Xem mẫu
1
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Cà phê đã được con người biết đến khoảng hơn 300 năm nay, muộn hơn rất
nhiều so với nhiều cây lương thực, thực phẩm quan trọng khác. Tuy nhiên, ngày nay
cây cà phê đã trở thành một loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, là một mặt
hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới. Sản phẩm của nó là một
loại thức uống thú vị không thể thiếu của nhiều dân tộc. Bên cạnh đó, một số mặt hàng
thực phẩm như sữa, bánh, kẹo,... được chế biến với sự có mặt của cà phê sẽ làm tăng
thêm hương vị và giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm.
Sở dĩ cà phê được sử dụng ngày càng nhiều vì trong hạt cà phê chứa 0,8 – 3%
caffeine, một hoạt chất có tác dụng kích thích thần kinh, giúp tế bào não tăng cường
khả năng làm việc, khả năng tư duy và qua đó thúc đẩy hoạt động của hệ tuần hoàn,
tăng cường phản ứng của cơ bắp,…
Ngoài ra, trong hạt cà phê còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể
con người như đường saccharose, đường khử, các protein hòa tan,… đặc biệt là các
vitamin B1, B2, B6, B12 và PP có hàm lượng khá cao, đó là những chất cần thiết cho
nhu cầu sinh lý của cơ thể chúng ta. Do đó cà phê giúp nâng cao sinh lực, chống mệt
mỏi, giúp con người làm việc sáng suốt và thoải mái hơn.
Sự sảng khoái và bổ dưỡng mà cà phê mang lại cho con người là do những
thành phần hòa tan trong hạt. Trong kỹ thuật chế biến cà phê hiện nay có hai phương
pháp chính là chế biến khô và chế biến ướt. Tuy nhiên, xử lý cà phê theo qui trình
thông thường chưa mang lại hiệu quả tối ưu cho việc trích ly các thành phần hòa tan có
trong hạt. Nguyên nhân của mặt hạn chế này là do sự hiện diện của pectin và cellulose
– hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân. Vấn đề đặt ra là sử dụng phương pháp lên
men để nâng cao tối đa hiệu suất trích ly của cà phê, từ đó thu được lượng chất hòa tan
cao nhất.
Cùng với sự phát triển của đời sống và của xã hội, sự phát triển của công nghệ
sinh học nói chung, công nghệ enzyme và công nghệ lên men nói riêng đóng một vai
trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, đặc biệt trong
vấn đề nâng cao khả năng khai thác các thành phần hòa tan của hạt cà phê. Luận văn
này không nằm ngoài khuôn khổ đó, chúng tôi nỗ lực nghiên cứu để sản xuất một loại
2
chế phẩm sinh học (chủ yếu là pectinase và cellulase) với tên gọi Biocoffee-1, từ
chủng nấm mốc Aspergillus niger và Trichoderma reesei có hoạt tính phân giải mạnh
trên đối tượng cà phê nhân, tác động chủ yếu vào hai thành phần chính là pectin và
cellulose.
Ở Việt Nam hiện nay, có ba loại cà phê nhân chủ yếu được buôn bán và sử
dụng phổ biến trên thị trường là cà phê Bi, cà phê Sẻ và cà phê Mokka. Mục đích của
đề tài là xử lý ba loại cà phê này bằng công nghệ lên men và công nghệ enzyme, nhằm
thu được chất hòa tan cao với hiệu suất trích ly cao nhất.
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm 4 nội dung:
1. Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân
2. Tạo chế phẩm Biocoffee-1 với hoạt tính cao của pectinase và cellulase
3. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men cà phê
4. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng và nhiệt độ của khối ủ
Đề tài của chúng tôi là những bước đi đầu tiên cho những nghiên cứu, khảo sát
tiếp theo trong việc phát triển sản phẩm cà phê lên men. Đây là một giải pháp nhiều ưu
điểm cho quá trình chế biến cà phê và là một hướng đi mới gần gũi với thực tế sản
xuất cũng như thực tế cuộc sống, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành công
nghệ thực phẩm, cho nền nông nghiệp quốc gia và cho nhu cầu ẩm thực của người dân
Việt Nam chúng ta.
