Phân tích hàm lượng caffeine trong một số loại cà phê bằng phương pháp hplc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

NGUYỄN PHƯƠNG QUYÊN

PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG CAFFEINE TRONG
MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HPLC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------------------------

NGUYỄN PHƯƠNG QUYÊN

PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG CAFFEINE TRONG MỘT SỐ
LOẠI CÀ PHÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HPLC

CHUN NGÀNH:CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH :60.52.75

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS-TS PHẠM THÀNH QUÂN

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2013

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. PHẠM THÀNH QUÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1: ............................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ............................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày tháng năm 2013.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ................................................................................................................
2. ................................................................................................................
3. ................................................................................................................
4.. ...............................................................................................................
5. ................................................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÕNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp.HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ
Họ và tên học viên: Nguyễn Phƣơng Quyên
Ngày tháng năm sinh: 25/03/1988

Nơi sinh: Đồng Tháp

Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC

MSHV: 11050149

I. TÊN ĐỀ TÀI
PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG CAFFEINE TRONG MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ
BẰNG PHƢƠNG PHÁP HPLC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
 Khảo sát các yếu tố trích ly caffeine bằng hai phương pháp Soxhlet và CO2
siêu tới hạn..
 Trích ly caffeine của 15 mẫu cà phê bằng hai phương pháp Soxhlet và CO2
siêu tới hạn.
 Định lượng hàm lượng caffeine của 15 mẫu cà phê bằng phương pháp
HPLC.
 Trích ly hương cà phê bằng hai phương pháp SDE và SPME
 Định danh một số hợp chất trong hương cà phê bằng GC-MS
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21 / 01 / 2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/ 11 / 2013
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS. TS. PHẠM THÀNH QUÂN.

Tp. HCM, ngày tháng năm 2013
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƢỞNG KHOA


LỜI CẢM ƠN
Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc nhất, tôi muốn gửi đến thầy
Phạm Thành Quân, người thầy đã dẫn dắt tôi ngay từ những ngày đầu tiên cho đến
khi hoàn thành đề tài. Cám ơn thầy với những ý tưởng, những chỉ dẫn nhiệt tình,
những kiến thức khoa học để tơi hồn thành đề tài.
Để hồn thành luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô
đặc biệt là Thầy Cô bộ môn hữu cơ, khoa Kỹ thuật hóa học, trường đại học
Bách khoa. Các Thầy, Cơ đã tận tình truyền đạt cho tơi những kiến thức và
kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi được đào tạo tại trường. Cám
ơn thầy cô bộ mơn Hóa hữu cơ và các anh chị cán bộ phịng thí nghiệm đã
tạo những điều kiện thuận lợi nhất để tôi thực hiện đề tài.
Tôi gửi lời cám ơn đến các thầy cô và anh chị ở Viện Công nghệ
Sinh học trƣờng đại học Nông Lâm đã giúp đỡ tơi nhiệt tình trong q
trình hồn thành luận văn.
Lời cuối cùng, xin cám ơn gia đình, bạn bè đã bên cạnh lắng nghe và
chia sẻ cùng tôi những thất bại cũng như những thành công trên con đường
chinh phục tri thức của tôi.
Học viên thực hiện

Nguyễn Phƣơng Quyên.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tơi, có sự hỗ trợ từ
Giáo viên hướng dẫn là PGS.TS. Phạm Thành Quân. Các nội dung nghiên cứu và
kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ
cơng trình nghiên cứu nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ
cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả làm thực nghiệm và ghi
nhận được. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách
nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình.


