Luận văn thạc sĩ Công nghệ hóa học: Phân tích hàm lượng Caffeine trong một số loại cà phê bằng phương pháp HPLC

Tác dụng sinh lý ở trên chủ yếu là do tác dụng củacaffeine, một thành phần quan trọng không thể thiếu trong cà phê.Trong nước cà phê có một lượng đáng kê các vitamine nhóm B, nhất là vit

NGUYEN PHUONG QUYEN

PHAN TÍCH HAM LUONG CAFFEINE TRONG

LUAN VAN THAC Si

TP HO CHI MINH, NAM 2013

œNGUYEN PHƯƠNG QUYEN

LOAI CA PHE BANG PHUONG PHAP HPLC

CHUYEN NGANH:CONG NGHE HOA HOCMA SO CHUYEN NGÀNH :60.52.75

LUẬN VĂN THAC SĨ

GVHD: PGS-TS PHAM THÀNH QUAN

TP HO CHI MINH, NAM 2013

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: PGS TS PHAM THÀNH QUAN

Cán bộ chấm nhận Xét Ì: - - + 6E EE+E#E SE EsESEEESESEEekekeereree

Cán bộ chấm nhận Xét 2: - - + E612 ESE SE EsEgEEESESeEekekevreree

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai hoc Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng năm 2013.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

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 (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TR ONG KHOA KY THUẬT HOA HỌC

PHAN TÍCH HAML > ỢNG CAFFEINE TRONG MỘT SỐ LOẠI CÀ PHÊ

BANG PH ONG PHAP HPLCIl NHIEM VU VA NOI DUNG

= Khảo sát các yếu tô trích ly caffeine băng hai phương pháp Soxhlet va CO,

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 21/ 11/2013V HO VÀ TÊN CAN BO H_ ONG DAN: PGS TS PHAM THÀNH QUẦN

Tp HCM, ngay thang nam 2013

CAN BO H ONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

LỜI CẢM ƠN

Pham Thành Quân, người thay đã dẫn dắt tôi ngay từ những ngày dau tiên cho đếnkhi hoàn thành dé tài Cám ơn thay với những ý tưởng, những chi dẫn nhiệt tình,những kiến thức khoa học để tôi hoàn thành đề tài

Với tât cả lòng biệt ơn sâu sắc nhât, tôi muôn gửi đên thây

Đề hoàn thành luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thây, Côđặc biệt là Thay Cô bộ môn hữu cơ, khoa Kỹ thuật hóa học, trường đại hocBách khoa Các Thầy, Cô đã tận tình truyền đạt cho tôi những kiến thức vàkinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tdi được đào tao tại trường Cámơn thầy cô bộ môn Hóa hữu cơ và các anh chị cán bộ phòng thí nghiệm đãtạo 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 tr Ong đại học Nông Lam đã giúp do tôi nhiệt tình trong quatrình hoàn thành luận văn.

Lời cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn be đã bên cạnh lang nghe vachia sẻ cùng tôi những that bai cũng như những thành công trên con đường

chính phục tri thức của tôi.

Học viên thực hiện

Nguyễn Ph ong Quyên 7

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ

Giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Phạm Thành Quân Các nội dung nghiên cứu và

kết quả trong dé tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bat cứcông 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 ghinhận được Nếu phát hiện có bất ky sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu tráchnhiệm trước Hội đông, cũng như kết quả luận văn của mình.

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cây cà phê chè (Coffea Arabica) - cv HH ng ke l

Hình 1.2 Cà phê vối RObisfa ¿5-5565 SE SE 2E2EE2EEE2EE2E121 2111111211111 te 2

Hình 1.13 Không gian màu L*aÝÖ, c0 ke 31

Hình 2.1] Can say 4m hiéu Sartorius, May do mau Chroma Meter CR 300 37Hình 2.2 Hệ thong SIDE - SE 12 2 121111151511 21 212115111101 01 111511011111 y6 45Hình 2.3 Hệ thông GC-MS - c1 t2 111 11151111 11111111 1101010101 1101011116 46Hình 3.1 Sắc kí đồ chuẩn caffeine - set hư 56Hình 3.2 Đường chuẩn caffeine - ¿6 522x223 E23 2E EErErrrrrrree 57Hình 3.3 Đồ thị về mối quan hệ giữa thời gian và hàm lượng caffeine 58Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian trích ly và % caffeine 59

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỉ lệ % co-solvent (ethanol) và % caffeine1111 2 60Hình 3.6 Đồ thị về sự phụ thuộc giữa tỉ lệ rắn- lỏng và hàm lượng caffeine 62Hình 3.7 Biéu đỗ kết quả % caffeine của 8 mẫu cà phê bột rang xay

theo phương pháp SoxÏ@f - Gà 64

Hình 3.8 Biểu đồ % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan theo Soxhlet 65Hình 3.9 Biéu đỗ kết quả % caffeine của mẫu cà phê bột rang xay bang SFE 6ÓHình 3.10 Biều đồ % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan trích li theo phương pháp SFE

Hình 3.11 Biểu đồ so sánh % caffeine của 7 mẫu cà phê bột rang xay chiết theo

phương pháp Soxhlet và SE E - << - 9000 ng 68

Hình 3.12 Biểu đồ so sánh % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan chiết theo phương

DANH MỤC CAC BANG

Bảng 1.1 Thanh phan hóa học của hat cà phê - 2 ¿522252 2s+x+££ezxszeced 6Bảng 1.2 Tính chat vật lý của caffeine -¿- ¿525222 SE tt E2tEExrkerrrkrrerrred 7Bang 1.3 Phân nhóm mùi hương của các hợp chat bay hơi trong cà phê 15Bang 1.5 Nhiệt độ, áp suất tới han của một số dung môii - - 2s: 20

Bang 2.1 Kí hiệu 15 mẫu phân tích - - - + 2525252 Ss+£+E+t+E+x+xexexexerrrrreree 36

Bang 3.1 Kết quả độ âm 8 mẫu cà phê bột rang xay - 2 + 5552525525: 46Bang 3.2 Kết quả độ âm 7 mẫu cà phê hòa tan - 2-5 2 25255252 5s+s+szscs+2 49Bảng 3.3 Kết qua 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 tri độ sáng (L) cua

sản phẳm - ¿56-52 SE 21932121911 121911 211111211111 11 1111111111 1.11 111.0111011 50Bang 3.6 Kết qua thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ rang đến giá trị màu a* của san