3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Tổng quan tài liệu của chúng tôi gồm 4 phần chính sau:
o Tìm hiểu về cà phê
o Tìm hiểu về cellulose và pectin – hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân
o Tìm hiểu về hệ enzyme cellulase và pectinase
o Tìm hiểu về nấm sợi sinh tổng hợp hai hệ enzyme trên
TÌM HIỂU VỀ CÀ PHÊ
Hạt đã rang
Hạt khô
Hạt đang khô
Xay thành bột
Hạt rửa sạch
Hoa
Cà phê đã pha
Hạt lên men
Quả đang chín
Thịt quả
Quả xanh
Quả chín
Hình 2.1: Qui trình của cà phê từ khi nở hoa cho đến thành phẩm cuối cùng
4
2.1. TÌM HIỂU CÂY CÀ PHÊ Ở TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
2.1.1. Lịch sử cây cà phê [20], [21]
Tên gọi “coffee” xuất phát từ tiếng Ả rập là “kahwa”, mà lúc đầu là một từ ngữ
trong thơ ca dùng để chỉ rượu vang. Do đạo luật của Hồi giáo nghiêm cấm giáo dân
uống rượu, nên tên gọi ấy được biến tướng thành coffee, và thông qua tiếng gọi tương
đương của Thổ Nhĩ Kỳ là Kahweh trở thành Café (Pháp), Caffee (Ý), Kaffee (Đức),
Koffie (Hà Lan), Coffee (Anh), và tên Latin là Coffea dùng trong phân loại giống loài
thực vật.
Riêng tại Việt Nam, vào năm 1888, thực dân Pháp mang cà phê vào trồng đầu
tiên ở nước ta, để rồi từ đó, tên gọi cà phê của Việt Nam là do sự Việt hóa trong phiên
âm từ sự phát âm Café của người Pháp mà ra.
Theo truyền thuyết kể lại rằng cà phê đã được tìm thấy rất lâu kể từ thời kỳ đồ
đá và những tác dụng kích thích của nó đã được ghi nhận từ xa xưa, có lẽ là do việc
quan sát các tác dụng ấy qua trạng thái biểu lộ của các động vật gặm cỏ sau khi chúng
ăn những trái cà phê hoang dại. Nguồn gốc về địa dư và nông sản ban đầu của cà phê
là từ Ethiopia.
Từ trước năm 1200, việc tiêu thụ cà phê đã lan rộng từ vùng biển Đỏ tới Aden,
Mecca và Cairo. Tại các vùng Ả rập (Arabia) này, các bụi cây cà phê đã được trồng
trọt và được tưới tiêu trong hơn một ngàn năm. Cho nên, hạt cà phê mới có tên gọi là
Coffea arabica, mặc nhiên thừa nhận rằng nó được canh tác và tiêu thụ phổ biến trong
các nước Ả rập, mà quên đi cội nguồn của thứ nước giải khát này là ở xứ sở Ethiopia.
Tại Việt Nam, cây cà phê được đưa vào trồng từ năm 1857, trước hết là tại một
số nhà thờ ở Quảng Bình, Kontum,… Song mãi đến đầu thế kỷ 20 trở đi thì cây cà phê
mới được trồng trên quy mô tương đối lớn của các chủ đồn điền người Pháp tại Phủ
Quỳ – Nghệ An và sau đó là ở Đắc Lắc và Lâm Đồng, nhưng tổng diện tích không quá
vài ngàn ha. Sau Cách mạng tháng Tám, diện tích cà phê ở miền Bắc được phát triển
thêm tại một số nông trường quốc doanh và thời kỳ có diện tích cao nhất là trên 10.000
ha vào năm 1963 – 1964. Ở miền Nam trước ngày giải phóng, vào năm 1975 diện tích
cà phê có khoảng 10.000 ha. Cà phê trồng ở miền Bắc trong những năm trước đây chủ
yếu là cà phê chè (Coffea arabica). Do điều kiện sinh thái không phù hợp, đặc biệt là
có một mùa đông giá lạnh kéo dài, vì vậy cây cà phê vối (Canephora robusta) khó có
5
khả năng phát triển ở miền Bắc, nhiều vùng đã trồng cà phê vối sau phải hủy bỏ vì
kém hiệu quả.
