Nghiên cứu phương pháp khử caffeine trong cà phê

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

BÙI THỊ PHƯƠNG NGỌC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP
KHỬ CAFFEINE TỪ CÀ PHÊ
Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và đồ uống

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2009


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:

BÙI THỊ PHƯƠNG NGỌC

Ngày, tháng, năm sinh : 30/05/1983

Giới tính : Nữ

Nơi sinh : Lâm Đồng

Chuyên ngành : Cơng nghệ Thực phẩm và Đồ uống
Khố (Năm trúng tuyển) : 2007 .
1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP KHỬ CAFFEINE TỪ CÀ PHÊ
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Tổng quan:
− Ngành cà phê: tình hình sản xuất, tiêu thụ trên thế giới và ở Việt Nam, xu hướng sử
dụng cà phê hiện nay.
− Cây cà phê: phân loại, thành phần hóa học
− Cơng nghệ khử caffeine, nhu cầu thực tế và thị trường sản phẩm cà phê khử caffeine
Thực nghiệm:
− Khảo sát nguyên liệu
− Xác định phương pháp phân tích caffeine
− Lựa chọn phương pháp hỗ trợ q trình trích ly caffeine, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
để mang lại hiệu quả tối ưu
− Đánh giá sản phẩm sau khi khử caffeine
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. TRẦN BÍCH LAM

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Trần Bích Lam

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH

Lê Văn Việt Mẫn


MỤC LỤC
YÛZ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU............................................................................................... 01
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 03
2.1. Sơ lược tình hình sản xuất, xuất khẩu, tiêu thụ cà phê trên thế giới và tại Việt Nam 03
2.1.1. Tình hình sản xuất, xuất khẩu và tiêu thụ cà phê trên thế giới ......................... 03
2.1.2. Đặc điểm ngành cà phê ở Việt Nam ................................................................. 05
2.1.3. Xu hướng mới trong tiêu dùng cà phê trên thế giới.......................................... 08
2.2. Cây cà phê.................................................................................................................... 11
2.2.1. Phân loại cà phê .............................................................................................. 11
2.2.2. Thành phần của quả cà phê ............................................................................. 13
2.2.3. Thành phần hóa học của nhân cà phê ............................................................. 14
2.3. Tổng quan về caffeine và công nghệ khử caffeine ...................................................... 22
2.3.1. Caffeine ........................................................................................................... 22
2.3.2. Công nghệ khử caffeine .................................................................................. 26
2.3.3. Thu hồi, tinh chế caffeine ................................................................................ 36
2.3.4. Xu hướng mới trong công nghệ sản xuất caffeine .......................................... 39
2.3.5. Nhu cầu thực tế và thị trường sản phẩm cà phê khử caffein ........................... 40
CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 44
3.1. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................. 44
3.2. Lựa chọn nguyên liệu dùng trong nghiên cứu ............................................................ 44
3.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................................... 45


3.3.1. Khảo sát nguyên liệu........................................................................................ 46

3.3.2. Xác định phương pháp phân tích caffeine ....................................................... 47
3.3.3. Lựa chọn kỹ thuật hỗ trợ quá trình khử caffeine ............................................. 47
3.3.4. Khảo sát quá trình trích ly caffeine dùng kỹ thuật vi sóng .............................. 48
3.3.5. Khảo sát q trình trích ly caffeine dùng nhiệt độ cao .................................... 48
3.4. Nguyên liệu - hóa chất ................................................................................................ 49
3.4.1. Cà phê .............................................................................................................. 49
3.4.2. Hóa chất ........................................................................................................... 50
3.5. Các thiết bị chính sử dụng trong nghiên cứu .............................................................. 51
3.6. Các phương pháp phân tích ........................................................................................ 51
3.7. Phương pháp đánh giá cảm quan ................................................................................ 52
3.8. Phương pháp tính tốn ................................................................................................ 53
3.9. Phương pháp xử lý số liệu .......................................................................................... 54
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN....................................................................... 55
4.1. Khảo sát nguyên liệu cà phê rang ............................................................................... 55
4.2. Chuẩn hóa phương pháp phân tích caffeine................................................................ 60
4.3. Khảo sát ảnh hưởng của kỹ thuật trích ly caffeine ................................................... 62
4.4. Khảo sát q trình trích ly caffeine dùng kỹ thuật vi sóng ......................................... 68
4.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol/nước đến quá trình khử caffeine.......... 68
4.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung mơi/cà phê đến q trình khử caffeine ..... 70
4.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình khử caffeine ........................ 72
4.5. Khảo sát q trình trích ly caffeine dùng nhiệt độ cao ............................................... 76
4.6. Đánh giá cảm quan đối với các sản phẩm sau xử lý ................................................... 80
4.6.1. Phân tích các thành phần có trong nước pha cà phê bằng phương pháp sắc kí
khí HPLC .................................................................................................................... 81


4.6.2. Đánh giá cảm quan bằng phương pháp cho điểm............................................ 85
4.6.3. Phân tích sự thay đổi về hương của sản phẩm bằng phương pháp sắc ký khí
GC-MS........................................................................................................................ 88
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 93

5.1. Kết luận ........................................................................................................................ 93
5.2. Kiến nghị...................................................................................................................... 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 95
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC BẢNG
ỶZ

