Luận văn Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp

Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 1 MỤC LỤC MỤC LỤC .....................................................................................................................1 LỜI GIỚI THIỆU.........................................................................................................3 Phần 1: PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................4 I. Lý do chọn đề tài.........................................................................................................4 II. Mục tiêu .....................................................................................................................4 III. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu .......................................................................4 Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................5 I. Tình hình sử dụng cà phê trên toàn thế giới................................................................5 I.1. Hiện nay ...................................................................................................................5 II.2. Xu hướng ................................................................................................................7 II. Tình hình sử dụng cà phê ở Việt Nam.......................................................................8 II.1. Khác biệt giữa nông thôn và thành thị ....................................................................9 II.2. Khác biệt giữa các nhóm thu nhập........................................................................10 II.3. Khác biệt giữa các vùng........................................................................................10 II.4. Tiêu thụ cà phê Việt Nam - nhận định từ các nguồn thông tin khác ....................11 III. Các nghiên cứu về cà phê có hàm lượng cafein thấp .............................................12 III.1. Thế giới................................................................................................................12 III.2. Việt Nam..............................................................................................................13 Phần 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................14 I. Nguồn gốc cây cà phê ...............................................................................................14 II. Các loại cà phê được trồng ở Việt Nam...................................................................14 II.1. Robusta .................................................................................................................14 II.2. Arabica. (Loại này có hai loại đang trồng tại Việt Nam: Moka và Catimor).......14 II.3. Cheri ( café mít) ....................................................................................................15 III. Đặc điểm về cấu tạo của hạt cà phê........................................................................15 III.1. Cấu tạo.................................................................................................................15 III.2. Thành phần hóa học.............................................................................................15 IV. Tổng quan về cafein ...............................................................................................19 IV.1. Tính chất hóa học của cafein...............................................................................19 IV.2. Tác dụng dược lý của cafein ...............................................................................20 V. Các phương pháp khử cafein trong hạt cà phê ........................................................21 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 2 V.1. Các phương pháp phổ biến hiện nay ...................................................................21 V.1. Phương pháp khử caffein bằng