Diện tích trồng cà phê ở miền Nam trước ngày giải phóng chủ yếu là giống cà
phê vối (Canephora robusta), một số diện tích nhỏ cà phê chè được trồng ở Lâm
Đồng. Năng suất cà phê vối trong thời kỳ này thường đạt trên dưới 1 tấn/ha, ở một số
đồn điền có qui mô vừa và nhỏ cũng đã đạt được năng suất từ 2 – 3 tấn/ha. Ngày nay,
nhờ được áp dụng những tiến bộ kỹ thuật, năng suất đã tăng lên rất nhanh.
Cà phê Việt Nam luôn luôn là một mặt hàng nông sản quan trọng trên thị
trường thế giới và đem về nguồn ngoại tệ xứng đáng trong nền kinh tế quốc dân.
2.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ
Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới [11], [20], [36]
Trên thế giới hiện nay có trên 75 nước trồng cà phê với diện tích trên 10 triệu
ha và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn. Năng suất bình quân chưa
vượt quá 6 tạ cà phê nhân/ha. Trong đó, ở châu Phi có 28 nước với năng suất bình
quân không vượt quá 4 tạ cà phê nhân/ha, Nam Mỹ đạt dưới 6 tạ nhân/ha. Bốn nước có
diện tích cà phê lớn nhất đó là: Brazil trên 3 triệu ha chiếm 25% sản lượng cà phê thế
giới, Côte D’lvoire (châu Phi) và Indonesia (châu Á) mỗi nước khoảng 1 triệu ha, quốc
gia thứ tư là Colombia có gần 1 triệu ha với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700
ngàn tấn.
Do áp dụng một số tiến bộ kỹ thuật mới như giống mới và mật độ trồng dày nên
đã có hàng chục nước đưa năng suất bình quân đạt trên 1 tấn/ha. Điển hình có Costa
Rica ở Trung Mỹ với diện tích cà phê chè là 85.000 ha nhưng đã đạt năng suất bình
quân trên 1.400 kg/ha.
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 như:
Kenya, Cameroon, Ethiopia, Tanzania và một phần ở châu Á như: Indonesia, Ấn Độ,
Philippines.
Mấy năm nay sản lượng cà phê Robusta trên thế giới tăng lên nhanh chóng, vụ
2000/2001 đạt tới 44,8 triệu bao tăng tới 12,2 triệu bao so với vụ trước và chiếm tới
38% tổng sản lượng cà phê.
nguon tai.lieu . vn
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Cà phê đã được con người biết đến khoảng hơn 300 năm nay, muộn hơn rất
nhiều so với nhiều cây lương thực, thực phẩm quan trọng khác. Tuy nhiên, ngày nay
cây cà phê đã trở thành một loại cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, là một mặt
hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới. Sản phẩm của nó là một
loại thức uống thú vị không thể thiếu của nhiều dân tộc. Bên cạnh đó, một số mặt hàng
thực phẩm như sữa, bánh, kẹo,... được chế biến với sự có mặt của cà phê sẽ làm tăng
thêm hương vị và giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm.
Sở dĩ cà phê được sử dụng ngày càng nhiều vì trong hạt cà phê chứa 0,8 – 3%
caffeine, một hoạt chất có tác dụng kích thích thần kinh, giúp tế bào não tăng cường
khả năng làm việc, khả năng tư duy và qua đó thúc đẩy hoạt động của hệ tuần hoàn,
tăng cường phản ứng của cơ bắp,…
Ngoài ra, trong hạt cà phê còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể
con người như đường saccharose, đường khử, các protein hòa tan,… đặc biệt là các
vitamin B1, B2, B6, B12 và PP có hàm lượng khá cao, đó là những chất cần thiết cho
nhu cầu sinh lý của cơ thể chúng ta. Do đó cà phê giúp nâng cao sinh lực, chống mệt
mỏi, giúp con người làm việc sáng suốt và thoải mái hơn.
Sự sảng khoái và bổ dưỡng mà cà phê mang lại cho con người là do những
thành phần hòa tan trong hạt. Trong kỹ thuật chế biến cà phê hiện nay có hai phương
pháp chính là chế biến khô và chế biến ướt. Tuy nhiên, xử lý cà phê theo qui trình
thông thường chưa mang lại hiệu quả tối ưu cho việc trích ly các thành phần hòa tan có
trong hạt. Nguyên nhân của mặt hạn chế này là do sự hiện diện của pectin và cellulose
– hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân. Vấn đề đặt ra là sử dụng phương pháp lên
men để nâng cao tối đa hiệu suất trích ly của cà phê, từ đó thu được lượng chất hòa tan
cao nhất.