Bảng 2.1: Diện tích, sản lượng cà phê Việt Nam qua các niên vụ...................................... 06
Bảng 2.2: Thành phần của quả cà phê ..........................................................................14
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của cà phê nhân ................................................................ 15
Bảng 2.4: Hàm lượng mono-và disaccharide trong các loại cà phê Arabica và Robusta .. 16
Bảng 2.5: Thành phần các acid amin có trong cà phê ........................................................ 19
Bảng 2.6: Các loại alkaloid có trong cà phê........................................................................ 20
Bảng 2.7: Hàm lượng caffeine trong các loại cà phê ......................................................... 21
Bảng 2.8: Độ tan của caffeine trong nước ở các nhiệt độ khác nhau.................................. 23
Bảng 2.9: Độ tan của caffeine trong một số dung môi hữu cơ ........................................... 24
Bảng 2.10: Một số tiêu chuẩn về cà phê khử caffeine ........................................................ 26
Bảng 2.11: Tính chất một số chất lỏng siêu tới hạn............................................................ 33
Bảng 2.12: Thống kê công nghệ và sản lượng cà phê khử caffeine ................................... 35
Bảng 2.13: Sản lượng cà phê khử caffeine trên toàn thế giới ............................................ 41
Bảng 2.14: Tỷ lệ phần trăm các phương pháp khử caffeine ............................................... 42
Bảng 2.15: Lượng cà phê khử caffeine tiêu dùng trên thế giới vào năm 1994 và 1998 ..... 42
Bảng 4.1: Thành phần hóa học của nguyên liệu cà phê rang ............................................. 55
Bảng 4.2: Thành phần hóa học có trong chất khơ hịa tan của cà phê ............................... 58
Bảng 4.3: Thời gian lưu và diện tích peak của các mẫu chuẩn caffeine ............................. 60
Bảng 4.4: Hiệu suất khử caffeine ở các điều kiện khác nhau ............................................. 65
Bảng 4.5: Hiệu suất khử caffeine ở các tỷ lệ nước trong dung môi.................................... 68

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/cà phê đến hiệu suất khử caffeine và mức độ tổn
thất chất khơ hịa tan ............................................................................................................ 70
Bảng 4.7: Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất khử caffeine và mức độ tổn thất
chất khơ hịa tan khi dùng kỹ thuật vi sóng. ........................................................................ 73
Bảng 4.8: Ảnh hưởng của thời gian trích ly- gia nhiệt đến hiệu suất khử caffeine và mức
độ tổn thất chất khơ hịa tan ............................................................................................... 77
Bảng 4.9: Thời gian lưu tương ứng với tên peak cà phê..................................................... 83
Bảng 4.10: Hàm lượng còn lại của các thành phần trong dịch trích ................................... 83
Bảng 4.11: Kết quả đánh giá cảm quan trên các mẫu ........................................................ 85
Bảng 4.12: Kết quả phân tích t-Student trên chỉ tiêu hương............................................... 86
Bảng 4.13: Kết quả phân tích t-Student trên chỉ tiêu vị đắng ............................................. 87
Bảng 4.14: Kết quả phân tích t-Student trên chỉ tiêu thể chất............................................. 88
Bảng 4.15: Thành phần hương cà phê mẫu 1 ..................................................................... 89
Bảng 4.16: Thành phần hương cà phê mẫu 2 ..................................................................... 90
Bảng 4.17: So sánh thành hần hóa học của hạt cà phê rang trước và sau khi khử caffeine 93


DANH MỤC CÁC HÌNH
ỶZ

Hình 2.1: Các nước tiêu thụ cà phê chính trên thế giới ..................................................... 04
Hình 2.2: Quả cà phê cắt ngang .......................................................................................... 14
Hình 2.3: Cơng thức cấu tạo của caffeine........................................................................... 23
Hình 2.4: Quy trình khử caffeine điển hình bằng dung mơi hữu cơ trực tiếp.................... 28
Hình 2.5: Quy trình khử caffeine điển hình bằng dung mơi hữu cơ gián tiếp ................... 29
Hình 2.6: Quy trình khử caffeine bán tự động theo Morrison và các cộng sự (1984)........ 30
Hình 2.7: Giản đồ áp suất, nhiệt độ của chất lỏng siêu tới hạn........................................... 33
Hình 2.8: dây chuyền khử caffeine bán tự động của hãng General Foods ........................ 34
Hình 2.9: Sơ đồ quy trình thu nhận caffeine, phương pháp dùng dung mơi hữu cơ .......... 37

Hình 2.10: Sơ đồ quy trình thu hồi caffeine trực tiếp từ than hoạt tính ...........................39
Hình 2.11: Tỷ lệ cà phê sử dụng cho các ngành khác nhau trên thế giới ........................... 43
Hình 3.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu ................................................................................. 46
Hình 3.2: Sơ đồ xử lý nguyên liệu ...................................................................................... 50
Hình 4.1: Đường chuẩn caffeine......................................................................................... 61
Hình 4.2: Ảnh hưởng của điều kiện trích ly đến hiệu suất khử caffeine. ........................... 66
Hình 4.3: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước trong dung môi đến hiệu suất khử caffeine.............. 69
Hình 4.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước trong dung mơi đến độ tổn thất chất khơ hịa tan..... 69
Hình 4.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/cà phê đến hiệu suất khử caffeine .................... 71
Hình 4.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/cà phê đến độ tổn thất chất khơ hịa tan ........... 72
Hình 4.7: Ảnh hưởng của thời gian trích ly - vi sóng đến hiệu suất khử caffeine ............. 74


