Nghiên cứu tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng (2018)

-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
––––––––
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TÁCH CAFFEINE TỪ HẠT CÀ PHÊ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY DUNG MÔI CÓ HỖ TRỢ VI SÓNG
Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Ngọc
Sinh viên thực hiện: Đỗ Ngọc Sơn
Mã số sinh viên: 56130338
Khánh Hòa – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC
––––––––
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TÁCH CAFFEINE TỪ HẠT CÀ PHÊ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY DUNG MÔI CÓ HỖ TRỢ VI SÓNG
Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Ngọc
Sinh viên thực hiện: Đỗ Ngọc Sơn
Mã số sinh viên: 56130338
Khánh Hòa, tháng 7/2018

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Bộ môn Kỹ thuật Hóa học - Khoa Công
nghệ Thực phẩm trường Đại học Nha Trang đã quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu
đáo để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo TS. Trần Quang
Ngọc đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này trong thời
gian qua.
Em cảm ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phòng Thí nghiệm khu
Công Nghệ Cao, các Khoa Phòng Ban chức năng đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ em trong suốt thời gian
qua.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án tốt nghiệp này
không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý
kiến của các thầy cô để em có thêm kiến thức làm hành trang vững chắc trong tương lai.
Em xin kính chúc quý thầy cô trường Đại học Nha Trang lời chúc sức khỏe, thành
công trên con đường giảng dạy.
Nha Trang, ngày 01 tháng 07 năm 2018
Sinh viên
Đỗ Ngọc Sơn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
––––––––
..........................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
Nha Trang, ngày tháng năm 2018
Giảng Viên Hướng Dẫn
TS. Trần Quang Ngọc

MỤC LỤC
Đề Mục
Trang
Trang bìa
i
Quyết định giao ĐA/KLTN
ii
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn
iii
Lời cảm ơn
iv
Mục lục
v
Danh mục hình
vi
Danh mục bảng
vii
Danh mục viết tắt
viii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Giới thiệu về cà phê 3
1.1.1. Nguồn gốc cây cà phê 3
1.1.2. Đặc điểm các loại cây cà phê phổ biến ở Việt Nam 3
1.1.3. Đặc điểm và cấu tạo của hạt cà phê [29] 5
1.2. Giới thiệu về caffeine 8
1.2.1. Cấu trúc và tính chất 8
1.2.2. Hoạt tính sinh học 9
1.3. Cà phê Decaf 10
1.3.1. Giới thiệu về cà phê Decaf 10
1.3.2. Thị trường sản xuất tiêu thụ 10
1.3.3. Các phương pháp sản xuất cà phê Decaf 12
1.4. Các phương pháp tách chiết 15
1.4.1. Cơ sở quá trình tách chiết 15

1.4.2. Một số phương pháp tách chiết 16
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết 23
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1. Đối tượng nghiên cứu 27
2.2. Dụng cụ - hóa chất – thiết bị 27
2.2.1. Dụng cụ 27
2.2.2. Thiết bị 27
2.2.3. Hóa chất 28
2.3. Phương pháp nghiên cứu 28
2.3.1. Sơ đồ thực nghiệm 28
2.3.2. Phương pháp xác định độ ẩm 33
2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng tro 33
2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng caffeine trong nguyên liệu 34
2.3.5. Phương pháp tính hiệu suất trích ly 35
2.3.6. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC) 35
2.3.7. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR 36
2.3.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis 36
2.3.9. Quy trình chế biến cà phê Decaf 37
2.3.10. Phương pháp đánh giá cảm quan 39
2.3.11. Phương pháp xử lý số liệu 40
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41
3.1. Độ ẩm của nguyên liệu hạt cà phê 41
3.2. Hàm lượng tro của nguyên liệu hạt cà phê 41

3.3. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu hạt cà phê 41
3.4. Ảnh hưởng của các điều kiện trích ly đến hiệu suất trích ly 42
3.4.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly 42
3.4.2. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly 43
3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly 45
3.5. Phân tích caffeine 46
3.5.1. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC) 46
3.5.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR. 47
3.5.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis 48
3.6. Chế biến thử nghiệm cà phê Decaf 49
3.6.1. Quá trình tách caffeine ra khỏi hạt cà phê. 49
3.6.2. Quá trình rang xay 50
3.6.3. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
PHỤ LỤC 56

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Cây cà phê ........................................................................................... 3
Hình 1. 2. Công thức cấu tạo của caffeine ............................................................ 8
Hình 1. 3. Quy trình khử caffeine bằng dung môi .............................................. 13
Hình 1. 4. Quy trình khử caffeine bằng nước ..................................................... 14
Hình 1. 5. Quy trình khử caffeine bằng CO2 ...................................................... 15
Hình 1. 6. Kỹ thuật chiết ngâm dầm ................................................................... 16
Hình 1. 7. Kỹ thuật chiết ngấm kiệt .................................................................... 17
Hình 1. 8. Hệ thống chiết soxhlet........................................................................ 18
Hình 1. 9. Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước ............................................... 19
Hình 1. 10. Hệ thống chiết có hỗ trợ siêu âm ..................................................... 20
Hình 1. 11. Hệ thống chiết có hỗ trợ vi sóng ...................................................... 21
Hình 1. 12. Hệ thống chiết bằng CO2 siêu tới hạn .............................................. 22
Hình 2. 1. Hạt cà phê vối .................................................................................... 27
Hình 2. 2. Sơ đồ thực nghiệm ............................................................................. 29
Hình 2. 3. Hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng .................................................... 30
Hình 2. 4. Chiết lỏng lỏng bằng chloroform ....................................................... 31
Hình 2. 5. Làm khan ............................................................................................ 31
Hình 2. 6. Hệ thống cô quay chân không ............................................................ 32
Hình 2. 7. Caffeine tinh chế ................................................................................ 32
Hình 2. 8. Quy trình chế biến cà phê Decaf ........................................................ 37
Hình 3. 1. Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến hiệu suất
trích ly ............................................................................................................................ 43
Hình 3. 2. Biểu đồ ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly ... 44
Hình 3. 3. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly ........ 46
Hình 3. 4. Sắc ký bản mỏng ................................................................................ 47
Hình 3. 5. Phổ hồng ngoại FTIR ......................................................................... 48

Hình 3. 6. Phổ hấp thụ của caffeine trích ly ........................................................ 49
Hình 3. 7. Phổ hấp thụ của caffeine chuẩn ......................................................... 49
Hình 3. 8. Hạt cà phê đã tách caffeine ................................................................ 50
Hình 3. 9. Hạt cà phê chưa tách caffeine ............................................................ 50
Hình 3. 10. Bột cà phê Decaf .............................................................................. 50
Hình PL. 1. Hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng .................................................. 58
Hình PL. 2. Hệ thống cô quay chân không ......................................................... 58
Hình PL. 3. Máy quang phổ hồng ngoại khả kiến UV-Vis................................. 58
Hình PL. 4. Hệ thống quang phổ hồng ngoại FTIR ............................................ 58

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của hạt cà phê ..................................................... 6
Bảng 2. 1. Tính chất một số dung môi hữu cơ .................................................... 28
Bảng 2. 2. Các mức chất lượng ........................................................................... 40
Bảng 3. 1. Độ ẩm của hạt cà phê ......................................................................... 41
Bảng 3. 2. Hàm lượng tro của hạt cà phê ............................................................ 41
Bảng 3. 3. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu .............................................. 42
Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly .... 42
Bảng 3. 5. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly ............... 44
Bảng 3. 6. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly .................... 45
Bảng 3. 7. Kết quả đánh giá cảm quan ............................................................... 51
Bảng PL. 1. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf theo phương pháp cho
điểm TCVN 3215-79 ...................................................................................................... 56

Decaf
DNA
SFE
SCF
TLC
FTIR
TCVN
HSTL
HPLC
DANH MỤC VIẾT TẮT
Decaffeinated coffee
Deoxyribucleic acid
Supercritical Fluid Extraction
Super Critical Fluid
Thin Tayer Chromatography
Fourrier Transformation InfraRed
Tiêu chuẩn Việt Nam
Hệ số trọng lượng
High performance liquid chromatography

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cà phê là một đặc sản nhiệt đới có giá trị kinh tế trên thế giới, nó là mặt hàng đứng
thứ hai trong số các mặt hàng giao thương trên thế giới chỉ sau dầu mỏ. Sản lượng cà phê
trung bình hằng năm trên thế giới khoảng 6 triệu tấn, lượng cà phê giao dịch hằng năm
khoảng 3 triệu tấn. [4]
Nước ta có điều kiện khí hậu thiên nhiên thích hợp để phát triển loại cây cao cấp
này. Nhiều vùng đất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê, điển hình là các tỉnh thuộc Tây
Nguyên nước ta (Đắc Lắc, Gia Lai, Kon Tum, Đắc Nông, Lâm Đồng,...), các tỉnh miền
Trung (Quảng Trị, Hà Tĩnh,…).
Caffeine trong hạt cà phê có những tác động sinh lý nhất định đến cơ thể con người.
Nó là một chất kích thích nhẹ giúp tạo sự tỉnh táo trong công việc hằng ngày. Trong y học,
người ta còn dùng caffeine như chất trợ tim hoặc là thuốc lợi tiểu. Nhưng bên cạnh đó,
caffeine cũng có một số tác dụng bất lợi đến với sức khỏe con người như gây mất ngủ, tăng
huyết áp, tăng nhịp tim,…
Nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của một bộ phần người tiêu dùng
sử dụng cà phê có hàm lượng caffeine thấp, hiện nay dòng sản phẩm cà phê có hàm lượng
caffeine thấp (cà phê Decaf) đang được chú ý và nhu cầu thị trường ngày càng tăng. Cà phê
Decaf có hàm lượng caffeine thấp nhưng vẫn đảm bảo hương vị đặc trưng của sản phẩm cà
phê.
Có nhiều phương pháp loại bỏ caffeine trong hạt cà phê đã được nghiên cứu và đưa
vào sản xuất: phương pháp trích ly bằng dung môi, phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn,
phương pháp sử dụng dung môi là nước. Trong đó, phương pháp sử dụng dung môi là nước
có nhiều ưu điểm như không độc hại, có thể trích ly được tối đa lượng caffeine mà vẫn giữ
được hương vị của sản phẩm cà phê. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là thời gian
kéo dài, điều kiện trích ly ở nhiệt độ và áp suất cao.
Với mục tiêu giải quyết những hạn chế trên, tôi chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu
1

tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng”.
2. Mục tiêu
Tách caffeine từ hạt cà phê.
Thử nghiệm chế biến cà phê chứa hàm lượng caffeine thấp (cà phê Decaf).
3. Nội dung nghiên cứu
Quy trình tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly dung môi có hỗ trợ
vi sóng.
Đánh giá hiệu suất trích ly caffeine.
Xác định điều kiện trích ly tối ưu.
Phân tích hóa lý caffeine.
Chế biến thử nghiệm cà phê Decaf.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đưa ra quy trình trích ly caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp
trích ly dung môi có hỗ trợ vi sóng.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu đề tài có thể ứng dụng để thử nghiệm chế
biến cà phê Decaf với quy trình hiệu quả và kinh tế hơn.
2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về cà phê
1.1.1. Nguồn gốc cây cà phê
Cà phê mọc hoang dại và được biết
đến vào khoảng thế kỷ thứ 13 -14 ở cao
nguyên Ê-ti-ô-pi-a và ở vùng biên giới giáp
cao nguyên Boma ở Sudan. Sau đó, cây cà
phê được trồng một cách có hệ thống đầu
tiên vào khoảng thế kỷ 15 tại các khu vườn
miền Nam Yemen. Từ giữa thế kỷ 17,
người Ả Rập mất vị trí độc tôn trong việc
Hình 1. 1. Cây cà phê
trồng cây cà phê và cây cà phê đã lan
[37]
rộng trên khắp thế giới, từ Ceynon sang Java tới Nam Mỹ. Hiện nay cây cà phê được trồng
tập trung chủ yếu ở Braxil, Colombia, Mexico và các nước Trung Phi. [2]
Lần đầu tiên, cà phê được đưa vào Việt Nam vào năm 1875, giống Arabica được
người Pháp mang từ đảo Bourton sang trồng ở phía Bắc sau đó lan rộng ra các tỉnh miền
Trung như Quảng Trị, Quảng Bình,…Sau thu hoạch chế biến dưới thương hiệu “Arabica
du Tonkin”, cà phê được nhập khẩu về Pháp. Ở nước ta, người Pháp thành lập các đồn điền
cà phê như Chinê, Xuân Mai, Sơn Tây, tuy nhiên cà phê được trồng theo phương thức du
canh du cư nên năng suất thấp, giảm từ 400 – 500 kg/ha những năm đầu và giảm xuống còn
100 – 150 kg/ha khi càng về sau. Để cải thiện tình hình, Pháp du nhập vào nước ta hai giống
mới là cà phê vối và cà phê mít vào năm 1908, các đồn điền mới lại mọc lên ở phía Bắc
như ở Hà Tĩnh (1910), Thanh Hóa (1911), Nghệ An (1915). Thời điểm lớn nhất (1946 –
1966) đạt 13.000 ha. [6]
1.1.2. Đặc điểm các loại cây cà phê phổ biến ở Việt Nam
Trên thế giới có trên 100 loại cà phê khác nhau. Tuy nhiên, số loại cà phê có giá trị
kinh tế cao thì không nhiều. Hiện nay, có ba giống cà phê được trồng chủ yếu trên thế giới
cũng như ở Việt Nam là giống cà phê chè (coffea arabica), cà phê vối (coffea canephora)
và giống cà phê mít (coffea liberica).
3