Cùng với sự phát triển của đời sống và của xã hội, sự phát triển của công nghệ
sinh học nói chung, công nghệ enzyme và công nghệ lên men nói riêng đóng một vai
trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, đặc biệt trong
vấn đề nâng cao khả năng khai thác các thành phần hòa tan của hạt cà phê. Luận văn
này không nằm ngoài khuôn khổ đó, chúng tôi nỗ lực nghiên cứu để sản xuất một loại
2
chế phẩm sinh học (chủ yếu là pectinase và cellulase) với tên gọi Biocoffee-1, từ
chủng nấm mốc Aspergillus niger và Trichoderma reesei có hoạt tính phân giải mạnh
trên đối tượng cà phê nhân, tác động chủ yếu vào hai thành phần chính là pectin và
cellulose.
Ở Việt Nam hiện nay, có ba loại cà phê nhân chủ yếu được buôn bán và sử
dụng phổ biến trên thị trường là cà phê Bi, cà phê Sẻ và cà phê Mokka. Mục đích của
đề tài là xử lý ba loại cà phê này bằng công nghệ lên men và công nghệ enzyme, nhằm
thu được chất hòa tan cao với hiệu suất trích ly cao nhất.
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm 4 nội dung:
1. Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân
2. Tạo chế phẩm Biocoffee-1 với hoạt tính cao của pectinase và cellulase
3. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men cà phê
4. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng và nhiệt độ của khối ủ
Đề tài của chúng tôi là những bước đi đầu tiên cho những nghiên cứu, khảo sát
tiếp theo trong việc phát triển sản phẩm cà phê lên men. Đây là một giải pháp nhiều ưu
điểm cho quá trình chế biến cà phê và là một hướng đi mới gần gũi với thực tế sản
xuất cũng như thực tế cuộc sống, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành công
nghệ thực phẩm, cho nền nông nghiệp quốc gia và cho nhu cầu ẩm thực của người dân
Việt Nam chúng ta.
3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Tổng quan tài liệu của chúng tôi gồm 4 phần chính sau:
o Tìm hiểu về cà phê
o Tìm hiểu về cellulose và pectin – hai thành phần chủ yếu trong cà phê nhân
o Tìm hiểu về hệ enzyme cellulase và pectinase
o Tìm hiểu về nấm sợi sinh tổng hợp hai hệ enzyme trên
TÌM HIỂU VỀ CÀ PHÊ
Hạt đã rang
Hạt khô
Hạt đang khô
Xay thành bột
Hạt rửa sạch
Hoa
Cà phê đã pha
Hạt lên men
Quả đang chín
Thịt quả
Quả xanh
Quả chín
Hình 2.1: Qui trình của cà phê từ khi nở hoa cho đến thành phẩm cuối cùng
4
2.1. TÌM HIỂU CÂY CÀ PHÊ Ở TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
2.1.1. Lịch sử cây cà phê [20], [21]
Tên gọi “coffee” xuất phát từ tiếng Ả rập là “kahwa”, mà lúc đầu là một từ ngữ
trong thơ ca dùng để chỉ rượu vang. Do đạo luật của Hồi giáo nghiêm cấm giáo dân
uống rượu, nên tên gọi ấy được biến tướng thành coffee, và thông qua tiếng gọi tương
đương của Thổ Nhĩ Kỳ là Kahweh trở thành Café (Pháp), Caffee (Ý), Kaffee (Đức),
Koffie (Hà Lan), Coffee (Anh), và tên Latin là Coffea dùng trong phân loại giống loài
thực vật.
Riêng tại Việt Nam, vào năm 1888, thực dân Pháp mang cà phê vào trồng đầu
tiên ở nước ta, để rồi từ đó, tên gọi cà phê của Việt Nam là do sự Việt hóa trong phiên
âm từ sự phát âm Café của người Pháp mà ra.
Theo truyền thuyết kể lại rằng cà phê đã được tìm thấy rất lâu kể từ thời kỳ đồ
đá và những tác dụng kích thích của nó đã được ghi nhận từ xa xưa, có lẽ là do việc
quan sát các tác dụng ấy qua trạng thái biểu lộ của các động vật gặm cỏ sau khi chúng
ăn những trái cà phê hoang dại. Nguồn gốc về địa dư và nông sản ban đầu của cà phê
là từ Ethiopia.
