Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tách chiết và xác định hoạt tính sinh học chlorogenic acid từ quả cà phê xanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRỊNH TRÚC GIANG

NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT VÀ XÁC ĐỊNH HOẠT
TÍNH SINH HỌC Chlorogenic acid TỪ QUẢ CÀ PHÊ
XANH
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ NGÀNH: 8420201

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN VIỆT PHƯƠNG
TS. VŨ KIM DUNG

Hà Nội, 2020


i
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện cơng trình nghiên cứu tơi đã nhận được nhiều
sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo chân tình của các thầy cô, bạn bè và
các cơ quan.
Trước hết cho tôi gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS.
Nguyễn Việt Phương – Trung tâm Công nghệ sinh học, Trường Cao đẳng
Công nghiệp Thực phẩm và TS. Vũ Kim Dung – Bộ mơn Cơng nghệ Vi sinhHóa sinh, Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp

Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và định hướng cho tơi trong suốt q trình
nghiên cứu để hồn thành bản luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tới ban lãnh đạo, các thầy cô giáo thuộc Viện Công
nghệ sinh học Lâm nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ và tạo
điều kiện cho tơi rất nhiều trong q trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ là chủ tịch hội đồng,
phản biện, thư ký và ủy viên hội đồng đã dành thời gian quý báu để đọc tham
gia hội đồng chấm luận văn với những góp ý cụ thể, những gợi ý bổ ích, giúp
tơi hồn thiện tốt hơn các nội dung nghiên cứu của luận văn.
Tôi cũng vô cùng cảm ơn sự khích lệ, động viên và giúp đỡ hết sức
nhiệt tình của gia đình, bè bạn đã dành cho tơi để tơi hồn thành bản luận văn
nghiên cứu này.
Hà Nội, ngàytháng

Trịnh Trúc Giang


ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân tơi và đuợc thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Việt Phương,
Trung tâm Công nghệ sinh học- Trường Cao đẳng Công nghiệp Thực phẩm và
TS. Vũ Kim Dung, Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp- Trường Đại học
Lâm nghiệp Việt Nam.
Các số liệu, những kết quả nghiên cứu và kết luận trong luận văn này là
hoàn toàn trung thực, chưa từng được cơng bố trong bất cứ một cơng trình nào
khác trước đây. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn
và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng yêu cầu.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày tháng

năm 2020

Trịnh Trúc Giang


iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................................................ ii
MỤC LỤC.......................................................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG...................................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH...................................................................................................................... vi
ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................ 3
1.1. Tổng quan về Chlorogenic acid................................................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu về Chlorogenic acid.......................................................................... 3
1.1.2. Công dụng của Chlorogenic acid..................................................................... 4
1.2. Tổng quan về cà phê.......................................................................................................... 8
1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà phê ở Việt Nam.................................... 8
1.2.2. Cấu tạo quả cà phê xanh.................................................................................... 10
1.2.3. Thành phần hóa học của quả cà phê............................................................ 11
1.2.4. Cà phê xanh và lợi ích sử dụng....................................................................... 13
1.3. Tổng quan về enzyme pectinase............................................................................... 16
1.3.1. Giới thiệu về Enzyme pectinase....................................................................... 16
1.3.2. Ứng dụng của enzyme pectinase..................................................................... 17
1.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất Chlorogenic acid từ cà phê trên thế giới
và ở Việt Nam.............................................................................................................................. 17
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH............................22
2.1. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................................... 22

2.2. Nội dung nghiên cứu...................................................................................................... 22
2.3. Vật liệu nghiên cứu......................................................................................................... 22
2.3.1. Vật liệu nghiên cứu................................................................................................ 22
2.3.2. Hoá chất và thiết bị................................................................................................ 22
2.4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 23


iv
2.4.1. Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết
xuất CGA.................................................................................................................................. 23
2.4.2. Phương pháp tối ưu hố q trình chiết xuất CGA..............................30
2.4.3. Phương pháp xác định hoạt tính CGA thu nhận.................................... 32
2.4.4. Phương pháp sấy chân không.......................................................................... 33
2.4.5. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu........................................................ 33
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................... 34
3.1. Kết quả xác định các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết xuất CGA 35
3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất : dung mơi đến q trình chiết CGA 35

3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình chiết xuất CGA...37
3.1.3. Ảnh hưởng của pH đến quá trình chiết xuất CGA................................39
3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết xuất CGA......................40
3.1.5. Kết quả ảnh hưởng của tốc độ lắc đến quá trình chiết xuất CGA
42
3.1.6. Ảnh hưởng của thời gian thuỷ phân đến quá trình chiết xuất
CGA……………………………………………………………………………..44
3.2. Kết quả mơ hình hố và tối ưu hố q trình chiết xuất CGA.................45
3.2.1. Kết quả ma trận thực nghiệm Box – Behnken ba yếu tố....................46
3.2.2. Phân tích phương sai............................................................................................ 48
3.2.3. Phương trình hồi quy............................................................................................ 49
3.2.4. Tối ưu hóa điều kiện thủy phân cà phê xanh bằng enzyme

pectinase................................................................................................................................... 50
3.2.5. Kết quả xác định hàm lượng CGA bằng phương pháp sắc ký lỏng
HPLC.......................................................................................................................................... 52
3.3. Kết quả xác định hoạt tính kháng khuẩn và kháng oxy hóa......................54
3.3.1. Kết quả xác định khả năng kháng khuẩn................................................... 54
3.3.2. Kết quả xác định hoạt tính oxy hóa............................................................... 56
3.4. Kết quả q trình sấy chân khơng........................................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................................... 60


TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................... 61


v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất- dung mơi đến q trình chiết CGA .. 24
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình chiết xuất CGA. .. 24

Bảng 2.3. Ảnh hưởng của pH đến quá trình chiết xuất CGA.................................. 25
Bảng 2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết xuất CGA.......................26
Bảng 2.5. Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến quá trình chiết xuất CGA....................26
Bảng 2.6. Ảnh hưởng của thời gian thuỷ phân đến q trình chiết xuất CGA 27

Bảng 2.7. Bố trí thí nghiệm xây dựng đường chuẩn CGA........................................ 28
Bảng 2.8. Thiết kế chế độ chạy hệ thống HPLC............................................................. 29
Bảng 2.9. Bố trí thí nghiệm xây dựng dường chuẩn CGA bằng HPLC.............30
Bảng 2.10. Các biến số và khoảng chạy.............................................................................. 30
Bảng 2.11. Ma trận thực nghiệm Box – Behnken ba yếu tố và hàm lượng
CGA thu được trong các điều kiện thuỷ phân khác nhau........................................... 31
Bảng 2.12. Lượng khuẩn lạc sau 24 giờ ni trên mơi trường lỏng....................32

Bảng 2.13. Thí nghiệm xác định điều kiện sấy chân không..................................... 33
Bảng 3.1. Giá trị nồng độ CGA đo ở bước sóng 324 nm........................................... 34
Bảng 3.2. Ma trận thực nghiệm Box – Behnken ba yếu tố và hàm lượng CGA
thu được trong các điều kiện thuỷ phân khác nhau....................................................... 47
Bảng 3.3. Kết quả phân tích phương sai mơ hình tối ưu bằng phần mềm
Design Expert 10.0.3 (Bảng Anova)..................................................................................... 48
Bảng 3.4. Kiểm tra mơ hình thí nghiệm tối ưu hố tách chiết CGA....................51
Bảng 3.5. Diện tích peak CGA ở các nồng độ................................................................. 52
Bảng 3.6. Kết quả xác định hàm lượng CGA bằng HPLC........................................ 54
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của CGA tới sự phát triển của vi khuẩn có lợi và vi
khuẩn gây hại.................................................................................................................................... 55
Bảng 3.8. Kết quả kiểm tra hoạt tính chống oxy hóa................................................... 56
Bảng 3.9. Nhiệt độ và thời gian sấy mẫu để thu nhận chế phẩm CGA..............57


vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơng thức cấu trúc của chlorogenic acid......................................................... 3
Hình 1.2. Một số sản phẩm thực phẩm chức năng chứa chlorogenic acid..........8
Hình 1.3. Cấu tạo quả cà phê.................................................................................................... 10
Hình 1.4. Tác động của pectinase lên phân tử pectin................................................... 16
Hình 3.1. Quả cà phê xanh sau khi xử lý (A), sấy (B), nghiền và rây (C)........34
Hình 3.2. Đồ thị đường chuẩn CGA...................................................................................... 35
Hình 3.3. Đồ thị mối liên hệ tỷ lệ cơ chất – dung môi và hàm lượng chiết xuất
CGA........................................................................................................................................................ 36
Hình 3.4. Sắc ký đồ CGA trong thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu tới

quá trình chiết xuất CGA............................................................................................................. 36
Hình 3.5. Đồ thị mối liên hệ nồng độ enzyme tới hàm lượng chiết xuất CGA
................................................................................................................................................................... 37

Hình 3.6. Sắc ký đồ CGA trong thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ enzyme tới

quá trình chiết xuất CGA............................................................................................................. 38
Hình 3.7. Đồ thị mối quan hệ độ pH dung môi và hàm lượng chiết xuất CGA
................................................................................................................................................................... 39
Hình 3.8. Sắc ký đồ CGA trong thí nghiệm ảnh hưởng của pH tới quá trình chiết

xuất CGA............................................................................................................................................. 40
Hình 3.9. Đồ thị mối quan hệ của nhiệt độ và hàm lượng chiết xuất CGA......41
Hình 3.10. Sắc ký đồ CGA trong thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình

chiết CGA............................................................................................................................................ 42
Hình 3.11. Đồ thị mối quan hệ của tốc độ lắc và hàm lượng chiết xuất CGA 43
Hình 3.12. Sắc ký đồ CGA trong thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ lắc tới quá
trình chiết xuất CGA...................................................................................................................... 43
Hình 3.13. Đồ thị mối quan hệ của thời gian thuỷ phân và hàm lượng chiết xuất

CGA........................................................................................................................................................ 44
Hình 3.14. Sắc ký đồ CGA trong thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian thuỷ phân

tới quá trình chiết xuất CGA..................................................................................................... 45


Hình 3.15. Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu thuỷ phân cà phê xanh thu CGA
.........................................................................................................................50


vii
Hình 3.16. Bề mặt đáp ứng của hàm lượng CGA.......................................................... 51
Hình 3.17. Sắc ký đồ kết quả trước và sau tối ưu hố.................................................. 52

Hình 3.18. Đồ thị đường chuẩn CGA................................................................................... 53
Hình 3.19. Sắc ký đồ của chất chuẩn CGA....................................................................... 53
Hình 3.20. Sắc ký đồ của mẫu thử CGA............................................................................. 53
Hình 3.21. Chế phẩm CGA dạng bột.................................................................................... 57
Hình 3.22. Quy trình thu nhận CGA từ quả cà phê xanh........................................... 58