-
Phân loại khoa học các giống cà phê như sau: [34]
Giới
Plantae
Ngành
Lớp
Bộ
Họ
Chi
Loài
Mangnoliophyta
Mangnoliopsida
Gentianales
Rubiaceae
Coffea
Coffea arabica - cà phê chè
Coffea canephora - cà phê vối
Coffea liberica - cà phê mít
Đặc tính của các giống cà phê như sau: [3]
- Giống cà phê chè (coffea arabica)
Xuất xứ ở cao nguyên Ê-ti-ô-pi-a có đặc điểm là cây nhỏ, lá mỏng và nhỏ, hoa màu
trắng có hương thơm, có khả năng chịu lạnh (ở nhiệt độ 15 – 20 o C), nhân hình tròn, nhỏ có
mùi hương và mùi thơm hơn các loại cà phê khác. Hàm lượng caffeine khoảng 1 – 2%. Ở
Việt Nam được trồng nhiều ở các tỉnh phía Bắc nơi có điều kiện thời tiết lạnh, thời gian thu
hoạch từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau.
- Giống cà phê vối (coffea canephora)
Xuất xứ ở Công Gô có đặc điểm là dễ trồng, chịu được điều kiện vùng đất xấu, chịu
hạn tốt hơn, cho năng suất cao hơn giống cà phê chè nhưng không chịu được lạnh và gió
mạnh. Nhân hình trứng, to. Hàm lượng caffeine khoảng 2 – 4%. Loại này phù hợp cho sản
xuất cà phê hòa tan, thời gian thu hoạch từ tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau.
- Giống cà phê mít (coffea liberica)
Có đặc điểm là cây cao tới 8 – 10 m, lá to, quả mọng, năng suất cao, có khả năng
sinh trưởng ở vùng đất xấu, chịu hạn tốt, chịu ẩm tốt nhưng hương thơm kém và có vị đắng
4

mạnh. Hàm lượng caffeine khoảng 0,8 – 1,2%. Thời gian thu hoạch từ tháng 5 đến tháng 8
năm sau.
1.1.3. Đặc điểm và cấu tạo của hạt cà phê [29]
1.1.3.1. Cấu tạo
Quả cà phê bao gồm các phần như sau: lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, vỏ trấu, lớp vỏ lụa và
nhân cà phê.
- Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, có màu đỏ, đỏ sẫm hoặc vàng tùy loại, mềm. Cà
phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít.
- Lớp vỏ thịt (lớp nhớt): nằm dưới lớp vỏ quả, mềm. Vỏ thịt cà phê vối và cà phê chè
mềm, ngọt, mỏng, dễ bong tróc khi xay xát hơn cà phê mít.
- Vỏ trấu: là một lớp vỏ cứng bao bọc nhân, cấu tạo chủ yếu là cellulose. Vỏ trấu cà
phê chè mỏng hơn, dễ vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít.
- Vỏ lụa: nằm dưới lớp vỏ trấu, mỏng, mềm, có màu sắc tùy loại.
- Nhân cà phê: lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, có những tế bào nhỏ, trong có
chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường
có một, hai hoặc ba nhân. Thông thường chỉ có 2 nhân. Trong nhân có phôi mầm.
1.1.3.2. Thành phần hóa học
- Vỏ quả: có màu đỏ do chất anthocyanin và các vết alkaloid, trong vỏ chứa 21,5 –
30% chất khô (tanin, caffeine, các enzyme,…)
- Vỏ thịt: là những tế bào mềm chứa nhiều đường và pectine, ngoài ra còn có enzyme
pectinase phân giải pectine trong quá trình lên men và lên men đường làm pH dao động
trong khoảng 5,6 – 6,4.
- Vỏ trấu: chứa chủ yếu là cellulose, một ít caffeine (0,4%) do khuếch tán từ vỏ trong
lúc phơi khô hoặc lên men.
- Nhân: nước chiếm 10 – 12%, protein chiếm 9 – 11%, lipid chiếm 10 – 13%, các loại
đường chiếm 5 – 10%, tinh bột chiếm 3 – 5%. Ngoài ra còn có một số chất thơm, khoáng
và alkaloid.
5

Thành phần hóa học của hạt cà phê:
Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của hạt cà phê
Thành phần hóa học Hàm lượng (%)
Nước 8 – 12
Chất béo 4 – 8
Đạm 1,8 – 2,5
Protein 9 - 16
Caffeine 0,8 – 4
Tanin 2
Acid Caffeic 8 -9
Pantosan 5
Tinh bột 5 – 23
Dextrin 0,85
Đường 5 – 10
Cellulose 10- 20
Hemillulose 20
Lignin 4
Vai trò của một số thành phần hóa học đến chất lượng cà phê:
- Carbohydrate: Hàm lượng carbohydrate trong cà phê khô khoảng 60%. Phần lớn là
các polysaccharide hòa tan hoặc không hòa tan trong nước và một phần nhỏ là các đường
saccharose, glucose,…Trong quá trình rang các carbohydrate biến đổi nhiều, chúng có thể
phân hủy thành các hợp chất khác nhau hoặc biến mất hoàn toàn như các chất đường đã nói
trên. Các đường khử tham gia một số phản ứng tạo màu và mùi cho cà phê rang. Các
6

polysaccharide không hòa tan trong nước, chúng tạo nên những thành tế bào của hạt cà phê
và sau khi pha trở thành bã cà phê.
- Chất béo: Trong cà phê nhân tổng hàm lượng chất béo chiếm khoảng 13%. Trong
quá trình rang các hợp chất béo mất đi 1 – 2%. Các chất béo chủ yếu tạo thành dầu cà phê
là trigliceride và diterpene, là dạng este của acid bão hòa, nhất là panmitic, behenic,
arachidic. Các diterpene này rất nhạy với acid, nhiệt và ánh sáng. Hàm lượng diterpene
giảm đi trong quá trình bảo quản cũng như quá trình rang có thể là do tạo thành các terpnene
bay hơi, naphtalene và quinoline.
- Các acid: Đại diện quan trọng nhất của nhóm acid là các loại acid chlorogenic. Đây
là những loại acid đặc trưng đối với cà phê. Trong quá trình rang chúng bị phân hủy 30 –
70%, sau khi rang có sự hình thành một số acid dễ bay hơi. Tất cả các acid này đều góp
phần tạo vị chua của cà phê.
- Các protein: Hầu như không có mặt trong cà phê rang, do rang ở nhệt độ cao nên
một phần bị phân hủy, phần còn lại kết hợp với carbohydrate và các acid chlorogenic tạo
thành những chất màu nâu. Bằng phương pháp thủy phân, người ta thấy trong thành phần
protein của cà phê có những acid amin sau: cysteine, alanine, phenylalanine, histidine,
leucine, lysine,…Các acid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên
kết. Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng ra tác
dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. Trong số các
acid amin kể trên đáng chú ý nhất là những acid amin có chứa lưu huỳnh như cystein,
methionine và proline, chúng góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của cà phê sau khi
rang. Đặc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxi hóa các chất thơm,
làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản. Trong quá trình chế biến chỉ có một
phần protein bị phân giải thành acid amin, còn phần lớn bị biến thành hợp chất không tan.
- Các alkaloid: Trong quá trình rang, hàm lượng caffeine hầu như không thay đổi.
Trigoneline giảm khoảng 75%, tạo thành các sản phẩm gồm acid nicotinic, nicitinamide và
các chất thơm bay hơi như pyrine và pyrol. Trong đó đáng chú ý nhất là niacin, trong cơ
thể con người có tác dụng như một loại vitamine. Trong thành phần của các hợp chất thơm
có khoảng 50% aldehyde, 20% ketone, 8% ester, 7% heterocylic, 2% dimethyl sulfide, một
7

lượng ít hơn là các sulfide hữu cơ khác, còn có một lượng nhỏ nitrile, alcohol hoặc các
hydrocarbon đã bão hòa và chưa bão hòa có trọng lượng phân tử thấp như isoprene.
- Các chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3 – 5%, chủ yếu là
kali, nitơ magie, photpho, clo. Ngoài ra còn thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh,… những
chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi vị cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất
khoáng càng thấp và ngược lại.
1.2. Giới thiệu về caffeine
1.2.1. Cấu trúc và tính chất
vật.
Caffeiene là một hợp chất tự nhiên có mặt trong lá, hạt và quả của hơn 60 loài thực
Caffeine nằm trong nhóm hợp chất alkaloid (là những hợp chất vòng có chứa nitơ
trong phân tử).
Công thức phân tử: C8H10N4O2.
Tên phổ biến: caffeine
Danh pháp quốc tế: 3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione. [33]
Hình 1. 2. Công thức cấu tạo của caffeine [36]
- Tính chất của caffeine: [36]
- Khối lượng mol: 194,19g/mol.
- Trạng thái: rắn.
- Đặc điểm: dạng tinh thể, không màu, không mùi, vị đắng.
- Nhiệt độ thăng hoa: 178oC.
- Nhiệt độ nóng chảy: 238oC.
- Hòa tan: tan nhiều trong nước nóng và chloroform.
8

1.2.2. Hoạt tính sinh học
Caffeine là một hoạt chất có dược tính. Tùy thuộc vào liều lượng, nó có thể kích
thích nhẹ đối với hệ thần kinh trung tâm. Bất kì tác động dược lý nào của caffeine đều nhất
thời, thông thường tác dụng này sẽ ngưng sau vài giờ. Caffeine không tích tụ trong cơ thể
theo thời gian sử dụng. Nó thường bài tiết và thải ra ngoài sau vài giờ sử dụng.
Một số người có thể bị mất ngủ do caffeine. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho
thấy rằng những người tiêu thụ caffeine có trí nhớ tăng và cải thiện khả năng tranh luận. Và
những người này có thành tích cao trong khả năng vận động, cải thiện khả năng luyện tập
thính giác, thị giác.
Caffeine còn có tác dụng giảm đau đầu, giúp con người cảm thấy năng động. Kích
thích hệ thần kinh trung ương, làm tinh thần minh mẫn, tăng hiệu suất làm việc.
Caffeine cũng có thể làm tăng hiệu quả diệt tế bào ung thư của thuốc chống ung thư.
Các chất gây phá hủy DNA và có thể hỗ trợ trong việc khắc phục kháng thuốc tự nhiên [23] .
Bức xạ ion hóa và các tác nhân alkyl hóa làm tăng hiệu lực độc của caffeine đối với các tác
nhân phá hoại DNA. Tác nhân chống ung thư của caffeine có thể liên quan đến khả năng
ức chế sự tạo liên kết các chất chuyển hóa hoạt động của các chất gây ung thư đối với chuỗi
DNA tế bào [20] . Do đó caffeine có thể được sử dụng trong việc điều chỉnh hoạt tính của các
loại thuốc thêm vào trong cơ thể. Sự kết hợp của caffeine với adrinamycin (một loại thuốc
chống ung thư) có thể làm tăng đáng kể hoạt tính kháng u trong cơ thể mà không làm tăng
tác dụng phụ của nó. Caffeine ức chế các hoạt chất gây ung thư trong khói thuốc lá, nhưng
việc sử dụng đồng thời chất caffeine và thuốc lá cũng tạo thành một mối nguy hại đối với
thai nhi đang phát triển [8] .
Ngoài ra, caffeine làm giảm lượng paracetamol do đó làm giảm độc tính cho gan.
Caffeine cũng làm tăng epinephirine trong huyết tương, tăng tiêu thụ oxy và chuyển hóa
carbonhydrate trong khi giảm quá trình chuyển hóa lipid. Caffeine làm thay đổi hoạt động
tim mạch bằng cách gia tăng động mạch huyết áp. [19]
Tùy theo hàm lượng hấp thu, caffeine có thể gây kích thích nhẹ. Đôi khi nó cũng
dẫn đến việc gây nghiện ở một số người, triệu chứng thường thấy nhất là đau đầu, mệt lả
9