Hình 4.8: Ảnh hưởng của thời gian trích ly - vi sóng đến độ tổn thất chất khơ hịa tan .... 75
Hình 4.9: Ngoại quan cà phê rang trước và sau khi khử caffeine, phương pháp vi sóng ... 76
Hình 4.10: Ảnh hưởng của thời gian trích ly - gia nhiệt đến hiệu suất khử cafffeine ........ 78
Hình 4.11: Ảnh hưởng của thời gian trích ly - gia nhiệt đến độ tổn thất chất khơ hịa tan. 79
Hình 4.12: Ngoại quan cà phê rang trước và sau khi khử caffeine, phương pháp nhiệt..... 80
Hình 4.13: Sắc kí đồ HPLC của dịch trích mẫu 1............................................................... 82
Hình 4.14: Sắc kí đồ HPLC của dịch trích mẫu 2............................................................... 82
Hình 4.15: Sắc kí đồ HPLC của dịch trích mẫu 3............................................................... 82


LỜI CẢM ƠN
ỶZ
Trước hết tơi xin được phép gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các
Thầy Cô khoa Hóa và Bộ mơn Cơng Nghệ Thực Phẩm đã tận tình dạy dỗ
chúng tơi trong suốt những năm vừa qua.
Xin được phép bày tỏ lòng biết ơn đối với TS. Trần Bích Lam, người đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tơi trong suốt thời gian thực hiện

Luận văn tốt nghiệp.
Tôi cũng xin cảm ơn các Thầy Cô phụ trách Phịng thí nghiệm thuộc Bộ
mơn Cơng Nghệ Thực phẩm đã hết lịng tạo điều kiện cho chúng tơi trong thời
gian thực tập nghiên cứu.
Xin cảm ơn Ban Giám Đốc Cơng ty CP Vinacafé Biên Hịa cùng tập thể
các anh chị Phịng KCS đã hỗ trợ tơi trong q trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, xin được cảm ơn gia đình và tất cả bạn bè đã tạo điều kiện
và động viên tơi hồn thành luận văn này.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07/2009
HV thực hiện
Bùi Thị Phương Ngọc


TĨM TẮT LUẬN VĂN
ỶZ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn này là tìm ra một phương pháp khử
caffeine nhanh, hiệu quả và ít ảnh hưởng đến hương vị sản phẩm. Từ việc lựa chọn
nguyên liệu là cà phê rang, chúng tôi khảo sát một số kỹ thuật hỗ trợ quá trình trích
ly và chọn phương pháp vi sóng để tiếp tục khảo sát các yếu tố ảnh hưởng, đưa ra
các thông số tối ưu.
Kết quả cho thấy sử dụng hệ dung mơi ethanol/nước có thể khử caffeine khá
hiệu quả, tiến hành đơn giản với kỹ thuật hỗ trợ trích ly bằng vi sóng hay gia nhiệt.
Phương pháp trích ly - vi sóng (2.45 GHz) 3 lần, mỗi lần 4 phút có thể khử khoảng
1/2 lựợng caffeine có trong cà phê Robusta rang vừa mà không ảnh hưởng nhiều
đến trạng thái ngoại quan của hạt cũng như tính chất cảm quan của dịch trích. Ngồi
ra, dùng hệ dung mơi ethanol/nước cũng có thể khử tới 89% lượng caffeine bằng
phương pháp trích ly - gia nhiệt (85 - 90°C, 3h).

1

Chương 1

GI Ớ I T HI Ệ U
YÛZ
Theo Hiệp hội cà phê - ca cao Việt Nam, mỗi năm Việt Nam xuất khẩu
khoảng 850.000 tấn cà phê, sang 70 quốc gia, vùng lãnh thổ và châu lục trên thế
giới [11]. Tuy được coi là nước xuất khẩu cà phê đứng thứ hai trên thế giới về số
lượng xuất khẩu nhưng Việt Nam chủ yếu xuất ở dạng nguyên liệu thô, cịn q
trình chế biến để tạo nên những sản phẩm cà phê có giá trị thương phẩm cao vẫn
chưa được phát triển xứng với tiềm năng. Hiện nay, tại nước ta, các sản phẩm từ cà
phê chưa được đa dạng và phong phú. Có hai loại sản phẩm mà trên thế giới hiện
nay có xu hướng sử dụng ngày càng nhiều, đó là cà phê khơng có caffeine và các
sản phẩm cà phê uống liền.
Caffeine trong cà phê chiếm tỷ lệ khoảng 0.8 - 2.8% (tùy chủng loại và
nguồn gốc) và đóng góp khoảng 10 - 30% vào vai trị tạo vị đắng cho sản phẩm cà
phê [33]. Như chúng ta đã biết, caffeine có những tác động sinh lý nhất định đến cơ
thể. Ngoài khả năng gây hưng phấn, làm tăng nhanh hoạt động tinh thần,... caffeine
còn mang lại những hiệu quả chữa bệnh kỳ diệu. Trong y học, người ta sử dụng cà
phê như chất trợ tim và thuốc lợi tiểu. Caffeine còn được phối hợp với những loại
thuốc giảm đau, hạ nhiệt, làm cho khả năng hấp thu thuốc tốt hơn. Caffeine cũng
được sử dụng như một chất kích thích nhẹ, tạo sự tỉnh táo trong cơng việc hàng
ngày. Tuy nhiên, caffeine cũng gây ra một số tác dụng như tăng huyết áp, tăng nhịp
tim... Có người cũng bị dị ứng với caffeine, do đó, họ khơng thể sử dụng cà phê với
hàm lượng caffeine cao được. Và nhu cầu về cà phê khơng có caffeine xuất hiện.
Hiện nay, trong công nghệ sản xuất cà phê, sản phẩm cà phê khơng có caffeine đang
được sự chú ý của người tiêu dùng và phát triển mạnh mẽ.