Từ trước năm 1200, việc tiêu thụ cà phê đã lan rộng từ vùng biển Đỏ tới Aden,
Mecca và Cairo. Tại các vùng Ả rập (Arabia) này, các bụi cây cà phê đã được trồng
trọt và được tưới tiêu trong hơn một ngàn năm. Cho nên, hạt cà phê mới có tên gọi là
Coffea arabica, mặc nhiên thừa nhận rằng nó được canh tác và tiêu thụ phổ biến trong
các nước Ả rập, mà quên đi cội nguồn của thứ nước giải khát này là ở xứ sở Ethiopia.
Tại Việt Nam, cây cà phê được đưa vào trồng từ năm 1857, trước hết là tại một
số nhà thờ ở Quảng Bình, Kontum,… Song mãi đến đầu thế kỷ 20 trở đi thì cây cà phê
mới được trồng trên quy mô tương đối lớn của các chủ đồn điền người Pháp tại Phủ
Quỳ – Nghệ An và sau đó là ở Đắc Lắc và Lâm Đồng, nhưng tổng diện tích không quá
vài ngàn ha. Sau Cách mạng tháng Tám, diện tích cà phê ở miền Bắc được phát triển
thêm tại một số nông trường quốc doanh và thời kỳ có diện tích cao nhất là trên 10.000
ha vào năm 1963 – 1964. Ở miền Nam trước ngày giải phóng, vào năm 1975 diện tích
cà phê có khoảng 10.000 ha. Cà phê trồng ở miền Bắc trong những năm trước đây chủ
yếu là cà phê chè (Coffea arabica). Do điều kiện sinh thái không phù hợp, đặc biệt là
có một mùa đông giá lạnh kéo dài, vì vậy cây cà phê vối (Canephora robusta) khó có
5
khả năng phát triển ở miền Bắc, nhiều vùng đã trồng cà phê vối sau phải hủy bỏ vì
kém hiệu quả.
Diện tích trồng cà phê ở miền Nam trước ngày giải phóng chủ yếu là giống cà
phê vối (Canephora robusta), một số diện tích nhỏ cà phê chè được trồng ở Lâm
Đồng. Năng suất cà phê vối trong thời kỳ này thường đạt trên dưới 1 tấn/ha, ở một số
đồn điền có qui mô vừa và nhỏ cũng đã đạt được năng suất từ 2 – 3 tấn/ha. Ngày nay,
nhờ được áp dụng những tiến bộ kỹ thuật, năng suất đã tăng lên rất nhanh.
Cà phê Việt Nam luôn luôn là một mặt hàng nông sản quan trọng trên thị
trường thế giới và đem về nguồn ngoại tệ xứng đáng trong nền kinh tế quốc dân.
2.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ
Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới [11], [20], [36]
Trên thế giới hiện nay có trên 75 nước trồng cà phê với diện tích trên 10 triệu
ha và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn. Năng suất bình quân chưa
vượt quá 6 tạ cà phê nhân/ha. Trong đó, ở châu Phi có 28 nước với năng suất bình
quân không vượt quá 4 tạ cà phê nhân/ha, Nam Mỹ đạt dưới 6 tạ nhân/ha. Bốn nước có
diện tích cà phê lớn nhất đó là: Brazil trên 3 triệu ha chiếm 25% sản lượng cà phê thế
giới, Côte D’lvoire (châu Phi) và Indonesia (châu Á) mỗi nước khoảng 1 triệu ha, quốc
gia thứ tư là Colombia có gần 1 triệu ha với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700
ngàn tấn.
Do áp dụng một số tiến bộ kỹ thuật mới như giống mới và mật độ trồng dày nên
đã có hàng chục nước đưa năng suất bình quân đạt trên 1 tấn/ha. Điển hình có Costa
Rica ở Trung Mỹ với diện tích cà phê chè là 85.000 ha nhưng đã đạt năng suất bình
quân trên 1.400 kg/ha.
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 như:
Kenya, Cameroon, Ethiopia, Tanzania và một phần ở châu Á như: Indonesia, Ấn Độ,
Philippines.
Mấy năm nay sản lượng cà phê Robusta trên thế giới tăng lên nhanh chóng, vụ
2000/2001 đạt tới 44,8 triệu bao tăng tới 12,2 triệu bao so với vụ trước và chiếm tới
38% tổng sản lượng cà phê.