Mỗi năm có khoảng 6 triệu tấn bã cà phê thải ra môi trường. Bã cà phê chứa nhiều thành phần có giá trị như polysaccharide, protein và các hợp chất phenolic nhưng chưa được sử dụng hợp lý. Mục đích của nghiên cứu này là khai thác những sản phẩm có giá trị như dầu và đường có hoạt tính sinh học từ bã cà phê, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế của ngành công nghiệp cà phê đồng thời góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Dầu cà phê được chiết bằng bốn phương pháp khác nhau bao gồm ngâm chiết tĩnh, Soxhlet, sử dụng sóng siêu âm và chiết xuất có hỗ trợ vi sóng. Phần bã sau khi tách dầu sẽ tiếp tục được thủy phân bằng enzyme Cellulast và Viscozyme. Dịch thủy phân được phân tích thành phần đường đơn, hợp chất phenolic tổng số và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa. Kết quả cho thấy, phương pháp sử dụng sóng siêu âm cho hàm lượng dầu cao nhất 9,64%; dầu cà phê có tỷ trọng 0,94 kg/L; chỉ số acid 7,80 mg KOH/g; chỉ số xà phòng hóa 16,33 mg KOH/g và chỉ số este 8,57 mg KOH/g. Hiệu suất thủy phân cao nhất khi xử lý bã cà phê với 2% Viscozyme sau 24 giờ. Dịch thủy phân bã cà phê chứa 2016,4 mg/L đường khử bao gồm 464,2 mg/L mannose; 947,1 mg/L glucose và 256,3 mg/L galactose; 401,7 mg/L phenolic tổng số và hoạt tính chống oxy hóa tương đương 564,3 mg/L vitamin C. Kết quả nghiên cứu cho thấy, có thể thu nhận 96 kg dầu cà phê, 48 kg đường và 10 kg hợp chất phenolic từ 1 tấn bã cà phê khô.
Cà phê hiện nay đang là mặt hàng giao dịch nhiều thứ hai trên thế giới chỉ sau dầu mỏ và là loại đồ uống phổ biến chỉ sau nước. Theo ước tính của Tổ chức Cà phê Quốc tế (ico.org), trong giai đoạn 2019 - 2020 toàn thế giới tiêu thụ 169,34 triệu bao cà phê (1 bao có trọng lượng tương đương 60 kg). Theo ước tính, 1 tấn cà phê nhân có thể tạo ra 650 kg chất thải và 1 kg cà phê dùng cho sản xuất cà phê hòa tan thì thải ra 2 kg chất thải ướt (Mata & ctv., 2018). Do đó, tổng lượng bã thải ra lên tới 6 triệu tấn trong giai đoạn 2019 - 2020. Riêng tại Việt Nam, thị trường tiêu thụ nội địa đạt 200.000 tấn cà phê/năm và thải ra khoảng 120.000 tấn bã cà phê. Ở Việt Nam, bã cà phê thường được dùng để làm giá thể trồng cây, phân bón hoặc làm chất đốt. Một lượng lớn bã cà phê không được xử lý gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Theo Cruz & ctv. (2012), bã cà phê chứa từ 7 đến 16% hàm lượng dầu. Dầu cà phê thường dùng trong mĩ phẩm, có tác dụng ngăn ngừa lão hóa da hoặc được chuyển hóa thành diesel sinh học. Dầu cà phê chứa các acid béo, caffein và các hợp chất phenolic (Chai & ctv., 2021), có khả năng khử mùi, thanh lọc không khí và diệt khuẩn hiệu quả; giúp tinh thần thư giãn, tỉnh táo, rất phù hợp cho không gian phòng làm việc và xe hơi. Bã cà phê được cấu tạo từ các thành phần chính là hemicellulose (39,1%), cellulose (12,4%) và lignin (23,9%) (Mussatto & ctv., 2011). Polysaccharide trong bã cà phê chủ yếu là galactomannan và ara-binogalactan, hai thành phần này đã được nghiên cứu thủy phân để tạo đường cho quá trình lên men sản xuất bioethanol và thu nhận mannose để bổ sung vào thực phẩm, đồ uống và thuốc điều trị bệnh (Rocha & ctv., 2014; Hu & ctv., 2016; Woldesenbet & ctv., 2016). Một số nghiên cứu chiết dầu cà phê để sản xuất dầu diesel sinh học, phần bã còn lại sau khi chiết dầu chiếm 85-93% khối lượng bã ban đầu chủ yếu chứa polysaccha-rides mà chưa được khai thác sử dụng (Cruz & ctv., 2012). Phần bã này thải ra môi trường và gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý. Polysaccharide trong bã cà phê có thể được thủy phân thành đường đơn như mannose, galac- tose và glucose bằng acid hoặc enzyme. Quá trình thủy phân bằng acid sinh ra các sản phẩm phân hủy không mong muốn và khó ứng dụng vào thực phẩm. Thủy phân bằng enzyme là phương pháp thân thiện với môi trường, an toàn, không có sản phẩm phụ và được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm. Dịch thủy phân bã cà phê chứa chủ yếu đường mannose, glucose và galactose. Man-nose là đường có năng lượng thấp hơn glucose và saccharose nên được sử dụng rộng rãi trong thực
phẩm và công nghiệp phụ gia thực phẩm. Ngoài ra, mannose được chứng minh có nhiều lợi ích với sức khỏe như với hệ thống miễn dịch, bệnh đái tháo đường, bệnh đường ruột và nhiễm trùng đường tiết niệu. Mannose là nguyên liệu ban đầu để tổng hợp các chất kích thích miễn dịch (im-munostimulator), chất chống khối u (anti-tumoragent), vitamin và D-mannitol (Wu & ctv., 2019).
Việc tổng hợp mannose hóa học và chiết xuất từ thực vật không đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong công nghiệp hiện nay. Ngoài ra, bã cà phê còn chứa caffeine 0,007 - 0,5%, các hợp chất polyphenol 8,8 - 14,4 mg GA/g (Cruz & ctv., 2012; Rochín-Medina & ctv., 2018; Seo & Park, 2019). Polyphenol có mặt trong cả dầu và dịch thủy phân từ bã cà phê. Hợp chất này được biết đến là nhóm chất có khả năng chống oxy hóa, kháng viêm, kháng vi khuẩn và nấm.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành chiết dầu bằng các phương pháp khác nhau nhằm tìm kiếm một phương pháp có khả năng triển khai trên qui mô lớn. Ngoài ra, phần bã cà phê còn lại sau chiết dầu được sử dụng để thủy phân thành các loại đường có giá trị. Việc nghiên cứu phát triển các sản phẩm từ bã cà phê không những giúp tăng thêm giá trị kinh tế cho ngành công nghiệp cà phê, cải thiện thu nhập cho người nông dân, mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Chi tiết nghiên cứu xem tại đây: https://jad.hcmuaf.edu.vn/index.php/jadvn/article/view/976