nước (Water Decaffeination) .............................21 V.2. Phương pháp khử caffein bằng CO2 (Supercritical Carbon Dioxide decaffeination) ..............................................................................................................22 V.3. Phương pháp khử caffein bằng dung môi (Solvent Decaffeination)....................22 Phần 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH KHỬ CAFEIN.......................................................................................................................23 I. Cơ sở của phương pháp.............................................................................................23 II. Cách thực hiện .........................................................................................................23 II.1. Quy trình công nghệ .............................................................................................23 IV. Kiểm tra đánh giá ...................................................................................................29 IV.1. Mục đích..............................................................................................................29 IV. Các phương pháp định lượng cafein ......................................................................29 IV.1. Dùng phương pháp chiết ở môi trường có NH3 ..................................................29 IV.2. Định lượng cafein bằng phương pháp thể tích....................................................30 Phần 5: KẾT LUẬN ...................................................................................................32 Tài liệu tham khảo......................................................................................................33 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 3 LỜI GIỚI THIỆU Cà phê là một đặc sản nhiệt đới có giá trị kinh tế trên thế giới, một mặt hàng được buôn bán rộng rãi, giao lưu nhiều vào loại thứ nhì trong công tác mậu dịch quốc tế. Đối với nước ta, cà phê cũng chiếm một phần quan trọng trong các mặt hàng xuất khẩu có giá trị. Nước ta có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này. Nhiều vùng đất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê như các tỉnh thuộc tây nguyên nước ta (Daklak, Gia Lai, KonTum, Dak Nông, Lâm Đồng), các tỉnh thuộc miền trung (Quảng Trị, Hà Tĩnh…). Cà phê mang lại sự tỉnh táo, hưng phấn cho người sự dụng nhưng bên cạnh đó nó còn mang lại những bất lợi cho những người quá lạm dụng cà phê, người bị kích thích khi uống cà phê cho dù với một lượng nhỏ. Nó có thể gây ra một số triệu chứng như tim hồi hộp, tăng huyết áp… Nguyên nhân của các hiện tượng trên là do một loại ankaloid có tên là cafein. Chính vì lẽ đó em quyết định chọn đề tài “Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp”. Qua thời gian thu thập tài liệu cùng với sự nổ lực của bản thân và được sự giúp đỡ tận tình của thầy Trần Thức, em đã hoàn thành đề tài. Đề tài chỉ được nghiên cứu trên lý thuyết chưa qua thực nghiệm chắc chắn không tránh phải những thiếu sót, em mong được sự góp ý của các thầy cô bộ môn mà đặc biệt là thầy Trần Thức để đồ án của em hoàn chỉnh hơn. Em xin cảm ơn. Sinh viên: Nguyễn Văn Thanh Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 4 Phần 1: PHẦN MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Như ta đã biết, cafein có những tác động sinh lý nhất định đến cơ thể. Trong y học thì người ta sử dụng cà phê như chất trợ tim và thuốc lợi tiểu. Cafein cũng được sử dụng như một chất kích thích nhẹ, tạo sự tỉnh táo trong công việc hàng ngày. Tuy nhiên, cafein cũng gây ra một số tác dụng như tăng huyết áp, tăng nhịp tim... Có người lại bị dị ứng với cafein. Do đó, họ không thể sử dụng cà phê với hàm lượng cafein cao được. Ngoài ra, cà phê không có cafein sẽ giảm được một phần vị đắng. Và nhu cầu về cà phê không có cafein xuất hiện. Do đó, hiện nay sản phẩm cà phê không có cafein đang