Bang 3.12 Kết quả AE của mẫu cà phê bột hòa tan -. 5- 52 25555252 5s25+2 55Bang 3.13 Kết quả diện tích peak của chuẩn caffeine - - 2 5555525255252 56

Bang 3.14 Kết quả khảo sát về thời gian trích li theo phương pháp Soxhlet 58

Bang 3.15 Kết quả khảo sát thời gian trích ly của phương pháp SFE 59

Bang 3.16 Kết quả khảo sát tỉ lệ co-solvent (ethanol) của phương pháp SFE 60

Bang 3.17 Kết quả khảo sát tỷ lệ ran-long của phương pháp chiết Soxhlet 62

Bang 3.18 Kết quả trích ly 8 mẫu cà phê bột theo phương pháp Sohxlet 63

Bang 3.19 Kết quả % caffeine của 7 mẫu cà phê hòa tan -55-5+: 65Bang 3.20 Kết quả % caffeine mẫu cà phê bột chiết theo phương pháp SFE 66

Bang 3.21 Kết quả trích ly 7 mẫu ca phê hòa tan theo phương pháp SFE 67Bang 3.22 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương ca phê TN theo phương

GCMSGLCGSCHSHPLC

IR

MSNMRPDMSSC-CO,SDSDESFESPESPMEWHO

DANH MUC KY HIEU VA TU VIET TAT

Direct immersionFlame ionization detectionGas chromatography mass spectrometryGas liquid chromatography

Gas solid chromatographyHeadspace

High performance liquid chromatographyHour(s)

Solid-phase-microextractionWorld heath organization

Danh mục các hình - - - c - c0 33000101030 110100 1110 111v cv ng ve |710v 1061 T077 ili

Danh mục ký hiệu và từ Viét tẮ( 5+5 S13 1 E2 1 1111111111111 011121111 011111 xe V

MUC LUC 211 ảảằẳằĂ`Ằ VI

Tóm tat luận VAN - - k1 112v 11212111 911110119 111011 11g11 ng ng reg XI010777 XIVCh ong I TONG QUAN 077 11.1 Tổng quan về cà phê - c0 121121 SH TH HH ky ch hy nhện |1.1.1 Phân loại và đặc điểm một số giống cà phê - - + 5252 S22e+Esesrrsred |

1.2.5 Trích ly CaÍÍ€ITA€ G0000 nọ II

1.3 Tìm hiểu về hương cà phê - - -cc c2 c2 S1 SE Y nh xxx crưện 11

1.3.1 Các biến đối vật lý và hóa học diễn ra trong quá trình rang cà phê dé hình thành

hương thơm của cà pỀ - + <5 E010 9.0 ng 12

1.3.1.1 Biến đối vật lý - 5c cà n2 11 111112111111 1101 110101 1101011111 111111 121.3.1.2 Biến đối hóa lý - ¿©6521 23931 121911212111 21 2111121111111 ke 131.3.1.3 Biến đối hóa HOC - G11 91919158 1 5 11115111 1 1121111 111111 re 131.3.2 Các phản ứng chính quá trình hình thành hop chất hương cà phê 141.3.3 Vai trò của các hợp chất thơm tạo thành ¿6s + + £eEsEsEekserersesed 151.3.4 Một số nhóm chất chính trong hương ca phê 2 2552 5525+c+£z£s2s2 16

1.4 Cac phương pháp trích ly caffeine c1 999 1 ng ke 17

1.4.1 Trích li bang hệ thống Soxhlet - ¿5-5 25222 £E+E+EE£EvEeErkrrerererree 181.4.2 Trích li băng CO2 siêu tới han (SFE) c.ccccccccccsessssescsessssesesescsessssssesessseeeees 19

1.5 Phương pháp phan tích HP CC - - - << 5G 3301010111111 39991111 1 kg 23

1.5.1 Khái niệm sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) - 2 2555 55+s+cs£z£szs¿ 231.5.2 Cau tạo của hệ thống HPLC 5 252 SE2E£E+EEE£E£E£ESEEEEEEEEEEeErrrrerrred 241.6 Phương pháp định danh một số chat trong hương cà phê bằng GC-MS 25

1.6.1 Phương pháp trích ly hương cà phÊ - - - - << s19 1 ng, 251.6.1.1 Phương pháp trích li SPÌME - G G5 1113000 1H ng kg 25

1.6.1.2 Phương pháp chưng cất và trích li đồng thời (SDE) -5- 261.7 Giới thiệu VỀ ŒC - - k1 11919111 19111515111 5 110113 1111111 TT ng gi 271.7.1 Nguyên tắc của sắc kí Khí - ¿+ 5+ 21+ E239 EEEEEEEEEEEEEErrkrkrrrrkrkee 271.7.2 Phương pháp sắc kí khí ghép khối phổ + 2+5 2 ++s+s£s+s+xzzszxez 281.8 Xdc dimh 46 1 301.9 Xác định độ sáng và màu sắc của MAU cà Phé cececccsessessessesesesseeseseeseseeeees 30

1.9.1 Giới thiệu không gian màu CIELA B - << 5 1 n9 ng ke 30

1.9.2 Nguyên tắc chung của thiết bị đo màu 5- + 225525252 2s+Sz£++xvxecscxee 311.10 Tình hình nghiên cứu dé tai trong nước và trên thé giới - 321.10.1 Trên thé giới ¿5565221239321 3911212151121 212111 2111121111111 32

1.10.2 Trong nƯỚC 0000 và 33

Ch ong II PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIEM << 5< 5c55ese< 35

2.1 Nội dung nghiÊn CỨU - - - << G0000 kh 352.2 Qui trinh thurc WiSN 0077 — ằe 35

2.3 Nguyên liệu, thiết bị và hóa Chat ¿ - escsesesesessssssesesssssssseseseeeeeees 36

2.3.1 Nguyên lIỆU - - << G000 0 36

2.3.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiỆm - - - << < << 1 9999999 1 1v ke 372.3.3 Hóa chất thí nghiệm - + ¿6 SE SE SE 1 15 5152121511511 15 1711115110111 Le 372.4 Phương pháp tiến hành ¿2© + 256212139 E3 3 1215252121171 115 111111 e, 382.4.1 Phương pháp xác định độ âm - - + 252222 2EEE£E£E SE EEErErkrrrreee 38