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Qun

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cây cà phê chè (Coffea Arabica)............................................................... 1
Hình 1.2 Cà phê vối Robusta .................................................................................... 2
Hình 1.3 Cà phê mít .................................................................................................. 3
Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo của caffeine.................................................................. 7
Hình 1.5 Chuyển hố cafeine trong cơ thể ............................................................... 9
Hình 1.6 Hạt cà phê ................................................................................................ 10
Hình 1.7 Con đường hình thành một số hợp chất trong hương cà phê .................. 12
Hình 1.8 Hệ thống chiết Soxhlet ............................................................................ 18
Hình 1.9 Giản đồ áp suất- nhiệt độ của CO2 .......................................................... 20
Hình 1.10 Thiết bị trích ly CO2 siêu tới hạn ........................................................... 22
Hình 1.11 Hệ thống máy HPLC ............................................................................. 24
Hình 1.12 Mẫu cà phê chuẩn bị trích SPME .......................................................... 26
Hình 1.13 Khơng gian màu L*a*b ......................................................................... 31

Hình 2.1 Cân sấy ẩm hiệu Sartorius, Máy đo màu Chroma Meter CR 300 ........... 37
Hình 2.2 Hệ thống SDE .......................................................................................... 45
Hình 2.3 Hệ thống GC-MS ..................................................................................... 46
Hình 3.1 Sắc kí đồ chuẩn caffeine .......................................................................... 56
Hình 3.2 Đường chuẩn caffeine.............................................................................. 57
Hình 3.3 Đồ thị về mối quan hệ giữa thời gian và hàm lượng caffeine ................. 58
Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian trích ly và % caffeine........ 59
i


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ lệ % co-solvent (ethanol) và % caffeine
chiết được ............................................................................................................... 60
Hình 3.6 Đồ thị về sự phụ thuộc giữa tỉ lệ rắn- lỏng và hàm lượng caffeine ......... 62
Hình 3.7 Biểu đồ kết quả % caffeine của 8 mẫu cà phê bột rang xay
theo phương pháp Soxhlet ...................................................................................... 64
Hình 3.8 Biểu đồ % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan theo Soxhlet .................... 65
Hình 3.9 Biểu đồ kết quả % caffeine của mẫu cà phê bột rang xay bằng SFE ...... 66
Hình 3.10 Biều đồ % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan trích li theo phương pháp SFE
................................................................................................................................ 68
Hình 3.11 Biểu đồ so sánh % caffeine của 7 mẫu cà phê bột rang xay chiết theo
phương pháp Soxhlet và SFE ................................................................................. 68
Hình 3.12 Biểu đồ so sánh % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan chiết theo phương
pháp Soxhlet và SFE............................................................................................... 69
Hình 3.13 Biểu đồ tỉ lệ % nhóm hợp chất trong hương mẫu cà phê TN theo phương
pháp SDE/GC-MS .................................................................................................. 73
Hình 3.14 Biểu đồ tỉ lệ % các nhóm chất trong hợp hương cà phê HV theo phương

pháp SDE/GC-MS .................................................................................................. 77
Hình 3.15 Biểu đồ tỉ lệ % các nhóm chất trong hợp hương cà phê HL theo phương
pháp SDE/GC-MS .................................................................................................. 80
Hình 3.16 Biểu đồ tỉ lệ % các nhóm chất trong hợp hương mẫu cà phê HL theo
phương pháp SPME/GC-MS .................................................................................. 83

ii


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt cà phê .......................................................... 6
Bảng 1.2 Tính chất vật lý của caffeine ..................................................................... 7
Bảng 1.3 Phân nhóm mùi hương của các hợp chất bay hơi trong cà phê .............. 15
Bảng 1.5 Nhiệt độ, áp suất tới hạn của một số dung môi ....................................... 20
Bảng 2.1 Kí hiệu 15 mẫu phân tích ........................................................................ 36
Bảng 3.1 Kết quả độ ẩm 8 mẫu cà phê bột rang xay .............................................. 48
Bảng 3.2 Kết quả độ ẩm 7 mẫu cà phê hòa tan ...................................................... 49
Bảng 3.3 Kết quả đo độ sáng và màu sắc cà phê bột rang xay............................... 49
Bảng 3.5 Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ rang đến giá trị độ sáng (L) của
sản phẩm ................................................................................................................. 50
Bảng 3.6 Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ rang đến giá trị màu a* của sản
phẩm ....................................................................................................................... 51
Bảng 3.7 Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ rang đến giá trị màu b* của sản
phẩm ....................................................................................................................... 51
Bảng 3.8 Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ rang đến giá trị độ sáng (L) của sản

phẩm ....................................................................................................................... 52
Bảng 3.9 Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ rang đến giá trị màu a* của sản
phẩm ....................................................................................................................... 53
Bảng 3.10 Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ rang đến giá trị màu b* của sản
phẩm ....................................................................................................................... 53
Bảng 3.11 Kết quả ∆E của mẫu cà phê bột rang xay ............................................ 54
iii