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, khi nhu cầu cuộc sống ngày càng cao, các loại sản phẩm
chức năng ra đời với mục đích hỗ trợ, cải thiện, nâng cao sức khỏe của con
người luôn là một vấn đề được xã hội đặc biệt quan tâm. Nhiều nghiên cứu đã
chỉ ra rằng việc sử dụng bột chiết cà phê xanh có rất nhiều tác dụng đối với
sức khỏe con người như: hạ huyết áp, ức chế sự tích tụ chất béo, hạn chế tăng
trọng lượng cơ thể và điều chỉnh hàm lượng đường trong máu (Farah và cộng
sự, 2005). Các tác dụng tích cực này của bột chiết cà phê xanh là do sự có mặt
của Chlorogenic acid. Chất này có tác dụng kháng oxi hóa, kháng viêm,
kháng ung thư, chống béo phì, hạ huyết áp và chống co giật (Santana-Gálvez,
2017). Đặc biệt hơn nữa, những nghiên cứu mới cho thấy tác dụng có lợi của
Chlorogenic acid đối với Hội chứng chuyển hóa (Metabolic syndrome). Hội
chứng này được định nghĩa bao gồm một loạt các yếu tố sinh lý, hóa sinh, lâm
sàng và chuyển hóa làm tăng nguy cơ mắc các bệnh tim mạch và tiểu đường
type 2. Các biểu hiện của hội chứng bao gồm: các rối loạn chuyển hóa lipid
máu (tăng cholesterol tổng số trong máu, tăng hàm lượng LDL - cholesterol,
triglycerid, giảm hàm lượng HDL - cholesterol), huyết áp cao, đường máu
cao, dễ viêm, gan nhiễm mỡ và ngưng thở khi ngủ. Hội chứng này được coi
như hội chứng mang tính tồn cầu vì chi phí chữa trị cao và số người mắc
ngày càng tăng ngay cả trong thanh niên và trẻ em (Santana-Gálvez, 2017).
Cà phê xanh là nguồn Chlorogenic acid quan trọng trong thực phẩm
của con người với tổng lượng Chlorogenic acid lên đến 41 – 113 mg/g chất

khô tùy thuộc giống. Việc thu nhận CGA từ quả cà phê xanh làm nguyên liệu
sản xuất thực phẩm chức năng phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính đặc
biệt là hội chứng chuyển hóa giúp đa dạng hóa các sản phẩm từ cà phê và tăng
giá trị kinh tế của cây cà phê.
Pectinase là các enzyme được dùng khơng giới hạn trong thực phẩm vì
khơng ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Bằng ưu điểm là dễ nuôi cấy, sinh


2
trưởng và phát triển nhanh, cho nhiều enzyme trong một thời gian ngắn, vi
sinh vật là lựa chọn hàng đầu của các nhà sản suất công nghiệp với mong
muốn giảm giá thành, tăng năng suất sản xuất lên cao nhất. Sự sản xuất
pectinase quy mô công nghiệp được thực hiện chủ yếu từ Aspergillus niger
(Yogesh, 2009).
Với rất nhiều các kết quả khả quan về tác dụng dược lý cũng như tiềm
năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm của acid chlorogenic từ quả cà
phê xanh, việc tách chiết axit chlorogenic từ nguyên liệu này cung cấp chế
phẩm hoạt chất tự nhiên quý, làm nguyên liệu sản xuất các thực phẩm chức
năng dùng trong phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính như tăng huyết
áp, tiểu đường và đặc biệt là hội chứng chuyển hóa, những bệnh lý đang tăng
nhanh hiện nay. Từ những lí do trên, chúng tơi tiến hành thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu tách chiết và xác định hoạt tính sinh học của Chlorogenic
acid từ quả cà phê xanh”.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về Chlorogenic acid
1.1.1. Giới thiệu về Chlorogenic acid

- Màu sắc: Màu vàng nhạt đến bột trắng.
- Công thức phân tử: C16I18O9
- Công thức cấu tạo: về cấu trúc, chlorogenic acid là este của caffeic
acid
với nhóm 3-hydroxyl của quinic acid.


Cấu trúc Chlorogenic acid

Chlorogenic acid là este được hình thành giữa acid caffeic và 3-hydroxyl
của acid L -quinic (Clifford, 1999), đồng phân chlorogenic acid bao gồm các
este caffeoyl tại các vị trí hydroxyl khác nhau trên vòng acid quinic: 4 O acid
-caffeoylquinic (acid cryptoChlorogenic hoặc 4-CQA) và 5 Oacidcaffeoylquinic (acid neoChlorogenic hoặc 5-CQA).
Các cấu trúc có nhiều hơn một nhóm acid caffeic được gọi là acid
isochlorogenic và có thể được tìm thấy trong cà phê (Barnes và cộng sự,
1950). Có một số đồng phân, chẳng hạn như acid 3,4-dicaffeoylquinic và acid
3,5-dicaffeoylquinic và cynarine (acid 1,5-dicaffeoylquinic) (Corse và cộng
sự,1965).