hoặc trạng thái mơ màng. Với quá nhiều hàm lượng caffeine có thể gây ngộ độc với một số
biểu hiện như sau: nóng tính, thường xuyên rơi vào tình trạng bị kích động, gây tiểu khó,
gây mất ngủ, huyết áp tăng nhanh, các bệnh lý về đường ruột và thỉnh thoảng lại bị rơi vào
ảo giác. Đối với người lớn, ước tính khoảng 13 – 19 gam caffeine có thể gây chết người. [1]
1.3. Cà phê Decaf
1.3.1. Giới thiệu về cà phê Decaf
Để đáp ứng nhu cầu của một số bộ phận người tiêu dùng bị ảnh hưởng tiêu cực từ
hoạt tính sinh học của caffeine trong cà phê như gây mất ngủ, tăng huyết áp và nhịp
tim,…Cà phê Decaf đã ra đời để đáp ứng nhu cầu trên.
Cà phê Decaf cũng giống như các loại cà phê thông thường, ngoại trừ khoảng 97%
hàm lượng caffeine đã được loại bỏ trong thành phần hạt cà phê. Mặc dù đã loại bỏ phần
lớn caffeine khỏi hạt cà phê nhưng cà phê Decaf vẫn có những giá trị dinh dưỡng tương tự
cà phê thông thường. Nó vẫn có những hoạt chất chống oxy hóa như axit hydrocinnamic
và polyphenol giúp ngăn ngừa các bệnh ung thư, tiểu đường và tim mạch [12] . Ngoài ra, mỗi
cốc cà phê Decaf còn cung cấp 2,4% lượng magie cần thiết hàng ngày, 4,8% kali và 25%
niacin (còn gọi là vitamin B3) [10] . Nó còn giúp làm giảm triệu chứng ợ nóng, trào ngược
axit trong thực quản so với cà phê thông thường. Uống 2 ly cà phê Decaf mỗi ngày sẽ giúp
giảm nguy cơ ung thư trực tràng đến 48% [21] .
1.3.2. Thị trường sản xuất tiêu thụ
Trên thế giới:
Nhu cầu tiêu thụ cà phê trên thế giới rất lớn. Hàng năm, lượng tiêu thụ trên thế giới
ước tính vào khoảng 94,5 triệu bao cà phê nhân (khoảng 5,6 triệu tấn). Có thể chia các nước
tiêu dùng cà phê thành 4 nhóm chính theo khu vực địa lý như sau:
Nhóm các nước Tây Bắc Âu và Nam Âu.
Nhóm các nước Bắc Mỹ: Trong đó thị trường Mỹ là lớn nhất với nhu cầu hằng năm
khoảng 4kg/người/năm.
10

Nhóm các nước châu Á- Thái Bình Dương: Trong đó thị trường tiêu biểu là Hàn
Quốc và Nhật Bản.
Nhóm các nước Đông Âu và Nga: Đây là thị trường mới nổi với rất nhiều sản phẩm
tiềm năng về cà phê.
Trong số hơn 80 thành viên của tổ chức cà phê quốc tế (ICO), có tới hơn 40 nước xuất
khẩu cà phê. Các nước này có thể vừa trồng vừa xuất khẩu hoặc chỉ kinh doanh cà phê xuất
khẩu. Tuy nhiên các nước sản xuất cà phê lớn trên thế giới đều là những nước vừa sản xuất
vừa xuất khẩu. Điển hình là các nước như: Braxin, Colombia, Việt Nam, Uganda, Bờ Biển
Nga, Ê-ti-ô-pi-a, Ấn Độ,...Trong đó Braxin và Colombia là các nước sản xuất và xuất khẩu
cà phê chè chủ yếu trên thế giới, các nước còn lại của Châu Á và Châu Phi là các nước xuất
khẩu cà phê vối lớn của thế giới. [31]
Ngày nay với mối quan tâm về sức khỏe và những loại thực phẩm có liên quan về sức
khỏe ngày càng gia tăng. Do đó, khi hoạt tính của caffeine trong cà phê được biết đến rộng
rãi thì một bộ phận lớn người tiêu dùng chuyển sang các loại đồ uống có ít hoặc không có
caffeine. Tại Mỹ và Tây Âu có khoảng 8 – 10% lượng cà phê nhân nhập khẩu hàng năm
được xử lý để loại caffeine.
Trong nước:
Việt Nam là nước sản xuất và xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 trên thế giới. Sản lượng
tiêu thụ cà phê rang xay của Việt Nam trong niên vụ 2016/17 ước đạt 2,5 triệu bao và sẽ
tăng nhẹ lên khoảng 2,55 triệu bao trong niên vụ 2017/18 do sự phát triển nhanh chóng của
các cửa hàng cà phê. Các thực khách sử dụng cà phê tại Việt Nam thích cà phê rang xay do
chúng vẫn giữ nguyên được hạt và hương vị nguyên chất. Thị trường cà phê nội địa tiếp tục
nóng lên với sự cạnh tranh gay gắt từ các thương hiệu cà phê nước ngoài nổi tiếng như
Dunkin Donuts, Coffee Beans & Tea Leaves, Gloria Jeans, My Life Coffee, McCafe và
PJ’s với một số chuỗi cà phê Hàn Quốc như Coffee Bene và The Coffee House. [32]
Tuy nhiên, các chuỗi cửa hàng nội địa lâu đời như Trung Nguyên, Phúc Long,
Highlands và các chuỗi cửa hàng mới như Passio, Thục, Cộng đã tìm thấy những thức uống
riêng của mình từ đó giúp họ có thể sống sót trên thị trường cà phê Việt Nam đầy tính cạnh
11

tranh. Thị trường cà phê nội địa Việt Nam được dự báo sẽ có mức tăng trưởng nhẹ do thị
trường nước ta còn cần nhiều sản phẩm cà phê với chất lượng cao để phát triển và mở rộng.
Thói quen sử dụng cà phê thông thường có hàm lượng caffeine cao đang chiếm ưu thế
thị phần trên thị trường trong nước nhưng vấn đề sức khỏe và sức khỏe trong thực phẩm
ngày càng được quan tâm tại Việt Nam cùng với sự cạnh tranh từ các thương hiệu cà phê
ngoại nhập. Chắc hẳn thị trường cà phê chứa hàm lượng caffeine thấp đang hứa hẹn có một
tiềm năng phát triển vô cùng lớn tại Việt Nam.
1.3.3. Các phương pháp sản xuất cà phê Decaf [33]
Quy trình sản xuất cà phê Decaf thành công được thương mại hóa đầu tiên bởi phát
minh của thương nhân cà phê người Đức có tên là Ludwig Roselius vào năm 1903 và được
cấp bằng sáng chế vào năm 1906. Việc nghiên cứu cà phê đã tách caffeine của ông được
thúc đẩy bởi ông cho rằng cha của ông vì uống cà phê quá nhiều đã bị ngộ độc.
“Quy trình Roslius” được thực hiện bằng cách chưng cất hạt cà phê với dung dịch
nước muối và sau đó sử dụng hợp chất hóa học hữu cơ benzen làm dung môi để tách
caffeine. Tuy nhiên, quá trình này không còn được sử dụng do thực tế là benzen được biết
là chất gây ung thư.
Ngày nay để sản xuất cà phê Decaf thì người ta thường sử dụng ba phương pháp
chính để tách caffeine ra khỏi hạt cà phê:
Phương pháp khử caffeine bằng dung môi (solvent decaffeination)
Đây là phương pháp cổ nhất dùng để tách caffeine ra khỏi hạt cà phê. Ở phương
pháp này, nguyên liệu hạt cà phê được làm mềm bằng các ngâm với hơi nước nóng. Sau đó
hạt cà phê được rửa liên tục trong một dung môi có khả năng hòa tan caffeine, cuối cùng
dung môi chứa caffeine sẽ được rút đi và hạt cà phê được ngâm lại với hơi nước để loại bỏ
dung môi dư còn sót lại.
Các dung môi hữu cơ thường sử dụng trong phương pháp này là: methylen choloride
và ethyl acetate.
12

Phương pháp này có nhược điểm không thể loại bỏ hoàn toàn lượng dung môi hữu
cơ còn lại trong hạt cà phê do đó người ta hạn chế sử dụng phương pháp này.
Hình 1. 3. Quy trình khử caffeine bằng dung môi [33]
Phương pháp khử caffeine bằng nước (water decaffeination)
Phương pháp khử caffeine bằng nước được phát minh đầu tiên ở Thụy Sĩ vào năm
1933 và được phát triển như một phương pháp có khả năng thương mại hóa bởi Coffex S.A
vào năm 1980.
Trong phương pháp này, nguyên liệu hạt cà phê được ngâm trong nước nóng để hòa
tan caffeine. Dịch chiết sau đó được lọc qua một bộ lọc than hoạt tính, độ xốp của bộ lọc
này có kích thước chỉ giữ được các phân tử caffeine đồng thời cho phép các phân tử hương
vị đi qua nó. Sau quá trình lọc ta sẽ thu được hạt cà phê không chứa caffeine và dịch chứa
hương vị sẽ nằm ở một bể khác.
Các hạt cà phê không chứa caffeine và hương vị sẽ bị loại bỏ, còn tại bể có dịch chứa
hương vị thì một mẻ cà phê mới sẽ được đưa vào. Tại đây dịch chiết đã được bão hòa với
các thành phần hương vị nên hương vị trong mẻ cà phê mới sẽ không bị hòa tan mà chỉ có
thành phần caffeine trong hạt cà phê sẽ bị trích xuất ra dịch chiết. Kết thúc quá trình khử
caffeine, hạt cà phê vẫn đảm bảo được thành phần hương vị của nó.
Phương pháp khử caffeine bằng nước được sử dụng rộng rãi bởi nó chỉ sử dụng một
13

loại dung môi duy nhất là nước mà không dùng thêm bất cứ chất hóa học nào khác, giúp
bảo vệ môi trường và sản phẩm hạt cà phê không chứa chất gây hại đến sức khỏe con người.
Hình 1. 4. Quy trình khử caffeine bằng nước [33]
Phương pháp khử caffeine bằng CO2 siêu tới hạn (supercritical carbon
dioxdide decaffeination)
Phương pháp khử caffeine bằng CO2 là phương pháp mới nhất. Nó được phát triển
bởi Kurt Zosel, một nhà khoa học của Viện Max Plank. Phương pháp này sử dụng chất lỏng
CO2 thay cho dung môi hóa học.
Ở phương pháp này, hạt cà phê ngâm nước được đặt trong một bình chứa bằng thép
không gỉ được gọi là bình chiết. Hệ thống chiết sau đó được đóng kín và CO2 lỏng được
bơm vào trong cà phê ở áp suất khoảng 70 atm để tách caffeine ra khỏi hạt cà phê. CO2 hoạt
động như dung môi hòa tan và tách caffeine ra khỏi hạt cà phê, để lại thành phần hương
vị. Sau đó, caffeine chứa CO2 được chuyển sang một buồng chứa khác gọi là buồng hấp
thụ. Ở đây áp lực được giải phóng và CO2 quay trở lại trạng thái khí của nó, để lại
caffeine. Khí CO2 không chứa caffein được bơm trở lại vào bình chứa có áp suất để tái sử
dụng.
Đây là một phương pháp thân thiện với môi trường vì CO2 dư thừa có thể được thải
ra ngoài không khí một cách an toàn và không làm hại đến môi trường. Hơn nữa, nếu điều
chỉnh đúng cách, phương pháp này sẽ giúp ta giữ được hương vị của cà phê hầu như nguyên
14

vẹn. Phương pháp này không để lại những thành phần hóa chất độc hại trong sản phẩm cà
phê gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nhưng bên cạnh đó, chi phí vận hành của
phương pháp cao vì việc tạo áp suất cao đòi hỏi máy móc và thiết bị phức tạp.
Hình 1. 5. Quy trình khử caffeine bằng CO2 [33]
1.4. Các phương pháp tách chiết
1.4.1. Cơ sở quá trình tách chiết
Quá trình tách chiết là quá trình tách các chất hữu cơ hòa tan ra khỏi nguyên liệu
nhưng vẫn giữ được đầy đủ thành phần và bản chất của nó. Trong quá trình tách chiết sẽ
xảy ra 3 quá trình là: quá trình hòa tan, quá trình thẩm thấu và quá trình khuếch tán. Đầu
tiên dung môi thấm ướt lên bề mặt nguyên liệu sau đó thấm vào bên trong do quá trình thẩm
thấu tạo ra dung dịch chứa các hợp chất. Tiếp theo dung môi hòa tan các chất trên bề mặt
bằng cách đẩy các bọt khí chiếm đầy trong các khe vách trống của tế bào. Sau đó dung môi
tiếp tục hòa tan các hoạt chất trong ống mao dẫn của nguyên liệu nhờ vào dung môi đã thấm
sâu vào các lớp bên trong. Ba quá trình này thực hiện liên tục cho đến khi quá trình chiết
kết thúc. Nguyên liệu phải được xay nhỏ để dung môi có thể dễ dàng tiếp xúc với thành tế
bào, thúc đẩy quá trình chiết xảy ra nhanh chóng và hiệu quả. [11]
15