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

Bảng 3.12 Kết quả ∆E của mẫu cà phê bột hòa tan ............................................... 55
Bảng 3.13 Kết quả diện tích peak của chuẩn caffeine............................................ 56
Bảng 3.14 Kết quả khảo sát về thời gian trích li theo phương pháp Soxhlet ......... 58
Bảng 3.15 Kết quả khảo sát thời gian trích ly của phương pháp SFE.................... 59
Bảng 3.16 Kết quả khảo sát tỉ lệ co-solvent (ethanol) của phương pháp SFE ....... 60
Bảng 3.17 Kết quả khảo sát tỷ lệ rắn-lỏng của phương pháp chiết Soxhlet........... 62
Bảng 3.18 Kết quả trích ly 8 mẫu cà phê bột theo phương pháp Sohxlet .............. 63
Bảng 3.19 Kết quả % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan ...................................... 65
Bảng 3.20 Kết quả % caffeine mẫu cà phê bột chiết theo phương pháp SFE ........ 66
Bảng 3.21 Kết quả trích ly 7 mẫu cà phê hòa tan theo phương pháp SFE ............. 67
Bảng 3.22 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương cà phê TN theo phương
pháp SDE/GC-MS .................................................................................................. 72
Bảng 3.23 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương cà phê HV theo phương
pháp SDE/GC-MS .................................................................................................. 75
Bảng 3.24 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương cà phê HL theo phương
pháp SDE/GC-MS .................................................................................................. 78
Bảng 3.25 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương cà phê HV theo phương

pháp SPME/GC-MS ............................................................................................... 81

iv


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

DI

Direct immersion

FID

Flame ionization detection

GCMS

Gas chromatography mass spectrometry

GLC

Gas liquid chromatography

GSC

Gas solid chromatography

HS

Headspace

HPLC

High performance liquid chromatography

h

Hour(s)

IR

Infrared Red

MS

Mass spectrometry

NMR

Nuclear Magnetic resonance

PDMS

Polydimethylsiloxane

SC-CO2

Supercritical –CO2

SD

Standard devitation

SDE

Simultaneous distillation extract

SFE

Supercritical Fluid Extraction.

SPE

Solid phase extraction

SPME

Solid-phase-microextraction

WHO

World heath organization

v

Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

MỤC LỤC

Danh mục các hình .................................................................................................... i
Danh mục các bảng.................................................................................................. iii
Danh mục ký hiệu và từ viết tắt ................................................................................ v
Mục lục .................................................................................................................... vi
Tóm tắt luận văn ..................................................................................................... xii
Mở đầu ................................................................................................................... xiv
Chƣơng I TỔNG QUAN ........................................................................................ 1
1.1 Tổng quan về cà phê……………………………………………...……………..1
1.1.1 Phân loại và đặc điểm một số giống cà phê..................................................... 1
1.1.1.1 Cà phê chè .................................................................................................... 1
1.1.1.2 Cà phê vối ..................................................................................................... 2
1.1.1.3 Cà phê mít ..................................................................................................... 3
1.1.2 Thành phần hóa học trong hạt cà phê .............................................................. 3
1.2 Tổng quan về caffeine ........................................................................................ 7
1.2.1 Sơ lược về caffeine .......................................................................................... 7
1.2.2 Những tác động sinh lý của caffeine đối với cơ thể ........................................ 8
1.2.3 Chuyển hóa caffeine trong cơ thể .................................................................... 9
1.2.4 Nguồn cung cấp caffeine ............................................................................... 10
1.2.5 Trích ly caffeine............................................................................................. 11
1.3 Tìm hiểu về hương cà phê……………………………………………………..11
vi