Hình 1.1. Cơng thức cấu trúc của chlorogenic acid


4


Sự tổng hợp CGA trong tự nhiên

Tiền chất sinh tổng hợp của chlorogenic acid là 4-coumaroyl-CoA, chứa
một nhóm hydroxyl duy nhất trên vòng aryl. Các hydroxyl của este coumaryl,
tức là gắn các nhóm hydroxy thứ hai, được xúc tác bởi enzyme cytochrome

P450 (Vogt, 2010).
Chlorogenic acid có thể được tìm thấy trong cây tre (Phyllostachys
edulis) (Kweon, 2001) hay trong chồi của cây thạch nam (Calluna vulgaris)
(Jalal và cộng sự, 1982) cũng như trong nhiều loại cây khác (Clifford, 2003).
Trong thực phẩm, chlorogenic acid và các hợp chất liên quan như
cryptochlorogenic acid và neochlorogenic acid đã được tìm thấy trong lá của
cây dâm bụt (Sabdariffa) (Zhen, 2016). Các chất đồng phân của chlorogenic
acid được tìm thấy trong khoai tây. Ngồi ra, chlorogenic acid có trong thịt
quả cà tím, đào, mận khơ và quả cà phê.
1.1.2. Công dụng của Chlorogenic acid
Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc tiêu thụ bột chiết cà phê xanh
có rất nhiều tác dụng đối với sức khỏe con người như hạ huyết áp, tác dụng ức
chế sự tích tụ chất béo, tăng trọng lượng cơ thể và điều chỉnh hàm lượng
đường trong máu (Farah, 2005). Các tác dụng này của bột chiết cà phê xanh
được giải thích bởi sự có mặt của Chlorogenic acid có trong bột chiết do nó
thể hiện các tính chất sinh học quý bao gồm kháng oxi hóa, kháng viêm,
kháng ung thư, chống béo phì, hạ huyết áp và chống co giật (Santana-Gálvez,
2017).
-

Đối với bệnh béo phì:

Một thí nghiệm trên chuột cho thấy rằng Chlorogenic acid làm giảm
khối lượng cơ thể, chất béo nội tạng, triglycerid trong gan và tim, giảm
cholesterol trong các mô mỡ và trong tim ở các con chuột bị béo phì (AeSimCho, 2010). Chlorogenic acid làm hạn chế sự tăng cân và hạn chế sự tích
tụ các axit béo tự do trong gan của chuột ăn chế độ giàu chất béo. Đối với con


5
người, có nghiên cứu đã chỉ ra rằng người béo phì với chỉ số BMI 27,5–32 khi

dùng chế phẩm Coffee Slender từ cà phê xanh (45 mg CGAs/g), 5 cốc/ngày
đã giảm được 5,4 kg trong vòng 12 tuần (Thom, 2007). - Đối với các rối loạn
chuyển hóa lipid máu:
Chlorogenic acid giảm axit béo tự do triglyceride và cholesterol trong
huyết tương và làm tăng đáng kể tỷ số HDL-cholesterol/cholesterol toàn phần
ở
chuột ở nhóm chuột bị gây béo phì (Ae-SimCho, 2010). Khi cho
chuột ăn
chế độ giàu cholesterol, Chlorogenic acid (10 mg/kg trong 28 ngày) làm giảm
cholesterol toàn phần và LDL-cholesterol, tăng HDL cholesterol và cải thiện
các chỉ số liên quan đến nguy cơ bệnh động mạch vành và bệnh tim.
Ở

Đối với bệnh tiểu đường:

chuột bị tiểu đường, chế độ ăn có Chlorogenic acid (27 mg/kg trong

11 ngày) làm giảm hàm lượng glucose trong máu (Attila Hunyadi và cộng sự,
2012). Sử dụng Chlorogenic acid (10 hoặc 50 mg/kg thể trọng trong hai tuần)
làm giảm lượng chất béo và nồng độ đường glucose trong máu sau ăn của
chuột bị béo phì đồng thời rút ngắn thời gian lành vết thương của chúng
(Deniz Bagdasa, 2015) (Junghyun Kim, 2011). Đối với con người, việc sử
dụng bột chiết giàu Chlorogenic acid từ hạt cà phê xanh (300 mg chất chiết
chứa 13,9% Chlorogenic acid) cùng với snack giàu glucid làm giảm hàm
lượng glucose trong máu sau khi ăn. Hàm lượng glucose trong máu của người
tình nguyện giảm 6,9% khi được uống nước chứa 25 g đường saccharose và
chế phẩm Coffee Slender từ cà phê xanh so với nhóm đối chứng (Thom,
2007).
- Đối với bệnh cao huyết áp:
Theo Thom (2007), đối với chuột bị cao huyết áp, tác giả đã chỉ ra rằng

chế độ ăn bổ sung 0,5% Chlorogenic acid trong 8 tuần hạn chế đáng kể sự
tăng huyết áp. Đối với người khỏe mạnh, Chlorogenic acid tinh khiết (400
mg) làm giảm huyết áp 1,53-2,41 mm Hg. Trong một thí nghiệm khác, 117


6
tình nguyện viên 30-50 tuổi bị cao huyết áp ở mức độ trung bình dùng súp bổ
sung bột chiết cà phê xanh với hàm lượng Chlorogenic acid tương ứng 0, 25,
50 và 100 mg trong 28 ngày có huyết áp giảm 3,2-4,7 mm Hg (Kazuya
Kozuma và cộng sự, 2005). Một nghiên cứu khác thực hiện đối với 11 đàn
ông và 17 phụ nữ bị cao huyết áp ở mức độ trung bình cho thấy huyết áp giảm
6,9-7,7% khi uống nước rau quả có bổ sung 0,48 g bột chiết cà phê xanh/ngày
(chứa 140 mg Chlorogenic acid) trong 12 tuần (Takuya Watanabe, 2006).
* Vai trị của Chlorogenic acid trong cơng nghiệp thực phẩm:
Tiềm năng ứng dụng Chlorogenic acid trong công nghiệp chế biến thực
phẩm rất lớn do hợp chất này thể hiện khả năng kháng khuẩn, kháng oxi hóa,
hoạt động hiệp đồng với các chất kháng oxi hóa khác trong thực phẩm và có
tính chất prebiotic (Santana-Gálvez, 2017).
-

