Tiểu luận môn học phát triển sản phẩm Nghiên cứu phát triển sản phẩm cà phê bột khử cafein DECAF COFFEE

I.Đặt vấn đề - Ý tưởngCà phê là một loại thức uống màu đen có chứa chất cafein và được sử dụng rộng rãi, được sản xuất từ những hạt cà phê được rang lên, từ cây cà phê.. Café decaf là lo

I.Đặt vấn đề - Ý tưởng

Cà phê là một loại thức uống màu đen có chứa chất cafein và được sử

dụng rộng rãi, được sản xuất từ những hạt cà phê được rang lên, từ cây cà phê Cà phê được sử dụng lần đầu tiên vào thế kỉ thứ 9, khi nó được khám phá

ra từ vùng cao nguyên Ethiopia Từ đó, nó lan ra Ai Cập và Yemen, và tới thế

kỉ thứ 15 thì đến Armenia, Persia, Thổ Nhĩ Kỳ và phía bắc Châu Phi Từ thế giới Hồi giáo, cà phê đến Ý, sau đó là phần còn lại của Châu Âu, Indonesia và

Mĩ Ngày nay, cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu

Ba loài cà phê là Coffea Arabica – cà phê chè, Coffea Robusta – cà phê vối, và Coffea Liberica Chỉ có cà phê Arabica và Robusta là có giá trị kinh

tế Ba phần tư lượng cà phê của thế giới là Arabica Cà phê là một chất cực kỳ phức tạp Người ta ước lượng rằng cà phê chứa hơn 2000 chất hoá học.Chất thu hút sự quan tâm của người tiêu dùng là cafein trong cà phê

Trong những năm gần đây, người ta đã bàn luận rất nhiều về ảnh hưởng của cafein đến sức khoẻ con người 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 Hiện nay trong công nghệ sản xuất cà phê, sản phẩm cà phê không có cafein hoặc hàm lượng cafein thấp (hay còn

gọi là Decafeinated Coffee – Decaf Coffee) đang được sự chú ý của người sử dụng và phát triển mạnh mẽ

Tại Việt Nam, các sản phẩm từ cà phê chưa được đa dạng và phong phú Chúng ta chủ yếu xuất nguyên liệu thô cho thế giới, còn quá 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

Do đó hiện chưa có loại cà phê khử cafein như nhiều nước khác trên thế giới Café decaf là loại cà phê để phục vụ cho những khách hàng ưa thích

cà phê nhưng cơ thể lại quá nhạy cảm với chất kích thích – cafein

Xuất phát từ lý do trên chúng tôi có ý tưởng nghiên cứu phát triển sản

phẩm cà phê bột khử cafein (coffee decaf) như là một món quà tuyệt vời cho

những ai bị tim mạch hoặc muốn thưởng thức café vào buổi tối mà không bị mất ngủ

II Nhu cầu thị trường

1 Tình hình ngoài nước

Tình trạng tiêu thụ cà phê trên thế giới gần đây đang thay đổi Tiêu thụ ở các nước sản xuất cà phê tăng lên, trong khi tiêu thụ của các nhập khẩu truyền thống giảm đi

- Năm 2003 toàn thế giới tiêu thụ 113 triệu bao, trong đó các nước nhập khẩu tiêu thụ 85.2 triệu bao, các nước sản xuất tiêu thụ nội địa 27.6 triệu bao

- Năm 2004 toàn thế giới tiêu thụ 112.4 triệu bao, trong đó các nước nhập khẩu tiêu thụ 84.3 triệu bao (giảm 1.05%), các nước sản xuất tiêu thụ nội địa 28.1 triệu bao (tăng 1.78%)

- Brazil là nước sản xuất cà phê lớn nhất thế giới nhưng là nước tiêu thụ cà phê lớn thứ ba thế giới, khoảng 13.75 triệu bao trong niên vụ 2003

- Ethiopia, quê hương của cà phê có truyền thống uống cà phê, trong năm 2004 họ tự tiêu thụ khoảng 42% lư ợng cà phê trong nước sản xuất ra

- Các nước sản xuất khác tiêu thụ cà phê nhiều là: Indonesia, Colombia, Mexico và Ấn Độ

- Việt Nam đang khuyến cáo người dân tăng cư ờng uống cà phê và

số lư ợng các nhà rang xay cà phê cung cấp cho thị trường nội địa ngày càng nhiều Mức tiêu thụ cà phê năm 2003 trên thế giới chia theo khu vực như sau:

- Châu Âu : 36.5 triệu bao, tăng trưởng 1% so với năm 2002

- Bắc Mỹ và trung Mỹ : 25.9 triệu bao, tăng trưởng 2% năm, hơi cao hơn Châu Âu

- Đông Nam Á: 15.5 triệu bao, tăng trưởng khá nhanh (7% năm)

- Đông Âu: là thị trường nhỏ, tiêu thụ 8.6 triệu bao, tỉ lệ tăng trưởng 5% năm

Theo thống kê của Tổ C hức Cà Phê Thế Giới ICO, so sánh hai giai đoạn 2000 -2003 và 1990-1993 thấy mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người ở nhiều nước Châu Âu (Áo, Đan Mạch, Phần Lan, Pháp , Đức, Hà Lan, Na Uy, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Vương Quốc Anh) và Mỹ đều giảm đáng

kể Chỉ vài nước như Ý, Bỉ/Luxembourg và Nhật Bản có mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người tăng

Bảng 1: Thay đổi mức tiêu thụ cà phê bình quân đầu người giai đoạn

2000-2003 so với giai đoạn 1990-1993 ở 14 quốc gia nhập khẩu.

Quốc gia nhập khẩu %thay đổi mức tiêu

thụ đầu người Quốc gia nhập khẩu

%thay đổi mức đầu người

Nguồn : ICO, Annual Review 2003/04

2 Tình hình tiêu thụ cà phê tại Việt Nam:

Sản xuất cà phê tại Việt Nam được bắt đầu từ những năm đầu thế kỉ

20 đến nay đã được 100 năm nhưng ngành cà phê chỉ mới thực sự phát

triển cả về mở rộng diện tích và nâng cao năng suất, sản lượng trong vòng

25 năm lại đây Trong khoảng 1/4 thế kỉ, ngành cà phê Việt Nam đã tăng

sản lượng cà phê lên 100 lần và đứ ng vào hàng thứ hai trong các nước sản

xuất cà phê trên thế giới, hàng năm cung cấp cho thị trường 12 -14 triệu

bao cà phê Robusta

Tháng 6/2004, các chuyên gia của ngân hàng thế giới đã đánh giá cao

ngành cà phê Việt Nam: “Chỉ trong vòng 10 năm đã phát triển lên vị trí thứ

2 thế giới trong khi để làm được việc đó Colombia đã phải trải qua chặng

đường 75 năm”

Bảng 2: Diện tích, năng suất và sản lượng cà phê

Năm

Diện tích (ha)

Năng suất (T/ha)

Sản lượng (T)

Xuất khẩu (T)

Kim ngạch (triệu USD )

Giá (USD/T)

0

3

3

5

1

3 Nhu cầu về cà phê khử cafein

Ngày nay, mối quan tâm về sức khỏe và nhữ ng loại thực phẩm có

liên quan đến sức khỏe ngày càng gia tăng Do đó, khi các tác dụng sinh lý

của cafein trong cà phê được biết đến rộng rãi thì ngày càng có nhiều người

chuyển dùng các loại đồ uống có ít hoặc không có cafein Tại Mỹ và Tây

Âu, khoảng 8-10% lượng cà phê nhân nhập khẩu hàng năm được xử lý để

loại cafein

III Cơ sở khoa học của sản xuất cà phê tách cafein

1.Hợp chất cafein

- Công thức phân tử : C 8 H 10 N 4 O 2

- Tên hóa học: 1,3,7_Trimethylxanthine; 3,7-Dihydro-1,3,7-Trimethyl-1H-purine-2,6-dione; 1,3,7-Trimethyl-2,6-dioxopurine; 7-Methyltheophylline.

Cấu tạo phân tử cafein

Cafein có bản chất hóa học là một alkaloid, thuộc nhóm các hợp chất

có vòng purine Cafein tồn tại ở dạng tinh thể trắng ngậm nước, nóng chảy ở

1360C, thăng hoa ở 1780C Độ tan của cafein: Cafein tan trung bình trong nước Độ tan của cafeine thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ

2.Ảnh hưởng của cafein đến cơ thể người

Cafein ảnh huởng rất nhiều đến,thần kinh, hệ tiêu hóa, hệ bài tiết của

con người Đã có rất nhiều những nghiên cứu về ảnh hưởng của cafein tới sức khỏe của con người Trong đó

