Phạm Văn Thao, Phan Thanh Bình, Nguyễn Thị Thoa
Bộ môn Công nghệ Sinh học Sinh Lý Sinh hóa và Công nghệ Sau Thu hoạch
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cà phê chè chế biến bằng phương pháp chế biến ướt mang lại sản phẩm cà phê chất lượng cao. Hiện nay, việc sử dụng enzyme (E) công nghiệp để ứng dụng trong loại bỏ lớp nhớt trên cà phê thóc đã được nhiều tổ chức, đơn vị trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Những kết quả này chủ yếu được thực hiện ở qui mô pilot, với nhiều loại chế phẩm, tuy nhiên các kết quả đã cho thấy phương pháp sử dụng enzyme có ưu điểm vượt trội so với phương pháp lên men tự nhiên và phương pháp đánh nhớt cơ học như thời gian lên men ngắn và có thể điều chỉnh được dựa vào điều chỉnh liều lượng enzyme, giảm thiểu được những tổn thương cơ học do tác dụng thiết bị đánh nhớt gây ra, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường từ nước thải chế biến, qui trình đơn giản dễ sử dụng. Một yếu tố quan trọng khác mà phương pháp này mang lại là chất lượng sản phẩm ổn định, đảm bảo yêu cầu của thị trường, chất lượng vật lý của cà phê nhân và chất lượng cà phê tách của cà phê nhân cao hơn các phương pháp hiện hành, từ đó giá bán cao hơn và đáp ứng được yêu cầu các nhà rang xay và xuất khẩu.
Để hoàn chỉnh hơn qui trình ứng dụng, tối ưu hóa việc sử dụng enzyme hoạt lực cao ở qui mô công nghiệp chúng tôi đã thực hiện nội dung "Nghiên cứu ứng dụng enzyme có hoạt lực cao để loại bỏ lớp nhớt trên cà phê thóc” đây là một trong những nội dung của dự án "Hoàn thiện công nghệ sơ chế, chế biến nâng cao chất lượng cà phê nhân, gia tăng giá trị sản phẩm cà phê Việt Nam”.
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Quả cà phê chè được thu hoạch tại Đắk Lắk và Lâm Đồng, tỉ lệ quả chín đáp ứng theo TCVN 9278-2012 về nguyên liệu quả cà phê dùng cho chế biến ướt, với tỉ lệ chín > 90%. Chế phẩm E1 (BSG Pectin Enzyme), chế phẩm E2 (Pectinase PE-500), chế phẩm E3 (Pectinex Smash XXL), chế phẩm E4 (Leafapect), chế phẩm E5 (SUKAPec). 2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Bố trí các thí nghiệm:
2.2.1. Đánh giá, lựa chọn chế phẩm enzyme pectinase mới có hoạt lực cao phù hợp cho cà phê chè
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 yếu tố, 6 công thức, 3 lần lặp lại, mỗi công thức 10 kg cà phê thóc ướt. Chọn liều lượng enzyme 150ppm để thử nghiệm cho 5 loại enzyme, thực hiện ở điều kiện thường, tỷ lệ nước/cà phê thóc: 3/10 (30%).
ĐC: Không bổ sung enzyme
CT1: enzyme 1; CT2: enzyme 2; CT3: enzyme 3; CT4: enzyme 4, CT5: enzyme 5
Chỉ tiêu theo dõi: Tỷ lệ (%) tách nhớt theo thời gian xử lý 2.2.2. Xác định liều lượng và thời gian xử lý enzyme đối với cà phê chè
Chọn loại enzyme có hoạt lực cao từ nội dung 1, thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 5 công thức x 2 khoảng thời gian đánh giá (2 giờ và 10 giờ), 3 lần lặp lại, mỗi công thức 10 kg cà phê thóc ướt.
ĐC: Không bổ sung enzyme Lên men trong 2h: CT1: 40ppm, CT2: 60ppm, CT3 80ppm, CT4: 100ppm.
Lên men trong 10h: CT1: 5ppm, CT2: 10ppm, CT3: 15ppm, CT4: 20ppm.
Chỉ tiêu theo dõi: Tỷ lệ (%) tách nhớt của cà phê thóc 20 phút/lần khi lên men trong thời gian 2h và 60 phút/lần khi lên men trong thời gian 10 giờ.
