a) Tiềm năng từ cà phê nhân xanh

Hiện nay có ba phương pháp chế biến cà phê phổ biến là chế biến khô (natural processing), chế biến ướt (washed/ wet processing) và chế biến mật ong hay chế biến bán ướt (honey/ semi-washed processing).

Chế biến khô là một trong các phương pháp chế biến lâu đời nhất, trong đó quả cà phê sau khi thu hái sẽ được rửa sạch, loại bỏ cành cây, lá cây hoặc quả hỏng rồi phơi khô dưới ánh nắng mặt trời. Quả có thể được dàn mỏng trên giàn phơi hoặc trực tiếp trên sân phơi. Quả cà phê sẽ được lên men trong quá trình phơi khô và quá trình này chỉ dừng lại khi quả đạt đến độ ẩm khoảng 10-12%. Sau đó quả cà phê sẽ được xát vỏ và thu được nhân cà phê.

Trong phương pháp chế biến ướt, sau khi xát bỏ lớp vỏ bên ngoài (sử dụng máy xát dập), cùi cà phê sẽ được lên men trong nước để loại bỏ hết phần chất nhầy, đồng thời tạo ra hương vị cho hạt cà phê. Quá trình lên men phải được theo dõi cẩn thận để đảm bảo cà phê thu được hương vị mong muốn. Phần còn lại sau khi lên men (cà phê thóc ướt) được rửa bằng nước sạch để loại bỏ hết phần chất nhầy còn sót lại sau đó đem phơi khô tới khi đạt độ ẩm 10-12% và xát bỏ lớp vỏ thóc trước khi được lưu trữ.

Phương pháp chế biến bán ướt là sự kết hợp giữa chế biến bán ướt và chế biến khô. Quả cà phê sau khi phân loại và làm sạch sẽ được xát bỏ lớp vỏ ngoài và đưa đi phơi khô. Quá trình lên men sẽ kết thúc khi quả cà phê đạt độ ẩm 10-12%. 

Trong các phương pháp chế biến trên, chế biến ướt hay bán ướt được xem là có độ đồng nhất, ổn định cao hơn so với chế biến khô, tuy nhiên đây đều là các phương pháp lên men tự nhiên, do đó phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết, môi trường. Lên men có kiểm soát là một trong các hướng đi được quan tâm nhiều hơn những năm gần đây, có tiềm năng ứng dụng với dòng cà phê đặc sản. Trong các nghiên cứu hiện nay, có hai kỹ thuật được áp dụng với phương pháp lên men có kiểm soát bao gồm: (i) bổ sung hệ vi sinh vật khởi động và (ii) lên men trong thiết bị lên men có kiểm soát.

Các vi sinh vật tham gia và có tác động có lợi tới quá trình lên men gồm vi khuẩn sinh axit lactic và nấm men, trong đó nấm men đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mùi vị của cà phê. Tùy theo mục đích của nghiên cứu mà hệ vi sinh vật khởi động có thể bao gồm vi khuẩn hoặc nấm men, hoặc cả vi khuẩn và nấm men, hoặc nhiều loại vi khuẩn hoặc nhiều loại nấm men. Hệ vi sinh vật này được phân lập từ quá trình lên men và dựa trên kết quả phân tích các sản phẩm của quá trình lên men cũng như mùi vị của sản phẩm cuối cùng, những vi sinh vật phù hợp nhất với mục đích nghiên cứu sẽ được lựa chọn. Sau đó, quá trình lên men cà phê sẽ được thực hiện bởi những hệ vi sinh vật nói trên. Saccharomyces cerevisiae là một trong các chủng nấm men thường phân lập được trong quá trình lên men cà phê. Kết quả nghiên cứu cho thấy S.cerevisiae góp phần rút ngắn thời gian lên men, tạo ra vị chua cho cà phê, đồng thời góp phần sản sinh ra nhiều hợp chất bay hơi, tăng cường mùi vị cũng như chất lượng của cà phê [1, 2]. Pichia cũng là chủng nấm men thường tìm thấy trong quá trình lên men cà phê. Pichia sở hữu nhiều khả năng rất có ích cho quá trình lên men như khả năng phân giải pectin (thành phần khiến cho cùi cà phê nhớt và rất khó tách khỏi nhân cà phê), khả năng thích nghi với điều kiện môi trường bất lợi diễn ra trong quá trình lên men, cũng như khả năng ức chế sự phát triển của nấm mốc. Theo kết quả của một nhóm nghiên cứu tại Brazil, quá trình lên men sử dụng một chủng của Pichia (P.fermentans YC5.2) đã ức chế sự phát triển của một số chủng vi sinh bất lợi, đồng thời tạo ra cà phê có hương thơm dịu nhẹ của hương hoa, hương chanh, và hương vanilla [3]. 