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

1.3.1 Các biến đổi vật lý và hóa học diễn ra trong q trình rang cà phê để hình thành
hương thơm của cà phê ........................................................................................... 12
1.3.1.1 Biến đổi vật lý............................................................................................. 12
1.3.1.2 Biến đổi hóa lý ............................................................................................ 13
1.3.1.3 Biến đổi hóa học ......................................................................................... 13
1.3.2 Các phản ứng chính q trình hình thành hợp chất hương cà phê ................ 14
1.3.3 Vai trò của các hợp chất thơm tạo thành ....................................................... 15
1.3.4 Một số nhóm chất chính trong hương cà phê ................................................ 16
1.4 Các phương pháp trích ly caffeine ................................................................... 17
1.4.1 Trích li bằng hệ thống Soxhlet ...................................................................... 18
1.4.2 Trích li bằng CO2 siêu tới hạn (SFE) ............................................................ 19
1.5 Phương pháp phân tích HPLC .......................................................................... 23
1.5.1 Khái niệm sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) .............................................. 23
1.5.2 Cấu tạo của hệ thống HPLC .......................................................................... 24
1.6 Phương pháp định danh một số chất trong hương cà phê bằng GC-MS .......... 25
1.6.1 Phương pháp trích ly hương cà phê ............................................................... 25
1.6.1.1 Phương pháp trích li SPME ........................................................................ 25
1.6.1.2 Phương pháp chưng cất và trích li đồng thời (SDE) .................................. 26
1.7 Giới thiệu về GC ............................................................................................... 27
1.7.1 Nguyên tắc của sắc kí khí .............................................................................. 27
1.7.2 Phương pháp sắc kí khí ghép khối phổ.......................................................... 28
1.8 Xác định độ ẩm ................................................................................................. 30
1.9 Xác định độ sáng và màu sắc của mẫu cà phê .................................................. 30
vii


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

1.9.1 Giới thiệu không gian màu CIELAB ............................................................. 30
1.9.2 Nguyên tắc chung của thiết bị đo màu .......................................................... 31
1.10 Tình hình nghiên cứu đề tài trong nước và trên thế giới ................................ 32
1.10.1 Trên thế giới ................................................................................................ 32
1.10.2 Trong nước .................................................................................................. 33
Chƣơng II PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ................................................ 35
2.1 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 35
2.2 Qui trình thực hiện ............................................................................................ 35
2.3 Nguyên liệu, thiết bị và hóa chất ...................................................................... 36
2.3.1 Nguyên liệu.................................................................................................... 36
2.3.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ...................................................................... 37
2.3.3 Hóa chất thí nghiệm....................................................................................... 37
2.4 Phương pháp tiến hành ..................................................................................... 38
2.4.1 Phương pháp xác định độ ẩm ........................................................................ 38
2.4.2 Phương pháp đo màu ..................................................................................... 38
2.4.3 Phương pháp phân tích caffeine bằng HPLC ................................................ 38
2.4.4 Thiết lập đường chuẩn caffeine ..................................................................... 39
2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian trích li caffeine từ mẫu cà phê bằng hai phương
pháp trích li Soxhlet và SFE ................................................................................... 39
2.4.5.1 Phương pháp chiết Soxhlet ......................................................................... 39
2.4.5.2 Phương pháp chiết SFE .............................................................................. 39
2.4.6 Khảo sát tỉ lệ co-solvent trong trích li caffeine bằng SFE............................. 41
2.4.7 Khảo sát tỉ lệ rắn – lỏng của phương pháp trích li bằng Soxhlet .................. 42
viii


