Tổng quan về thành phần hóa học và hướng tận dụng phế phầm trong ngành chế biến cà phê

TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HƯỚNG TẬN
DỤNG PHẾ PHẦM TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ
Dương Anh Tân
Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh
GVHD: ThS. Trần Thị Ngọc Mai

TĨM TẮT
Vỏ cà phê, nguồn phụ phẩm thu được sau khi đã tách hạt cà phê, có hàm lượng chất dinh dưỡng cao với
tiềm năng được sử dụng làm nguyên liệu thô trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên, vỏ cà phê lại
thường bị vứt đi hoặc sử dụng dưới dạng phế phẩm nông nghiệp. Bài tổng quan này giúp khái qt về thành
phần hóa học và lợi ích của vỏ cà phê. Ngoài ra, các nghiên cứu khoa học về ứng dụng của vỏ cà phê nhằm
tối ưu được giá trị của trái cà phê mang lại và hạn chế chất thải trong quá trình chế biến. Bên cạnh đó, do
xu hướng của thực phẩm, khả năng sử dụng vỏ cà phê để chế biến một số thực phẩm có lợi cho sức khỏe
con người như trà, sữa chua bổ sung chất chống oxy hóa từ vỏ cà phê, thực phẩm chức năng,…
Từ khóa: thành phần hóa học, hoạt tính sinh học, phụ phẩm từ vỏ cà phê
1. Giới thiệu
Quả cà phê là quả của cây thuộc họ Rubiaceae. Có hai lồi cây cà phê đã được khai thác thương mại, bao
gồm cà phê Robusta và Arabica, lần lượt chiếm 25% và 75% sản lượng cà phê trên thế giới (Mussatto và
cs, 2011b). Hiện nay, nước ta có diện tích cà phê khoảng 500000 ha, sản lượng đạt 738.000 tấn/năm (2006).
Ước tính vỏ cà phê chiếm 40-45% trọng lượng hạt cà phê thì hàng năm ngành chế biến cà phê thải ra khoảng
332.000 tấn vỏ (Đoàn Triệu Nhạn và cs, 1999). Do đó, trên thế giới người ta cũng đã tiến hành nghiên cứu
tận dụng và xử lí vỏ cà phê góp phần tận dụng hiệu quả nguồn phế thải khổng lồ này (Đoàn Triệu Nhạn và
cs, 1999).
Trên toàn cầu, cà phê là mặt hàng lớn thứ hai và sản xuất ước tính 0,5 và 0,18 tấn bã cà phê và vỏ trấu
tương ứng trên mỗi tấn cà phê tươi (Roussos và cs, 1995). Theo Tổ chức Cà phê Quốc tế (International
Coffee Organisation, 2017), sản lượng cà phê hàng năm tăng từ 140 triệu lên 152 triệu bao 60 kg kể từ năm
2010, do đó giảm thiểu phụ phẩm cà phê là một thách thức nghiêm trọng cần được giải quyết (Brendan
Janissen và cs, 2018).

359

2. Thành phần hóa học của vỏ cà phê
Thành phần hóa học của các sản phẩm phụ của cà phê thay đổi đáng kể thơng qua q trình chế biến khô
và ướt, rang và pha, với những thay đổi lớn có thể nhìn thấy trong hàm lượng chất xơ, carbohydrate và
caffein (Bảng 1).
Bảng 1: Thành phần hóa học của phụ phẩm cà phê (Brendan Janissen và cs, 2018).
Thành phần (%)