2.2.3. Xác định chế độ xử lý enzyme
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên, 16 công thức, mỗi công thức 10 kg cà phê thóc ướt, 3 lần lặp lại, sử dụng nồng độ enzyme tốt nhất từ nội dung 2, thời gian xử lý trong 2 giờ.
|
Nhân tố A (nước/nguyên liệu)
|
A1: 0/10
|
A2: 1/10
|
A3: 3/10
|
A4: 5/10
|
|
Nhân tố B số lần khuấy đảo (lần)
|
B1:0
|
B2: 1
|
B3:2
|
B4: 3
|
Chỉ tiêu theo dõi: Tỷ lệ (%) tách nhớt của cà phê sau 2 giờ lên men.
2.2.4. Xác định thời gian lên men phụ
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 6 công thức, 3 lần lặp lại, mỗi công thức 10kg cà phê thóc ướt. ĐC1: Không lên men phụ, ĐC2: Đánh nhớt cơ học, ĐC3 Lên men tự nhiên CT1: 1 giờ, CT2: 3 giờ, CT3 5 giờ Chỉ tiêu theo dõi: Chất lượng cà phê tách sau quá trình lên men phụ. 2.2.5. Đánh giá kết quả ứng dụng enzyme trên các mô hình sản xuất Bố trí 2 công thức, mỗi công thức 5 tấn cà phê thóc ướt, 3 lần lặp, thời gian lên men 2 giờ.
ĐC: sử dụng phương pháp hiện có của đơn vị
CT1: sử dụng enzyme với nồng độ enzyme theo kết quả tốt nhất các thí nghiệm trên
2.3. Các chỉ tiêu và phương pháp xác định các chỉ tiêu
- Xác định tỷ lệ tách nhót trên hạt cà phê thóc ướt: Cân chính xác 100 g hạt cà phê thóc trước khi thực hiện (M1), làm sạch nhớt toàn bộ khối lượng M1 và cân lại (M2). Sau mỗi 20 phút hoặc 60 phút tiến hành lấy mẫu, làm sạch nhớt và cân lại (M3). Mức độ sạch nhớt được xác định theo công thức : Tỷ lệ tách nhớt (%) = [(M1-M3)/(M1M2)] x 100
- Đánh giá chất lượng cà phê nhân: Theo TCVN 4193-2014 gồm: tỷ lệ tươi nhân, trọng lượng 100 nhân, tỷ lệ hạt trên các cỡ sàng.
- Đánh giá chất lượng cà phê tách: Theo phương pháp của Hiệp hội cà phê đặc sản Hoa Kỳ (SCAA, 2009). 2.4. Thời gian và địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2018 – 2019 tại Đăk Lăk và Lâm Đồng
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Sàng lọc enzyme thích hợp để xử lý lớp nhớt trên hạt cà phê chè thóc ướt
Bảng 3.1: Tỷ lệ tách nhớt (%) theo thời gian trên nguyên liệu cà phê chè thóc ướt
Qua kết quả thử nghiệm 5 loại chế phẩm enzyme mới (bảng 3.1) trên nguyên liệu cà phê chè cho thấy cả 5 loại enzyme đều có kết quả khác biệt có ý nghĩa thống kê so với đối chứng. Tuy nhiên enzyme 3 mang lại kết quả vượt trội và có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê với 4 loại enzyme còn lại và với đối chứng sau 60 phút xử lý tỷ lệ còn nhớt chỉ còn khoảng 5% trong khi các enzyme khác tỷ lệ còn nhớt khoảng hơn 50% và đối chứng tỷ lệ còn nhớt lên đến 93%. Từ kết quả trên kết hợp với yếu tố tiện lợi trong quá trình sử dụng, màu sắc và mùi cà phê thóc sau khi được xử lý làm sạch nhớt với enzyme đạt chất lượng tốt cũng như quan sát thấy lượng nước thải có độ đậm đặc thấp hơn so với các công thức còn lại nên enzyme 3 (pectinex® SMASH XXL) được chọn lựa cho quá trình khảo sát tiếp theo.