được sự chú ý của người sử dụng và nhu cầu thị trường về loại sản phẩm này càng tăng. Chính vì lẽ đó em mong muốn tìm hiểu những phương pháp khử cafein có trong hạt cà phê để sản xuất loại thức uống bắt nguồn từ cà phê có hàm lượng cafein thấp. Đồng thời đề xuất phương pháp sản xuất phù hợp với nước ta trong giai đoạn hiện nay. II. Mục tiêu • Tìm hiểu rõ bản chất của cafein và cơ chế tác động của nó đối với sức khỏe người tiêu dùng. • Giới thiệu một số phương pháp khử cafein có trong hạt cà phê ở trên thế giới. • Đề xuất phương pháp tối ưu ứng dụng để sản xuất Cà phê có hàm lượng cafein thấp ở Việt Nam. III. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu • Tìm hiểu hành phần hóa học và tính chất lý hóa của các thành phần chính trong các loại cà phê phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới như Robusta, Arabica,Cheri. • Tìm hiểu tình hình sử dụng cà phê hàm lượng cafein thấp. • Đề xuất qui trình công nghệ sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp. • Nghiên cứu phương pháp khử cafein trong cà phê. • Phương pháp nghiên cứu sử dụng là phương pháp lý thuyết. Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 5 Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU I. Tình hình sử dụng cà phê trên toàn thế giới I.1. Hiện nay Hiện nay cà phê là một thức uống đã phổ biến và có mặt trên toàn thế giới. Nó không còn bó hẹp trong một quốc gia, một vùng lãnh thổ nữa mà nó sức lôi cuốn mạnh mẽ người tiêu dùng trên toàn thế giới. Ở mỗi quốc gia, mỗi vùng lãnh thổ có những cách thưởng thức cà phê khác nhau. Từ một giống cà phê ban đầu ngày nay người ta đã tạo ra hàng trăm loại đồ uống khác nhau từ những hạt cà phê. Tổ chức Cà phê Thế giới (ICO) vừa đưa ra dự báo về nhu cầu cà phê của năm 2008 là 125 triệu bao loại 60kg so với 123 triệu kg của năm 20071 Nestor Osorio, giám đốc điều hành ICO nói “năm 2007 toàn thế giới tiêu thụ 123 triệu bao cà phê. Trong năm nay, mức tiêu dùng tăng cao, đặc biệt là tại những nước xuất khẩu hàng đầu như Braxin và Ấn Độ, khiến tiêu thụ cà phê có thể vượt 125 triệu bao.” Cũng theo ông Osorio, mặc dù giá cà phê arabica có xu hướng giảm trong tháng 3 vừa qua, song nhu cầu tiêu thụ tăng sẽ hỗ trợ giá loại cà phê này vững hơn trong thời gian còn lại của năm. Nhu cầu cà phê thế giới đang tăng với tốc độ 1,5-2%/năm, và dự báo sẽ tiếp tục duy trì tốc độ này trong vài năm tới. Mức tăng trưởng này trở thành một xu hướng từ 3-4 năm nay. Dự kiến, nhu cầu cà phê sẽ tăng nhanh ở châu Á nơi mà thu nhập và dân số đang gia tăng. Nhật Bản là một thi trường có nhu cầu tiêu thụ cà phê nhanh nhất châu Á. Năm 1965, mức tiêu thụ bình quân chỉ khoảng 300 g/người/năm do người dân vốn quen uống trà nhưng hiện có mức tiêu thụ cà phê tương đối cao 3,17 kg/người/năm và dự báo nhu cầu nhập khẩu cà phê vào Nhật Bản sẽ tăng 2,5%/năm trong thập kỷ này. Tiếp theo Nhật Bản là thị trường Trung Quốc. Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế cao nhất thế giới trong nhiều năm qua và việc hình thành một loạt các khu công nghiệp ven biển Thái Bình Dương, người dân Trung Quốc đã dần chuyển từ văn hoá uống chè sang uống cà phê với mức tăng tiêu thụ cà phê hàng năm đạt tới 30%. Mặc dù đây chỉ là bước nhảy vọt từ con số ban đầu quá nhỏ bé do văn hoá uống trà đã ăn 1 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 6 sâu vào tiềm thức của người dân. Lượng cà phê tiêu thụ bình quân tính trên đầu người dân Trung Quốc ở lục địa vẫn thấp hơn nhiều so với các nước khác. Hiện nay chỉ 1g/người/năm nên dự báo thị trường nhập khẩu cà phê vào Trung Quốc sẽ tăng mạnh trong thập kỷ tới. Tiếp theo Trung Quốc là thị trường Nga, các nước Đông và Nam Âu. Cà phê ngày càng được coi là đồ uống thời thượng ở Nga và nhu cầu tiêu thụ tăng lên rõ rệt. Theo dự báo của ICO ( Tổ chức cà phê thế giới) tiêu thụ tại thị trường này sẽ tăng 10%/năm. Cà phê hoà tan hiện nay khá được ưa chuộng tại Nga và ngày càng nhiều