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

2.4.8 Trích li caffeine trên 15 mẫu cà phê bằng 2 phương pháp Soxhlet và SFE .. 42
2.4.8.1 Phương pháp Soxhlet .................................................................................. 42
2.4.8.2 Phương pháp SFE ....................................................................................... 43
2.4.9 Trích ly hương cà phê bằng phương pháp SPME và phương pháp SDE ...... 44
2.4.9.1 Phương pháp SPME ................................................................................... 44
2.4.9.2 Trích ly bằng phương pháp SDE ................................................................ 45
2.4.9.3 Thơng số phân tích GC- MS của hương cà phê ......................................... 46
Chƣơng III KẾT QUẢ - BÀN LUẬN ................................................................. 47
3.1 Kết quả độ ẩm của 15 mẫu cà phê .................................................................... 47
3.1.1 Mẫu cà phê bột rang xay ............................................................................... 48
3.1.2 Mẫu cà phê hòa tan ........................................................................................ 48
3.2 Kết quả đo độ sáng và màu sắc của 15 mẫu cà phê.......................................... 49
3.2.1 Kết quả thống kê vể độ sáng và màu sắc của 15 mẫu cà phê ........................ 50
3.2.1.1 Độ sáng và màu sắc cà phê hòa tan ............................................................ 50
3.2.1.2 Độ sáng và màu sắc cà phê bột rang xay .................................................... 52
3.2.2 Kết quả tính sai lệch màu .............................................................................. 54
3.2.2.1 Cà phê bột rang xay .................................................................................... 54
3.2.2.2 cà phê hòa tan ............................................................................................. 55
3.3 Kết quả đường chuẩn caffeine .......................................................................... 56
3.3 Kết quả khảo sát thời gian trích li của hai phương pháp Soxhlet và SFE ........ 57
3.3.1 Phương pháp Soxhlet ..................................................................................... 57
3.3.2 Phương pháp SFE .......................................................................................... 59
3.4 Kết quả khảo sát tỉ lệ co-solvent của phương pháp SFE .................................. 60
ix


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

3.5 Kết quả khảo sát tỉ lệ rắn- lỏng của phương pháp chiết Soxhlet ...................... 61
3.6 Kết quả hàm lượng caffeine của 15 mẫu cà phê theo hai phương pháp trích li
Soxhlet và SFE ....................................................................................................... 63
3.6.1 Phương pháp trích li bằng Soxhlet ................................................................ 63
3.6.1.1 Mẫu cà phê bột rang xay ............................................................................ 63
3.6.1.2 Mẫu cà phê hòa tan ..................................................................................... 64
3.6.2 Phương pháp SFE .......................................................................................... 66
3.6.2.1 Mẫu cà phê bột rang xay ............................................................................ 66
3.6.2.2 Mẫu cà phê hòa tan ..................................................................................... 67
3.7 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương cà phê bằng GC-MS ........... 71
3.7.1 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương của mẫu cà phê TN,HV,HL theo
phương pháp SDE/GC-MS ..................................................................................... 71
3.7.2 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương của mẫu cà phê HV theo phương
pháp SPME/GC-MS ............................................................................................... 81
Chƣơng IV KẾT LUẬN ....................................................................................... 85
4.1 Kết luận............................................................................................................. 85
4.2 Kiến nghị .......................................................................................................... 87
Tài liệu tham khảo ................................................................................................ 88
Tài liệu tham khảo tiếng Việt ................................................................................. 88
Tài liệu tham khảo tiếng Anh ................................................................................. 89
Phụ lục 1 Cơng thức tính tốn ................................................................................ 92
Phụ lục 2 Kí hiệu 15 mẫu cà phê phân tích ............................................................ 93
Phụ lục 3 Số liệu caffeine ....................................................................................... 94

x

Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

Phụ lục 4 Bảng thống kê Anova màu cà phê .......................................................... 94
Phụ lục 5 Phổ HPLC ............................................................................................. 107
Phụ lục 6 Phổ GC-MS .......................................................................................... 108
Phụ lục 7 Số liệu caffeine ..................................................................................... 109