Lớp vỏ ngoài

Lớp vỏ trấu

Lớp vỏ lụa

44,00-50,00

57,80

44,00

63,00

43,00

17,90

2,30

7,00

13,10

Độ ẩm

81,40

12,00

59,00-10,30

Lipid

2,50

1,50-2,00

2,20

18,00-21,00

31,90

62,40

8,90

6,00

4,70-7,00

10,00-12,00

9,20

16,20-18,60

3,20

1,80

3,00

Caffein

1,25-1,30

1,20

1,40

Tannin

1,80-8,60

4,50-9,30

0,02

10,70

12,59

15,82

Carbohydrate
Cellulose
Hemicellulose

Chất xơ tổng số
Tro
Protein
Nito

Acid chlorogenic
3. Ứng dụng của vỏ cà phê

Việc tận dụng các sản phẩm phụ từ cà phê để gia tăng giá trị là điều cần thiết phải xem xét để hướng đến
việc xử lý chất thải cà phê và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các ứng dụng gia tăng giá trị truyền thống
gần như không hiệu quả như làm thức ăn chăn ni, phân bón,... Các ứng dụng hiện nay bao gồm sản xuất
giá thể trồng nấm, enzyme, acid hữu cơ, nhiên liệu sinh học và phân bón mang lại giá trị cao hơn (Bảng 2).

360


Bảng 2: Ứng dụng của các phụ phẩm từ cà phê và hoạt tính sinh học.
Phụ phẩm
Lớp vỏ thịt

Ứng dụng

Hoạt tính sinh học

Amylase

Nguồn tham khảo

2163 U/g Murthy và cs, 2011

Thức ăn chăn nuôi

Nurfeta và cs, 2010

Acid caffeic

7,2% Torres-Mancera và cs, 2011

Cellulase

2141 U/g Murthy và cs, 2011

Acid chlorogenic

54,4% Murthy và cs, 2012a

Phân trộn

15C/N Nogueira và cs, 1999

Acid ferulic

19,8% Torres-Mancera và cs, 2011

Giá thể trồng nấm

138% Velazquez-Cedeno và cs, 2002

Acid p-coumaric

2,3% Torres-Mancera và cs, 2011

Pectinase

12,936 U/g Murthy và cs, 2011

Polyphenol

Sera và cs, 2010

Xylanase

1,4765 U/g Murthy và cs, 2012a
Murthy và cs, 2012b
Murthy và cs, 2012c

Lớp vỏ trấu

Acid chlorogenic

17,5% Murthy và cs, 2012a

Acid citric

0,15 g/g Shankaranand và cs, 1994

Ethanol

0,085 g/g Gouvea và cs, 2009

Acid gibberellic

0,49 mg/g Machado và cs, 2002

Giá thể trồng nấm

85,8 % Velazquez-Cedeno và cs, 2002

Tannase

1,3-1,5 U/ml Battestin và cs, 2007

361


Phân trùn quế

Sathianarayanan và cs, 2008

Xylanase
Lớp vỏ lụa

9475 U/g Murthy và cs, 2012a

Chất chống oxy hóa

2,12 mmol/g Murthy và cs, 2012a

Acid chlorogenic

25% Murthy và cs, 2012a

Chất xơ

0,8 g/g Murthy và cs, 2012a

Fructooligosaccharide

0,7 g/g Mussatto và cs, 2010

β-fructofuranosidase

71,3 U/ml Mussatto và cs, 2010

4. Tác dụng sinh học của các hợp chất thu từ vỏ cà phê lên sinh vật thử nghiệm
Ngoài các đặc tính chống oxy hóa, chống viêm, chống béo phì thì các hợp chất từ cà phê như caffein, acid
chlorogenic, tannin,… cũng có một số ảnh hưởng đến các sinh vật khác tùy theo từng nồng độ được nêu ra
trong bảng 3.
Bảng 3: Tác dụng sinh học của các hợp chất thu từ vỏ cà phê lên sinh vật thử nghiệm (Brendan Janissen
và cs ,2018).
Hợp chất
Caffein