công ty củaViệt Nam tham gia vào sản xuất loại sản phẩm này. Nhập khẩu cà phê của các nước Đông Âu khác dự báo sẽ tăng khoảng 1-1,5%/năm trong thập kỷ tới. Nhu cầu dự báo sẽ tăng nhanh ở Hy Lạp, Italia và Bồ Đào Nha trong những năm 2010 – 2015. Năm 2008, Thái Lan có thể nhập khẩu 20.000 tấn cà phê, tăng 28 lần so với 700 tấn của năm 2007 do nhu cầu tăng mạnh. Chareon Boonlarptaveechoke, thành viên của Hiệp hội Các nhà xuất khẩu Cà phê tươi Thái Lan cho biết, nhập khẩu tăng mạnh như vậy là do nhu cầu cao của hãng Nestle Thái Lan, bên cạnh đó còn do nhu cầu tích trữ hàng của các nhà xuất khẩu trước dự đoán giá cà phê sẽ cao hơn trong năm 2009. Thái Lan dự kiến sẽ sản xuất khoảng 50.000 tấn cà phê trong năm nay, trong đó 48.000 tấn là loại robusta và phần còn lại là arabica. Con số này thấp hơn 5.000 tấn hay 9% so với sản lượng của năm ngoái. Trong khi đó, tiêu thụ cà phê của nước này dự kiến sẽ tăng 10% lên 52.000 tấn2 . Trong năm 2008, các nhà xuất khẩu của Thái Lan sẽ mua khoảng 10.000 tấn để dự trữ, tăng gấp đôi so với dự trữ thường niên của họ. Hiện tại, Thái Lan nhập khẩu cà phê tươi từ Việt Nam và cà phê rang xay từ Mỹ Ngoài ra, nhu cầu cà phê cũng có chiều hướng gia tăng ở các nước sản xuất, nhất là ở Brazin. Hiện nay, Brazin, cũng như một số quốc gia sản xuất cà phê hàng đầu khác, đã bắt đầu nhận thức được tầm quan trọng của việc đẩy mạnh tiêu dùng cà phê trong nước. Brazin không chỉ là nước xuất khẩu cà phê đứng đầu thế giới mà còn xếp thứ 2 sau Mỹ trong việc tiêu thụ cà phê. 2 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 7 Tiêu thụ ngay tại Brazin năm 2008 cũng sẽ tăng khoảng 4% 3, tức là tương đối cao. Tiêu thụ cà phê tại Brazin có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy tiêu thụ cà phê toàn cầu, bởi thị trường này tăng trưởng rất nhanh. Theo dự báo mới đây của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), sản lượng cà phê vụ 2008/09 (tháng 7/08 - tháng 6/09) của Braxin sẽ tăng 36% so với vụ hiện tại lên 51,1 triệu bao loại 60kg nhờ chu kỳ tăng sản lượng hai năm một lần của cây cà phê Arabica - chiếm 75% tổng sản lượng cà phê thu hoạch được của Braxin. Nhờ sản lượng cao, xuất khẩu của vụ tới được dự báo cũng sẽ tăng 4% lên 28 triệu bao. Trong đó, xuất khẩu cà phê tươi sẽ chiếm 24,57 triệu bao còn cà phê hoà tan 3,3 triệu bao. Trong vụ 2007/08, xuất khẩu cà phê ước đạt 26,87 triệu bao, cao hơn 12% so với dự báo trước đó. Mặc dù sản lượng thấp song xuất khẩu được hỗ trợ nhờ lượng cà phê dự trữ từ vụ trước. Hiện tại, cà phê Braxin vẫn cạnh tranh trên thị trường thế giới do chi phí sản xuất cao và sự mất giá của đồng USD so với đồng Real. Xuất khẩu cà phê của Braxin chiếm 30% tổng xuất khẩu toàn cầu. II.2. Xu hướng Tổng cầu cà phê ở các nước tiêu thụ truyền thống có xu hướng chững lại. Tuy nhiên, nhu cầu tiêu thụ cà phê uống liền, các sản phẩm cà phê chất lượng cao và khác biệt lại đang được ưa chuộng. Đồng thời, các thị trường này cũng tăng thói quen tiêu dùng cà phê kiểu espresso, loại cà phê không phụ thuộc quá nhiều vào hương vị cà phê arabica được chế biến ướt. Các thị trường truyền thống Tây Âu và Bắc Mỹ có xu hướng tăng chậm do lượng tiêu thụ bình quân đầu người hiện đã ở mức cao như Phần Lan 11,21 kg/người/năm, Bỉ - Luxembourg 9,6 kg/người/năm, Đức 6,64 kg/người/năm và Mỹ 4,24 kg/người/năm trong năm 2003 (theo USDA). Người Anh vốn thích uống trà cũng tiêu dùng khoảng 2,2 kg/người và Ai Len là 1,31 kg/người. Do đó, mức tăng nhu cầu dự báo khoảng 1,3%/năm từ nay đến năm 2010 chỉ tương đương với tốc độ tăng trưởng dân số ở các nước này, so sánh với mức 2,3% trong thập kỷ 90 thế kỷ XX. Tiêu thụ cà phê của Indonesia trong những năm gần đây đạt mức tăng đáng kế. Từ năm 1998 đến 2003, lượng tiêu thụ trong nước của nước này tăng hơn 50.000 tấn, tương đương với khoảng 10%. Mức tăng được duy trì liên tục trong suốt giai đoạn này. 3 Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 