Hình 1. Lên men cà phê

Thiết bị lên men được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm như rượu, sữa chua, dấm, enzyme, và đã bắt đầu được sử dụng trong các nghiên cứu lên men cà phê. Đây là kỹ thuật lên men kỵ khí tự sinh, trong đó quá trình lên men diễn ra trong một thiết bị lên men đóng kín, dẫn đến sự hình thành khí CO2 trong môi trường lên men, tạo điều kiện thuận lợi cho các chủng vi khuẩn sinh axit lactic và nấm men, từ đó tăng hàm lượng các chất chuyển hóa (sản phẩm trung gian của quá trình lên men), bao gồm các tiền chất tạo nên mùi vị của cà phê. Trong nghiên cứu của Pereira năm 2022, khi lên men sử dụng kỹ thuật kỵ khí tự sinh, cà phê thu được có mùi trái cây, chocolate, và thảo mộc mạnh hơn so với cà phê được lên men theo phương pháp thông thường [4]. Nhóm nghiên cứu của tác giả Martinez cũng chỉ ra rằng lên men kỵ khí sử dụng thiết bị lên men rút ngắn thời gian lên men, giảm lượng vi sinh vật bổ sung, và giảm nguy cơ nhiễm khuẩn không mong muốn [5].

Như vậy, có thể thấy rằng so với lên men truyền thống (lên men tự nhiên), lên men có kiểm soát cho phép rút ngắn thời gian lên men, giảm thiểu khả năng nhiễm khuẩn, đồng thời tăng hàm lượng các chất chuyển hóa, góp phần làm giàu hương cũng như vị của cà phê. Một điều đặc biệt thú vị nữa trong lên men có kiểm soát, cụ thể là lên men sử dụng hệ vi sinh vật khởi động là tiềm năng điều chỉnh mùi vị của cà phê theo mong muốn dựa trên sự bổ sung các chủng vi sinh vật khác nhau được tuyển chọn. Do đó, lên men có kiểm soát là phương pháp đầy hứa hẹn trong việc nâng cao chất lượng cà phê của Việt Nam, đặc biệt là nhánh cà phê đặc sản, chiếm khoảng 2% trên thị trường thế giới và chưa đến 1% lượng cà phê xuất khẩu tại Việt Nam [6].

b) Tiềm năng từ phụ phẩm ngành chế biến cà phê

Hàng năm Việt Nam xuất khẩu khoảng 2 triệu tấn cà phê nhân, lượng vỏ thu được từ quá trình chế biến cà phê chiếm khoảng 45% khối lượng quả cà phê tươi [7], tương ứng với một khối lượng phụ phẩm nông nghiệp khổng lồ là 2 triệu tấn.  Hiện nay, một lượng nhỏ vỏ quả cà phê từ quá trình chế biến khô được tận dụng làm bio-char hoặc phân bón, một vài doanh nghiệp nhỏ cũng tận thu nguyên liệu này để chế biến trà, đồ uống. Tuy nhiên đây là con số không đáng kể, phần lớn vỏ quả cà phê từ quá trình chế biến khô được đem đốt hoặc đổ bỏ, gây áp lực lớn đối với môi trường.

Tương tự như các loại phụ phẩm nông nghiệp khác, vỏ cà phê là một loại lignocellulose, được cấu tạo bởi ba thành phần chính là hemicellulose, cellulose và lignin, trong đó cellulose là một thành phần rất hữu ích, có thể tận dụng trong nhiều ứng dụng.  

Do được cấu tạo bởi các phân tử đường glucose, cellulose có thể trở thành nguồn thức ăn vi sinh vật sử dụng để lên men tạo ra các sản phẩm có giá trị như ethanol sinh học, nhựa sinh học Polyhydroxyalkanoates (PHA), hay axit lactic là monomer để tổng hợp nhựa sinh học polylactic acid (PLA).