- Cafein ảnh hưởng đến hệ thần kinh

Tác dụng chính của cafein là kích thích hệ thần kinh trung ương Bằng chứng là khi hấp thụ một lượng methylxanthine ở mức trung bình (10μM) cóM) có thể ảnh hưởng đến sự dẫn truyền thần kinh, tại đó cafein ức chế hoạt động của adenosine (chất dẫn truyền xung động thần kinh) bằng cách cạnh tranh với adenosine trong việc kết hợp với các đầu tiếp nhận adenosine, qua đó làm thay đổi nồng độ một số chất trong nội bào Cafein liều cao có thể gây ra một hiệu ứng giống như stress Ở người cai nghiện cafein thường thấy nhức đầu

dữ dội do sự co mạch máu não

- Cafein ảnh hưởng đến hệ tuần hoàn

Cafein và một số methylxanthine khác có thể ảnh hưởng đến chức năng tim mạch bằng cách làm thay đổi sự co bóp của tim và mạch máu Bằng chứng là ở mức hấp thu 250mg cafein làm giãn các cơ mềm của mạch máu và làm tăng nhịp tim Với những người không có thói quen dùng cà phê thì cafeine có thể làm tăng áp lực máu và thường trở lại bình thường sau 3-4h

- Cafein ảnh hưởng đến hệ tiêu hóa

Cafeine làm tăng tiết acid dạ dày, do đó không tốt cho những người bị viêm loét dạ dày Ngoài ra, cafein có thể gây ra một số triệu chứng như khó tiêu, ợ nóng, đau bụng, hoặc táo bón

- Cafein ảnh hưởng đến hệ bài tiết

Cafein giúp lợi tiểu vì làm tăng lưu lượng máu qua thận và tốc độ lọc của thận Cafein làm tăng sự giải phóng các thận tố từ thận

- Các ảnh hưởng khác

Li và các cộng sự của mình tại nghiên cứu của Viện Kaiser Permanente

(Oakland, Mỹ) đã mời 1.063 phụ nữ Mỹ chưa bao giờ thay đổi thói quen uống

đồ uống chứa cafein trong suốt quá trình mang thai tham gia vào nghiên cứu này Họ sẽ nói về mình thông qua một bảng kê chi tiết về những gì họ uống trong ngày cũng như việc họ có ốm nghén vào buổi sáng hay không Kết quả

cho thấy, những phụ nữ uống 200mg cafein hoặc nhiều hơn thế trong một

ngày sẽ tăng gấp đôi nguy cơ sẩy thai so với những phụ nữ hoàn toàn không uống gì liên quan đến chất cafein

Các nhà khoa học cũng cho rằng cafein làm giảm khả năng hấp thu canxi của cơ thể

Như vậy ngoài tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương cafein còn gây ra một số tác dụng tiêu cực cho sức khỏe như 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

3 Ưu thế của cà phê tách cafein

Do chất cafein có tác dụng trực tiếp đến sức khỏe của con người, có thể

là tác động tích cực hoặc tiêu cực nhưng theo xu thế hiện nay người tiêu dùng càng ngày càng quan tâm tới sức khỏe vì vậy sản phẩm cà phê không có cafein đang được sự chú ý của người sử dụng và phát triển mạnh mẽ

Theo nghiên cứu do các nhà khoa học Anh thực hiện 2010, những người uống 5 tách cà phê không còn cafein/ngày giảm được tới 40% nguy cơ ung thư não so với những người uống ít hơn hoặc không uống Ngoài ra, với tần suất dùng 5 tách ngày còn có tác dụng giảm nguy cơ ung thư miệng, vòm họng, thậm chí tác dụng ngừa ung thư của cà phê không cafein còn tốt hơn cả trà, nhất là phòng chống bệnh ung thư não

Tạp chí chuyên đề JNCI của Viện Ung thư quốc gia Mỹ số ra đầu tháng 5/2011 đăng tải nghiên cứu dài kỳ của các chuyên gia ở ĐH y khoa Harvard (Mỹ) phát hiện thấy sử dụng cà phê thường xuyên, nhất là cà phê khử cafein

có tác dụng giúp cơ thể tránh xa nguy cơ mắc bệnh ung thư tiền liệt tuyến

Theo nghiên cứu này, những ai uống 6 tách cà phê khử cafein/ngày sẽ giảm tới 20% rủi ro mắc bệnh ung nói trên so với người không dùng