8 Tuy nhiên, cho đến 2003, tiêu thụ trong nước cũng mới đạt khoảng 133 nghìn tấn, chiếm 27,7% tổng sản lượng (Benny, 2003). Mặc dù mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người trên phạm vi toàn cầu ít thay đổi trong những năm qua, dao động trong khoảng 4,5-4,7 kg/người/năm và mức tiêu thụ thấp ở các nước xuất khẩu cà phê, chỉ khoảng 1kg/người/năm nhưng nhu cầu thế giới trong thời gian tới chắc chắn sẽ tăng do xu hướng tăng nhanh ở các thị trường mới nổi và chính sách khuyến khích tiêu dùng nội địa cà phê ở các nước xuất khẩu chính. Do đó, tiêu thụ cà phê của các nước đang phát triển dự báo sẽ tăng bình quân 2,5%/năm, đưa tỷ trọng của các nước đang phát triển trong tổng mức tiêu thụ cà phê toàn cầu lên 30% trong năm 2010. Các loại cà phê chính được tiêu thụ trên thế giới hiện nay: Các thị trường Đông Âu, Đông Nam Á và Bắc Phi ngày càng tăng tiêu thụ cà phê hoà tan được pha chế từ cà phê chất lượng thấp Robusta. Các loại cà phê 3 trong 1 (đường, bột sữa và cà phê hoà tan) đang rất được ưa chuộc ở các nước Đông Nam Á. Hiện nay, cà phê Robusta được dùng phổ biến hơn để pha chế với cà phê Arabica do lượng cung cà phê Robusta tăng mạnh trong hơn 1 thập kỷ qua và công nghệ chế biến cà phê được cải tiến. Trước tình hình cầu có xu hướng tăng và cung có xu hướng giảm, người dân trồng cà phê lại có thêm cơ hội tăng giá trị gia tăng cho sản phẩm của mình. Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào thị trường thế giới như vậy tỏ ra không bền vững và đã từng làm nhiều nước thất bại. Bài học đó đến bây giờ vẫn còn giá trị và buộc ngành cà phê phải tìm nhiều con đường khác nhau để tăng giá trị gia tăng. Một trong những biện pháp đó là phát triển tiêu thụ nội tiêu. Biện pháp này đặc biệt đúng với Việt Nam, một quốc gia nằm trong nhóm các nước sản xuất cà phê lớn nhưng tiêu thụ trong nước chỉ chiếm trung bình 5% tổng sản lượng, duy trì ở mức 500.000 bao/năm trong 3 năm gần đây (USDA, 2003). Phần tiếp theo của bài viết này sẽ đề cập đến những nét chính trong tiêu thụ cà phê Việt Nam thông qua tổng kết các tài liệu, báo cáo trước đây. II. Tình hình sử dụng cà phê ở Việt Nam Theo số liệu điều tra VLSS 2002 (bộ số liệu của Điều tra Mức sống Dân Cư Việt Nam năm 2002 ) không có nhiều người dân Việt Nam tiêu thụ cà phê trong hộ gia đình. Trong ngày thường, có khoảng 19,2% tiêu thụ cà phê, trong đó 47% tiêu thụ cà phê Sản xuất cà phê có hàm lượng cafein thấp GVHD: Thầy Trần Thức SVTH: Nguyễn Văn Thanh Trang 9 uống liền và 53% tiêu thụ cà phê bột. Tuy nhiên, trong dịp lễ tết, số lượng người tiêu thụ cà phê trong hộ gia đình tăng lên, khoảng 23% số hộ. Trung bình năm 2002, người Việt Nam tiêu thụ khoảng 1,25 kg cà phê/năm, bao gồm cà phê tiêu thụ trong ngày thường (cà phê uống liền và cà phê bột) và cà phê uống trong dịp lễ tết. Tuy nhiên, trong điều tra này, chỉ có số liệu về giá trị của cà phê uống liền. Giá trị tiêu thụ cà phê trung bình của người dân Việt Nam năm 2002 là khoảng 9130 đ/người/năm. II.1. Khác biệt giữa nông thôn và thành thị Tiêu thụ nội địa cà phê có sự khác biệt lớn giữa thành thị và nông thôn cả về lượng và giá trị. Lượng tiêu thụ bình quân đầu người của thành thị năm 2002 (2,4kg) cao gấp 2,72 lần tiêu thụ của nông thôn (0,89 kg). Trong khi đó, giá trị tiêu thụ bình quân đầu người của thành thị đạt 20280 đồng, cao gấp 3,5 lần mức của nông thôn. Bộ số liệu VHLSS cũng phân chia tiêu thụ cà phê thành hai loại cà phê bột và cà phê uống liền. Tình hình tiêu thụ của cả hai loại cà phê bột và cà phê uống cũng có sự khác biệt lớn giữa thành thị và nông thôn. Khu vực thành thị tiêu thụ cà phê uống liền nhiều gấp 2,74 lần khu vực nông thôn, trong khi đó, chênh lệch về giá trị tiêu thụ loại cà phê này là gần 5 lần giữa hai khu vực. Giá trị tiêu thụ tiêu thụ cà phê bột ở khu vực thành thị lớn gấp 2,65 lần khu vực nông thôn (7,8 và 2,9 nghìn đ/người/năm). Lượng tiêu thụ cà phê bột và uống liền (kg