2

Những nghiên cứu mới nhất để khử caffeine trong cà phê là những nghiên
cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học. Tại ĐH Glasgrow (Scotland) và ĐH
Ochanomizu và Tsukuba (Nhật), các nhà khoa học đã nghiên cứu và phong tỏa gen
tổng hợp caffeine trong cà phê, hay sử dụng một enzym để ngăn cản quá trình sinh
tổng hợp caffeine ở cây cà phê.
Q trình trích ly caffeine ra khỏi cà phê hầu hết được thực hiện trước khi
thực hiện quá trình rang và xay nhằm hạn chế sự thất thốt về hương cũng như một
số hợp chất khác. Tất cả các quy trình loại caffeine khỏi cà phê hiện nay đều được
thực hiện theo phương pháp cân bằng nồng độ, do đó, sự thất thốt của các cấu tử
hương là khơng thể tránh khỏi, và cũng khơng thể loại tồn bộ caffeine có trong cà
phê được. Caffeine có thể tách bằng cách dùng dung môi hữu cơ (methylen
chloride, ethyl acetate,…), dùng CO2 siêu tới hạn, hoặc dùng nước. Ngày nay,
phương pháp dùng dung môi không được ưa chuộng do trong sản phẩm có thể cịn
sót dung mơi ở dạng vết có thể ảnh hưởng đến sức khỏe; quy trình dùng CO2 siêu
tới hạn có hạn chế là phải dùng các thiết bị chịu áp cao; do đó quy trình dùng nước
được sử dụng nhiều hơn.
Ngoài ra, một số nghiên cứu mới còn thực hiện tách caffeine từ sản phẩm cà
phê sau khi rang hay từ dịch trích ly cà phê. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn
không mang lại hiệu quả đáng kể, chỉ ứng dụng trong sản xuất cà phê hịa tan.
Trên cơ sở đó, chúng tơi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phương pháp khử
caffeine từ cà phê”. Chúng tơi tiến hành nghiên cứu q trình tách caffeine ra khỏi
hạt cà phê đã qua quá trình rang bằng các dung môi thông thường, với hàm mục tiêu
là lượng caffeine trong sản phẩm thấp nhất và giữ được hương vị cho sản phẩm tốt
nhất. Ngồi ra, chúng tơi cũng tiến hành đánh giá các chỉ tiêu về hương, vị, thể
chất… của sản phẩm sau khi xử lý.

3

Chương 2

T Ổ N G QU A N T À I L I Ệ U
ỶZ

2.1. SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, XUẤT KHẨU, TIÊU THỤ CÀ PHÊ
TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM
2.1.1. Tình hình sản xuất, xuất khẩu và tiêu thụ cà phê trên thế giới
Cây cà phê được phát hiện từ thế kỷ thứ 14 và đến thế kỷ 15, người ta mới
biết rang hạt cà phê lên và sử dụng nó làm đồ uống. Trong giai đoạn này, vùng Ả
Rập là nơi trồng cà phê độc quyền. Cho đến nay, cây cà phê được trồng tại hơn 50
quốc gia trên thế giới [12].
2.1.1.1. Tình hình sản xuất
Hiện nay, có nhiều nước sản xuất và xuất khẩu cà phê lớn trên thế giới, trong
đó Brazil là nước sản xuất cà phê lớn nhất với sản lượng trên 2 triệu tấn mỗi năm,
chiếm 25% thị trường quốc tế. Các nước xuất khẩu lớn khác là Việt Nam,
Colombia, Indonesia, Mexico, Ấn Độ, Guatemala, Ethiopia, Uganda, Costa Rica,
Peru, Burundi và El Salvador. Những nước tiêu thụ cà phê lớn nhất là Mỹ, Đức,
Pháp, Nhật Bản và Ý.
Việt Nam là nước đứng thứ hai thế giới về sản xuất cà phê. Riêng cà phê
Robusta xuất khẩu, Việt Nam đứng trên cả Brazil và trở thành nhà xuất khẩu mặt
hàng này lớn nhất thế giới.[10]
2.1.1.2. Tình hình xuất khẩu [5, 35]
Các nước sản xuất và xuất khẩu cà phê chính trên thế giới gồm một số nước
ở Nam Mỹ, châu Á và châu Phi. Các nước xuất khẩu cà phê lớn nhất thế giới là


4

Brazil, Việt Nam, Colombia, Indonesia. Trong đó, Brazil ln đứng đầu danh sách
các nước xuất khẩu cà phê lớn nhất thế giới với thị phần khoảng 28%. Colombia
cũng luôn đứng thứ hai trong danh sách này trong một thời kỳ dài, tuy nhiên từ năm
2000 vị trí này đã thuộc về Việt Nam. Giai đoạn 1991- 2000, sản lượng cà phê trên
thế giới tăng 3,7%/ năm.
2.1.1.3. Tình hình tiêu thụ [34]
Mặc dù cà phê được trồng ở các nước đang phát triển nhưng hầu hết các
nước tiêu dùng cà phê là các nước công nghiệp. Những thị trường tiêu thụ cà phê
lớn là EU, Mỹ và Nhật Bản. Thị trường châu Âu mỗi năm tiêu thụ khoảng 2 triệu
tấn, chiếm khoảng 40% tổng nhu cầu về cà phê trên thế giới.