3.2. Xác định liều lượng và thời gian xử lý enzyme đối với cà phê chè
Lựa chọn 2 thời gian xử lý để phù hợp với sản xuất thực tế gồm: xử lý nhanh với liều lượng enzyme cao trong 2 giờ dành cho chế biến ban ngày và xử lý chậm với liều lượng enzyme thấp khi lên men 10 giờ dành cho chế biến ban đêm. Vì vậy cần tính toán kỹ liều lượng và thời gian xử lý phù hợp nhất để có thể sử dụng hiệu quả enzyme cũng như tiết kiệm chi phí sản xuất.
Bảng 3.2: Tỷ lệ giảm nhớt theo thời gian (%) của enzyme 3 ở các liều lượng khác nhau trên cà phê chè khi lên men 2 giờ và 10 giờ
3.3. Xác định chế độ xử lý enzyme Kết quả bảng 3.2 cho thấy rõ mối tương quan chặt giữa liều lượng và thời gian xử lý, liều lượng sử dụng càng cao thì tỉ lệ sạch nhớt càng nhanh và thời gian xử lý lớp nhớt càng nhanh. Kết quả cho thấy liều lượng enzyme 3 (pectinex® SMASH XXL) thích hợp để loại bỏ nhớt trên nguyên liệu cà phê chè ở khoảng thời gian 2 giờ và 10 giờ lần lượt là 80ppm và 10ppm với tỷ lệ nhớt còn lại 4,77% và 2,54%. Điều này vừa đảm bảo tỉ lệ sạch nhớt cao, vừa đảm bảo liều lượng sử dụng vừa phải, tiết kiệm chi phí trong sản xuất.
Thông qua số lần khuấy đảo và lượng nước bổ sung nhằm tác động lên quá trình phân bổ và hiệu quả của chế phẩm đến tỷ lệ tách nhớt hạt cà phê. Thí nghiệm đã kiểm chứng với các kết quả có sự khác biệt khá lớn.
Kết quả bảng 3.3 cho thấy khi bổ sung nước ở tỷ lệ phù hợp kết hợp và khuấy đảo nhiều thì tỷ lệ giảm hàm lượng nhớt càng nhanh. Tỷ lệ nước bổ sung/nguyên liệu cà phê thóc 3/10 và số lần khuấy đảo 3 lần là phù hợp và hỗ trợ tốt nhất cho quá trình loại bỏ nhớt trên nguyên liệu cà phê chè trong quá trình chế biến ướt có sử dụng enzyme khi lên men 2 giờ.
3.4. Ảnh hưởng thời gian lên men phụ đến chất lượng cà phê
Với thời gian lên men khá nhanh, đặc biệt đối với việc sử dụng sau 2 giờ nên quá trình hình thành hương vị của cà phế là chưa đầy đủ và đáp ứng yêu cầu. Vì vậy nghiên cứu thời gian lên men phụ để bổ sung thêm quá trình chuyển hóa tạo hương trong hạt cà phê chè.
Bảng 3.4. Chất lượng tách cà phê chè ở các công thức lên men phụ so với đối chứng lên men 2h
Kết quả (bảng 3.4) cho thấy, không có sự khác biệt rõ ràng về chất lượng cà phê tách ở các công thức lên men phụ 1 giờ và 3 giờ so với các công thức đối chứng không tiến hành ủ lên men phụ, đánh nhớt cơ học và phương pháp lên men tự nhiên. Tuy nhiên, với công thức lên men phụ có thời gian 5 giờ thì có sự khác biệt về thể chất và mùi vị của sản phẩm cuối cùng. Kết quả đánh giá chất lượng cà phê tách tốt hơn so với các công thức còn lại. Vì vậy, sau khi làm sạch nhớt cà phê cà thóc với enzyme, ủ lên men phụ cà phê đã sạch nhớt hoàn toàn khi lên men 5 giờ được khuyến khích để làm cho cà phê có hương thơm và thể chất tốt hơn, góp phần nâng cao chất lượng cà phê thành phẩm.
3.5. Kết quả đánh giá ứng dụng enzyme trên mô hình sản xuất thực tế
Từ các kết quả nghiên cứu thí nghiệm ở qui mô nhỏ, chúng tôi ứng dụng kết quả đạt được trên các mô hình sản xuất thực tế, với quy mô sản xuất lớn để so sánh sự hiệu quả với phương pháp đang được áp dụng tại các đơn vị để từ đó điều chỉnh cho phù hợp với thực tế sản xuất. Kết quả cho thấy sự khác biệt rất lớn so với phương pháp đánh nhớt cơ học và lên men tự nhiên hiện nay đang được áp dụng tại các đơn vị chế biến được thử nghiệm.
