffeine và giảm sự
thất thoát về hương vị trong quá trình trích ly xuôi dòng.
Kỹ thuật mới phát triển đã chuyển quy trình khử caffeine từ dạng gián đoạn
sang bán tự động, giúp giảm thời gian xử lý. Năm 1984, Morrison và các cộng sự
đã đề xuất quy trình sử dụng nhiều tháp ngược dòng, giảm thời gian trích ly (thời
gian cà phê tiếp xúc với dung môi chỉ từ 3 – 5h), giảm lượng chất hòa tan thất thoát
và vì vậy làm tăng chất lượng thành phẩm.
Một kỹ thuật khác tiến hành khử caffeine trên dịch trích cà phê đã qua rang

và xay được tiến hành bởi Jones và các cộng sự (1985). Trước khi sản xuất cà phê
hòa tan, dịch trích được trộn với dung môi (Vd: methylene chloride) trong hệ trích
ly lỏng/lỏng. Caffeine và một số chất khô khác sẽ chuyển sang pha dung môi, sau
đó chúng được trộn với nước, chuyển sang bước trích ly lỏng/lỏng lần thứ 2. Phần
lớn các chất rắn khác caffeine thì hấp thu vào trong nước và có thể tái sử dụng
trong quá trình trích caffeine; còn caffeine được tách ra ngoài bằng phương pháp
chưng cất.
Phương pháp dùng dung môi trực tiếp
Trong phương pháp này, dung môi được sử dụng trong cả chu trình. Đầu
25