Nguồn: ICO

Hình 2.1: Các nước tiêu thụ cà phê chính trên thế giới (%)

Các nước xuất khẩu cà phê chỉ tiêu dùng một lượng cà phê chiếm trên 20%
tổng cầu cà phê thế giới. Một nửa trong số 20% này được tiêu dùng tại Brazil, nước
có mức tiêu thụ trong nội địa chiếm tới 40% tổng sản lượng sản xuất ra. Mức tiêu


5

thụ nội địa hiện tại của các nước sản xuất cà phê (trừ Brazil) rất thấp so với mức
tiêu dùng tiềm năng. Mức tiêu dùng cà phê ở Indonesia và Việt Nam - hai nước sản
xuất cà phê lớn trên thế giới, tương ứng là 0.5 và 0.6 kg/người trong khi mức tiêu
dùng cà phê bình quân đầu người trên thế giới năm 1998 là 4.63 kg/người trong đó
Mỹ là 4.14 kg/người, EU là 5.52 kg/người, Nhật là 3.92 kg/người, Brazil là 4.58
kg/người.
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 hòa 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 chuộng 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.
2.1.2. Đặc điểm ngành cà phê ở Việt Nam
2.1.2.1. Sự hình thành và phát triển cây cà phê ở Việt nam
Cây cà phê đầu tiên được đưa vào Việt Nam từ năm 1850, mãi đến đầu thế
kỷ 20 mới được phát triển trồng ở một số đồn điền của người Pháp. Sau 1975, cà
phê được phát triển mạnh tại các tỉnh Tây Nguyên. Và chỉ trong vòng 15 - 20 năm
trở lại đây Việt Nam đã đưa sản lượng cà phê cả nước tăng lên gấp nhiều lần.
Ngoài cà phê vối đang chiếm gần hết diện tích và sản lượng, Việt Nam đang
thực hiện một chương trình mở rộng diện tích cà phê chè nhằm mục đích nâng cao
kim ngạch và chất lượng cà phê xuất khẩu.


6

Bảng 2.1: Diện tích, sản lượng cà phê Việt Nam qua các niên vụ [9, 35]

STT

NIÊN VỤ

DIỆN TÍCH (Ha)

SẢN LƯỢNG (Tấn)

1

1989 – 1990

119.3

92.000

2

1990 – 1991

115.1

100.000

3

1991 – 1992

103.7

119.200

4

1992 – 1993

101.3

136.100

5

1993 – 1994

123.9

180.000

6

1994 – 1995

186.4

218.000

7

1995 – 1996

254.2

316.900

8

1996 – 1997

340.3

420.500

9

1997 – 1998

370.6

427.400

10

1998 – 1999

477.7

553.200

11

1999 – 2000

561.9

602.500

12

2000 – 2001

565.3

640.600

13

2001 – 2002

522.2

693.300

14

2002 – 2003

510.2

676.860

15

2003 – 2004

496.8

850.440

16

2004 – 2005

497.4

855.700

17

2005 – 2006

498.6

1.107.300

18

2006 – 2007

506.0

957.000

Nguồn: GSO, 2007, 2008; ICO, 2008.

Nhìn chung, diện tích cà phê Việt Nam có xu hướng tăng trong giai đoạn từ
1989 - 2007. Riêng giai đoạn 2001 - 2004, diện tích cà phê Việt Nam sụt giảm do
ảnh hưởng của khủng hoảng cà phê trên thế giới, giá cà phê giảm xuống rất thấp.
Việc giá cà phê xuống thấp đã làm nông dân bị lỗ và họ khơng đầu tư chăm sóc tồn

7

bộ rẫy cà phê mà chỉ chú ý vào những lơ cà phê có năng suất, chất lượng tốt, số còn
lại họ chặt bỏ những cây già cỗi hoặc kém phát triển.
2.1.2.2. Tình hình sản xuất, xuất khẩu [5]
Sản lượng cà phê Việt Nam trong những năm vừa qua dao động xung quanh
mức 800.000 tấn/năm. Trong đó 95% tổng sản lượng dành cho xuất khẩu và chỉ
khoảng 5% còn lại dành cho chế biến sâu. Vì thế, giá cà phê trong nước phần lớn
chịu ảnh hưởng từ giá thị trường quốc tế. Trong khi đó, giá cà phê của Việt Nam khi
xuất khẩu đều có mức giá thấp hơn vài chục USD đến cả trăm USD/tấn so với các
nước trong khu vực và trên thế giới. Nguyên nhân chính của tình trạng này là do
chất lượng sản phẩm thấp hơn các nước khác.
Nguyên nhân cà phê Việt Nam có chất lượng thấp là do công nghệ sơ chế
của Việt Nam cịn yếu và chưa đồng bộ. Bên cạnh đó nơng dân có thói quen thu
hoạch cà phê lẫn lộn cả trái chín lẫn xanh. Vì thế, ngay cả khi cơng nghệ sơ chế tốt
thì cà phê hạt xuất khẩu Việt Nam vẫn kém.
Việt Nam ít xuất khẩu mặt hàng cà phê chế biến (cà phê hòa tan, cà phê rang
xay, cà phê 3 trong 1) mà chủ yếu vẫn tiêu thụ nội địa. Cà phê chế biến được đưa
sang thị trường Canada, Đức, Hoa Kỳ, Australia, Hàn Quốc.
2.1.2.3. Tình hình tiêu thụ
Theo nhận định của nhiều chuyên gia, tiêu thụ nội địa của cà phê Việt nam
cịn q ít. Trong khi mỗi người Bắc Âu uống 10 kg cà phê nhân mỗi năm, ở Tây
Âu là 5-6 kg thì người Việt Nam mới tiêu thụ khoảng 500 gr.[8]
Một số nghiên cứu gần đây được Ngân hàng thế giới (WB) đưa ra cho thấy
tiềm năng thị trường nội địa của Việt Nam có thể tiêu thụ tới 70.000 tấn/năm. Nghĩa
là với sản lượng cà phê hàng năm thu hoạch được 700.000 - 800.000 tấn thì lượng
cà phê tiêu thụ nội địa của Việt Nam ở mức xấp xỉ 10%.
Trong khi đó theo Hiệp hội Cà phê thế giới, tiêu dùng nội địa của cà phê Việt
Nam hiện chỉ đạt khoảng 5%, thấp nhất trong số các nước sản xuất cà phê.