Bảng 3.5. Tỷ lệ giảm nhớt của cà phê thóc và tỷ lệ hạt hư hại do chế biến
Kết quả bảng 3.5 cho thấy khi đánh giá ứng dụng chế phẩm enzyme pectinase trong thực tế sản xuất cho kết quả rất tích cực. Cà phê thóc cho tỉ lệ sạch nhớt 96% khi xử lý enzyme trong dây chuyền chế biến ướt cà phê với liều lượng enzyme cao 80 ppm cho cà phê chè xử lý trong 2 giờ, trong khi bằng phương pháp đánh nhớt cơ học (đang áp dụng tại đơn vị thực hiện mô hình) tỉ lệ sạch nhớt của hạt cà phê chỉ sạch được 62% lượng nhớt. Một ưu thế của phương pháp tách nhớt bằng enzyme mà kết quả thử nghiệm trên 2 mô hình đã chứng minh là không gây bể nát hạt, không làm vỡ vỏ thóc như trong trường hợp đánh nhớt cơ học, từ đó làm tăng tỷ lệ sản phẩm thu hồi.
Ngoài nâng cao tỷ lệ sạch nhớt thì tỷ lệ thu hồi và chất lượng cà phê nhân cũng có bước tiến đáng kể, đây là cơ sở để các doanh nghiệp có thể giảm giá thành chế biến, nâng cao chất lượng cà phê nhân thương phẩm.
Bảng 3.6. Tỷ lệ thu hồi cà phê nhân và chất lượng cà phê nhân
Kết quả bảng 3.6 cho thấy khi xử lý enzyme trong dây chuyền chế biến ướt cà phê không chỉ rút ngắn thời gian phân hủy lớp nhớt một cách đáng kể, làm tăng công suất làm việc của xưởng xát tươi, mà còn làm giảm hao hụt khối lượng nhân so với phương pháp ủ lên men tự nhiên mà chất lượng cà phê tách không có sự khác biệt rõ nét giữa các phương pháp.
VI. KẾT LUẬN
4.1 Kết luận
Enzyme Pectinex Smash XXL là enzyme có hoạt lực cao nhất trên cà phê chè trong số 5 loại enzyme được khảo sát đánh giá. Liều lượng enzyme Pectinex Smash XXL thích hợp để loại bỏ nhớt trên nguyên liệu cà phê chè 80ppm (xử lý 2h) và 10ppm (Xử lý 10h). Tỷ lệ nước/nguyên liệu cà phê thóc là 3/10 và số lần khuấy đảo 3 lần. Thời gian lên men | phụ là 5 giờ sau khi làm sạch nhớt.
Ứng dụng enzyme để làm sạch nhớt cà phê chè trên mô hình sản xuất thực tế cho hiệu quả cao với tỉ lệ cà phê thóc sạch nhớt cao giúp rút ngắn thời gian sản xuất, giảm hao hụt khối lượng nhân, giảm tỉ lệ hư hại sản phẩm so với phương pháp tách nhớt đơn vị áp dụng.
4.2 Kiến nghị
Áp dụng rộng rãi kết quả nghiên cứu vào sản xuất tại nhà máy chế biến ướt cà phê chè.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TCVN 4193:2014. Tiêu chuẩn Quốc gia về Cà phê nhân. TCVN 9278:2012. Tiêu chuẩn Quốc gia về Cà phê quả tươi – Yêu cầu kỹ thuật. Nguyễn Văn Thường và cộng sự (2012). Báo cáo đề tài “Nghiên cứu ứng dụng enzyme trong giai đoạn chế biến hạt cà phê để nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm” thuộc Đề án Phát triển và ứng dụng CNSH trong lĩnh vực công nghiệp chế biến đến năm 2020
Speciality Coffee Association of America (SCAA), 2009. SCAA protocols. Cupping Specialty Coffee. November 21, 2009. Pages: cover +7.
Một số hình ảnh thí nghiệm