Tóm lại tách bớt hàm lượng cafein trong cà phê là giải pháp cần thiết

để giảm thiểu các tác hại của cà phê hàm lượng cafein cao,giúp cho nhiều đối tượng có thể sử dụng cà phê, góp phần phát triển ngành chế biến cà phê của việt nam theo xu hướng tiêu thụ của thế giới

IV Các bước tiếp cận sản phẩm

Hiện nay, trên thế giới nhu cầu sử dụng sản phẩm cà phê không có cafein cũng ngày càng tăng Đây là một sản phẩm mới có giá trị cao do đáp

ứng nhu cầu tiêu thụ đặc biệt Ở Việt Nam dòng sản phẩm này chưa được các đơn vị chế biến cà phê quan tâm Trên cơ sở đó, sản phẩm cà phê khử cafein

(decaf coffee) được phát triển nhằm đáp ứng một cách tốt hơn đòi hỏi người

tiêu dùng, khả năng cạnh tranh trên thị trường theo hướng

- Bước 1: Tổng hợp các ý kiến của khách hàng, nhất là khách hàng có nhu cầu

sử dụng cà phê thường xuyên nhưng mẫn cảm với cafein (tim mạch, tiểu

đường….)từ đó phát triển ý tưởng sp mới ( decaf coffee) có sự cải tiến phù

hợp hơn, đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng

- Bước 2:Nghiên cứu quy trình chiết tách cafein, xây dựng quy trình sản xuất,

sản xuất thử sản phẩm mẫu, đánh giá các chỉ tiêu cảm quan và phân tích các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu

- Bước 3: Đánh giá hiệu quả và sự chấp nhận của đối tượng sửdụng

- Bước 4: sản xuất sản phẩm decaf coffee ở quy mô công nghiệp

V Thiết kế sản phẩm

1.Nguyên liệu và tiêu chuẩn nguyên liệu

Để sản xuất bột cà phê tách cafein, ta sử dụng nguyên liệu là cà phê nhân -Độ ẩm: 12,5% max

- Đen, vỡ: 0% - 3% max

- Tạp chất: 0% - 0,5% max

- Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807: 2001

- Hàm lượng cafein: không ít hơn 1% khối lượng

- Màu sắc, mùi vị tự nhiên

- Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…

Theo tiêu chuẩn TCVN 4193:2001: 90 lỗi max/300gr

Hình ảnh hạt cà phê nhân

2 Xác định quy trình công nghệ

Hiện nay có 3 phương pháp tách cafein chính là: tách cafein bằng nước, carbon dioxide khử cafein, dung môi khử cafein Tuy nhiên quy trình tách cafein bằng nước (quy trình swiss water) là phương pháp được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất hiện nay, vì những lợi ích của quy trình này là một sự điều chỉnh hương vị, 100% không có hóa chất , quá trình khử cafein nước tinh khiết mang đến những kỳ vọng của người tiêu dùng ngày nay

Theo phương pháp này, hạt cà phê sẽ được đem ngâm với nước nóng ở nhiệt độ thích hợp, sau đó, nước này được xử lý với than hoạt tính để loại cafein rồi đem đi thu hồi các cấu tử hương và tinh dầu khác

3.Xác định tiêu chuẩn sản phẩm

3.1.Chỉ tiêu cảm quan

- Màu sắc: bột cà phê thành phẩm có màu cánh gián đậm

- Trạng thái: không cháy, không vón cục

- Mùi: thơm đặc trưng, không có mùi lạ

- Vị: Vị đậm đà, thể chất phong phú, hấp dẫn

3.2 Chỉ tiêu hóa lý của bột cà phê thành phẩm

- Độ mịn: dưới rây ɸ0.56mm ít hơn 30% khối lượng, trên rây ɸ0.25mm không nhiều hơn 15% khối lượng

- Độ ẩm: không lớn hơn 5%

- Hàm lượng cafein: 0,1% khối lượng (tương ứng cà phê bột tách 97% cafein)