2.4.2 Phương pháp do màU G G55 5 0220101010111 1939 0011 ke 38

2.4.3 Phương pháp phân tích caffeine băng HPLC - 2 + 2 2+s+s+£zcze: 382.1.4 Thiết lập đường chuẩn caffeine -. ssessssesesssessssesssssesseseseeeseeen 392.4.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian trích li caffeine từ mẫu cà phê bằng hai phương

pháp trích li Soxhlet và SFE - - c9 ng nọ kh 39

2.4.5.1 Phương pháp chiết Soxhlet -. + ¿+6 + SE SE£E+ESEEEEEEEEEEEE 1E ErErrree 392.4.5.2 Phương pháp chiết SIFE 5-5253 SE 3 1515131121 11115 111111111 Ly 392.4.6 Khao sát tỉ lệ co-solvent trong trích li caffeine băng SFE - 4]2.4.7 Khảo sát tỉ lệ ran — lỏng của phương pháp trích li bang Soxhlet 42

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 SoxhÏ€f - G -G 1100 SH kg 422.4.8.2 Phương pháp SE E cọ vn 43

2.4.9 Trích ly hương cà phê băng phương pháp SPME và phương pháp SDE 4⁄4

2.4.9.1 Phương pháp SPME - G Gv 44

2.4.9.2 Trích ly bang phương pháp SDE ccccecceeesesessecsescsessesesessseseeseeeee 452.4.9.3 Thơng số phân tích GC- MS của hương cà phê - 52555: 46Ch ong II KET QUÁ - BAN LUẬN 5- <5 5° 5 s52 scssssssesseses 473.1 Kết quả độ âm của 15 mẫu cà phê ¿+2 + 22+ ££+E+Ee£E+EeEererrerrered AT

3.1.1 Mẫu cà phê bột rang Xay w.ccccccccscscscsssssssscscscsescscscscscsescsessesescscscsssssescssssscseees 463.1.2 Mau ca phé hda tan 0 dd 48

3.2 Kết quả do độ sáng và màu sắc của 15 mẫu cà phê ¿55555552 493.2.1 Kết qua thong kê về độ sáng và màu sắc của 15 mẫu cà phê 503.2.1.1 Độ sáng và màu sắc cà phê hịa tan cccccccsessssssessesesessesssesessssesessseeeseeees 503.2.1.2 Độ sáng và màu sắc cà phê bột rang XAY ccecccccsesscsesesseseseesssssesessseeeseeees 523.2.2 Kết quả tính sai lệch màu - - 2252 SE 2E£ESE‡E£EEE£EEEEEErErkerrerrrrered 54

3.2.2.1 Ca phê bột rang Xay cọ nọ kh 543.2.2.2 cà phê hịa tạ - G1000 nọ kh 55

3.3 Kết quả đường chuẩn caffeine c.ccccccccscccsessssssessesesesscsssessssesessssesesssseesecseseees 563.3 Kết quả khảo sát thời gian trích li của hai phương pháp Soxhlet va SFE 57

3.3.1 Phương pháp SoxÏ€f - - - < -G 1131300010 ng kg 573.3.2 Phương pháp SE E - - 9 ke 59

3.4 Kết quả khảo sát tỉ lệ co-solvent của phương pháp SEE - - 5: 60

3.5 Kết quả khảo sát tỉ lệ ran- lỏng của phương pháp chiết Soxhlet 6l3.6 Kết quả hàm lượng caffeine của 15 mẫu cà phê theo hai phương pháp trích li

Soxhlet và SIFE -ccccc S000 110 0H HH HH HH HH HH ng ch 6 63

3.6.1 Phương pháp trích li bang Soxhlet - ¿25-55 +2 ££E£E+E+Ez£zzezezesree 63

3.6.1.1 Mẫu cà phê bột rang xay - 5-5-5 S St Sex rrkrkerrkrrrrerrree 633.6.1.2 008.000 8n 643.6.2 Phương pháp SE E - - 9 ke 663.6.2.1 Mau cà phê bột rang XAY cccscscscssssssesesesescscscscscscscscsesesescscscssscscscsessscseaes 663.6.2.2 Mẫu cà phê hòa tan ccecccccccscssscscssssssssesescsescscscscscsesesessesesesesesesesescssscseseees 67

3.7 Kết qua định danh một số hop chất trong hương cà phê bang GC-MS 7]3.7.1 Kết quả định danh một số hợp chất trong hương của mẫu cà phê TN,HV,,HL theo

Tai ligt thai 0 1011 88

Tài liệu tham khảo tiếng VIIỆI QQQQ Q0 HH HH TH ng ng vớ 88Tài liệu tham khảo tiếng Anh cecccccsccsssessssesesscsessscsesscsesessesesesscsesessesessseeseseeeeees 89

Phụ luc 1 Công thức tính toán - - - G9900 vớ 92Phu lục 2 Kí hiệu 15 mẫu ca phê phân tích - - - << - << + xxx kssssssesssse 93

Phụ lục 3 Số liệu €aff€ine -c- <1 51919191 3 9191915111 1112113 1111111 ri 94

Phụ lục 4 Bảng thống kê Anova màu cà phê + 2+5 2 s+x+xzcezx+xzecxee 94Phụ lục 5 PhO HPLLC, tt E391 SE 191191 E91 11 9195 511115113 E111 errrei 107Phụ lục 6 Phố GC-MS G1112 911191911 5111119111 111211 1g 108Phụ lục 7 Số liệu €aff€ine s11 11121911 5111915111 E111 3 111g rrrrei 109

TÓM TẮT

Cà phê, trà và nước giải khát là những thức uống không thé thiếutrong cuộc sống của chúng ta Mỗi ngày, mọi người ở khắp nơi trên thế giớiuống cà phê mọi lúc, mọi nơi Caffeine là chất kích thích quan trọng gâyhưng phan và kích thích kéo dài Caffeine với một liều lượng thích hợp sẽphục vụ cho con người nhiều lợi ích khác nhau Tuy nhiên, việc lạm dụngcaffeine sẽ ảnh hưởng một phần không nhỏ đến sức khỏe Mục tiêu của đề tảinhăm xác định hàm lượng caffeine trong một số loại cà phê trên thị trườngViệt Nam bằng phương pháp trích ly Soxhlet và phương pháp trích ly CO,siêu tới hạn, định lượng bang HPLC