1.4.2. Một số phương pháp tách chiết
Phương pháp ngâm dầm
Trong phương pháp ngâm
dầm, mẫu được ngâm trong một
bình chứa thủy tinh hoặc thép không
rỉ có nắp đậy, cho mẫu ngập đầy
trong dung môi và để ở nhiệt độ
phòng. Dung môi sẽ ngấm dần vào
nguyên liệu để hòa tan các hợp chất
tự nhiên, có thể gia tăng hiệu quả
chiết bằng cách khuấy hoặc lắc nhẹ
hỗn hợp chiết.
Hình 1. 6. Kỹ thuật chiết ngâm dầm [5]
Phương pháp này cũng là một phương pháp đơn giản, không cần trang thiết bị hiện
đại và kỹ thuật cao. Nhưng song song bên cạnh đó nó vẫn có nhược điểm là tốn thời gian
và hiệu suất trích ly không cao.
Với phương pháp ngâm dầm, Wentao Bi và cộng sự đã thu được hiệu suất trích ly
caffeine là 54,6% bằng quy trình tách caffeine từ hạt cà phê đã rang xay với dung môi
methanol ở nhiệt độ 20 o C trong thời gian 3 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:20
(g/ml). [25]
Phương pháp ngấm kiệt
Phương pháp ngấm kiệt hay còn gọi là phương pháp ngâm nhỏ giọt là quá trình chiết
liên tục, dung môi mới luôn được thêm vào để thay cho lớp dung môi cũ đã hòa tan được
dược chất. Lớp dung môi mới có nhiệm vụ hòa tan các hoạt chất còn lại trong tế bào. Quá
trình tiếp diễn cho đến khi không thêm dung môi nữa. Như vậy, dược liệu luôn được tiếp
xúc với lớp dung môi mới nên có thể chiết kiệt hoạt chất [16] .
16

Hình 1. 7. Kỹ thuật chiết ngấm kiệt [5]
Phương pháp này là một trong những phương pháp đơn giản và phổ biến nhất hiện
nay, vì nó không đòi hỏi nhiều về kỹ thuật và công nghệ. Nhưng phương pháp trên có nhược
điểm là tốn thời gian, tốn dung môi nhưng hiệu suất trích ly lại thấp.
Với phương pháp ngấm kiệt, Ramalakshmi và các cộng sự đã trích ly caffeine từ hạt
cà phê với dung môi ethyl acetate ở nhiệt độ 27 o C trong 14 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung
môi là 1:5 (g/mL) thu được hiệu suất trích ly caffeine là 44%. [18]
Phương pháp chiết soxhlet
Chiết Soxhlet là một kiểu chiết liên tục, được thực hiện nhờ cấu tạo đặc biệt của
dụng cụ chiết. Kiểu chiết này cũng như là kiểu chiết lỏng – lỏng nên về bản chất của quá
trình tuân theo quy luật phân bố chất trong hai pha không trộn lẫn vào nhau. Trong đó pha
rắn nằm trong mẫu sẽ được hòa tan bởi pha lỏng (dung môi).
17

Hình 1. 8. Hệ thống chiết soxhlet [5]
Phương pháp này tiết kiệm được dung môi, chỉ một ít lượng dung môi mà đã chiết
kiệt được nguyên liệu, không cần tốn công lọc hay châm dung môi mới. Không tốn các thao
tác lọc và châm dung môi mới như các kỹ thuật khác. Hiệu suất trích ly cao. Tuy nhiên,
kích thước của dụng cụ chiết Soxhlet làm hạn chế lượng nguyên liệu ta cần chiết, vì vậy
muốn chiết lượng lớn thì phải lặp đi lặp lại nhiều lần chiết, gây mất nhiều thời gian [12]
R. Shinde và cộng sự đã sử dụng phương pháp trích ly soxhlet bằng dung môi
acetone trong thời gian 2 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:15 (g/ml) thì đã thu
được hiệu suất trích ly caffeine là 56,70%. [17]
Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Đây là phương pháp đặc biệt để trích ly tinh dầu và những hợp chất dễ bay hơi có
trong nguyên liệu.
18

Hình 1. 9. Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước [5]
Dụng cụ gồm một bình cầu lớn để cung cấp hơi nước. Sau đó, hơi nước sẽ được dẫn
sục vào bình chứa có mẫu, hơi nước xuyên thấm qua màng tế bào nguyên liệu và lôi theo
những cấu tử dễ bay hơi, hơi nước tiếp tục bay hơi và ngưng tụ bởi một ống sinh hàn, ta
thu được hợp chất tinh dầu. Dùng ete dầu hỏa hoặc ether ethylic để trích ly tinh dầu ra khỏi
hỗn hợp trên hoặc để yên một thời gian trong bình sẽ có sự phân tách giữa hai pha tinh dầu
và nước.
Phương pháp chiết có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Ultrasound - assisted
extraction)
Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phân tử trong
không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16 – 20KHz).
Ngoài ra sóng siêu âm có bản chất là sóng dọc hay sóng nén, nghĩa là trong trường siêu âm
các phần tử dao động theo phương cùng với phương truyền sóng.
Trong quá trình chiết xuất, sóng siêu âm được áp dụng để tăng hiệu quả chiết nhờ
tác dụng phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng cường khả năng tiếp xúc giữa dung môi và các chất
tan có trong nguyên liệu, làm tăng sự hòa tan của chất tan vào dung môi và tăng quá trình
19

khuếch tán chất tan. Sóng siêu âm thường được dùng trong chiết xuất có tần số từ 20 KHz
đến 100 MHz.
Hình 1. 10. Hệ thống chiết có hỗ trợ siêu âm [5]
Ưu điểm của phương pháp chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm là rút ngắn thời
gian chiết, có thể áp dụng được hầu hết các loại dung môi có độ phân cực khác nhau, lượng
dung môi sử dụng ít, chi phí thấp và giảm ô nhiễm môi trường. Phương pháp này không áp
dụng được với những hợp chất dễ bị phân hủy hoặc có hoạt tính không ổn định dưới tác
dụng của sóng siêu âm. [26]
Wentao Bi và các cộng sự đã sử dụng phương pháp chiết có hỗ trợ của sóng siêu âm
bằng cách trích ly caffeine từ hạt cà phê với dung môi methanol có hỗ trợ sóng siêu âm ở
nhiệt độ 20 o C trong thời gian 3 giờ với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:20 (g/ml) thì hiệu
suất trích ly caffeine thu được đã đạt tới 79,10%. [25]
Phương pháp chiết sử dụng năng lượng vi sóng (Microwave – assisted
extraction)
Là những nguồn sóng có chiều dài bước sóng từ 1 mm đến 1 m, hoặc tần số 300
MHz đến 300 GHz, chiết bằng sóng siêu âm dựa vào nguồn năng lượng hấp thụ bởi các
phân tử hóa học có cực.
20

Hình 1. 11. Hệ thống chiết có hỗ trợ vi sóng [5]
Hiệu quả của phương pháp sử dụng vi sóng phụ thuộc vào các yếu tố :
- Tính chất dung môi
- Vật liệu mẫu
- Thành phần được chiết
Trong chiết xuất, chiếu xạ vi sóng vào hỗn hợp chiết (nguyên liệu có chứa hoạt chất
sinh học và dung môi phân cực), các phân tử dung môi và các chất phân cực sẽ dao động
và nóng lên nhanh chóng làm tăng khả năng hòa tan của các chất vào dung môi. Thêm vào
đó, vi sóng cũng phá vỡ cấu trúc vách tế bào nguyên liệu làm các chất tan giải phóng trực
tiếp vào dung môi chiết làm cho quá trình chiết chuyển thành hòa tan đơn giản. Điều này
làm cho việc chiết xuất hiệu quả hơn và tiết kiệm thời gian và chi phí hơn nhưng chỉ áp
dụng được cho các nguyên liệu có tuyến dịch chiết nằm ngay sát bề mặt lá vì năng lượng
chiếu xạ lớn sẽ làm cho một số cấu phần trong dịch chiết phân hủy. [15]
Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction)
Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) được xem như là một phương pháp chiết
hữu hiệu để thay thế các phương pháp thông thường sử dụng dung môi hữu cơ.
Phương pháp SFE xảy ra nhanh chóng, tự động, có chọn lọc, không gây cháy nổ và
tránh việc sử dụng một số lượng lớn các dung môi độc hại. Siêu chất lỏng dễ dàng tách các
21

chất cần thiết do dung môi thay đổi thuộc tính nhanh chóng chỉ với các biến đổi áp lực nhẹ.
Chất lỏng siêu tới hạn (SCF) đang ngày càng thay thế dung môi hữu cơ như n-hexane,
dichloromethan, chloroform và những dung môi khác thường sử dụng trong chiết công
nghiệp, lọc, vì quy định và sức ép môi trường về các hợp chất hữu cơ và khí thải [15] .
Hình 1. 12. Hệ thống chiết bằng CO2 siêu tới hạn [5]
Phương pháp này có một số ưu nhược điểm như sau:
Ưu điểm:
- Chất lỏng siêu tới hạn có thể khuếch tán thấm vào bên trong mẫu chiết nhiều hơn
so với chiết bằng dung môi với các phương pháp khác.
- Có độ nhớt thấp, có áp suất hơi cao hơn so với bất kỳ dung môi lỏng thông dụng
nào.
- Có sự chọn lọc cao đối với các loại hợp chất cần muốn chiết ra khỏi cây cỏ, vì thế
thu được chất chiết tương đối sạch, ít lẫn các hợp chất khác mà phần nghiên cứu
không quan tâm đến.
22

- Tính chất kém phân cực của CO2 có thể bổ sung bởi chất thêm vào.
- Phù hợp với các loại chất nhạy với nhiệt độ.
- Phương pháp thân thiện với môi trường.
Khuyết điểm:
- Phải mua sắm thiết bị chuyên dụng và chi phí cao.
- Sự hiện diện của nước trong mẫu chiết thường gây khó khăn cho quá trình chiết.
- Phương pháp chiết siêu tới hạn không thích hợp với mẫu chiết dạng lỏng, vì rất
khó giữ ổn định một lúc hai pha ở áp suất cao.
- Khó lường được việc chiết một mẫu mới, cần phải có nhiều nghiên cứu mới có
thể tìm được các thông số tối ưu để chiết thành công. Có một vài trường hợp
không phù hợp để áp dụng phương pháp này.
Với phương pháp trích ly sử dụng CO2 siêu tới hạn, Gehring M. cùng các cộng sự
đã thu được hiệu suất trích ly là 85% từ việc tách caffeine từ cà phê xanh trong 2 giờ với
áp suất 250 atm ở nhiệt độ 60 o C với lưu lượng dòng chảy CO2 là 24 kg/h. [9]
Saul N. Katz và các cộng sử đã thực hiện quá trình tách 0,45 kg hạt cà phê được làm
ẩm 50% bằng hơi nước, sau đó cho tiếp xúc trực tiếp với propan lỏng trong bình áp suất ở
80 o C và áp suất là 300 atm cùng tốc độ dòng là 38 kg/h, quá trình được thực hiện liên tục
trong 16 giờ. Tiếp đó, dịch chiết được đưa đến một bể lọc bằng than hoạt tính để tách
caffeine khỏi dịch chiết và dịch chiết tiếp tục được bơm tuần hoàn lại bình áp suất ban đầu.
Nghiên cứu này đã cho hiệu suất trích ly caffeine đến 97,20%. [13]
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết
Trong suốt quá trình chiết, hiệu suất và chất lượng chiết của mẫu nguyên liệu chịu
ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: dung môi chiết, thời gian chiết, nhiệt độ chiết, độ mịn của
nguyên liệu, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, độ ẩm nguyên liệu… [20]
- Dung môi chiết
Dung môi là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất của quá trình
chiết. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, khi chiết những hợp chất khác nhau thì ta cần chọn
23