- Tỷ lệ chất tan trong nước: không ít hơn 25% khối lượng

Cà phê nhân

Bồn ngâm tách cafein và hương

Nước nóng

Hạt cà phê tách cafein và hương

Nước bão hòa cafein và hương cà phê

Cột than hoạt tính bão hòa chất khô

Nước chứa hương cà phê

Cà phê nhân

cà phê tách cafein

Cột than hoạt tính chứa cafeinTái sinh

Nước cafein

Tái sử dụng

4 Quy trình công nghệ sản xuất cà phê bột tách cafein bằng phương pháp Swiss water

4.1 Quy trình tách cafein bằng phương pháp Swiss water

Cà phê nhân

Tách cafein

Sấy

Rang

Xay

Phối Trộn

Đóng gói

Sả

n ph ẩm 50-600C

Phụ gia

Phụ gia

Phụ gia

4.2 Quy trình sản xuất cà phê bột tách cafein

4.3 Tóm tắt quy trình công nghệ

- Mục đích: tách tạp chất xuất hiện trong đống hạt cà phê nhân như cát,

đá, gỗ vụn, cao su, mảnh kim loại, vỏ trấu, vải sợi từ các bao vận chuyển

-Nồng độ chất khô hòa tan của dịch trích sau quá trình tách cafeine: 30%

- Thời gian trích ly: 8h Hiệu suất trích ly: 99,9%

- Độ ẩm hạt sau khi tách cafeine: 53% -Nhiệt độ trích ly: ở nhiệt độ phòng.

-Tốc độ dòng khí: 1-3m/s -Nhiệt độ: 60-70 o C -Thời gian: 1h, Độ ẩm vào : 53%, Độ ẩm ra : 10-12%.

-Nhiệt độ tác nhân: 450 oC

- Nhiệt độ hạt cao nhất là 250 o C

- Số vòng quay của thùng: 2-7 vòng / phút

- Thời gian lưu hạt trong thiết bị: 10-12 phút.

-Độ ẩm hạt cà phê đưa vào xay là: 2,5%

- Nhiệt độ xay : 60-70 o C

- Kích thước hạt sau xay: tùy chế độ xay

- Nguyên tắc: Dùng sàng rung, dòng khí thổi và thiết bị tách từ để tách các tạp chất và kim loại Dòng hạt cà phê nguyên liệu đi qua sàng rung 2 lớp, lớp trên sẽ giữ lại những tạp chất có kích thước lớn Những hạt qua sàng sẽ được tiếp tục tách bụi cát nhỏ qua lưới sàng Khi dòng nguyên liệu đi đến đầu máy sàng thì quạt gió đặt ở đây sẽ thổi bay các tạp chất nhẹ như vỏ trấu, bụi… sau đó dòng nguyên liệu sẽ đi qua thiết bị tách từ để tách các tạp chất kim loại Cuối cùng ḍng nguyên liệu sẽ đi qua thiết bị phân riêng theo tỉ trọng Dòng hạt sẽ chuyển động trên một bề mặt có đục lỗ Do tác động rung

và chuyển động của dòng không khí từ dưới lên sẽ tách được những tạp chất

có tỉ trọng tương đương với tỉ trọng cà phê

 Quá trình tách cafein

- Chuẩn bị dịch trích: Khối hạt cà phê sẽ được ngâm trong nước nóng

để trích ly cho đến khi cân bằng các chất khô hòa tan kể cả cafeine, sau đó mẻ

cà phê này sẽ được loại bỏ Tiếp đến, lượng cafein trong dịch trích cân bằng vừa thu được sẽ được tách ra hoàn toàn bằng chloroform Như vậy, dịch trích sau khi chuẩn bị sẽ chứa một lượng cân bằng các chất khô hòa tan trong nước

mà không chứa cafein Phần dịch trích này được chia làm 3 phần:

Phần thứ nhất dùng để bão hòa chất khô cho than hoạt tính, phần này sẽ được loại bỏ

Phần thứ hai được dùng làm dịch trích cân bằng

Phần thứ ba được dùng để tái sinh cột than hoạt tính

- Chuẩn bị than hoạt tính: Ngâm than hoạt tính trong dịch trích trên ta thu được than hoạt tính “bão hòa” các chất khô hòa tan trong hạt cà phê mà không chứa cafein

- Tách cafein: Hạt cà phê được chứa trong thiết bị trích ly Dịch trích đã chuẩn bị sẽ được bơm vào thiết bị theo chiều từ dưới lên Lưu lượng hay thời gian lưu của dịch trích sẽ được tính toán sao cho trích ly cafein triệt để nhất

- Tái sử dụng dịch trích: Sau quá trình trích ly, một phần nhỏ chất khô trong dịch trích bám lên bề mặt hạt và nồng độ chất khô hòa tan của dịch trích tăng lên, do đó để tái sử dụng dịch trích ta thực hiện như sau: Dùng nước sạch