Nồng độ

Sinh vật thử nghiệm
Artemia salinab

LC50

17800 µmol/l

Brachionus calyciflorusb

EC50, ức chế sinh trưởng

104 mg/l

Brachionus calyciflorusb

LC50

24000 µmol/l

Brachionus calyciflorusb

LC50

1018 mg/l

Ceriodaphnia dubiab

EC50, ức chế sinh sản

44 mg/l

Ceriodaphnia dubiab

LC50

60 mg/l

Chironomus dilutusa

LC50

1230 mg/l

Danio reriob

EC50

10 mM

Daphnia magnab

EC50

822 µmol/l

362

Mus musculusa

LC50

127 mg/kg

Photobacterium

EC50, ức chế phát quang

3460 µmol/l

Pimephales promelasb

IC50, ức chế tăng trưởng

71 mg/l

Pimephales promelasb

LC50

100 mg/l

Streptocephalus

LC50

2110 µmol/l

Arabidopsis thalianaa

IC50, phát triển rễ

96,3 µM

Artemisia herba albaa

EC50, phát triển chồi

0,15 mM

Artemisia herba albaa

EC50, phát triển rễ

0,1 mM

Artemisia herba albaa

EC50, nảy mầm

0,5 mM

Fusarium culmoruma

EC50, ức chế tăng trưởng

> 10 mM

Fusarium graminearuma

EC50, ức chế tăng trưởng

> 10 mM

Hypericum perforatuma

EC50, tái sinh chồi

50 mg/l

Activated sludge

EC50, tỉ lệ hấp thụ oxy của vi sinh

381mg/l

phosphoreumb

proboscideus

Acid

b

chlorogenic

Tannin

vật
Danio reriob

LC50

> 100mg/l

Leuciscus idusb

LC50

1-10 mg/l

Phaeodactylum tricornutumb

IC50, tăng tốc độ sinh trưởng

26,4 mg/l

Phaeodactylum tricornutumb

IC50, ức chế tăng trưởng

< 1% v/v

363


Vibrio fischerib

1a

2

EC50, phát quang

40% v/v

trên cạn; bthủy sinh.

EC50: nồng độ giảm 50% so với đối chứng; IC50: nồng độ ức chế 50% so với đối chứng; LC50: nồng độ

đạt được 50% tỉ lệ tử vong.
5. Định hướng ứng dụng phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cà phê nhân trong tương lai
Thành phần hóa học của các sản phẩm phụ của cà phê chỉ thay đổi một chút, tuy nhiên những khác biệt nhỏ
này có thể có những hạn chế lớn đối với các ứng dụng gia tăng giá trị của chúng. Hàm lượng phenolic cao
của lớp vỏ ngoài làm cho chúng trở nên hiệu quả nhất để chiết xuất phenolic, trong khi nó hạn chế việc sử
dụng chúng làm chất nền cho các quá trình xử lý sinh học, phân trộn và phân trùn quế.
Hàm lượng chất xơ cao của lớp vỏ lụa có tiềm năng lớn để bổ sung chất xơ trong chế độ ăn uống. Hơn nữa,
hoạt động chống oxy hóa của những chất xơ này có thể được sử dụng như chất bổ trợ chống oxy hóa cho
q trình chế biến thực phẩm.
Tuy nhiên, dường như có một khoảng cách lớn trong việc sử dụng chất thải ở giai đoạn cuối thương mại
của ngành cà phê.
Hơn nữa, phụ phẩm cà phê chiếm hơn 50% tổng lượng phế thải do ngành cà phê sản xuất, do đó là một
nguồn cung lớn. Do 100% chất thải này có thể được chuyển đổi thành phân bón giàu chất dinh dưỡng, nên
có thể khẳng định rằng hiện tại chưa có cơ sở hạ tầng để giải quyết nguồn cung lớn này. Việc sử dụng phụ
phẩm đòi hỏi phải được chú ý khẩn cấp nếu chúng ta muốn cải thiện các tác động độc hại đến môi trường
và sinh thái của chất thải cà phê.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Battestin, V., Macedo, G.A., (2007) Tannase production by Paecilomyces variotii. Bioresour. Technol.