Bên cạnh caffeine, hương ca phê cũng là thành phan được quan tâmnghiên cứu Một số lượng lớn các hợp chất có mùi thơm được sinh ra khi càphê được rang lên Dé tài sử dụng hai phương pháp trích ly và xác định mộtsố 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 GC-MS để định danh các thành phân

Coffee, tea and soft drinks are very commonly used beverages in our life.Everday, people all over the world drink coffee everwhere, everytime The caffeineis the main stimulant appeared in almost drinks Caffeine stimulates the centralnervous system, relaxtion, myocardial stimulation, recreation etc Up to certain limitcaffeine is useful but overdose of caffeine starts side effects on the human body.There are various instrumental methods can be used for the determination ofcaffeine in plants, coffee, tea, soft drinks and pharmaceutical formulation inpresence of other drugs One of many different methods, HPLC methods are themost modern, common, reliable methods for the determination caffeine in complexsample Very low concentration of caffeine can be determined with high accuracyand precision.

In this study, we extracted caffeine from roasted coffee and instant coffee byusing Soxhlet extraction method and supercritical fluid extration (CO,) method.After that, we use HPLC method to determine caffeine content in fifiteen coffeesamples.

Besides caffeine, many scientist have researched aromatic coffee Thenumber of compounds identified in coffee when it is roasted The main classes ofcompounds 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 andSDE methods and then GC-MS is a perfect tool to identify some aromatic coffee.

LỜI MỞ ĐẦU

Trên thế giới, caffeine được sử dụng giống như một chất kích thíchthan kinh trung ương, có tác dụng gây hưng phấn và kéo dài thời gian tỉnhtáo Cho đến nay cà phê vẫn là thức uống được tiêu thụ rộng rãi nhất trên thếgiới 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 rang cà phê chứa hơn chất hoá học, dù consố chính xác vẫn chưa được xác định Nó tùy thuộc vào chủng loại và sự đadạng của giống loài và cách chúng được trồng thu hái và chế biến Trong đóchất thu hút nhiều sự quan tâm nhất là caffeine trong cà phê và hương thơmcủa cà phê Các ảnh hưởng về tâm sinh | 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 sảnh càphê 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, không 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 hưởngđến hàm lượng caffeine có trong tách ca phê

Tuy nhiên, để tăng lợi nhuận và giảm giá thành, một số nơi chế biếncà phê đã có những hành vi lừa gạt, gian dối người tiêu dùng Người ta đãđộn 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 đăng, chất

tạo ngọt, chất tạo bọt, tinh cà phê dé bổ sung lại hương vi của cà phê

hiểu khoa học về các hợp chất tạo nên mùi thơm đặc trưng rất riêng của càphê đã và đang được nghiên cứu nhiều Mỗi năm, các công trình nghiên cứuđã bố sung thêm những chất mới vào danh sách hợp hương cà phê Chúng tôitiễn hành nghiên cứu định danh một số hợp chất trong hương một số cà phê ở

Việt Nam.

Xuất phát từ van dé chất lượng cà phê, chúng tôi tiến hành nghiên cứuđề tài “ Phân tích hàm lượng caffeine trong các loại cà phê trên thịtrường bằng phương pháp sắc kí long hiệu năng cao (HPLC)” nhằmnghiên cứu góp phan vào việc đánh giá chất lượng cà phê hiện nay

Trong để tài này kỹ thuật sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) và MS được áp dụng Đây là hai kỹ thuật được áp dụng pho biến hiện nay trongcác phòng phân tích với hiệu quả tách cao,d6 chính xác cao cũng như có thé

GC-tự động hóa được trong trường hợp phân tích hàng loạt.

CH ƠNG 1

TONG QUAN1.1 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 hoc: Coffea Arabica L Đây là cà phê duoc trông lâu đời nhất, có gía trịkinh tế và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vì thơm ngon dịu (chiếm 70% sản lượng càphê 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 vi thơm ngon vàchứa it hàm lượng caffeine hon.

- Cây có tán lớn màu xanh đậm, lá hình bầu dục chiều dài 12 cm, rộng 5 cm Câytrưởng thành có thé cao từ 4 - 6 m, nếu dé mọc hoang dã có thé cao tới 15m Hoamàu trắng, nhị vàng, hoa thường nở về đêm và nở hết vào 4 - 5 giờ sáng, cây cà phêchè có khả năng tự thụ phan cao khoang 90% Qua hinh oval, mỗi quả chứa hai hạt càphê Được trồng chủ yếu ở các nước có khí hậu nhiệt đới Tuy nhiên điều kiện thuậnlợi nhất cho sự phát triển của cây cà phê chè là những vùng đất cao từ 1375-1830 m vàkhô ráo Cà phê chè sau khi trồng khoảng 3 đến 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạchcho đến 25 năm thì dừng lại

1.1.1.2 Cà phê voi

- lên khoa hoc: Coffea Canephora Chev hoặc Coffea Robusta Chev.

- Là dang cây gỗ hoặc cây bụi, thông thường Robusta cao từ 5 — 7 m, chiéu cao củacây trưởng thành có thé lên tới 10 m Vỏ quả cứng và dai hơn cà phê Ababica

- Hạt nhỏ hon hat cà phê Arabica Hàm lượng caffeine trong hạt cà phê Robustakhoảng 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 xuât từ loại cà phê này.

-Nước xuất khẩu cà phê vối lớn nhất thế giới là Việt Nam

1.1.1.3 Cà phê mít

-Tén khoa học: Coffea Excelsa Chev (Chari) hoặc Coffea Liberica Chev Hàm lượng

cafeine trong hat khoảng | ,02-1,15% Ca phê mit it thom, có vị chua chat lượng nước

uông it được ưa chuộng.

Hiện nay, hai loài cà phê được trồng nhiều nhất trên thế giới là cà phê Arabicavà cà phê Robusta Trong đó ca phê Arabica chiếm 70% tổng sản lượng cà phê trên thégiới, còn cà phê Robusta chiếm khoảng 30% Các cà phê khác chiếm tỉ lệ không đángkế Trong hai loại cà phê phố biến nói trên, ca phê Arabica thường được đánh giá tốthơn về các tính chất hương vị, và thường được sản xuất cà phê rang xay Cà phêRobusta thì thường được sử dụng để sản xuất cà phê hòa tan Nước sản xuất cà phêArabica nhiều nhất thé giới là Brazil, còn nước sản xuất cà phê Robusta nhiều nhất thégiới là Việt Nam Gần như toàn bộ lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam đều là

Robusta.