xi


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

TÓM TẮT
Cà phê, trà và nước giải khát là những thức uống không thể thiếu
trong cuộc sống của chúng ta. Mỗi ngày, mọi người ở khắp nơi trên thế giới
uống cà phê mọi lúc, mọi nơi. Caffeine là chất kích thích quan trọng gây
hưng phấn và kích thích kéo dài. Caffeine với một liều lượng thích hợp sẽ
phục vụ cho con người nhiều lợi ích khác nhau. Tuy nhiên, việc lạm dụng
caffeine sẽ ảnh hưởng một phần không nhỏ đến sức khỏe. Mục tiêu của đề tài
nhằm xác định hàm lượng caffeine trong một số loại cà phê trên thị trường
Việt Nam bằng phương pháp trích ly Soxhlet và phương pháp trích ly CO2
siêu tới hạn, định lượng bằng HPLC.
Bên cạnh caffeine, hương cà phê cũng là thành phần được quan tâm
nghiên cứu. Một số lượng lớn các hợp chất có mùi thơm được sinh ra khi cà
phê được rang lên. Đề tài sử dụng hai phương pháp trích ly và xác định một
số hợp chất tạo nên hương cà phê là phương pháp vi ly trích pha rắn (SPME)

và phương pháp trích ly và chưng cất đồng thời (SDE). Sau đó, sử dụng GCMS để định danh các thành phần.

xii


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

ABSTRACT
Coffee, tea and soft drinks are very commonly used beverages in our life.
Everday, people all over the world drink coffee everwhere, everytime. The caffeine
is the main stimulant appeared in almost drinks. Caffeine stimulates the central
nervous system, relaxtion, myocardial stimulation, recreation etc. Up to certain limit
caffeine is useful but overdose of caffeine starts side effects on the human body.
There are various instrumental methods can be used for the determination of
caffeine in plants, coffee, tea, soft drinks and pharmaceutical formulation in
presence of other drugs. One of many different methods, HPLC methods are the
most modern, common, reliable methods for the determination caffeine in complex
sample. Very low concentration of caffeine can be determined with high accuracy
and precision.
In this study, we extracted caffeine from roasted coffee and instant coffee by
using Soxhlet extraction method and supercritical fluid extration (CO2) method.
After that, we use HPLC method to determine caffeine content in fifiteen coffee
samples.
Besides caffeine, many scientist have researched aromatic coffee. The
number of compounds identified in coffee when it is roasted. The main classes of
compounds that have been identified in roasted bean are aldehydes, ketones,
alcolhols, pyrroles, pyrazines, furans, pyridines, phenolic compounds. However,
only 60 to 80 compounds actually contribute to coffee aroma.

We have used two methods to extract aromatic coffee such as SPME and
SDE methods and then GC-MS is a perfect tool to identify some aromatic coffee.

xiii


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

LỜI MỞ ĐẦU
Trên thế giới, caffeine được sử dụng giống như một chất kích thích
thần kinh trung ương, có tác dụng gây hưng phấn và kéo dài thời gian tỉnh
táo. Cho đến nay cà phê vẫn là thức uống được tiêu thụ rộng rãi nhất trên thế
giới và caffeine được hấp thu vào người dưới dạng thức uống như trà, cà phê,
nước uống có gas và nước tăng lực hay các loại dược phẩm.
Người ta ước lượng rằng cà phê chứa hơn

chất hoá học, dù con

số chính xác vẫn chưa được xác định. Nó tùy thuộc vào chủng loại và sự đa
dạng của giống loài và cách chúng được trồng, thu hái và chế biến..Trong đó
chất thu hút nhiều sự quan tâm nhất là caffeine trong cà phê và hương thơm
của cà phê. Các ảnh hưởng về tâm sinh l của caffeine đã và đang được
nghiên cứu rộng rãi.
Có hai loại hạt cà phê cơ bản là Arabica và Robusta. Arabica là loại
hạt có chất lượng cao hơn thường được sử dụng cho những người sành cà
phê. Robusta có chất lượng thấp hơn và thường được dùng để đóng gói sẵn,
chế biến cà phê hòa tan hoặc chế biến cà phê bột. Hạt Robusta có hàm lượng
caffeine cao hơn hạt Arabica. Tuy nhiên, khơng phải là loại cà phê Arabica