8

Theo phân tích của VICOFA, một trở ngại khiến cho cà phê Việt Nam khó
tiêu thụ nội địa là do xu hướng uống cà phê "công nghiệp" trong giới trẻ ngày càng
tăng để đáp ứng nhu cầu nhanh trong nhịp sống hiện đại. Do đó, cà phê hịa tan trở
thành xu hướng tiêu dùng chủ đạo hiện nay. Song, đối với nhiều doanh nghiệp chế
biến, việc đầu tư sản xuất cà phê hòa tan lại đòi hỏi nguồn vốn và chi phí chuyển
giao cơng nghệ lớn, vì vậy các doanh nghiệp vẫn tập trung xuất khẩu cà phê nhân
hoặc cà phê bột mà bỏ qua thị trường nội địa.[10]
Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, căn cứ vào nhu cầu thị
trường, năng lực SX trong nước, hướng phát triển cà phê của Việt Nam trong thời
gian tới là vẫn duy trì diện tích, sản lượng cà phê hiện có, nhưng tăng giá trị sản
xuất cà phê theo hướng bền vững, trong đó, tỷ lệ áp dụng cà phê theo thực hành
nông nghiệp tốt (GAP) và sản xuất cà phê có chứng chỉ, truy nguyên nguồn gốc
theo nguyên tắc 4C, UTZ Kapah đạt trên 50% diện tích, khắc phục tình trạng thu hái
quả xanh. Nâng tỷ lệ cà phê chế biến sâu (cà phê hòa tan, cà phê rang xay) tăng lên
20%, trong đó 10-15% phục vụ cho thị trường nội địa, còn lại xuất khẩu, ban hành
và áp dụng quy trình GAP trong sản xuất cà phê, các tiêu chuẩn, quy chuẩn đối với
sản xuất, chất lượng cà phê, trong đó có lộ trình áp dụng tiêu chuẩn VN 4193:2005,
xây dựng thương hiệu, uy tín cà phê Việt Nam để giải quyết tốt đầu ra cho ngành cà
phê. [6]
2.1.3. Xu hướng mới trong tiêu dùng cà phê trên thế giới
Ở từng vùng miền, từng dân tộc khác nhau có những văn hóa sử dụng cà phê
khác nhau. Ví dụ như ở Anh, người ta tiêu thụ chủ yếu là cà phê hòa tan, còn cà phê
rang xay chỉ chiếm khoảng 10%. Trong khi đó ở Ý, cà phê hịa tan chỉ chiếm 1%
lượng tiêu thụ. Một ví dụ khác là ở Đức, hiện nay các loại cà phê đã qua xử lý khử
caffeine rất phổ biến, nhưng ở các nước châu Âu khác, dạng sản phẩm này hầu như
vẫn còn xa lạ. Điều này cho thấy rằng xu hướng sử dụng cà phê ở các quốc gia khác

nhau không hẳn là giống nhau. [62, 63]
Theo những nghiên cứu về tiêu thụ cà phê thế giới những năm gần đây của


9

Hiệp hội Cà phê Thế giới (ICO) hay Hiệp hội Cà phê Quốc gia Mỹ, một số dạng sản
phẩm cà phê cũng như cách thưởng thức cà phê đang dần hình thành và trở nên phổ
biến ở nhiều quốc gia trên thế giới:
2.1.3.1. Cà phê rang xay, sử dụng hệ thống máy pha tự động: cà phê espresso
Cà phê espresso có nguồn gốc ở Ý, nơi xuất hiện cách pha cà phê này vào
khoảng năm 1930. Cà phê espresso được pha chế bằng cách dùng nước nóng nén
dưới áp suất cao (khoảng 9-10 bar) qua bột cà phê được xay rất nhuyễn. Pha chế
bằng phương pháp này cà phê sẽ rất đậm và trên mặt có một lớp bọt màu nâu
(cream) góp phần quan trọng trong việc tạo hương thơm cho cà phê.
Nguyên liệu pha cà phê espresso vẫn là các hạt cà phê dùng cho các loại cà
phê khác nhưng hạt cà phê thường được rang sẫm màu hơn. Thường loại cà phê
Arabica có chất lượng cao được dùng làm cà phê espresso. Để cà phê espresso có
cream nhiều và đặc hơn người ta pha trộn hạt cà phê Arabia với Robusta, và phương
thức pha trộn 60% Arabica - 40% Robusta sẽ mang lại một ly cà phê espresso hoàn
hảo.[49]
Một số hãng cà phê nổi tiếng trên thế giới đã hình thành các hệ thống cửa
hàng cà phê ở nhiều quốc gia theo mơ hình sử dụng máy pha espresso cùng người
pha chế cà phê (barista) như Stabucks, Gloria Jean’s, Costa, Lavazza…
2.1.3.2. Cà phê có bổ sung sữa và các thành phần khác [50]
Các sản phẩm này được pha chế dựa trên nền là cà phê espresso pha bằng
máy. Sữa được bổ sung để tạo màu sắc, cấu trúc và tạo hậu vị cho sản phẩm. Nhờ
vào lượng chất béo có trong sữa, nó giúp tạo cảm giác “đầy” vị và tạo hương, đồng
thời giúp phân bố các chất béo hòa tan trong cà phê, đặc biệt đối với cà phê
espresso.