Về khả năng kháng khuẩn:

Việc sử dụng chất bảo quản hóa học tổng hợp trong các sản phẩm thực
phẩm là một mối quan ngại cho người tiêu dùng bởi các tác dụng phụ của
chúng. Do đó, việc xác định các chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên có thể
được chấp nhận bởi người tiêu dùng đã trở nên có giá trị và là mối quan tâm
của rất nhiều nhà sản xuất thực phẩm. Nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng
Chlorogenic acid có thể được sử dụng như một chất bảo quản do có khả năng
kháng vi sinh vật.
Khả năng kháng các vi sinh vật probiotic của Chlorogenic acid cũng

được nghiên cứu. Chlorogenic acid khơng kìm hãm sự phát triển của
Bifidobacterium lactis, Lactobacillus crispatus (L. crispatus), L. johnsonii, L.
paracasei, L. plantarum, L. reuteri, hay L. rhamnosus khi nồng độ đạt đến 10
mg/m (R. Puupponen‐Pimiä, 2001) .Đây này là một thuận lợi đáng kể cho
việc ứng dụng Chlorogenic acid trong bảo quản các sản phẩm thực phẩm như
chất kháng khuẩn.
-

Về khả năng kháng oxi hóa:


7
Chlorogenic acid có khả năng hạn chế sự oxi hóa trong thực phẩm đặc
biệt là các thực phẩm giàu chất béo và các nhũ tương dầu/nước hay nước/dầu.
Quá trình oxi hóa chất béo trong thực phẩm thường làm giảm giá trị dinh
dưỡng, giá trị sinh học và giá trị cảm quan của các sản phẩm thực phẩm do
các chất béo đặc biệt là các axit béo không no nhiều nối đôi và các vitamin bị
phân giải, các sản phẩm oxi hóa tạo thành (hydroxyperoxide, aldehyde,
polymer) gây nên mùi ơi khét và đôi khi độc cho thực phẩm.
- Về hoạt động hiệp đồng với các chất kháng oxi hóa khác:
Hoạt động hiệp đồng của các chất kháng oxi hóa làm tăng mạnh hiệu quả
kháng oxi hóa của các chất kháng oxi hóa tự nhiên. Cơ chế hiệp đồng có thể
là khử gốc tự do của chất kháng oxi hóa khác sau khi chất này đã cho điện tử
và vô hoạt gốc tự do. Ngoài ra, sự bảo vệ các chất kháng oxi hóa cũng là một
cơ chế hoạt động hiệp đồng. Anthocyanin là một chất kháng oxi hóa rất phổ
biến trong tự nhiên đặc biệt trong các loại rau, quả có màu đỏ, tím, đen, xanh.
Chúng có khả năng kháng oxi hóa mạnh nhưng lại kém bền dưới tác động của
nhiệt độ, ánh sáng và pH kiềm.
- Về tác dụng prebiotic:
Tác dụng prebiotic của Chlorogenic acid thể hiện ở khả năng tăng cường

phát triển của các vi sinh vật có lợi trong đường ruột. Mills và cộng sự. (2015)
trong thí nghiệm in vitro của mình với hệ thống bắt chước ruột già của người
đã chỉ ra rằng Chlorogenic acid tinh khiết hoặc cà phê giàu Chlorogenic acid
tăng cường sự phát triển của vi sinh vật có lợi trong đường ruột bao gồm
Bifidobacterium spp. và nhóm Clostridium coccoides-Eubacterium.
Với rất nhiều các kết quả khả quan về tác dụng dược lý cũng như tiềm
năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm của Chlorogenic acid từ hạt cà
phê xanh, việc tách chiết Chlorogenic acid từ nguyên liệu này cung cấp chế
phẩm hoạt chất tự nhiên quý, làm nguyên liệu sản xuất các thực phẩm chức
năng dùng trong phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính như tăng huyết


8
áp, tiểu đường và đặc biệt là hội chứng chuyển hóa, những bệnh lý đang tăng
nhanh hiện nay.
Ngồi ra Chlorogenic acid cũng có thể tạo ra các phản ứng tích cực với
cơ thể. Theo nghiên cứu mới đây của Carlos Tello (2020), CGA có các tác
dụng sau:
áp.
-

Ức chế 11-βHSD1 là enzyme tạo ra các hormon gây tăng huyết

Kích hoạt thụ thể GABAa bằng cách liên kết với vị trí của

benzodiazepine, dẫn đến giảm mức độ lo lắng.
-

Tăng Glucagon – một loại hormon làm tăng nồng độ insulin trong máu

và làm giảm glucose.
Kích hoạt Peroxisome proliferator – Activated receptor alpha
dẫn đến
tăng sự gia nhiệt và giảm mỡ cơ thể.
-

Ức chế HMG-CoA là enzyme chịu trách nhiệm sản xuất cholesterol và

là mục tiêu chính của thuốc statin.
-

Ức chế acetylcholinesterase giúp cải thiện nhận thức và trí nhớ.