1.1.2 Thanh phan hóa hoc trong hat cà phê

Cà phê là một thức uống kích thích thần kinh, uống cà phê hoạt động trí ócminh mẫn hơn và thông qua sự kích thích thần kinh, tăng cường hoạt năng của nhữngbộ máy khác trong cơ thé: trợ tim, xúc tiễn sự tuần hoàn của máu, thông tiểu, phan ứngcủa bắp thịt nhạy, khỏe hơn Tác dụng sinh lý ở trên chủ yếu là do tác dụng củacaffeine, một thành phần quan trọng không thể thiếu trong cà phê.

Trong nước cà phê có một lượng đáng kê các vitamine nhóm B, nhất là vitamin

PP, do chất Trigonelline trong cà phê nhân chuyển hóa trong quá trình rang

Dé giải thích nguyên nhân nghiện cà phê phô biến trong gan một nửa dân số thégiới, các nhà khoa hoc Thụy Sĩ đã tiễn hành phân tích hạt cà phê, cho thay trong hạt càphê có 670 hợp chất tạo mùi hương tong hợp tuyệt vời (chè có 404, cacao có 385)

Hạt cà phê xanh giàu glucid và lipid, glucid chiếm hơn 50% phân lớn là cácpolysaccharide Thành phần hóa học của cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độchín điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản Thành phần hóa học trongcà phê có ảnh hưởng rat tốt trong quá trình đánh giá chất lượng thử ném cảm quan

Nước: Trong nhân cà phê đã sây khô còn 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 chat lượng cà phê Nếu độ am cao, vi sinh vật dé pháttriển và hương cà phê dễ bị tốn that

Chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu làKali, Magie, Phospho, Clo ngoài ra còn có nhôm, sắt, đồng, iot, lưu huỳnh Nhữngchất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang Cà phê có lượng khoáng càng thấpthì càng tốt

Glucide: chiếm khoảng 50% tong lượng chất khô trong cà phê Các chất nàykhông tham gia vào thành phan nước uống mà có tác dụng tạo màu sắc và vị caramel

cho cà phê.

Proteine: Hàm lượng protein trong ca phê không cao nhưng có vai tro quan

trọng trong việc hình thành hượng vị cho sản phẩm Trong đó, các acid amine chứa lưu

huỳnh như cyctine, methionine là quan trọng nhất, chúng tạo nên hương thơm mạnh

cho cả phê rang Đặc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxy hóacác chất thơm, giúp giữ được mùi thơm của cà phê trong quá trình bảo quản

Lipid: hàm lượng lipid trong cà phê lớn (10-13%) gồm có dau và sáp Trongquá trình chế biến, một phan acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độcao tạo nên hương thơm cho sản phẩm Lượng lipid còn lại không bị biến đổi chính làdung môi tốt để hòa tan các chất thơm

Các ankaloid: Trong cà phê có các ankaloid như caffeine, trigonelline, betaine,

coline Trong đó, quan trọng nhất là caffeine và trigonellin

+ Caffeine: Hàm lượng khoảng 1-3% phụ thuộc vào chung loại, điều kiện khí

hậu, điêu kiện canh tác.

+ Trigonelline: là ankaloid không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong ethanol,

không tan trong chloroform và ether, tan nhiều trong nước nóng Tính chất quý của

trigonelline là dưới tac dụng của nhiệt độ cao, nó bi nhiệt phân tạo thành acid nicotinic

(tiền vitamin PP)

Hiện nay, người ta đã tìm ra có tới 70 chất thơm hỗn hop lại thành mùi thomcủa cà phê Ngoài ra, trong nhân cà phê còn có một lượng đáng ké vitamin Trong càphê chủ yếu là vitamin nhóm B như BI, B2, Bó, B12 và các loại acid hữu cơ là tiền

các loại vitamin.

Trong những hợp chất hiện diện trong thành phần hóa học của cà phê, chỉ cócaffeine là bên nhiệt, nó không bị phá hủy bởi quá trình rang cà phê Những hợp chấtkhác như protein, sugar, chlorogenic acid, trigonelline và chất béo có thé bị phá hủy và

tham gia vào các phản ứng diễn ra trong quá trình rang cà phê, hình thành hương cảphê.

Bang 1.1 Thành phân hóa hoc của hat cà phê [29]

Component Arabica Robusta ConstituentsSolube carbohydrates 9-125 6-11,5 Fructose, glucose, galactose,

Monosaccharides 0.2-0.5 02-05 % abinose (traces)Oligosaccharides 6-9 3-7 Sucrose (>90%), Polymers of

galactose

(55-Polysaccharides 3-4 3-4

65%), arabinose (20-35%)

Insolube polysaccharides 46-53 34-44Cellulose 41-43 32-40

Volatile acids 0,1 0,1

Citric acid, malic acid,

Nonvolatile aliphatic acids 2-29 1,3-2,2 quinic acid

Chlorogenic acid 6,7-9 2 7,1-12,1Lignin 1-3 1-3Lipids 15-18 8-12

Wax 0.2-0.3 0.2-0.3Oil 7,7-17,7 77-177N compounds 11-15 11-15

Free amino acids 0.2-0.8 0.2-0.8Proteins 85-12 85-12

Caffeine 08-14 17-40 Traces of theobromide and

Trigonelline 0.6-1,2 0.3-0.9 theophylline

Minerals 3-54 3-54

Nguon Belitz et al (2009)

1.2 Tổng quan về caffeine[4, 5, 12, 17, 18, 25].

1.2.1 Sơ lược về caffeine

Caffeine còn được gọi là trimethylxanthine, coffeine, theine, mateine,guaranine, methyltheobromine hay 1 ,3,7-trimethylxanthine, là một xanthine alkaloid

có thé tim thay được trong các loại hạt ca phê, trong chè, hat cola, qua guarana và (một

lượng nhỏ) trong hạt ca cao.

O CH;H3C NN

AA?

O *N N

CH,

Hình 1.4 Công thức cau tao cua caffeine

Caffeine là một chất có tính kiềm yếu, không có tính acid Khi tác dụng với

acid tạo thành các muôi bên.