Sự kết hợp tạo sự hấp dẫn nhất là khi sữa được bổ sung ở dạng tạo lớp bọt
bên trên các sản phẩm như cappucino. Cả protein và chất béo trong sữa đều hỗ trợ
tốt cho quá trình tạo bọt: sữa gầy chứa nhiều protein giúp tạo bọt tốt hơn, nhưng sữa


10

nguyên kem với thành phần chất béo sẽ giúp bọt bền hơn.
Ngồi ra, có thể bổ sung các thành phần khác như socola, rượu mùi,…tạo ra
rất nhiều sản phẩm khác nhau.
2.1.3.3. Cà phê đóng lon [50]
Đây là loại sản phẩm đặc biệt rất phổ biến tại Nhật Bản và các nước châu Á,
nhưng lại không được ưa chuộng ở các nước phương Tây. Sản phẩm có thể là cà
phê nguyên chất hoặc cà phê có bổ sung đường, sữa,… Nhờ vào các kỹ thuật truyền
thống (như thanh trùng, tiệt trùng, đồng hóa,…) mà người ta có thể tạo ra nhiều loại
sản phẩm khác nhau, được đóng trong lon, chai hay hộp giấy.
2.1.3.4. Cà phê bổ sung hương [50]
Bắt nguồn là ở Mỹ, người ta muốn tạo ra loại sản phẩm mới dành cho những
người không uống được cà phê thay vì chỉ sử dụng các loại thức uống có gas. Dần
dần, các sản phẩm này chiếm khoảng 15% tổng lượng cà phê tiêu thụ tại Mỹ. Các
loại hương phổ biến thường được sử dụng có tên là Vanilla Nut, Irish Cream,
Chocolate, Vanilla, Macan damia Nut, Chocolate Almond, Coconut, Cinnamon
và Chocolate Raspberry Crème.
Quy trình thực hiện: người ta có thể trộn dịch chất mùi với cà phê hạt đã
được rang, hay có thể trộn chất mùi dạng bột với cà phê đã rang và xay. Trường hợp
trộn dạng bột, bột chất mùi thường được tạo ra bằng cách trộn chất mùi với chất
mang carbohydrate, sau đó đem sấy. Cà phê thường được rang hơi sậm để giảm mùi
cà phê, sau đó làm nguội xuống nhiệt độ phòng và bổ sung hương vào.
Cà phê này có thể pha chế bằng tất cả các cách, nhưng tránh dùng nhiệt độ
quá cao hay thời gian dài vì sẽ làm bay hơi các chất mùi. Ngoài ra, khi bổ sung các

thành phần khác như đường, sữa thì có thể thay đổi các tính chất cảm quan của cà
phê, đôi khi tạo ra mùi vị không mong muốn.
2.1.3.5. Cà phê không caffeine
Đây là loại cà phê rất phổ biến ở Đức, và hiện nay nhu cầu về loại cà phê này


11

cũng khá nhiều ở các quốc gia khác trên thế giới.[63]
Cà phê nguyên chất có thể gây ra một số phản ứng như làm tăng huyết áp và
làm tim đập nhanh ở những cơ thể nhạy cảm. Chính vì vậy, người ta đã nghiên cứu
tìm cách loại caffeine ra khỏi cà phê để phục vụ cho những đối tượng này.
Hiện nay việc chế biến cà phê khơng có caffein chiếm khoảng 10% thị
trường cà phê. Các chuyên gia dự đoán nhu cầu về cà phê không caffeine sẽ cao nếu
phát triển được cây cà phê khơng có caffeine tự nhiên. Gần đây, các nhà khoa học
Nhật đã phát triển giống cà phê biến đổi gen ''lọc hết caffeine'' đầu tiên trên thế giới.
Bằng cách hạn chế hoạt động của những gen tạo chất caffeine trong giống cà phê
Coffea canephora, Viện Khoa học Công nghệ Nara đã phát triển cây cà phê chứa
hàm lượng caffein thấp hơn 70% so với những cây cà phê thông thường. Hiện nay
giống cà phê Coffea canephora khơng có caffeine đang được trồng thử nghiệm tại
Nhật và sẽ được thu hoạch trong vòng 2 - 3 năm tới. [7]
2.2. CÂY CÀ PHÊ
2.2.1. Phân loại cà phê [12, 46]
Cà phê là tên một chi thực vật thuộc họ Thiên thảo (Rubiaceae). Họ này bao
gồm khoảng 500 chi khác nhau với trên 6.000 loài cây nhiệt đới. Chi cà phê bao
gồm nhiều loài cây lâu năm khác nhau, tuy nhiên, khơng phải lồi nào cũng chứa
caffeine trong hạt. Giống cà phê phổ biến nhất là 3 giống sau:
2.2.1.1. Cà phê chè (Coffea Arabica)
Là loại cây có lá bóng đẹp, hoa màu trắng thơm và quả mọng khi chín có
màu đỏ. Cà phê Arabica được cho là bắt nguồn từ vùng Ethiopia, vào thế kỷ thứ 15

người ta sử dụng nó để chế biến thành thức uống được ưa thích. Các nước như Hà
Lan, Pháp, Anh mang giống này sang các nước thuộc địa ở vùng nhiệt đới từ thế kỷ
17 trở đi. Năm 1723, Brazil bắt đầu mang giống về trồng và cho đến nay, Brazil là
nước có sản lượng cà phê lớn nhất thế giới.