Hình 1.2. Một số sản phẩm thực phẩm chức năng chứa chlorogenic acid.
1.2. Tổng quan về cà phê
1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà phê ở Việt Nam
Cà phê là một trong những thức uống phổ biến nhất trên tồn thế giới,
nó được trồng rộng khắp ở hơn 75 nước nhiệt đới và cận nhiệt đới, là nguồn
lợi xuất khẩu quan trọng cho các quốc gia này.


9
Cây cà phê được người Pháp đưa vào Việt Nam từ khoảng năm 1850.
Do điều kiện khí hậu và đất đai thích hợp nên cây được phát triển trên quy mô
rộng và cho hạt chất lượng tốt không kém sản phẩm của những nước sản xuất
và xuất khẩu cà phê lớn trên thị trường. Tuy nhiên phải đến sau giải phóng
ngành cà phê Việt Nam mới đi vào thời kỳ phát triển, sản lượng sản xuất ra
chủ yếu để xuất khẩu.
Cà phê thuộc họ Rubiaceae với hơn 70 loài khác nhau, nhưng hai lồi
có giá trị kinh tế quan trọng đó là: Arabica (Coffea arabica) và Robusta (C.

canephora). Cây cà phê trồng ở nước ta hiện nay có 3 lồi là: cà phê chè
(Coffea arabica), cà phê vối (C. canephora) và cà phê mít (C. excelsa). Về
chất lượng thì cà phê chè có vị thơm ngon và dịu, hàm lượng cafein khoảng
1,2%. Cà phê vối hương vị kém hơn cà phê chè nhưng đậm đà hơn, hàm
lượng cafein tương đối cao, khoảng 2,5%. Cà phê mít ít thơm, vị hơi chua, ít
được ưa chuộng nhất.
Tính đến năm 2018, diện tính cà phê của cả nước rất lớn, khoảng
720.000 ha. Trong đó, cà phê Robusta chiếm khoảng 670.000 ha (chiếm 93%
diện tích), đạt khoảng 1,71 triệu tấn (khoảng hơn 96% sản lượng). Cà phê
Arabica, diện tích là 50.000 ha (chỉ gần 7%), sản lượng gần 67.000 tấn (chỉ
gần 4%).
Theo hiệp hội Cà phê ca cao Việt Nam (Vicofa) ước tính tổng lượng
tiêu thụ cà phê của thị trường trong nước chỉ chiếm khoảng 10% sản lượng cà
phê sản xuất, 90% còn lại là xuất khẩu. Trong đó chỉ có 10% xuất khẩu ở
dạng chế biến sâu. Điều này hồn tồn khơng có lợi cho ngành cà phê Việt
Nam vì khi tỉ lệ xuất khẩu quá cao nhà sản xuất cà phê dễ bị lệ thuộc vào các
nhà nhập khẩu. Do đó, thúc đẩy tiêu dùng nội địa chính là cách căn bản nhất.
Ngoài ra, do nhiều yếu tố chủ quan và khách quan, vấn đề thu hoạch
cà phê khi quả còn xanh từ vài chục năm nay vẫn chưa được khắc phục, tỉ lệ
quả non xanh chiếm đến 50%. Điều này làm cho cà phê nhân Việt Nam xuất


10
khẩu bị mất giá, có nhiều lơ hàng bị trả lại. Mặt khác cà phê Việt Nam còn bị
từ chối ở một số thị trường trên thế giới. Điều đó cho thấy việc loại cà phê
xanh ra khỏi nhân cà phê xuất khẩu là cần thiết.
1.2.2. Cấu tạo quả cà phê xanh
Quả cà phê xanh được cấu tạo từ 3 lớp vỏ, thịt quả và nhân hạt (hình
1.3). Trong đó, 2 thành phần chính giàu hoạt chất sinh học là:

Hình 1.3. Cấu tạo quả cà phê1


Lớp vỏ trấu (Parchment):

Là lớp ngoài cùng của phần quả, tiếp xúc trực tiếp với phần vỏ quả, vỏ
trấu được hình thành từ ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng (tế bào sợi đóng vai trị
chính trong thực vật) nên cịn được gọi là vỏ trấu. Các tế bào cấu thành vỏ
trấu sẽ cứng dần trong quá trình trưởng thành của quả cà phê, do đó hạn chế
kích thước cuối cùng của quả nhân cà phê. Trong cà phê Arabica, trọng lượng
trung bình của vỏ trấu với độ ẩm khoảng 11% nằm trong khoảng 3,8% tổng
trọng lượng quả cà phê.


Lớp vỏ lụa (Silver skin):

Vỏ lụa được hình thành từ nucellus có màu trắng bạc sau khi phơi khơ,
nên cịn được gọi là vỏ bạc. Lớp vỏ này rất mỏng và có thể được bóc ra khỏi
nhân trong q trình đánh bóng quả. Tuy nhiên, một số nhà chế biến cà phê
thường để lại vỏ lụa trên quả cà phê như một lớp bảo vệ tự nhiên, lớp vỏ này
sau đó sẽ tự hủy trong quá trình rang cà phê. Ở một số vùng và tùy thuộc vào
giống cà phê lớp vỏ lụa có thể sẫm màu hơn.
1

Nguồn: />

11


Nhân cà phê

Phần trong cùng và là quan trọng nhất của quả, chịu trách nhiệm tích
lũy chất dinh dưỡng cho q trình nẩy mầm của phơi. Một quả cà phê thơng
thường có 2 nhân (cá biệt có 1 hoặc 3 nhân). Thành phần hóa học của nhân vơ
cùng quan trọng vì đây được xem là tiền thân của các hương vị và mùi thơm
sau này trong cà phê rang. Các hợp chất hóa học được tìm thấy trong nội nhũ
có thể kể đến bao gồm:
-