những loại dung môi chiết khác nhau cho phù hợp với đặc điểm và tính chất của hợp chất
đó. Các yếu tố của dung môi ảnh hưởng đến quá trình chiết là:
Độ phân cực: Dung môi ít hoặc không phân cực dễ hòa tan các chất không phân cực
và khó hòa tan các chất phân cực. Ngược lại, dung môi phân cực thì dễ hòa tan các chất
phân cực và khó hòa tan các chất không phân cực.
Độ nhớt và sức căng bề mặt: Dung môi có độ nhớt và sức căng bề mặt càng thấp thì
càng dễ thấm vào dược liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và ngược lại.
- Nhiệt độ chiết
Theo công thức tính hệ số khuếch tán của Einstein, khi nhiệt độ chiết tăng thì hệ số
khuếch tán tăng, lượng chất khuếch tán cũng tăng lên. Mặc khác khi nhiệt độ chiết tăng thì
độ nhớt của dung môi giảm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết. Tuy nhiên, khi nhiệt
độ tăng sẽ gây bất lợi cho quá trình chiết xuất trong các trường hợp sau:
Đối với những hợp chất kém bền ở nhiệt độ cao: nhiệt độ tăng cao sẽ gây phá hủy
một số hoạt chất như vitamin, alkaloids…
Đối với tạp chất: Khi nhiệt độ tăng, độ tan của tạp chất tăng, dẫn tới dịch chiết sẽ bị
lẫn nhiều tạp chất. Nhất là đối với một số tạp chất như gôm, chất nhầy…khi nhiệt độ tăng
sẽ bị trương nở, tinh bột bị hồ hóa, độ nhớt của dịch chiết sẽ bị tăng gây khó khăn trong
quá trình chiết xuất, tinh chế.
Đối với dung môi dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp: Khi tăng nhiệt độ thì dung môi dễ
bị hao hụt.
Đối với một số chất đặc biệt có quá trình hòa tan tỏa nhiệt: Khi nhiệt độ tăng, độ tan
của chúng giảm. Do đó để tăng độ tan thì cần giảm nhiệt độ.
Vì vậy, tùy từng trường hợp mà ta lựa chọn nhiệt độ chiết cho phù hợp để đạt được
hiệu suất chiết là cao nhất.
- Thời gian chiết
Khi bắt đầu chiết, các chất có phân tử lượng nhỏ thường là hoạt chất sẽ được hòa tan
và khuếch tán vào dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn như các
24

tạp chất. Do đó, nếu thời gian chiết ngắn thì dược liệu sẽ không kịp hòa tan hết vào dung
môi, nhưng nếu thời gian chiết quá dài thì dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp, gây bất lợi cho quá
trình tinh chế và bảo quản. Tóm lại cần phải lựa chọn thời gian chiết xuất sao cho phù hợp
với thành phần dược liệu, dung môi và phương pháp chiết xuất…
- Kích thước nguyên liệu
Khi kích thước nguyên liệu thô quá lớn, dung môi khó thấm ướt vào nguyên liệu,
hoạt chất khó hòa tan vào dung môi. Khi độ mịn nguyên liệu tăng lên, bề mặt tiếp xúc giữa
nguyên liệu và dung môi tăng lên, theo định luật Fick, lượng chất khuếch tán vào dung môi
sẽ tăng lên, do đó thời gian chiết xuất sẽ nhanh hơn.
Tuy nhiên, trong thực tế nếu xay nguyên liệu quá mịn sẽ gây ra bất lợi cho quá trình
chiết như:
Bột nguyên liệu sẽ bị dính bết với nhau khi ngâm vào dung môi, tạo thành dạng bột
nhão, vón cục nên khi rút dịch chiết, dịch chiết bị chảy chậm hoặc không chảy.
Khi bột dược liệu quá mịn, nhiều tế bào thực vật bị phá hủy, dịch chiết bị lẫn nhiều
tạp chất, gây khó khăn cho quá trình tinh chế, bảo quản.
Vì vậy tùy từng trường hợp, tùy vào nguyên liệu, dung môi, phương pháp chiết
xuất…mà ta chọn độ mịn nguyên liệu sao cho phù hợp:
Đối với nguyên liệu mỏng như hoa, lá, cây cỏ… hoặc đối với những nguyên liệu
chứa nhiều chất nhầy, chất nhựa, chất keo…thì không nên xay nguyên liệu quá mịn. Đối
với nguyên liệu rắn chắc như: hạt, rễ, thân gỗ…cần phải xay mịn hơn.
Nếu dùng dung môi dễ hòa tan tạp chất thì không nên xay nguyên liệu quá mịn.
Đối với trường hợp chiết xuất ở nhiệt độ cao, cũng không nên xay mịn để tránh đưa
nhiều tạp chất vào dịch chiết.
- Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi
Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi có ảnh hưởng đến điều kiện khuếch tán các chất từ trong
tế bào ra ngoài dung môi. Nếu tỉ lệ nguyên liệu/dung môi thấp thì tốc độ khuếch tán của
các chất nhanh nhưng hiệu suất chiết chậm. Ngược lại, thì hiệu suất chiết cao nhưng sẽ gặp
25

khó khăn trong quá trình thu hồi dung môi và tốn dung môi.
- Độ ẩm nguyên liệu
Nếu độ ẩm trong nguyên liệu cao thì phần nước trong nguyên liệu sẽ tác dụng với
các protein háo nước khác, ngăn cản sự dịch chuyển của dung môi thấm sâu vào tế bào
nguyên liệu làm cho sự khuếch tán diễn ra chậm, từ đó làm chậm quá trình chiết tách.
26

CHƯƠNG 2:
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Hạt cà phê vối (coffea canephora) có nguồn gốc từ Đắc Lắc.
Hình 2. 1. Hạt cà phê vối
2.2. Dụng cụ - hóa chất – thiết bị
2.2.1. Dụng cụ
- Bình cầu Isolab, Đức.
- Cốc thủy tinh.
- Phễu thủy tinh.
- Phễu chiết Isolab, Đức.
- Bản mỏng silicagel.
- Ống mao quản.
- Cuvet thủy tinh.
2.2.2. Thiết bị
- Hệ thống trích ly vi sóng, NN-ST651M, Trung Quốc.
- Máy cô quay chân không, IKARV 10 Digital V, Trung Quốc.
- Cân phân tích, Ohaus Pioneer 410g, d = 1mg.
27

- Máy lắc ngang, Unitwist 400, Đức.
- Lò nung 30-3000 o C, Nabertherm, Đức.
- Máy quang phổ hồng ngoại, Bruker Alpha, Đức.
- Máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis DR6000, Mỹ.
- Bếp điện.
2.2.3. Hóa chất
- Chloroform, Việt Nam.
- Ethyl acetate, Việt Nam.
- Natri sulfat, Xilong.
- Kali bromua, Merck.
- Caffeine, Himedia.
Bảng 2. 1. Tính chất một số dung môi hữu cơ [21]
Dung môi CTPT KLPT
Nhiệt
độ sôi
( o C)
Điểm
nóng
chảy
( o C)
Tỉ trọng
(g/mL)
Độ hòa
tan
trong
nước
(g/100g)
Acetone C3H6O 58,08 56,2 -94,3 0,786 Có thể
trộn lẫn
Chloroform CHCl3 119,38 61,7 -63,7 1,498 0,795
Ethanol C2H5OH 46,07 78,5 -114,1 0,789 Có thể
trộn lẫn
Ethylacetate C4H8O2 88,11 77 -83,6 0,895 8,7
Methylene
chloride
CH2Cl2 84,93 39,8 -96,7 1,326 1,32
Nước H2O 18,02 100 0 0,998 --
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Sơ đồ thực nghiệm
28

Hạt cà phê
Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Lọc thu dịch chiết
Chiết lỏng lỏng
Làm khan
Cô quay thu hồi dung môi
Caffeine thô
Tinh chế
CAFFEINE
Hình 2. 2. Sơ đồ thực nghiệm
Thuyết minh quy trình
(1) Xử lý nguyên liệu
Hạt cà phê vối được thu mua tại Đắc Lắc, các hạt được chọn lựa có kích thước đồng
đều, chiều dài khoảng 1 cm và chiều rộng 0,7 cm. Sau đó được phơi nắng 4 giờ và bảo quản
ở nơi thoáng mát.
(2) Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Nguyên liệu hạt cà phê và dung môi được cho vào bình cầu đặt trong hệ thống trích
ly có hỗ trợ vi sóng và thực hiện khảo sát các điều kiện trích ly như dưới đây:
29

Dung môi: Nước và Ethyl acetate.
Tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:15; 1:20; 1:25 và 1:30 (g/ml).
Công suất của hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng: 400W; 600W và 800W.
Thời gian: 20 phút, 30 phút và 40 phút (thời gian bức xạ là 15 giây, khoảng
cách giữa các lần bức xạ là 45 giây).
Hình 2. 3. Hệ thống trích ly có hỗ trợ vi sóng
(3) Chiết lỏng – lỏng
Sau khi trích ly bằng dung môi, ta thực hiện chiết lỏng lỏng để tách caffeine ra khỏi
dịch trích ly.
Đối với dịch trích ly có hỗ trợ vi sóng bằng dung môi là nước thì tiếp tục được chiết
lỏng lỏng với chloroform với tỉ lệ chloroform : dịch chiết là 1:1 (v/v) để tách caffeine khỏi
dịch trích ly.
Đối với dịch trích ly có hỗ trợ vi sóng bằng dung môi là ethyl acetate không thực
hiện chiết lỏng lỏng với chloroform mà tiếp tục thực hiện đến bước cô quay thu hồi dung
môi.
30

(4) Làm khan
Hình 2. 4. Chiết lỏng lỏng bằng chloroform
Dịch trích ly sau khi được chiết lỏng lỏng với chloroform tiếp tục được làm khan
bằng Na2SO4 để loại bỏ lượng nước còn lại trong dịch chiết.
Hình 2. 5. Làm khan
(5) Cô quay thu hồi dung môi
Dịch trích ly sau khi làm khan với Na2SO4 được cô quay để loại bỏ dung môi.
Đối với dịch trích ly có hỗ trợ của vi sóng bằng dung môi là nước thì cô quay ở điều
kiện áp suất là 115 mbar, số vòng quay là 50 rpm ở nhiệt độ 45 o C.
31

Đối với dịch trích ly có hỗ trợ của vi sóng bằng dung môi là ethyl acetate thì cô quay
ở điều kiện áp suất là 115 mbar, số vòng quay là 40 rpm ở nhiệt độ là 40 o C.
(6) Tinh chế caffeine
Hình 2. 6. Hệ thống cô quay chân không
Caffeine được tinh chế bằng phương pháp kết tinh trong dung môi ethyl acetate.
Caffeine thô được hòa tan hoàn toàn trong dung môi ethyl acetate. Sau đó dung dịch được
làm nguội từ từ thì caffeine sẽ kết tinh, tiếp đó lọc để thu tinh thể. Cuối cùng sấy caffeine
tinh thể ở 40 o C đến khối lượng không đổi thì ta thu được caffeine tinh chế.
Hình 2. 7. Caffeine tinh chế
32

2.3.2. Phương pháp xác định độ ẩm
Nguyên tắc: Dùng nhiệt làm bay hơi nước có trong nguyên liệu. Từ chênh lệch khối
lượng của mẫu lúc trước và sau khi sấy tính được độ ẩm của nguyên liệu.
Cách tiến hành: Lấy cốc sứ sạch đem sấy ở 105 o C cho đến khi khối lượng không
đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân khối lượng chính xác đến ±0,0001g. Sau đó cho
vào cốc 3-5g mẫu. Cân tất cả trên cân phân tích với độ chính xác như trên. Cho cốc có chứa
mẫu vào tủ sấy ở 105±2 o C, sấy cho đến khi khối lượng không đổi. Sấy xong, làm nguội
trong bình hút ẩm và đem cân ở cân phân tích với độ chính xác như trên. Cho lại vào tủ sấy
105±2 o C trong 30 phút, lấy ra và làm như trên tới khi khối lượng không đổi. Kết quả giữa
ba lần cân liên tiếp không cách nhau quá 0,0005 g cho mỗi gam mẫu thử.
Trong đó:
Tính kết quả: X (%) = m 1−m 2
m 1 −m 0
* 100%
X (%): Phần trăm độ ẩm của mẫu hạt cà phê.
mo: là khối lượng cốc cân (g).
m1: khối lượng cốc cân và mẫu trước khi sấy (g)
m2: khối lượng cốc cân và mẫu sau khi sấy (g)
Sai lệch giữa ba lần xác định không được lớn hơn 0,5%.
Kết quả cuối cùng là trung bình của ba lần xác định.
Tính chính xác đến 0,01%.
2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng tro
Nguyên tắc: ở nhiệt độ 550 – 600 o C các chất hữu cơ trong mẫu hạt cà phê nguyên
liệu sau khi sấy bị phân hủy hoàn toàn thành tro (khoáng). Phần tro còn lại đem cân và tính
ra phần trăm khối lượng của tro có trong mẫu nguyên liệu.
33

