Có thể giảm caffeine sau khi pha cà phê? Công nghệ màng graphene oxide mở ra hướng mới

Thông thường, muốn sản xuất cà phê khử caffeine, nhà chế biến phải xử lý hạt cà phê nhân xanh trước khi rang. Nhưng nếu caffeine đã nằm trong tách cà phê thành phẩm, liệu có thể tách nó ra mà không làm mất quá nhiều hợp chất tạo nên hương vị?

Một nghiên cứu công bố tháng 9/2026 trên Journal of Membrane Science đã thử giải quyết câu hỏi này bằng màng lọc nano chế tạo từ graphene oxide. Trong thử nghiệm, nồng độ caffeine giảm 47,4% sau quá trình lọc, trong khi một số hợp chất khác của cà phê vẫn được phát hiện trong dung dịch sau xử lý.

Đây chưa phải công nghệ thương mại sẵn sàng cho quán cà phê, nhưng là một hướng nghiên cứu đáng chú ý: xử lý caffeine ở dạng đồ uống thay vì chỉ xử lý hạt cà phê trước khi rang.

Vì sao lọc caffeine trong cà phê khó hơn lọc bã?

Giấy lọc V60 hoặc phin có thể giữ lại các hạt bột cà phê vì kích thước của chúng lớn hơn nhiều so với lỗ rỗng của giấy. Caffeine thì khác. Sau khi chiết xuất, caffeine đã hòa tan trong nước cùng hàng trăm hợp chất khác.

Muốn tách caffeine, màng lọc phải phân biệt được các phân tử hòa tan có kích thước, cấu trúc và tính chất hóa học khác nhau. Nếu màng giữ lại quá nhiều chất, đồ uống có thể mất cả những hợp chất liên quan đến hương vị và cấu trúc.

Vì vậy, mục tiêu không đơn giản là tạo ra một màng có lỗ nhỏ. Màng phải đạt được sự cân bằng giữa ba yếu tố:

• Cho caffeine đi qua với tỷ lệ đủ lớn.
• Giữ lại các hợp chất khác có giá trị trong nền cà phê.
• Duy trì tốc độ lọc đủ thực tế để có thể phát triển thành quy trình sản xuất.

Graphene oxide hoạt động như thế nào?

Graphene oxide là vật liệu carbon dạng tấm cực mỏng. Khi xếp nhiều lớp, giữa các lớp hình thành những kênh có kích thước rất nhỏ. Các kênh này có thể được điều chỉnh để kiểm soát sự di chuyển của phân tử qua màng.

Trong nghiên cứu, nhóm tác giả sử dụng sodium alginate – một polysaccharide có nguồn gốc từ tảo nâu – kết hợp với ion calcium để điều chỉnh cấu trúc các kênh nano của màng graphene oxide.

Việc bổ sung alginate và liên kết chéo bằng calcium không chỉ đơn thuần làm thay đổi kích thước khe lọc. Nó còn ảnh hưởng đến sự tương tác giữa màng và các phân tử, từ đó tác động đến khả năng thấm qua và tính chọn lọc.

Kết quả giảm 47,4% caffeine được đo như thế nào?

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm màng với dung dịch cà phê pha loãng từ sản phẩm cà phê hòa tan sấy thăng hoa thương mại. Mỗi thử nghiệm màng phẳng sử dụng 100 ml dung dịch, lọc trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng dưới áp suất chân không khoảng 0,9 bar.

Ở màng có hiệu suất tốt nhất trong nhóm được thử nghiệm, nồng độ caffeine giảm từ 24,64 xuống 12,95 microgam trên mỗi miligam chất rắn cà phê khô. Tương ứng, mức giảm là 47,4%.

Điểm quan trọng nằm ở cách thu sản phẩm. Caffeine được ưu tiên đi qua màng, còn dung dịch cà phê được giữ lại ở phía dòng cấp là phần cà phê đã giảm caffeine. Đây là cách vận hành khác với nhiều hệ thống lọc nước thông thường, nơi người ta thường thu phần nước đi qua màng.

Giảm caffeine không đồng nghĩa giữ nguyên hương vị

Sau lọc, nhóm nghiên cứu vẫn phát hiện trigonelline, N-methylpyridinium, choline và hydroxymethylfurfural trong dung dịch. Đây là những hợp chất có liên quan đến thành phần hóa học của cà phê.

Tuy nhiên, việc các chất này còn được phát hiện không có nghĩa chúng được giữ nguyên hoàn toàn. Nồng độ của một số hợp chất cũng giảm trong quá trình lọc. Nghiên cứu chưa thực hiện thử nếm cảm quan để xác định người uống có nhận ra sự thay đổi về hương, vị, body hay hậu vị hay không.

Do đó, không thể kết luận rằng công nghệ đã tạo ra cà phê giảm caffeine nhưng giữ nguyên hương vị. Muốn chứng minh điều này, cần có phân tích hóa học định lượng và thử nghiệm cảm quan có thiết kế phù hợp.

Vẫn còn khoảng cách từ phòng thí nghiệm đến quán cà phê

Thời gian lọc 24 giờ cho 100 ml dung dịch trong thử nghiệm màng phẳng là một hạn chế rất lớn nếu nghĩ đến ứng dụng trực tiếp trong quán. Màng cũng có thể bị bám bẩn do các hợp chất trong cà phê tích tụ trên bề mặt hoặc trong các kênh nano, làm giảm lưu lượng.

Nhóm nghiên cứu đã khảo sát thêm cấu hình sợi rỗng để tăng diện tích màng trong một thể tích thiết bị nhỏ hơn. Tuy vậy, vẫn cần cải thiện tốc độ lọc, khả năng làm sạch, tuổi thọ màng, mức độ tái sử dụng và chi phí vận hành.

Công nghệ này cũng chưa chứng minh được lợi thế năng lượng hoặc môi trường so với những phương pháp khử caffeine hiện có.

Điều đáng chú ý nhất của nghiên cứu không phải là một chiếc máy có thể biến espresso thành decaf trong vài phút. Giá trị của nó nằm ở việc chứng minh rằng caffeine hòa tan có thể được tách chọn lọc khỏi nền cà phê bằng cách thiết kế cấu trúc màng ở cấp độ nano.

Nếu các vấn đề về tốc độ và cảm quan được giải quyết, khử caffeine sau pha có thể trở thành một hướng công nghệ bổ sung cho ngành cà phê trong tương lai.

Tài liệu tham khảo

• Tian, Y. et al. (2026). Multi-criteria evaluation of graphene oxide nanofiltration membranes for decaffeination. Journal of Membrane Science, 757, 125992. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2026.125992.
• ARC Centre of Excellence for Carbon Science and Innovation (18/09/2026). Sieving the day: filtering caffeine from your coffee.
• Daily Coffee News (11/11/2026). Researchers Make Membrane That Decaffeinates Liquid Coffee.