Các hợp chất tan trong nước, như: caffeine, trigonelline, nicotinic

acid (niacin), ít nhất 18 chlorogen acid, các thành phần cacbohydrat (mono-,
di- và oligosacarit) một số protein các khống chất và carboxylic acid…
-

Trong khi đó các thành phần khơng hịa tan trong nước bao gồm:

cellulose, polysacaride, lignin và hemicellulose, một số protein, khoáng chất
và lipid.
-

Trong lớp nhân cà phê sẽ là phôi (embryo) bao gồm một trục phôi

(hypocotyl) và hai lá mầm dài từ 3 – 4 mm. Khi quả bắt đầu nảy mầm trục
phôi sẽ kéo dài và đẩy quả lên trên mặt đất. Các lá mầm ban đầu ở dưới lịng
đất ngay sau đó các lá mầm mới sẽ hình thành.
1.2.3. Thành phần hóa học của quả cà phê
Nhóm chất cơ bản sau đây đều có mặt ở tất cả các giống lồi cà phê, tuy
nhiên tùy theo giống cà phê và phụ thuộc vào điều kiện canh tác mà các thành
phần hóa học trong cà phê có thể thay đổi. Theo trang Coffee Chemistry.com,

thành phần cà phê bao gồm:



Nhóm chất hữu cơ

Nước: cà phê tươi có độ ẩm tuyệt đối, với hàm lượng nước cao thì các
loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng quả đồng thời khi rang sẽ tốn nhiều
nhiên liệu và thất thốt hương nhiều hơn. Vì vậy, thơng qua các phương pháp
chế biến cà phê hàm lượng nước giảm xuống 10 – 12% cà phê sẽ được bảo
quản lâu hơn. Hàm lượng nước sau khi rang còn khoảng 2 – 3%.


12


Cacbohydrat (glucid)

Chiếm 50% tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành
phần nước uống mà chỉ cho màu và vị caramen. Đường có trong cà phê do
quá trình thủy phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và các enzyme thủy phân.
Hàm lượng saccharose có trong cà phê phụ thuộc vào độ chín của quả, quả
càng chín thì hàm lượng càng cao. Saccharose bị caramen hóa trong quá trình
rang tạo thành hương vị cho nước cà phê.



Thành phần protein

Hàm lượng protein khơng cao nhưng đóng vai trị quan trọng giúp hình

thành hương vị của cà phê trong quá trình rang qua phản ứng Maillard với các
loại đường có trong cà phê. Bằng các phương pháp định tính người ta nhận
thấy trong thành phần protein có những acid amin chính như: cystein, alanie,
phenylalanine, histidine, leucine, lysine, derine.


Các Acid hữu cơ

Chlorogenic acid (CGA) – Một trong những loại acid quan trọng nhất
trong cà phê, tổng hàm lượng lên tới khoảng 41 – 113 mg/g chất khô tùy
thuộc giống.
Acetic acid là một trong nhiều axit hữu cơ đóng vai trị quan trọng trong
chất lượng cà phê. Nồng độ acetic acid cao hay thấp còn phụ thuộc vào
phương pháp chế biến ướt hoặc khơ, vì vậy đây là loại axit được sinh ra đáng
kể trong q trình chế biến chứ khơng nhiều trong chính quả cà phê.
Citric acid - đóng một vai trò như một hợp chất trung gian quan trọng
trong chu trình trao đổi chất của cây cà phê. Trong cà phê xanh, citric acid
chiếm một phần đáng kể trong tổng hàm lượng acid. Khi rang, citric acid đạt
mức tối đa khi rang ở nhiệt độ thấp rồi nhanh chóng giảm đi khi tăng dần
nhiệt độ rang.
Quinic acid: khi rang, quinic acid tăng dần lên theo mức giảm của
Chlorogenic acid (CGA). Trong quá trình rang, một phần quinic acid sẽ tiếp


13
tục phân hủy để tạo thành một số hợp chất thứ cấp bao gồm phenol, catechol,
hydroquinone, pyrogallol và một số diphenols – là những tiền chất quan trọng
cấu thành hương thơm của cà phê.
Phosphoric acid trong cà phê chiếm ít hơn 1% chất khô. Không giống
như một số các acid khác, phosphoric acid có nồng độ cao hơn nhiều lần vì

vậy các nhà nghiên cứu tin rằng phosphoric acid tác động mạnh mẽ hơn đến
hương vị so các loại acid khác trong cà phê.



Nhóm chất hương, chất khống

Chất thơm: trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, được hình thành và
tích lũy trong quả. Mặt khác, phần lớn mùi hương cà phê mà ta nhận thấy
được hình thành trong quá trình chế biến cà phê, đặc biệt trong quá trình rang.
Các chất thơm phức tạp bao gồm nhiều phân tử cấu thành như: acid, aldehid,
ceton, rượu, phenol, este… Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi
và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm nên cần đựng trong bao bì kín
và tiêu thụ nhanh.
Chất khoáng: chỉ từ khoảng 3 - 5% chủ yếu là kali, nito, magie, photpho,
clo. Ngồi ra, cịn có các chất nhôm, sắt, đồng, lưu huỳnh. Những chất này
ảnh hưởng không tốt đến mùi hương cà phê. Chất lượng cà phê càng cao thì
khống chất càng thấp và ngược lại.
1.2.4. Cà phê xanh và lợi ích sử dụng
1.2.4.1. Cà phê xanh
Cà phê xanh là cà phê chưa rang có chứa nhiều thành phần chống oxy
hóa đặc biệt là chlorogenic acid. Có một điểm cần lưu ý rằng cà phê Arabica
chứa 3,5% - 7,5% (khối lượng khô), trong khi cà phê Robusta chứa 7,0% 14,0% (khối lượng khô) CGA. Cà phê chưa rang có hàm lượng CGA cao hơn
rất nhiều so với cà phê rang (Belitz và cộng sự, 2009).
Caffeine là thành phần được biết đến nhiều nhất của hạt cà phê. Ở cà
phê Arabica thơ, caffein có thể được tìm thấy với các giá trị khác nhau giữa