Cách tiến hành: Nung chén sứ đã rửa sạch ở lò nung 550 – 600 o C đến khối lượng
không đổi, để nguội trong bình hút ẩm và cân trên cân phân tích chính xác đến 0,0001 g.
Cho vào chén sứ khoảng 5g mẫu. Cân tất cả bằng cân phân tích với độ chính xác như trên.
Cho tất cả vào lò nung và nâng nhiệt độ từ từ cho đến 550 – 600 o C. Nung cho đến tro trắng
xám nhạt, nghĩa là đã loại hết các chất hữu cơ. Để nguội trong bình hút ẩm và cân đến độ
chính xác như trên. Tiếp tục nung thêm ở nhiệt độ trên trong 30 phút rồi để nguội trong
bình hút ẩm và cân cho đến khối lượng không đổi.
Tính kết quả: X (%) = G 2−G 0
G 1 −G 0
∗ 100%
Trong đó:
X: hàm lượng tro của nguyên liệu hạt cà phê (%).
Go: trọng lượng cốc sứ (g).
G1: trọng lượng cốc và mẫu trước khi nung (g).
G2: trọng lượng cốc và mẫu sau khi nung (g).
Sai lệch giữa ba lần xác định không được lớn hơn 0,5%.
Kết quả cuối cùng là trung bình của ba lần xác định.
Tính chính xác đến 0,01%.
2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng caffeine trong nguyên liệu
Hạt cà phê được xay nhỏ và sau đó được trích ly bằng nước cất với tỉ lệ nguyên liệu
và dung môi là 1:30 trong 9 giờ ở 100 o C. Dịch trích ly thu được sau đó được chiết lỏng
lỏng với chloroform để tách caffeine và tiếp tục được làm khan bằng Na2SO4. Sau đó, dịch
chiết caffeine được cô quay chân không để thu caffeine. Cuối cùng mẫu caffeine được sấy
40 o C đến khối lượng không đổi. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu được tính như sau:
%caffeine
= m CF
m NL
∗ 100%
34

Trong đó:
%caffeine là hàm lượng caffeine trong nguyên liệu.
mCF là khối lượng caffeine tinh chế thu được.
mNL là khối lượng nguyên liệu hạt cà phê.
2.3.5. Phương pháp tính hiệu suất trích ly
Các mẫu nguyên liệu hạt cà phê sau khi được trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng ở các
điều kiện khảo sát khác nhau thu được dịch trích ly, sau đó được chiết lỏng lỏng với
chloroform để tách caffeine và tiếp tục được làm khan bằng Na2SO4. Dịch chiết caffeine
được cô quay chân không để thu caffeine Cuối cùng mẫu caffeine được sấy 40 o C đến khối
lượng không đổi. Hiệu suất trích ly được tính như sau:
H =
m
m 0
∗ 100%
Trong đó:
H là hiệu suất trích ly.
m là khối lượng caffeine tinh chế sau trích ly thu được.
m0 là khối lượng caffeine trong nguyên liệu hạt cà phê.
2.3.6. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC)
Sắc ký bản mỏng (TLC) là sắc ký hấp phụ được tiến hành trên một bản mỏng, chất
hấp phụ là silicagel. Bản mỏng chạy sắc ký (10 cm x 3 cm) kẻ mỗi đầu mút 0,5 cm.
Đối với caffeine, dung môi phù hợp để chạy sắc ký bản mỏng là hệ dung môi là
Ethyl acetate: Ethanol 9:1 (v/v).
Cách tiến hành: Dùng ống mao quản, hút một lượng mẫu rồi chấm lên bản mỏng,
khoảng cách của vết chấm lên bờ dưới khoảng 0,5 cm, cách bờ hai bên bản mỏng 1 cm. Độ
lớn của vết chấm càng nhỏ, sự tách càng tốt. Cafffeine được xác định dưới ánh sáng tia cực
tím có bước sóng là 254 nm và sau đó xác định hệ số di chuyển Rf. [24]
35

2.3.7. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR
Nguyên lý: Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR (Fourrier Transformation
Infrared) hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu.
Chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn được tách ra hai phần, một đi qua mẫu và một đi qua
môi trường đo – tham chiếu (dung môi) rồi được bộ tạo đơn sắc tách thành từng bức xạ có
tần số khác nhau và chuyển đến detector. Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và
chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu. Dòng
điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại tăng lên nhiều lần trước khi
chuyển sang bộ phận tự ghi vẽ lên bản phổ hoặc đưa vào máy tính xử lý số liệu rồi in ra
phổ. [27] Cách tiến hành: Phổ hồng ngoại thu được bằng cách sử dụng phổ kế FTIR và chất
mang là KBr. Quy trình thực hiện gồm nghiền mẫu caffeine tinh chế cùng với KBr, nén bột
vào đĩa đo bằng máy nén. Mẫu được đặt trong đường dẫn ánh sáng với dãi quét được giữ
từ 4000 cm -1 đến 400 cm -1 .
2.3.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis
Nguyên lý: Phổ hấp thụ của vật chất chủ yếu là năng lượng ánh sáng của một số
bước sóng cụ thể trong ánh sáng tới hấp thụ bởi các phân tử và nguyên tử trong vật chất và
kết quả chuyển đổi của mức năng lượng rung động phân tử và sự chuyển tiếp của mức năng
lượng electron đã xảy ra tương ứng. Sự hấp thụ năng lượng ánh sáng sẽ không giống nhau
bởi vì các vật liệu khác nhau có cấu trúc phân tử khác nhau. Do đó, mỗi chất có đường cong
phổ hấp thụ cố định duy nhất, có thể dựa trên phổ hấp thụ của một số bước sóng đặc trưng
ở độ cao của độ hấp thụ để xác định hoặc xác định hàm lượng chất, là cơ sở của phân tích
định tính và định lượng quang phổ. Phân tích quang phổ là một phương tiện hiệu quả để
nghiên cứu thành phần, cấu trúc và sự tương tác giữa các chất theo phổ hấp thụ của các
chất. [30]
Cách tiến hành: Caffeine tinh chế được hòa tan bằng dung môi chloroform. Phổ hấp
thụ UV-Vis của caffeine pha trong chloroform nói trên được ghi trên thiết bị quang phổ tử
36

ngoại khả kiến DR 6000 trong dải bước sóng 200 – 500nm, sử dụng cuvet thủy tinh và dung
môi chloroform tương ứng làm dung dịch mẫu trắng. [36]
2.3.9. Quy trình chế biến cà phê Decaf
Quy trình sản xuất cà phê Decaf được bố trí theo sơ đồ sau đây:
Hạt cà phê
Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Lọc dịch trích ly
Hấp phụ với than hoạt tính
Dịch trích ly
Thu dịch chiết
Hạt cà phê
Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Hạt cà phê đã tách
caffeine
Sấy khô
Rang
Xay
Cà phê Decaf
Hình 2. 8. Quy trình chế biến cà phê Decaf
37

Thuyết minh quy trình:
(1) Nguyên liệu
Hạt cà phê vối được thu mua tại Đắc Lắc, các hạt được chọn lựa có kích thước đồng
đều, chiều dài khoảng 1 cm và chiều rộng 0,7 cm. Sau đó được phơi nắng 4 giờ và bảo quản
ở nơi thoáng mát.
(2) Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Cho 20 gam hạt cà phê cùng với 500 ml nước cất vào bình cầu được đặt trong hệ
thống trích ly có hỗ trợ vi sóng, thực hiện trích ly có hỗ trợ vi sóng trong 40 phút ở công
suất của lò vi sóng là 800 W.
(3) Lọc dịch trích ly
Sau khi trích ly có hỗ trợ vi sóng, tiến hành lọc thu dịch trích ly đó và loại bỏ hạt cà
phê đã trích ly.
(4) Hấp phụ với than hoạt tính
Cho 6 gam than hoạt tính vào dịch trích ly và thực hiện lắc 200 vòng/ phút trong 30
phút. Sau khi lắc với than hoạt tính, caffeine được được hấp phụ bởi than hoạt tính, dịch
chiết chỉ còn chứa thành phần hương vị của hạt cà phê.
(5) Lọc thu dịch
Ta thực hiện lọc lấy dịch trích ly đã được tách caffeine.
(6) Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Cho một mẻ hạt cà phê mới vào dịch trích ly không chứa caffeine nói trên và thực
hiện trích ly có hỗ trợ của vi sóng trong 40 phút ở công suất của lò vi sóng là 800 W với tỉ
lệ nguyên liệu và dung môi là 1:25(g/ml).
Caffeine trong hạt cà phê sẽ được hòa tan trong dịch trích ly và các phân tử hương
vị của hạt cà phê sẽ được giữ lại vì dịch trích ly đã bão hòa với các phân tử hương vị của
hạt cà phê lần trích ly đầu.
38

Dịch trích ly sẽ tiếp tục được đưa tuần hoàn quay về hấp thụ than hoạt tính để loại
bỏ caffeine vừa trích ly được ra khỏi dịch trích ly. Hạt cà phê sau quá trình trích ly sẽ được
tiếp tục tiến hành sấy khô.
(7) Sấy khô
Sau khi trích ly, hạt cà phê được thu lại và phơi nắng để sấy khô trong 4 giờ. Sau đó,
hạt cà phê được bảo quản nơi thoáng mát.
(8) Rang
Hạt cà phê sau khi được sấy khô và bảo quản nơi thoáng mát tiếp tục được rang
khoảng 5 phút ở nhiệt độ là 220 o C với tốc độ rang là 30 vòng/ phút.
(9) Xay
Hạt cà phê sau khi rang được bảo quản kín khí trong 48 giờ để ổn định hương vị.
Sau đó, hạt cà phê được xay nhỏ bằng máy xay cà phê chuyên dụng, ta thu được bột cà phê
Decaf.
2.3.10. Phương pháp đánh giá cảm quan
Đánh giá cảm quan sản phẩm ta tiến hành xây dựng thang điểm cho các chỉ tiêu của
sản phẩm cà phê Decaf dựa theo: sản phẩm thực phẩm - phân tích cảm quan - phương pháp
cho điểm theo tiêu chuẩn TCVN 3215 - 79. Theo tiêu chuẩn TCVN 3215 - 79 sử dụng hệ
20 điểm dựa trên một thang thống nhất có 6 bậc (từ 0 tới 5) và điểm 5 cao nhất cho mỗi chỉ
tiêu. Áp dụng để kiểm tra tất cả các chỉ tiêu cảm quan như màu sắc, mùi và vị của sản phẩm
cà phê Decaf. Hội đồng đánh giá cảm quan gồm 5 người, các cảm quan viên điều có khả
năng đánh giá cảm quan, có khả năng phân biệt cảm giác, kiến thức phân tích cảm quan và
kiến thức chuyên môn tốt. Khi đánh giá mỗi cảm quan viên căn cứ kết quả ghi nhận được,
đối chiếu với bản mô tả các chỉ tiêu và dùng số nguyên để cho điểm 0 tới 5. Điểm cảm quan
tổng hợp được tính như sau:
39

Trong đó:
- Qi là điểm trung bình của chỉ tiêu i
- Ki là hệ số quan trọng của chỉ tiêu thứ i
Bảng 2. 2. Các mức chất lượng
Mức
Điểm
Tốt 18,6 – 20,0
Khá 15,2 – 18,5
Trung bình 11,2 – 15,1
Kém 7,2 – 11,3
Rất kém 4,0 – 7,1
Hỏng 0,0 – 3 , 9
2.3.11. Phương pháp xử lý số liệu
Mỗi thí nghiệm được thực hiện lặp lại ba lần. Kết quả của thí nghiệm được biểu diễn
bằng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn. Đồ thị được vẽ bằng phần mềm Microsoft Excel
2013.
40