hay Robusta quyết định đến hàm lượng caffeine có trong tách cà phê mà là
sự đa dạng của các loại hạt, của nơi trồng, các cách rang xay, bí quyết pha
chế…thậm chí đến cả tên thương hiệu của nhà sản xuất đều có ảnh hưởng
đến hàm lượng caffeine có trong tách cà phê.
Tuy nhiên, để tăng lợi nhuận và giảm giá thành, một số nơi chế biến
cà phê đã có những hành vi lừa gạt, gian dối người tiêu dùng. Người ta đã
độn thêm bắp hoặc đậu nành rang cháy đen vào. Và khi đó nhà sản xuất phải
dùng thêm các chất phụ gia, phẩm màu như caramel, chất tạo vị đắng, chất
tạo ngọt, chất tạo bọt, tinh cà phê … để bổ sung lại hương vị của cà phê.

xiv


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

Bên cạnh caffeine, vấn đề về hương thơm của cà phê và những tìm
hiểu khoa học về các hợp chất tạo nên mùi thơm đặc trưng rất riêng của cà
phê đã và đang được nghiên cứu nhiều. Mỗi năm, các cơng trình nghiên cứu
đã bổ sung thêm những chất mới vào danh sách hợp hương cà phê. Chúng tôi
tiến hành nghiên cứu định danh một số hợp chất trong hương một số cà phê ở
Việt Nam.
Xuất phát từ vấn đề chất lượng cà phê, chúng tơi tiến hành nghiên cứu
đề tài “ Phân tích hàm lượng caffeine trong các loại cà phê trên thị
trường bằng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)” nhằm
nghiên cứu góp phần vào việc đánh giá chất lượng cà phê hiện nay.
Trong đề tài này kỹ thuật sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) và GCMS được áp dụng. Đây là hai kỹ thuật được áp dụng phổ biến hiện nay trong
các phịng phân tích với hiệu quả tách cao,độ chính xác cao cũng như có thể
tự động hóa được trong trường hợp phân tích hàng loạt.

xv


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về cà phê[1, 2, 17, 29]
1.1.1 Phân loại và đặc điểm một số giống cà phê
1.1.1.1 Cà phê chè
- Tên khoa học: Coffea Arabica L. Đây là cà phê đươc trồng lâu đời nhất, có gía trị
kinh tế và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vì thơm ngon dịu (chiếm 70% sản lượng cà
phê trên thế giới). Trên thị trường cà phê chè được đánh giá cao hơn cà phê vối
(Coffea Canephora Chev. hay Coffea Robusta Chev.) vì có hương vị thơm ngon và
chứa ít hàm lượng caffeine hơn.
- Cây có tán lớn màu xanh đậm, lá hình bầu dục chiều dài 12 cm, rộng 5 cm. Cây
trưởng thành có thể cao từ 4 - 6 m, nếu để mọc hoang dã có thể cao tới 15m. Hoa
màu trắng, nhị vàng, hoa thường nở về đêm và nở hết vào 4 - 5 giờ sáng, cây cà phê
chè có khả năng tự thụ phấn cao khoảng 90%. Quả hình oval, mỗi quả chứa hai hạt cà
phê. Được trồng chủ yếu ở các nước có khí hậu nhiệt đới. Tuy nhiên điều kiện thuận
lợi nhất cho sự phát triển của cây cà phê chè là những vùng đất cao từ 1375-1830 m và
khô ráo. Cà phê chè sau khi trồng khoảng 3 đến 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạch
cho đến 25 năm thì dừng lại.

Hình 1.1 Cây cà phê chè (Coffea Arabica)

1

Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

1.1.1.2 Cà phê vối
- Tên khoa học: Coffea Canephora Chev. hoặc Coffea Robusta Chev.
- Là dạng cây gỗ hoặc cây bụi, thông thường Robusta cao từ 5 – 7 m, chiều cao của
cây trưởng thành có thể lên tới 10 m. Vỏ quả cứng và dai hơn cà phê Ababica
- Hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica. Hàm lượng caffeine trong hạt cà phê Robusta
khoảng 2-4%, trong khi ở cà phê Arabica chỉ khoảng 1-2%.
- Là cây quan trọng thứ hai trong các loài cà phê. Khoảng 39% các sản phẩm cà phê
được sản xuất từ loại cà phê này.
-Nước xuất khẩu cà phê vối lớn nhất thế giới là Việt Nam.