12

Cà phê chè đại diện cho khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới. Loài
cà phê này cây thường thấp giống cây chè, một lồi cây cơng nghiệp phổ biến ở
Việt Nam. Cây cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao. Người ta thường trồng nó ở
độ cao từ 1000 - 1500m. Cây có tán lớn, màu xanh đậm, lá hình oval. Cây cà phê
trưởng thành có thể cao từ 4 - 6m, nếu để mọc hoang dã có thể cao đến 15m. Quả
hình bầu dục, mỗi quả chứa hai hạt cà phê.
Cà phê chè sau khi trồng khoảng 3 - 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạch.
Thường thì cà phê 25 tuổi đã được coi là già, không thu hoạch được nữa. Thực tế nó
vẫn có thể tiếp tục sống thêm khoảng 70 năm. Cây cà phê Arabica ưa thích nhiệt độ
từ 16 - 25°C, lượng mưa khoảng trên 1000 mm.
2.2.1.2. Cà phê vối (Coffea Canephora hay Coffea Robusta)
Cho đến năm 1895, người ta mới phát hiện ra giống cà phê Robusta ở vùng
Congo thuộc Châu Phi. Cà phê Robusta là cây quan trọng thứ hai trong các loại cà
phê. Khoảng 39% các sản phẩm cà phê được sản xuất từ loại cà phê này. Việt Nam
là một trong những nước xuất khẩu cà phê vối lớn nhất thế giới. Các nước xuất khẩu
quan trọng khác gồm Côte d'Ivoire, Uganda, Brasil, Ấn Độ.
Cà phê Robusta có dạng cây gỗ hoặc cây bụi, chiều cao của cây trưởng thành
có thể lên tới 10m. Quả cà phê có hình trịn, hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica. Giống
như cà phê chè, cây cà phê vối 3 - 4 tuổi có thể bắt đầu thu hoạch. Cây cho hạt trong
khoảng từ 20 đến 30 năm. Cà phê vối ưa sống ở vùng nhiệt đới, độ cao thích hợp để
trồng cây là dưới 1000m. Nhiệt độ ưa thích của cây khoảng 24 - 29°C, lượng mưa
khoảng trên 1000mm. Cây cà phê vối cần nhiều ánh sáng mặt trời hơn so với cây cà

phê chè.
Cà phê vối chứa hàm lượng caffeine cao hơn và có hương vị khơng tinh khiết
bằng cà phê chè, do vậy mà được đánh giá thấp hơn. Giá một bao cà phê Robusta
thường chỉ bằng một nửa so với cà phê Arabica. Lý do khó phát triển cà phê chè ở
Việt Nam là do độ cao không phù hợp. Những vùng chuyên canh cà phê ở Việt
Nam như Buôn Ma Thuột (Đắk Lắk), Bảo Lộc (Lâm Đồng)... đều chỉ có độ cao từ


13

500 - 1000m so với mực nước biển, loài cây này lại nhiều sâu bệnh hại nên không
kinh tế bằng trồng cà phê vối.
2.2.1.3. Cà phê mít (Coffea liberica hay Coffea excelsa)
Cà phê mít là một trong 3 loại chính của họ cà phê, tuy nhiên sản lượng
không đáng kể. Cây cao 2 -5m. Thân, lá và quả đều to, khác biệt hẳn các loại cà phê
khác là cà phê vối, cà phê chè. Do lá to, xanh đậm nhìn xa như cây mít nên gọi là cà
phê mít. Cây chịu hạn tốt, ít cần nước tưới nên thường trồng quảng canh, tuy nhiên
do năng suất kém, chất lượng không cao (có vị chua) nên khơng được ưa chuộng và
phát triển diện tích.
Hiện nay gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam được trồng cà phê vối, 10%
trồng cà phê chè, khoảng 1% còn lại được trồng cà phê mít.
2.2.2. Thành phần của quả cà phê [46]
Quả cà phê bao gồm: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân.
9

Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngồi, mềm, ngồi bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè
mềm hơn cà phê vối và cà phê mít.

9

Lớp vỏ thịt: dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt gọi là trung bì. Vỏ thịt cà phê
chè mềm, chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn. Vỏ thịt cà phê mít cứng
và dày hơn.

9

Vỏ trấu: hạt cà phê sau khi loại bỏ các chất nhờn và phơi khô gọi là cà
phê thóc, vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ mềm gọi là
vỏ trấu tức là nội bì. Vỏ trấu cà phê chè mỏng hơn và dễ đập hơn là vỏ
trấu của cà phê vối và cà phê mít.

9

Vỏ lụa: bao bọc quanh nhân cà phê cịn một lớp mỏng, mềm gọi là vỏ lụa,
chúng có màu sắc khác nhau tuỳ theo từng loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè
có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế


14

biến. Vỏ lụa cà phê vối mầu nâu nhạt. Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt
bám sát vào nhân cà phê.
9

Nhân cà phê: ở trong cùng. Lớp tế bào phần ngồi 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 từ 1 , 2 hoặc 3 nhân.
Thơng thường chỉ có 2 nhân.

Bảng 2.2: Thành phần của quả cà phê

Thành phần

Cà phê Arabica (%)

Cà phê Robusta (%)

Vỏ quả

43 - 45

41 - 42

Lớp nhớt

20 - 23

21 - 22

Vỏ trấu

6 - 7.5

6-8

Nhân và vỏ lụa

26 - 30

26 - 29

Hình 2.2: Quả cà phê cắt ngang

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