CHƯƠNG 3:
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Độ ẩm của nguyên liệu hạt cà phê
Kết quả xác định độ ẩm của nguyên liệu hạt cà phê vối được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3. 1. Độ ẩm của hạt cà phê
Mẫu Độ ẩm (%)
1 7,03
2 7,03
3 6,86
Độ ẩm trung bình 6,98 ± 0,10
Hàm lượng nước chứa trong nguyên liệu hạt cà phê thấp, dưới 10% tạo điều kiện
thuận lợi cho việc bảo quản và sử dụng làm nguyên liệu theo phương pháp trích ly có hỗ
trợ vi sóng.
3.2. Hàm lượng tro của nguyên liệu hạt cà phê
Kết quả xác hàm lượng tro (khoáng) của nguyên liệu hạt cà phê vối được thể hiện ở
bảng 3.2.
Bảng 3. 2. Hàm lượng tro của hạt cà phê
Mẫu Hàm lượng tro (%)
1 3,84
2 4,00
3 3,74
Độ ẩm trung bình 3,86 ± 0,13
3.3. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu hạt cà phê
Kết quả hàm lượng tổng số caffeine của nguyên liệu hạt cà phê vối được thể hiện ở
bảng 3.3.
41

Bảng 3. 3. Hàm lượng caffeine trong nguyên liệu
Khối lượng nguyên liệu
trích ly
(gam)
Khối lượng caffeine
thu được
(gam)
Hàm lượng caffeine trong
nguyên liệu
(%)
30,423 0,472 1,55
3.4. Ảnh hưởng của các điều kiện trích ly đến hiệu suất trích ly
3.4.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly
Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (w/v) đến hiệu suất trích ly,
các quá trình trích ly được thực hiện ở điều kiện cố định các thông số: công suất của lò vi
sóng là 800W và thời gian trích ly là 30 phút. Dung môi trích ly được sử dụng là nước và
ethyl acetate. Đây là hai dung môi không độc hại, được phép sử dụng trong thực phẩm. Kết
quả được thể hiện ở bảng 3.4. và hình 3.1.
Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly
Tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi
Hiệu suất trích ly caffeine (%)
(g/ml)
Dung môi nước Dung môi ethyl acetate
1:15 46,43% 9,00%
1:20 67,19% 11,59%
1:25 73,17% 16,10%
1:30 67,57% 12,86%
42

Hiệu suất trích ly (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
67.19
73.17
67.57
46.43
9.00 11.59
16.10
12.86
1:15 1:20 1:25 1:30
Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml)
Dung môi nước
Dung môi ethyl acetate
Hình 3. 1. Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến
hiệu suất trích ly
Kết quả thu được từ bảng 3.4 và hình 3.1 đã cho thấy khi trích ly bằng dung môi
nước thì hiệu suất trích ly cao hơn rất nhiều (khoảng 5 lần) so với dung môi ethyl acetate.
Kết quả này có thể được giải thích là do độ hòa tan của caffeine trong nước nóng tốt hơn
trong dung môi ethyl acetate. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu được công bố
bởi nhóm tác giả Ramalakshmi [18] . Tuy nhiên thời gian trích ly được rút ngắn rất nhiều so
với kết quả của nhóm nghiên cứu trên (30 phút so với 14 –16 giờ).
Mặt khác, khi tăng tỉ lệ nguyên liệu/dung môi thì hiệu suất trích ly tăng. Ở tỉ lệ
nguyên liệu/dung môi là 1:25 thì đạt hiệu suất tốt nhất. Đối với dung môi trích ly là nước
có hiệu suất trích ly caffeine là 73,17% và dung môi trích ly là ethyl acetate có hiệu suất
trích ly caffeine là 16,10%. Vì vậy tỉ lệ này được chọn để khảo sát ảnh hưởng của các yếu
tố tiếp theo đến hiệu suất trích ly caffeine.
3.4.2. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly
Để khảo sát ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly, các quá trình
trích ly được thực hiện cố định ở các thông số: tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1:25 (g/ml) và
thời gian trích ly là 30 phút. Dung môi trích ly được sử dụng là nước và ethyl acetate. Kết
43

Hiệu suất trích ly (%)
quả được thể hiện ở bảng 3.5. và hình 3.2.
Bảng 3. 5. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly
Công suất
Hiệu suất trích ly caffeine (%)
(W)
Dung môi nước Dung môi ethyl acetate
400 29,39% 10,96%
600 62,35% 13,52%
800 73,17% 16,10%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
73.17
62.35
29.39
10.96 13.52 16.10
400W 600W 800W
Công suất (W)
Dung môi nước
Dung môi ethyl acetate
Hình 3. 2. Biểu đồ ảnh hưởng của công suất lò vi sóng đến hiệu suất trích ly
Kết quả thu được từ bảng 3.5 và hình 3.2 đã cho thấy rằng khi công suất của lò vi
sóng tăng thì hiệu suất trích ly caffeine cũng tăng đối với cả hai trường hợp trích ly bằng
dung môi nước và dung môi ethyl acetate.
Khi công suất của lò vi sóng tăng thì khả năng phá vỡ các liên kết trong nguyên liệu
tăng, làm cho quá trình khuếch tán của dung môi vào trong nguyên liệu dễ dàng hơn. Do
đó, hiệu suất trích ly tăng.
Ở công suất của lò vi sóng là 800 W cho hiệu suất trích ly caffeine là tốt nhất. Đối
với dung môi trích ly là nước có hiệu suất trích ly là 73,17% và dung môi trích ly là ethyl
44

acetate có hiệu suất trích ly là 16,10%. Ở công suất cao hơn 800 W có thể làm tăng hiệu
suất trích ly. Tuy nhiên, ở công suất cao thì nhiệt độ tăng mạnh, điều này có thể dẫn đến sự
phân hủy các hợp chất có giá trị trong dung dịch và làm một phần caffeine bị thăng hoa .
Vì vậy, công suất 800 W là phù hợp cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly
Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly, các quá trình
trích ly được thực hiện cố định ở các thông số: tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1:25 (g/ml) và
công suất của lò vi sóng là 800 W. Dung môi trích ly được sử dụng là nước và ethyl acetate.
Kết quả được thể hiện ở bảng 3.6. và hình 3.3.
Bảng 3. 6. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly
Thời gian trích ly
Hiệu suất trích ly caffeine (%)
(phút)
Dung môi nước Dung môi ethyl acetate
20 45,88% 11,55%
30 73,17% 16,10%
40 83,87% 19,68%
45

Hiệu suất trích ly (%)
100
80
73.17
83.87
60
45.88
40
20
11.55
16.10
19.68
0
20 phút 30 phút 40 phút
Thời gian (phút)
Dung môi nước
Dung môi ethyl acetate
Hình 3. 3. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly
Khi thời gian trích ly tăng thì hiệu suất trích ly caffeine tăng. Ở thời gian trích ly là
40 phút cho hiệu suất trích ly là tốt nhất. Đối với dung môi trích ly là nước có hiệu suất
trích ly là 83,87% và dung môi trích ly là ethyl acetate có hiệu suất trích ly là 19,68%. Tuy
nhiên không thể kéo dài thời gian trích ly vì khi đó nhiệt độ tăng quá cao sẽ ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm cà phê Decaf. Vì vậy thời gian trích ly 40 phút là phù hợp.
3.5. Phân tích caffeine
Để xác định thành phần cấu trúc và mức độ tinh khiết của caffeine thu được sau quá
trình trích ly, caffeine đã được tinh chế bằng phương pháp kết tinh trong dung môi ethyl
acetate và được phân tích đối chứng so với mẫu caffeine chuẩn (Himedia).
3.5.1. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC)
Sử dụng hệ dung môi là Ethyl Acetate: Ethanol tỉ lệ 9:1 (v/v).
Kết quả phân tích sắc ký bản mỏng của caffeine được thể hiện ở hình 3.4.
46

Caffeine
chuẩn
Caffeine
trích ly
Hình 3. 4. Sắc ký bản mỏng
Caffeine được phát hiện dưới ánh sáng tia cực tím có bước sóng là 254 nm. Ta thu
được hệ số di chuyển của hai mẫu cafffeine chuẩn và caffeine trích ly giống nhau:
R f = l
l o
= 4,6
9 =0,51
Kết quả phân tích cho thấy rằng, mẫu caffeine trích ly và mẫu caffeine chuẩn đều có
giá trị hệ số di chuyển Rf như nhau. Ngoài ra, mẫu caffeine trích ly chỉ hiển thị một vết trên
bản mỏng silicagel. Kết quả này có thể cho phép nhận định mẫu caffeine trích ly không có
lẫn tạp chất và có độ tinh khiết cao.
3.5.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR.
3.5
Kết quả phân tích mẫu caffeine trích ly bằng phổ hồng ngoại được thể hiện ở hình
47

Caffeine extraction
Caffeine standard
Hình 3. 5. Phổ hồng ngoại FTIR
Từ kết quả ở hình 3.5 đã cho thấy phổ hồng ngoại FTIR của caffeine trích ly hoàn
toàn tương thích với phổ hồng ngoại của caffeine chuẩn. Trên phổ hồng ngoại xuất hiện
các peak hấp thụ ở 2995cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H trong nhóm
N-CH3, 3114 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H trong nhóm -CH3, 1656
cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O trong nhóm cacbonyl liên kết với hai
nguyên tử nito, 1634 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O trong nhóm
cacbonyl liên kết với một nguyên tử nito và 1543 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của
liên kết C=N.
3.5.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis
Kết quả quang phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu caffeine trích ly và mẫu caffeine chuẩn
được lần lượt thể hiện ở hình 3.6 và hình 3.7.
48

Hình 3. 6. Phổ hấp thụ của caffeine
trích ly
Hình 3. 7. Phổ hấp thụ của caffeine
chuẩn
Từ kết quả của hình 3.6 và hình 3.7 đã cho thấy phổ hấp thụ của caffeine trích ly có
bước sóng λmax = 293nm và phổ hấp thụ của caffeine chuẩn có bước sóng λmax = 296 nm.
Kết quả trên đã cho thấy phổ hấp thụ của caffeine trích ly có giá trị tương đương phổ hấp
thụ của caffeine chuẩn, caffeine trích ly có độ tinh khiết cao.
3.6. Chế biến thử nghiệm cà phê Decaf
3.6.1. Quá trình tách caffeine ra khỏi hạt cà phê.
Hạt cà phê và nước cất được cho vào bình cầu đặt trong hệ thống trích ly có hỗ trợ
vi sóng. Thực hiện trích ly caffeine từ hạt cà phê trong 40 phút ở công suất của lò vi sóng
là 800 W với tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1:25 (g/ml). Sau khi trích ly, dịch trích ly được
lắc với than hoạt tính để hấp phụ caffeine. Sau đó tiếp tục lọc thu dịch thì ta được một dung
dịch chỉ chứa thành phần hương liệu của cà phê mà không còn chứa caffeine.
Dịch trích ly nói trên được tiếp tục cho vào bình cầu đặt trong hệ thống trích ly có
hỗ trợ vi sóng để trích ly caffeine từ một mẻ cà phê mới. Lúc này, dịch trích ly đã được bão
hòa với các thành phần hương vị của mẻ cà phê đầu tiên nên hương vị trong mẻ cà phê mới
sẽ không bị hòa tan mà chỉ có thành phần caffeine trong hạt cà phê sẽ bị trích xuất ra dịch
trích ly. Kết thúc quá trình, hạt cà phê vẫn đảm bảo được thành phần hương vị của nó. Thu
hạt cà phê đã tách caffeine và phơi nắng để sấy khô trong 4 giờ, ta được nguyên liệu hạt cà
phê Decaf.
49

Đánh giá và so sánh hai mẫu nguyên liệu của hạt cà phê đã tách caffeine và hạt cà
phê chưa tách caffeine có đặc điểm tương đương nhau. Tuy hạt cà phê đã tách caffeine có
màu đậm hơn hạt cà phê chưa tách caffeine nhưng kích thước và mùi hương tương đương
hạt cà phê chưa tách caffeine.
Hình 3. 8. Hạt cà phê đã tách
caffeine
3.6.2. Quá trình rang xay
Hình 3. 9. Hạt cà phê chưa tách
caffeine
Nguyên liệu hạt cà phê đã tách caffeine tiếp tục được rang khoảng 5 phút ở nhiệt độ
là 220 o C với tốc độ quay là 30 vòng/ phút. Sau đó, hạt cà phê được bảo quản kín khí trong
48 giờ để ổn định hương vị rồi cuối cùng xay với máy xay cà phê chuyên dụng ta được sản
phẩm bột cà phê Decaf.
Hình 3. 10. Bột cà phê Decaf
50