98 (9), 1832–1837.
2. Brendan Janissen, Tien Huynh (2018) Chemical composition and value-adding applications of coffee
industry by-products: A review, Australia.
3. Đoàn Triệu Nhạn, Hoàng Thanh Tiệm, Phan Quốc Sủng (1999) Cây cà phê ở Việt Nam. NXB Nông
nghiệp.
4. Gouvea, B., Torres, C., Franca, A., Oliveira, L., Oliveira, E., (2009) Feasibility of ethanol production
from coffee husks. Biotechnol. Lett. 31 (9), 1315–1319.
5. Machado, C., Soccol, C.R., de Oliveira, B., Pandey, A., (2002) Gibberellic acid production by solidstate fermentation in coffee husk. Appl. Biochem. Biotechnol. 102, 179–191.
6. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2011) Improvement of robusta coffee fermentation with microbial
enzymes. Eur. J. Appl. Sci. 3, 130–139.
364


7. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012a) Production and application of xylanase from penicillium sp.
utilizing coffee by-products. Food Bioprocess Technol. 5 (2), 657–664.
8. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012b) Recovery of phenolic antioxidants and functional compounds
from coffee industry by-products. Food Bioprocess Technol. 5 (3), 897–903.
9. Murthy, P.S., Naidu, M.M., (2012c) Sustainable management of coffee industry by-products and value
addition—a review. Res. Conserv. Recycl. 66, 45–58.
10. Mussatto, S.I., Machado, E.M.S., Martins, S., Teixeira, J.A., (2011b) Production, composition, and
application of coffee and its industrial residues. Food Bioprocess Technol. 4 (5), pp 661–672.
11. Mussatto, S.I., Teixeira, J.A., (2010) Increase in the fructooligosaccharides yield and productivity by
solid-state fermentation with Aspergillus japonicus using agro-industrial residues as support and
nutrient source. Biochem. Eng. J. 53 (1), 154–157.
12. Nogueira, W.A., Nogueira, F.N., Devens, D.C., (1999) Temperature and pH control in composting of
coffee and agricultural wastes. Water Sci. Technol. 40 (1), 113–119.
13. Nurfeta, A., (2010) Feed intake, digestibility, nitrogen utilization, and body weight change of sheep
consuming wheat straw supplemented with local agricultural and agro-industrial by-products. Trop.
Anim. Health Prod. 42 (5), 815–824.
14. Roussos, S., Angeles Aquiáhuatl, M., Refugio Trejo-Hernández, M., Gaime Perraud, I., Favela, E.,

Ramakrishna, M., Raimbault, M., Viniegra-González, G., (1995) Biotechnological management of
coffee pulp-isolation, screening, characterization, selection of caffeine-degrading fungi and natural
microflora present in coffee pulp and husk. Appl. Microbiol. Biotechnol. 42 (5), pp 756–762.
15. Sathianarayanan, A., Khan, A., (2008) An eco-biological approach for resource recycling and
pathogen (Rhizoctoniae Solani Kuhn.) suppression. J. Environ. Protect. Sci. 2, 36–39.
16. Sera, T., (2010) Coffee Biotechnology and Quality. Dordrecht: Springer, Netherlands, Dordrecht.
17. Shankaranand, V.S., Lonsane, B.K., (1994) Coffee husk: an inexpensive substrate for production of
citric acid by Aspergillus niger in a solid-state fermentation system. World J. Microbiol. Biotechnol.
10 (2), 165–168.
18. Torres-Mancera, M., Cordova-López, J., Rodríguez-Serrano, G., Roussos, S., RamírezCoronel, M.,
Favela-Torres, E., Saucedo-Casteda, G., (2011). Enzymatic extraction of hydroxycinnamic acids
from coffee pulp. Food Technol. Biotechnol. 49 (3), 369–373.
19. Velazquez-Cedeno, M.A., Mata, G., Savoie, J.M., (2002). Waste-reducing cultivation of Pleurotus
ostreatus and Pleurotus pulmonarius on coffee pulp: changes in the production of some
lignocellulolytic enzymes. World J. Microbiol. Biotechnol. 18 (3), 201–207.

365