14
0,8% và 1,4% khối lượng khô, trong khi đối với Robusta các giá trị này thay

đổi từ 1,7% đến 4,0% khối lượng khô (Solange I. Mussatto, 2011).
Hạt cà phê được cấu thành bởi nhiều thành phần khác nhau như
cellulose, khoáng chất, đường, lipid, tannin, và polyphenol. Khoáng chất bao
gồm kali, magiê, canxi, natri, sắt, mangan, kẽm, đồng, crôm, bari, niken,
coban, molybden, titan,... Đường bao gồm sucrose, glucose, fructose,
arabinose, galactose, và mannose. Một số axit amin như alanin, arginine,
asparagine, cysteine, axit glutamic, glycine, histidine, izoleucin, leucine,
lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tyrosine, và
valine cũng có thể được tìm thấy trong cà phê xanh. Ngồi ra, hạt cà phê cịn
chứa vitamin phức hợp B, niacin (vitamin B3 và PP) và chlorogenic acid từ
7% đến 12%, gấp ba đến năm lần so với caffein (Solange I. Mussatto, 2011).
Trong số các chất có trong thành phần hóa học của cà phê, chỉ có chất
caffein có khả năng chịu nhiệt, nghĩa là khơng bị phá hủy bởi quá trình rang.
Các chất nhu protein, đuờng, chlorogenic acid, trigonelline và lipid có thể
được bảo quản hoặc thậm chí bị phá hủy và biến thành sản phẩm phản ứng
trong quá trình rang cà phê (Alonso-Salces, 2009).
Hợp chất phenolic chủ yếu được tìm thấy trong hạt cà phê xanh là CGA
(lên tới 12% chất rắn), là este của axit trans-cinnamic và axit quinic. Sự kết
họp giữa axit hydroxycinnamic với các axit amin (cinnamoyl amides) hoặc
glycosides (cinnamoyl glycosides) cũng đã được trình bày cụ thể trong các
nghiên cứu trước đó (Belitz và cộng sự, 2009; Alonso-Salces, 2009). Bên
cạnh đó, CGA cịn có các tác dụng khác như bảo vệ gan, hạ đường huyết và
các hoạt động kháng vi-rút (Iwai, 2004). Các hợp chất phenol khác như
tannin, lignan và anthocyanins được tìm thấy trong hạt cà phê xanh với lượng
thấp hơn (Farah, 2008).
Thành phẩn lipid trong hạt cà phê xanh chủ yếu gồm triacylglycerols,
sterol, tocopherols và diterpene, trong đó sterol chiếm đến 20% tổng số lipid
(Speer, 2006).

15
Quá trình rang cà phê sẽ gây ra các thay đổi đối với các thành phần trong
hạt cà phê vì một số hợp chất sẽ bị suy thoái hoặc biến đổi dẫn đến sự biến đổi
về hương thơm, hương vị và màu sắc. Đe tránh mất mát một số hợp chất có
lợi cho sức khỏe, người ta tìm ra các phương pháp chiết xuất cà phê xanh với
nước nóng, rượu hoặc hỗn hợp rượu - nước (Alves, 2010).
1.2.4.2. Tác dụng của cà phê xanh
Lợi ích của cà phê xanh đã bắt đầu được nghiên cứu từ nhiều năm về
trước. Kết quả của các nghiên cứu đã cho thấy cà phê xanh có thể mang lại lợi
ích sức khoẻ nhất định. Dưới đây là một số điểm chính từ những nghiên cứu
sẵn có về cà phê xanh:
• Giảm cân:
Chiết xuất cà phê xanh có thể có lợi cho những người muốn giảm cân
(Igho Onakpoya, 2010).
Các nhà khoa học đã chứng minh rằng chiết xuất cà phê xanh có thể
bảo vệ chống lại sự tăng cân bằng cách chống lại sự hấp thụ chất béo và thúc
đẩy quá trình trao đổi chất béo của gan (Hiroshi Shimoda và cộng sự, 2006).
• Điều chỉnh huyết áp:
Cà phê xanh có lợi cho những người tăng huyết áp. Một số nghiên cứu
chỉ ra rằng những người sử dụng cà phê xanh cho thấy có sự giảm huyết áp
đáng kể so với những người khác.
• Bệnh Alzheimer:
Nghiên cứu trên động vật chỉ ra rằng chiết xuất cà phê xanh có thể đóng
vai trị quan trọng với điều trị bệnh Alzheimer. Trong một nghiên cứu năm
2012 của Neuroscience về Dinh dưỡng, các cuộc thử nghiệm trên chuột tiết lộ
rằng cà phê xanh không chứa caffeine giúp bảo vệ sự chuyển hóa năng lượng
trong não (một yếu tố nguy cơ cho bệnh Alzheimer) (Lap Ho và cộng sự,
2013).
Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy rằng chiết xuất cà phê xanh giúp chống
lại sự đề kháng insulin.