Hình 2. Tiềm năng tận dụng vỏ cà phê

Một ứng dụng tiềm năng khác từ cellulose (trong vỏ cà phê) là chế tạo vật liệu nanocellulose. Cellulose trong vỏ cà phê sẽ tồn tại ở hai dạng là cellulose tinh thể và cellulose vô định hình. Quá trình tiền xử lý vỏ cà phê cho phép tách cellulose nguyên chất, sau đó sử dụng enzyme hoặc axit để thủy phân, loại bỏ cellulose vô định hình và thu được nanocellulose. Nanocellulose có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy, bao bì, y sinh, mỹ phẩm, thực phẩm, vật liệu xây dựng, v.v. Do đó, sử dụng vỏ cà phê để chế tạo nanocellulose sẽ tận dụng nguồn cellulose từ loại phụ phẩm này.

Kết luận

Theo nhiều nghiên cứu, khi được tiêu thụ với một lượng vừa phải (khoảng 300-450 ml cà phê), cà phê có thể giúp ngăn ngừa một số bệnh như tiểu đường, ung thư, cũng như các rối loạn về chuyển hóa và thần kinh. Cà phê có thể giảm nguy cơ mắc các bệnh về thần kinh như bệnh Alzheimer hay Parkinson đến 30%, hoặc giảm 12% nguy cơ đau tim [8].

Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê lớn thứ hai và cũng nằm trong top 10 quốc gia tiêu thụ cà phê nhiều nhất trên thế giới [9]. Uống cà phê đã trở thành một phần trong văn hóa của người Việt Nam. Cà phê không chỉ là thứ thức uống ngon, giúp tỉnh táo, hưng phấn mà còn có lợi cho sức khỏe, và sẽ không cường điệu khi nói rằng cà phê là món quà quý giá của thiên nhiên dành cho con người. Điều này đặc biệt đúng với các quốc gia có thể trồng và xuất khẩu cà phê như Việt Nam, với 3% GDP đến từ ngành chế biến và xuất khẩu cà phê. Quy định chống phá rừng của EU mở ra một cơ hội thực sự lớn với ngành cà phê Việt Nam, việc nâng cao chất lượng hạt cà phê cũng như tận dụng tối đa nguồn phụ phẩm vỏ cà phê hứa hẹn sẽ góp phần nâng cao hơn nữa giá trị của ngành chế biến cà phê trên thị trường Việt Nam cũng như thế giới.

TS. Lê Quỳnh Dung 

Phòng Công nghệ Năng lượng và Môi trường

TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. Prakash, I., et al., Metabolomics and volatile fingerprint of yeast fermented robusta coffee: A value added coffee. LWT, 2022. 154: p. 112717.
  2. Ribeiro, L.S., et al., Behavior of yeast inoculated during semi-dry coffee fermentation and the effect on chemical and sensorial properties of the final beverage. Food Research International, 2017. 92: p. 26-32.
  3. Pereira, G.V.d.M., et al., Potential of lactic acid bacteria to improve the fermentation and quality of coffee during on-farm processing. International Journal of Food Science and Technology, 2016. 51(7): p. 1689-1695.
  4. Pereira, T.S., et al., Self-induced anaerobiosis coffee fermentation: Impact on microbial communities, chemical composition and sensory quality of coffee. Food Microbiology, 2022. 103: p. 103962.
  5. Martinez, S.J., et al., Novel stainless steel tanks enhances coffee fermentation quality. Food Research International, 2021. 139: p. 109921.
  6. Hồng, B. Giá trị riêng cho cà phê đặc sản Việt Nam. 2024; Available from: https://baotintuc.vn/kinh-te/gia-tri-rieng-cho-ca-phe-dac-san-viet-nam-20240917071444829.htm.
  7. Oliveira, G.A.-O., et al., Coffee By-Products and Their Suitability for Developing Active Food Packaging Materials. LID - 10.3390/foods10030683 [doi] LID - 683. (2304-8158 (Print)).
  8. Ramakrishna, A., Giridhar, P., & Jeszka-Skowron, M. (Eds.), Coffee Science: Biotechnological Advances, Economics, and Health Benefits. 2022.
  9. Coffee Consumption by Country 2024. 2024; Available from: https://worldpopulationreview.com/country-rankings/coffee-consumption-by-country.