Bang 1.2 Tính chất vật lý của caffeine [17]Tính chất vật lí Tính chất

1.2.2 Những tác động sinh lý của caffeine đối với co thé

Caffeine thuộc loại xanthine alkaloid có tác dụng kích thích thần kinh, dạngtinh thé màu trang và có vị dang Caffeine được phân lập từ cà phê vào năm 1820 bởi

nhà hóa học Đức Fridlied Ferdinand Runge và vào năm 1821 bởi các nhà hóa họcngười Pháp nghiên cứu độc lập là Robiquet, Pelletier và Caventou Chính Pelletier là

người đặt tên cho hợp chat nay là “caffeine” va cho rang caffeine là chất gây nghiện

được phân lập từ cà phê.

Trên cơ thể người, caffeine có tác dụng giống như chất kích thích thần kinhtrung ương, tam thời ngăn chặn cảm giác buồn ngủ và phục hồi sự tỉnh táo Caffeine làchất kích thích than kinh được sử dung phố biến nhất trên thế giới, tuy nhiên khônggiống như các hợp chất kích thích thần kinh khác, caffeine được dùng gần như hợppháp va không được kiểm soát Các thức uống chứa caffeine như tra, cà phê, các nướcuống có gas và nước tang lực, được tiêu thu rộng rãi, ở bắc Mĩ, 90% người trưởngthành tiêu thu caffeine hang ngày

Caffein khi dùng với liều lượng nhiều gây ra các ảnh hưởng sau: Căng thăngthần kinh, hưng phấn, tăng huyết áp, giãn nở phế quản, lợi tiểu (từ 300 mg/ngày trở

lên), kích thích nhu động ruột, mất ngủ

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) không xếp caffeine vào nhóm các chất gâynghiện Đến nay vẫn không có dấu hiệu gì rõ ràng chứng minh caffeine nguy hại đến

sức khoẻ, ngay cả những trường hop sử dụng thường xuyên caffeine trong thời gian

dài Tuy nhiên việc dùng caffeine nhiều có thể dẫn tới sự phụ thuộc về tâm lý, trongtrường hợp này mùi vị cà phê, khẩu vị người uống và truyền thống cũng đóng một vai

trò quan trọng.

Sự phụ thuộc vào caffeine có thé dẫn tới các biểu hiện như nhức đầu, căngthăng, run ray, hôi hộp, thiếu tập trung, cáu giận Cơ thé cần khoảng 3 ngày để loại bỏcaffein, sau thời gian này những tác dụng phụ trên sẽ hoàn toàn mất đi Nếu dùng

caffeine với liêu lượng cao có thê làm tăng nhịp tim và lợi tiêu.

1.2.3 Chuyển hóa caffeine trong cơ thé

Caffeine từ cà phê hay các đồ uống khác được hấp thụ bởi dạ dày và ruột nontrong vòng 45 phút sau khi uống sau đó phân phối tới khắp các mô trong cơ thé

Thời gian bán hủy của caffeine — thời gian cần thiết dé loại bỏ một nửa lượngcaffeine trong cơ thé - phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như tuôi tác, tinh trạng co thé,chức năng gan Ở người lớn khỏe mạnh, thời gian bán hủy của caffeine là 4,9h, ởphụ nữ mang thai là 9 — 11h Với những bệnh nhân bệnh gan nặng, caffeine có thể tíchtụ trong gan với thời gian bán hủy lên tới 96h Ở trẻ sơ sinh va trẻ nhỏ, thời gian bán

hủy cua caffeine dai hơn so với người lớn Với trẻ sơ sinh, thời gian bán hủy khoảng30h.

Caffeine được chuyển hóa trong gan bởi hệ thống enzym cytochrome P450oxydase thành 3 chất có tác dụng riêng biệt đối với cơ thể là paraxanthine,

theobromine và theophylline.

CH;N O

(84%) (12%) (4%)

Hình 1.5 Chuyển hoá cafeine trong co thé

e Paraxanthine (84%) có tác dụng tăng cường tiêu hóa chất béo dẫn đến tăng hàmlượng glycerol và axit béo tự do trong huyết tương.

e Theobromine (12%) làm giãn mạch máu va tăng lượng nước tiểu Theobromin

cũng là alcaloid chính có trong hạt cacao.

e Theophylline (4%) có tác dụng làm dãn cơ trơn phế quan Do đó theophylinethường được dùng trong điều trị bệnh hen suyễn nhưng với liều lượng lớn hơnnhiều so với lượng theophyline thu được từ chuyển hóa cafein

Các chất này tiếp tục được chuyển hóa va sau đó được bài tiết qua đường nước tiêu.1.2.4 Nguồn cung cấp caffeine

Nguồn caffeine thông thường là trong tra và cà phê, nguôn ít hơn là hạt cacao

Hàm lượng caffeine trong cà phê rất khác nhau phụ thuộc vào từng loại cà phêcũng như cách thức chế biến cà phê Trong hai loại hạt ca phê co ban Arabica vàRobusta, Robusta có chất lượng thấp hơn nhưng lại có hàm lượng caffeine cao hơn hạt

Arabica.

1.2.5 Trích ly caffeine

Trích ly caffeine được nghiên cứu từ nhiều năm nhăm phục vụ cho nhiều mụcđích khoa học khác nhau Trong đó, trích ly caffeine để ứng dụng vào công nghệ sảnxuất cà phê khử caffeine là một ứng dụng quan trọng Cách khử caffeine đơn giản nhấtlà dùng dung môi Các dung môi phổ biến để trích ly caffeine là chloroform, methylchloride, ethyl acetate Tuy nhiên, việc sử dụng các dung môi này gặp nhiễu bat lợi vìchúng không tan trong nước, có nhiệt độ sôi thấp nên việc loại caffeine đôi khi sẽ làmmat đi các thành phan quan trọng khác, làm mat di mùi hương của cà phê sau khi khử

caffeine (Kirmer, I988).