3.6.3. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf
Cho khoảng 20 gam bột cà phê Decaf vào phin cà phê, tiếp tục cho 10 ml nước sôi
lên cà phê và đợi 30 giây cho cà phê nở đều. Sau khi cà phê đã nở đều, cho tiếp 40 ml nước
sôi vào. Chờ cà phê rơi xuống đến khi hết nước. Ta được sản phẩm cà phê Decaf và tiếp
tục đánh giá cảm quan sản phẩm. Kết quả đánh giá cảm quan được thể hiện ở bảng 3.7.
Bảng 3. 7. Kết quả đánh giá cảm quan
Chỉ tiêu Cà phê Decaf Cà phê thông thường
Màu (HSTL = 0,7) 4,6 4,8
Mùi (HSTL = 1,3) 4,2 4,4
Vị (HSTL = 2,0) 3,6 3,8
Tổng điểm 15,88 16,68
Xếp loại Khá Khá
Từ kết quả của bảng 3.7 cho thấy kết quả đánh giá cảm quan của cà phê Decaf và cà
phê thông thường có giá trị tương đương nhau. Cà phê Decaf có màu nâu cánh gián đậm,
trong và sánh; có mùi thơm đặc trưng của sản phẩm cà phê nguyên chất; có cả vị đắng ít và
chua của sản phẩm cà phê nguyên chất.
51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Đồ án đã đạt được những kết quả sau:
- Xây dựng quy trình tách caffeine từ hạt cà phê bằng phương pháp trích ly
dung môi có hỗ trợ vi sóng.
- Đánh giá một số đặc tính của nguyên liệu: độ ẩm của nguyên liệu, hàm lượng
tro và hàm lượng caffeine trong nguyên liệu.
- Xác định điều kiện thích hợp cho quy trình tách caffeine từ hạt cà phê bằng
phương pháp dung môi có hỗ trợ vi sóng: dung môi trích ly là nước, tỉ lệ nguyên liệu và
dung môi là 1:25 (g/ml), thời gian trích ly là 40 phút và công suất của hệ thống trích ly là
800W thì thu được hiệu suất trích ly là 83,87%.
- Phân tích hóa lý sản phẩm caffeine sau trích ly bằng các phương pháp sau:
phương pháp sắc ký bản mỏng TLC, phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR, phương
pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis, cho thấy caffeine thu được sau trích ly có độ tinh khiết
cao.
- Thử nghiệm chế biến và đánh giá cảm quan sản phẩm Decaf. Sản phẩm được
đánh giá xếp loại khá.
Kiến nghị
- Cần quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa các yếu tố của quá trình trích ly.
- Tiến hành nghiên cứu thêm hệ dung môi hỗn hợp.
- Nghiên cứu thêm quy trình tinh chế caffeine để thu caffeine tinh khiết vì đây
là một sản phẩm có giá trị.
- Ngoài đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf thì cần tiếp tục đánh giá các
thành phần dinh dưỡng còn lại trong hạt cà phê Decaf.
52

TÀI LIỆU THAM KHẢO
(1) Tài liệu tiếng Việt
[1] Đoàn Thị Ngọc Bích, (2016), “Xác định đồng thời thành phần caffeine,
theobromine và theophylline trong một số loại chè phân bố ở miền Bắc Việt Nam”, Đại
học Khoa học tự nhiên, Hà Nội.
[2] Nguyễn Thành Chương, (2015), “Nguồn gốc và một số giống cà phê tại
Việt Nam”, Trung tâm sản xuất và cung cấp giống cây trồng Eakamat.
[3] Nguyễn Thị Hiền, (2010), “Công nghệ sản xuất ca cao, cà phê, chè”, Nhà
xuất bản Lao động.
[4] Xuân Hiền, Hoàng Long, (2018), “Gia tăng giá trị cho sản phẩm cà phê”,
báo Nhân Dân.
[5] Hoàng Thị Thu Thảo, (2016), “Tách chiết và tinh chế hợp chất thiên
nhiên”, Đại học Nha Trang.
[6] Hoàng Thanh Tiệm, (1999), “Cây cà phê Việt Nam” Nhà xuất bản Nông
nghiệp, Hà Nội.
(2) Tài liệu tiếng Anh
[7] Abebe Belay, Kassahun Ture, Mesfin Redi, Araya Asfaw, (2008),
“Measurement of caffeine in coffee beans with UV/vis spectrometer”, Food Chemistry,
108, pp.310 - 315.
[8] Beaulac-Bailargeon, L. and Desrosiers, C., (1987), “Caffeine- Cigarette
Interaction on Fetal Growth”. American Journal of Obstetrics & Gynecology, 157, pp.1236
- 1240.
[9] Gehring, M., Vitzthum, O., and Wienges, H., (1984), “Decaffeination of roast
coffee”, German Federal Republic Patent Application.
[10] George SE, Ramalakshmi K, Mohan Rao LJ., (2008), “A perception on health
benefits of coffee”, Crit Rev Food Sci Nutr, 48 (5), pp.464-86.
[11] Jan Rydberg, Michael Cox, Claude Musikas, (2004), “Solvent Extraction
Principles and Practice, Revised and Expanded”, CRC Press.
[12] Jensen W.B., (2007), “The Origin of the Soxhlet Extractor” 84(12), pp.1913.
53

[13] Katz, S. N., Spence, J. E., O’Brien, M. J., Skiff, R. H., Vogel, G. J., và Prasad,
R., (1991). “Decaffeination of coffee”, General Foods Corporation.
[14] Landete JM, (2012), “Updated knowledge about polyphenols: functions,
bioavailability, metabolism, and health.” Crit Rev Food Sci Nutr, 52 (10), pp.936-48.
[15] McHugh M.A. và Krukonis V.J., (2013), “Supercritical Fluid Extraction
(Second Edition)”, Butterworth-Heinemann, Boston.
[16] Pan X., Niu G., và Liu H., (2003), “Microwave-assisted extraction of tea
polyphenols and tea caffeine from green tea leaves”. Chem Eng Process Process Intensif,
42(2), pp.129–133.
[17] R. Shinde, (2017), “Extraction of Caffeine from Coffee and preparation of
Anacin drug”, International Journal of Engineering Research and Technology.
[18] Ramalakshimi, K., Nagalakshimi, S., vaf Raghavan, B., (1996),
“Decafffeination of coffee using ethyl acetate”. Central Food Technological Research
Institute.
[19] Sadzuka, Y., Iwwazaki, A., Miyagshima, Y., Nozawa, Y.and Hirota, S.J.,
(1995), “Caffeine- Biochemcal Modulator of Axdriamycin”, Cancer Science, 86, pp.594-
599.
[20] Shoyab, M., (1979), “Caffeine Innhibits the Binding of
Dimethybenz(a)anthracene to Murine Epidermal Cells DNA in Culture”. Archives of
Biochemistry and Biophysics, 196, 307-310.
[21] Sinha R, Cross AJ, Daniel CR, Graubard BI, Wu JW, Hollenbeck AR, Gunter
MJ, Park Y, Freedman ND, (2012), “Caffeinated and decaffeinated coffee and tea intakes
and risk of colorectal cancer in a large prospective study.” Am J Clin Nutr, 96 (2), pp.374-
81.
[22] Smallwood I.M., btv., (1996), “Handbook of Organic Solvent Properties”,
Butterworth-Heinemann, Oxford.
[23] Tomita, K. and Tsuchija, H., (1989), “Caffeine Enhancement of the Effect of
Antcancer Angents on Human Sarcoma Cells”. Cancer Science, 80, pp.83-88.
54

[24] Wagner H., Bladt S., (1996), “Plant drug analysis: A thin layer
chromatography atlas”. Berlin: Springer-Verlag
[25] Wentao Bi, Jun Zhou, and Kyung Ho Row, (2009) “Decaffeination of coffee
bean waste by solid-liquid extraction”, Department of Chemical Engineering, Inha
University.
[26] Zhou T., Xu D.-P., Lin S.-J., và cộng sự, (2017), “Ultrasound-Assisted
Extraction and Identification of Natural Antioxidants from the Fruit of Melastoma
sanguineum Sims”. Mol Basel Switz, 22(2).
(3) Tài liệu Internet
[27] http://biomedia.vn/review/may-quang-pho-hong-ngoai.html
[28] http://hanacare.blogspot.com/2013/10/cafe-jacobs-su-dung-phuong-phapchiet.html
[29] http://hiup.vn/ca-phe-voi-cac-phuong-phap-pha-che/cau-tao-va-thanh-phanhoa-hoc-cua-hat-ca-phe-267.html
[30] http://vn.labequipmentsfactory.com/info/the-working-principle-of-uvspectrophotometer-20680656.html
[31] http://voer.edu.vn/m/tinh-hinh-thi-truong-ca-phe-the-gioi-thoi-gianqua/5fbd73c6
[32] http://www.brandsvietnam.com/1853-Tong-quan-thi-truong-ca-phe-Viet-
Nam
[33] http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.2424.html
[34] http://www.haihungthinh.com/?id_pnewsv=296&lg=vn&start=0
[35] https://coffeeconfidential.org/health/decaffeination/
[36] https://vi.wikipedia.org/wiki/Cafein
[37] https://quantrimang.com/10-su-that-kho-tin-ve-thuc-pham-se-gay-an-tuongvoi-ban-131619
55

PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: BẢNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN CÀ PHÊ DECAF
Bảng PL. 1. Đánh giá cảm quan sản phẩm cà phê Decaf theo phương pháp cho điểm
Các
chỉ
tiêu
Hệ số
trọng
lượng
TCVN 3215-79
Điểm
số
Mô tả
chất
lượng
5 Màu nâu cánh gián rất đậm, trong, sánh tự nhiên
4 Màu nâu cánh gián đậm, trong, sánh
Màu
sắc
0,7
3 Màu nâu cánh gián, trong, ít sánh
2 Màu nâu cánh gián nhẹ, hơi trong, ít sánh
1 Màu nâu cánh gián rất nhẹ, ít có cặn, bẩn
0 Màu vàng, nhiều cặn, bẩn
5 Mùi thơm mạnh và bền, hấp dẫn, gây ấn tượng
4 Thơm mùi mạnh nhưng không bền, gây ấn tượng
Mùi 1,3
3 Thơm mùi đặc trưng của sản phẩm
2 Thơm mùi cà phê nhẹ
1 Mùi chua nhẹ, không có mùi lạ
0 Mùi của sản phẩm hư, mùi lạ
5 Vị đắng đặc trưng của sản phẩm, có sự hài hòa giữa vị
chua và vị đắng.
4 Vị đắng đặc trưng của sản phầm, có vị chua nhiều hơn
Vị 2,0
3 Vị đắng và vị chua giảm
2 Sản phẩm mất vị đắng chỉ còn vị chua
1 Sản phẩm mất cả vị đắng và chua, gây khó chịu
0 Sản phẩm có vị lạ (vị đất, hoa cỏ,…)
56

PHIẾU ĐIỂM ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN
Tên sản phẩm đánh giá:…………………………. Ngày tháng năm 2018
Họ và tên người đánh giá:………………………….. Chữ ký:
Các
chỉ
tiêu
Điểm
số
chất
lượng
Mô tả 01 02
5 Màu nâu cánh gián rất đậm, trong, sánh tự nhiên
4 Màu nâu cánh gián đậm, trong, sánh
Màu
sắc
3 Màu nâu cánh gián, trong, ít sánh
2 Màu nâu cánh gián nhẹ, hơi trong, ít sánh
1 Màu nâu cánh gián rất nhẹ, ít có cặn, bẩn
0 Màu vàng, nhiều cặn, bẩn
5 Mùi thơm mạnh và bền, hấp dẫn, gây ấn tượng
4 Thơm mùi mạnh nhưng không bền, gây ấn tượng
Mùi
3 Thơm mùi đặc trưng của sản phẩm
2 Thơm mùi cà phê nhẹ
1 Mùi chua nhẹ, không có mùi lạ
0 Mùi của sản phẩm hư, mùi lạ
5 Vị đắng đặc trưng của sản phẩm, có sự hài hòa giữa vị
chua và vị đắng.
4 Vị đắng đặc trưng của sản phầm, có vị chua nhiều hơn
Vị
3 Vị đắng và vị chua giảm
2 Sản phẩm mất vị đắng chỉ còn vị chua
1 Sản phẩm mất cả vị đắng và chua, gây khó chịu
0 Sản phẩm có vị lạ (vị đất, hoa cỏ,..)
57

PHỤ LỤC 2: THIẾT BỊ ĐÃ SỬ DỤNG
Hình PL. 1. Hệ thống trích ly
có hỗ trợ vi sóng
Hình PL. 2. Hệ thống cô quay chân không
Hình PL. 3. Máy quang phổ tử ngoại
khả kiến UV-Vis
Hình PL. 4. Hệ thống quang phổ
hồng ngoại FT-IR
58