Hình 1.2 Cà phê vối Robusta

2


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Qun

1.1.1.3 Cà phê mít

Hình 1.3 Cà phê mít
-Tên khoa học: Coffea Excelsa Chev. (Chari) hoặc Coffea Liberica Chev. Hàm lượng
cafeine trong hạt khoảng 1,02-1,15%. Cà phê mít ít thơm, có vị chua chất lượng nước

uống ít được ưa chuộng.
Hiện nay, hai lồi cà phê được trồng nhiều nhất trên thế giới là cà phê Arabica
và cà phê Robusta. Trong đó cà phê Arabica chiếm 70% tổng sản lượng cà phê trên thế
giới, còn cà phê Robusta chiếm khoảng 30%. Các cà phê khác chiếm tỉ lệ không đáng
kể . Trong hai loại cà phê phổ biến nói trên, cà phê Arabica thường được đánh giá tốt
hơn về các tính chất hương vị, và thường được sản xuất cà phê rang xay. Cà phê
Robusta thì thường được sử dụng để sản xuất cà phê hòa tan. Nước sản xuất cà phê
Arabica nhiều nhất thế giới là Brazil, còn nước sản xuất cà phê Robusta nhiều nhất thế
giới là Việt Nam. Gần như toàn bộ lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam đều là
Robusta.
1.1.2 Thành phần hóa học trong hạt cà phê.

3


Luận văn cao học

HV: Nguyễn Phương Quyên

Cà phê là một thức uống kích thích thần kinh, uống cà phê hoạt động trí óc
minh mẫn hơn và thơng qua sự kích thích thần kinh, tăng cường hoạt năng của những
bộ máy khác trong cơ thể: trợ tim, xúc tiến sự tuần hồn của máu, thơng tiểu, phản ứng
của bắp thịt nhạy, khỏe hơn. Tác dụng sinh lý ở trên chủ yếu là do tác dụng của
caffeine, một thành phần quan trọng khơng thể thiếu trong cà phê.
Trong nước cà phê có một lượng đáng kể các vitamine nhóm B, nhất là vitamin
PP, do chất Trigonelline trong cà phê nhân chuyển hóa trong q trình rang.
Để giải thích ngun nhân nghiện cà phê phổ biến trong gần một nửa dân số thế
giới, các nhà khoa học Thụy Sĩ đã tiến hành phân tích hạt cà phê, cho thấy trong hạt cà
phê có 670 hợp chất tạo mùi hương tổng hợp tuyệt vời (chè có 404, cacao có 385).
Hạt cà phê xanh giàu glucid và lipid, glucid chiếm hơn 50% phần lớn là các

polysaccharide. Thành phần hóa học của cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độ
chín điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản. Thành phần hóa học trong
cà phê có ảnh hưởng rất tốt trong q trình đánh giá chất lượng thử nếm cảm quan.
Nước: Trong nhân cà phê đã sấy khơ cịn khoảng 10-12% nước ở dạng liên kết.
Sau khi rang, hàm lượng nước trong cà phê còn khoảng 2,7%. Hàm lượng nước trong
cà phê ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cà phê. Nếu độ ẩm cao, vi sinh vật dễ phát
triển và hương cà phê dễ bị tổn thất.
Chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu là
Kali, Magie, Phospho, Clo ngồi ra cịn có nhơm, sắt, đồng, iot, lưu huỳnh… Những
chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang. Cà phê có lượng khống càng thấp
thì càng tốt.
Glucide: chiếm khoảng 50% tổng lượng chất khô trong cà phê. Các chất này
không tham gia vào thành phần nước uống mà có tác dụng tạo màu sắc và vị caramel
cho cà phê.
Proteine: Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng có vai trị quan
trọng trong việc hình thành hượng vị cho sản phẩm. Trong đó, các acid amine chứa lưu

4