1.3 Tìm hiểu về hương cà phê [17, 24, 26, 28, 32]

Hóa học về hương ca phê khá phức tạp va vẫn chưa được tìm hiểu một cáchhoàn toàn Những nhóm tiền chất chính được tìm thấy trong cà phê tươi và chịu tráchnhiệm cho những phản ứng hóa học trong quá trình rang cà phê sẽ sinh ra các hợp chấtbay hơi, tạo nên hương cà phê đặc trưng cho mỗi loại cà phê (Nijssen et al., 1996)

Hạt cà phê tươi thì không chứa các hop hương nhưng chứa số lượng lớn cáctiền chat (sucrose, chlorogenic acids, proteins, carbohydrate) đóng vai trò quan trongtrong việc hình thành hương cà phê [27] Những tiền chất của các loại cà phê sẽ khácnhau tùy thuộc vào loại nguồn gốc và cách xử lí sau thu hoạch Trong quá trình rangcà phê, một hỗn hợp hương phức tạp sẽ được hình thành thông qua một số lượng lớncác phản ứng hóa học Các phản ứng đó bao gồm: phản ứng Maillard, phản ứngStrecker, caramelisation, phản ứng oxi hóa để tạo ra một hỗn hợp các hợp chất

hương phức tạp.

Coffee Flavour Precursors ==

HCO;H FormicFragmentation CHCHOH = Acetic

co,H Glycolic

Caramelization HOLY

}C SUGARS ba“ Lactic

——m—— Sucrose, glucose, fructose CHạ

Cy + Pyridine ee TRIGONELINE _⁄ derivatives

N

( CHLOROGENIC ACIs)

may cyclisation hydrolysic ¿ x

Chlorogenic acid lactones

Maillard, Strecker

Nicotinic acid

butyl-formate

3-Mercapto-3-methyl-Hình 1.7 Con đường hình thành một số hợp chất trong hương cà phê [23]1.3.1 Các biến đối vật lý và hóa học diễn ra trong quá trình rang cà phê để hình

thành hương thơm của cà phê.

1.3.1.1 Biến đối vật lýTrong quá trình rang, nhiệt độ của hạt cà phê tăng là do nhiệt lượng cung cấp từ

tác nhân gia nhiệt và nhiệt lượng do các phản ứng hóa học bên trong hạt sinh ra Trong

giai đoạn đầu của quá trình rang, nhiệt lượng do các phản ứng nhiệt phân là khôngđáng ké Sau đó, nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng nhiệt phân sẽ tăng do cường độ

các phản ứng tăng lên Nhiệt độ này tăng mạnh khi nhiệt độ của hạt cà phê dao động

trong vùng 170°C đến 250°C

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước và một số chất có phân tử lượng thấp sẽbay hơi, do đó làm trương nở và giảm khối lượng hạt cà phê, tỷ trọng của hạt cũnggiảm đi Các biến đổi này phụ thuộc vào giống, chất lượng cà phê nhân nguyên liệu,

mức độ rang và phương thức rang.

1.3.1.2 Biến đôi hóa lýBiến đối hóa lý quan trọng nhất trong quá trình rang là hiện tượng bay hơi 4mvà các hợp chat dé bay hơi Quá trình này làm cho cau trúc bên trong hạt trở nên giòn

- Độ am của hạt cà phê trước khi rang khoảng 12-13% Độ am của cà phê sau

khi rang thường khoảng 1-2% tùy thuộc mức độ rang.

- Sự ton thất chất khô: hàm lượng chất khô trong quá trình rang sẽ bị giảm docác phản ứng phân hủy Khi cà phê rang đậm, lượng chất khô sẽ bị giảm càng nhiễu

- Sự thay đôi hàm lượng chất khô hòa tan: trong quá trình rang, hàm lượng chất

khô hòa tan thường tăng lên.

- Các phan ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của nhiệt độ cao có thé kế đến là

phan ứng nhiệt phân, phan ứng caramel, phan ứng Maillard, phản ứng Strecker, phan

ứng phân hủy các hợp chất phenolic Các phản ứng này đóng vai trò quan trọng trongviệc hình thành hương thơm cà phê, tạo ra màu nâu sam, vi đăng và hình thành cáchop chất khí làm nở hạt Thanh phan của khí này bao gồm CO; (87%), CO (73%), cácoxide của nito (5,3%) và một số thành phan tạo hương khác

- Sự đa dạng và nồng độ của các hợp chất bay hơi trong cà phê rang tùy thuộcvào thành phần của các hợp chất không bay hơi trong hạt cà phê ban đầu và điều kiện

rang Do đó, các nhân tố như giống loài, đất, điều kiện nồng nghiệp, khí hậu và mứcđộ trưởng thành của cây cà phê sẽ ảnh hưởng đến thành phần bay hơi trong cà phê

Đây là một phản ứng hóa nâu thực phẩm, qua phan ứng này thực phẩm trở nên

thơm ngon hơn và bat đầu biên đôi mau sac sam hơn.

e Sự giảm cấp Strecker: Phản ứng xảy ra giữa một a-amino acid và mộtdicarbonyl Phản ứng này tao ra sản phẩm là những hợp chat dị vòng chức nitolnhư aldehyde, pyrazines và các hợp chất tạo thành do sự phân rã đường, chúng

tạo nên mùi vi cho thực phầm.

e Phan ứng pha vỡ các amino acid có chứa lưu huỳnh như là cystine, cysteine và

methionine, sau khi chúng phản ứng với đường khử hoặc là các sản phẩm mớivừa được hình thành của phản ứng Maillard, chuyển đổi thành mercaptans cũng

như thiophenes và thiazoles.e Phan ứng phá vỡ các amino acid có chứa nhóm OH như là serine và threonoine

hình thành chủ yếu các alkylpyrazines

e Phản ứng phá vỡ cua proline và hydroxyproline, chúng phản ứng với các sản

phẩm trung gian của phản ứng Maillard, hình thành pyridines, pyrroles và

pyrolyzines.

1.3.3 Vai trò của các hợp chất thơm tạo thành

e Các hợp chất furan được tìm thay là nhóm chất mạnh nhất trong các chấtthơm Chúng có hương giống như hương caramel do là sản phẩm của

phản ứng phân hủy đường.

e Kế đến là các hợp chất chứa lưu huỳnh (pyrazine) Pyrazine tạo mùigiống như mùi nướng (bỏng ngô, bánh mì nướng, cây óc chó walnut).Pyrazine có ngưỡng cảm nhận mùi thấp nhất trong tất cả nên nó gópphân tích cực trong hương cà phê

e Đứng thứ ba là các hợp chất pyrrole Pyrrole tạo mùi giống mùi caramel

và mùi nâm trong cà phê.

e Các hợp chất thiophene thường tạo mùi giống như mùi thịt, đây là sanphẩm của phản ứng Maillard giữa các amino acid chứa lưu huỳnh và

đường.

e Thiazole là sản phẩm của phản ứng phân hủy đường và chiếm thànhphân ít hơn

Bang 1.3 Phân nhóm mùi hương của các hợp chất bay hoi trong cà phê [26]

Sweet/caramel-like group Sulfurous/roasty group

Methyl propanal 2-Furfurylthiol2-Methylbutanal 2-Methyl-3-furanthiol3-Methylbutanal Methional

2,3-Butandione 3-Mercapto-3-methylbutyl-formiate2,3-Pentadione 3-Methyl-2-butaene- l -thiol4-Hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone Methanethiol

5-Ethyl-4-hydrox y-2-methyl-3(2H)-furanone Dimethyltriaulfide

Vanilin

Earthy øroup Smoky/phenolic øroup2-ethyl-3 5-dimethylpyrazine Guaiacol

2-Ethenyl-3 ,5-dimethyl pyrazine 4-Ethylguaiacol2 3-diethyl-5-methylpyrazine 4-Vinylguaiacol2-Ethenyl-3-ethyl-5-methylpyrazine

3-Isobutyl-2-methoxy-pyrazine

Fruity group Spicy group

Acetaldehyde 3-Hydroxy-4,5-dimethyl-3(5H)-furanonePropanal 5-Ethyl-3-hydrox y-4-methyl-2(5H)-

Oo O

OH NH,

e.g Glucose Glycine (R=H) 2,3-Butanedione 2,3-Pentanedione

Alanine (R-CH:)

1.4 Cac phuong phap trich ly caffeine [1, 11, 13, 16, 17, 19, 20, 31]

Có nhiều cách dé trích ly một hợp chat hữu cơ ra khỏi nguyên liệu Các kỹ thuậtđều xoay quanh hai phương pháp chính là trích ly lỏng- lỏng (còn được gọi là chiếtbang dung môi) và trích ly ran- lỏng Tuy nhiên, việc trích ly ran- lỏng được áp dụngnhiều hơn, gồm sự ngẫm kiệt, sự ngâm dam, trích li với hệ thống Soxhlet, trích ly vớiphương pháp lôi cuốn hơi nước, phương pháp sử dụng CO; siêu tới hạn

> Nguyên ly cua phương pháp trích li

Quá trình trích li được thực hiện dựa vào tính hoà tan tốt của nguyên liệu trongcác dung môi, đây là quá trình chuyển khối do có sự chênh lệch nông độ nguyên liệuvà dòng chảy bên ngoài (dung môi) Thực chất quá trình trích li là quá trình ngâmchiết nhăm chuyền chat can trích từ bên trong nguyên liệu vào dung môi nhờ quá trìnhkhuếch tán phân tử, chuyển chất cần trích từ bề mặt nguyên liệu vào dung môi bằngkhuếch tán đối lưu

Khi nguyên liệu và dung môi tiếp xúc với nhau, lúc dau dung môi thắm vào nguyênliệu, sau đó hòa tan những chất tan có trong tế bào nguyên liệu rồi được khuếch tán rangoài tế bào Trong chiết xuất sẽ xảy ra một số quá trình như khuếch tán, thâm thấu,thấm tích, hòa tan và chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ chiết, thời

gian chiet, tỉ lệ răn-lỏng, độ mịn nguyên liệu,

1.4.1 Trích li băng hệ thống SoxhletBaron Von Soxhlet là người đầu tiên giới thiệu phương pháp chiết Soxhlet vàogiữa thế kỉ 19 Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi cho đến khi các phươngpháp trích li hiên đại khác được phát triển vào những năm của thập niên 1980.

Chiết Soxhlet là một quá trình chiết liên tục, được lặp đi lặp lại nhiều lần một cáchtự động nhằm chiết kiệt được hoạt chất Bộ dụng cụ Soxhlet bao gồm một bình cầu,một thiết bị chiết và một ống sinh hàn hồi lưu Dung môi ở trong bình cầu được bốchơi từng phân, rồi ngưng tụ nhỏ vào nguyên liệu chiết đựng trong một túi bằng giấylọc và sau đó chảy lại vào bình câu Trong quá trình đó, cau tử cần tách được làm giàuthêm trong dung môi Đặc biệt, dụng cụ chiết Soxhlet có một ống xi-phong dat ở bêncạnh, khi dịch chiết đạt độ cao nhất định sẽ chảy trở lại bình cầu và tiếp tục được đunsôi dé bay hơi Quá trình này tuân hoàn liên tục trong thời gian khảo sát Dịch chiết thu

được lầy ra ở bình câu.

-Condenser

- Extraction chamber

Thimble Siphon arm

- Extraction solvent -Boiling flask

° u, nhược điểm của phương pháp

u điểm Nhược điểm-Tiết kiệm dung môi -Kích thước của máy chiết làm giới

tết kiê ko xót sa < hạn lượng mẫu cần chiết.-Chiết kiệt được chất cần trích vì qua "#7 “UENS man can chiết

trình chiết là liên tục bang dung môi -Chất cần chiết phải có bền nhiệt,tinh khiết chịu được nhiệt độ sôi của dung môi

trong suốt thời gian chiết.- Giá thành gia công hệ thống khácao và khó tìm bộ phận khác thay thế

tương thích.

1.4.2 Trích li băng CO; siêu tới hạn (SFE)Phương pháp được biết đến cách đây rất lâu, từ năm 1879, nhưng đến nhưng năm1980, SFE mới được áp dụng rộng rãi để chiết các hợp chất thiên nhiên ra khỏi thựcvật như tinh dầu cà phê, trà, gia vị

e Dinh nghĩa

Một hợp chat ở trạng thái siêu tới han khi hợp chất có nhiệt độ và áp suất cao

hơn giá trỊ tới hạn Ở trạng thái siêu tới hạn, hợp chất này không còn ở thể lỏng nhưng

vẫn chưa thành thể khí, nó có tỷ trọng giống với thể lỏng nhưng độ nhớt thì tươngđương với thể khí

Phương pháp trích li lỏng siêu tới hạn là phương pháp chiết sử dung dang dung

môi đặc biệt là dung môi ở trạng thái siêu tới hạn.