XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CAFFEINE TRONG một sô ́ sản PHẨM cà PHÊ

Mục tiêu đề tài nhằm xác định hàm lượng caffeine trong một sốsản phẩm cà phê và đối chiếu kết quả phân tích với các số liệu được công bố trên bao bì đối với cà phê hòa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



NGUYỄN TRẦN PHÚ

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CAFFEINE TRONG MỘT SỐ SẢN PHẨM CÀ PHÊ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học

Mã số: 2077027

CẦN THƠ – 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CAFFEINE TRONG MỘT SỐ SẢN PHẨM CÀ PHÊ

NGUYỄN TRẦN PHÚ

Mã số: 2077027

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHẠM PHƯỚC NHẪN

CẦN THƠ – 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Năm ho ̣c 2010 – 2011

“XÁC ĐI ̣NH HÀM LƯỢNG CAFFEINE TRONG MỘT SỐ SẢN PHẨM CÀ PHÊ”

Lời cam đoan:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

Nguyễn Trần Phú

Luâ ̣n văn tốt nghiê ̣p đa ̣i ho ̣c Chuyên ngành Hóa ho ̣c Mã ngành: 204 Đã được bảo vê ̣ và được duyê ̣t

Hiê ̣u trưởng:

Trưởng khoa:

Trưởng chuyên ngành Cán bộ hướng dẫn

Phạm Phước Nhẫn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Luâ ̣n văn tốt nghiê ̣p đa ̣i ho ̣c chuyên ngành Hóa ho ̣c với đề tài :

“XÁC ĐI ̣NH HÀM LƯỢNG CAFFEINE TRONG MỘT SỐ SẢN PHẨM CÀ PHÊ”

Do sinh viên Nguyễn Trần Phú thực hiê ̣n

Kính chuyển lên Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

Cán bộ hướng dẫn

Phạm Phước Nhẫn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Hô ̣i đồng chấm luâ ̣n văn đã phê duyê ̣t luâ ̣n văn với đề tài :

“Xác đi ̣nh hàm lượng caffeine trong một số sản phẩm cà phê”

Do sinh viên Nguyễn Trần Phú, chuyên ngành Hóa ho ̣c – khóa 33 thực hiê ̣n và báo cáo trước Hội đồng vào ngày 28 tháng 05 năm 2011

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

Chủ tịch Hội đồng

Xác nhận của Khoa Khoa học Tự nhiên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

- -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 Cán bộ hướng dẫn: T.S Phạm Phước Nhẫn 2 Đề tài: “Xác định hàm lượng caffeine trong một số sản phẩm cà phê ” 3 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trần Phu ́ - MSSV: 2077027 - Lớp: Cử nhân Hóa học - Khóa 33 4 Nội dung nhận xét: a Nhận xét về hình thức LVTN:

b Nhận xét về nội dung của LVTN:  Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

 Những vấn đề còn hạn chế:

c Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

Cán bộ hướng dẫn

Phạm Phước Nhẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ MÔN HÓA HỌC - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 Cán bộ chấm phản biện: Đề tài: “Xác định hàm lượng caffeine trong một số sản phẩm cà phê”

2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trần Phú - MSSV: 2077027 - Lớp: Cử nhân Hóa học - Khóa 33 3 Nội dung nhận xét: a Nhận xét về hình thức LVTN:

b Nhận xét về nội dung của LVTN:  Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

 Những vấn đề còn hạn chế:

c Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

Cán bộ phản biện

Trang i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luâ ̣n văn này không chứa bất kỳ số liê ̣u và kết quả từ bất kỳ luâ ̣n văn được thông qua, cũng như từ các tài liệu được công bố trước đó ngoại trừ các phần đươ ̣c trích dẫn

Tác giả

Nguyễn Trần Phú

Xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến

Thầy Pha ̣m Phước Nhẫn , người thầy đáng kính , luôn gần gũi và đô ̣ng viên tôi trong suốt thời gian thực hiê ̣n đề tài Những kinh nghiê ̣m , kiến thức quý báu và sự tâ ̣n tình hướng dẫn của Thầy đóng vai trò quan tro ̣ng giúp tôi hoàn thành tốt luâ ̣n văn tốt

Trang iii

TÓM LƯỢC

Đề tài “Xác định hàm lượng caffeine trong một số sản phẩm cà phê ” được thực hiê ̣n

tại Phòng thí nghiê ̣m Sinh Hóa , Bô ̣ môn Sinh Lý – Sinh Hóa, Khoa Nông nghiê ̣p và Sinh ho ̣c ứng du ̣ng, Trường Đa ̣i ho ̣c Cần Thơ trong khoảng thời gian từ tháng 12/2010 đến tháng 04/2011 Mục tiêu đề tài nhằm xác định hàm lượng caffeine trong một sốsản phẩm cà phê và đối chiếu kết quả phân tích với các số liệu được công bố trên bao

bì đối với cà phê hòa tan Các mẫu được chọn để phân tích là 3 sản phẩm cà phê hòa tan gồm Vinacafé sữa (Vinacafé Biên Hòa ), Nescafé Viê ̣t (Nestlé) và G7 sữa (Trung

Nguyên); và 2 loại cà phê xay gồm Coffea arabica và Coffea robusta Các thí nghiệm

nhằm xác đi ̣nh thời gian và nhiê ̣t đô ̣ tối ưu cho quá trình ly trích caffeine được thực hiê ̣n trên cả 2 mẫu cà phê xa y, và khảo sát hàm lượng caffeine theo lần ly trích với phương pháp pha chế thông thường trên mẫu Coffea robusta Caffeine từ các mẫu đươ ̣c ly trích bằng nước cất , tinh sa ̣ch qua sắc ký lớp mỏng và được đi ̣nh lượng bằng phương pháp quang phổ Qua quá trình phân tích , hàm lượng caffeine cao nhất được tìm thấy trong sản phẩm Nescafé Việt (1,37%), kế đến là Vinacafé sữa (0,84%) và thấp nhất là G7 sữa (0,59%) Kết quả về hàm lượng caffeine thu được trên hai mẫu cà phê

xay C arabica và C robusta tương ứ ng là 1,21% và 2,08% Điều kiê ̣n về thời gian và nhiê ̣t đô ̣ cho sự ly trích caffeine là 15 phút và 90-100C Khi pha chế cà phê theo phương pháp thông thường , hàm lượng caffeine trong các lần ly trích giảm theo hàm lũy thừa 1 , 5023

7647,

y Phương pháp tương đối đơn giản , có thể được áp dụng để phân tích hàm lượng caffeine trong các loa ̣i nước giải khát , dược phẩm và các loài thực vâ ̣t chứa caffeine

Trang iv

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

1.1.5 Giá trị kinh tế của cây cà phê ở Việt Nam 10

1.3.1 Tình hình phát triển của cà phê hòa tan trên thị thường Việt Nam 15

Chương 2 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

Trang v

2.4.1 Thí nghiệm 1: Dựng đường chuẩn caffeine 19 2.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát hệ dung môi khai triển 20 2.4.3 Thí nghiệm 3: Định lươ ̣ng caffeine trong mẫu cà phê hòa tan 21 2.4.4 Thí nghiệm 4: Định lươ ̣ng đường tổng số trong mẫu cà phê hòa tan 21 2.4.5 Thí nghiệm 5: Xác định độ ẩm của cà phê hòa tan và cà phê xay 22 2.4.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát sự ly trích caffeine theo thờ i gian ngâm chiết trên mẫu cà phê xay bằng nước cất ta ̣i 100C 22 2.4.7 Thí nghiệm 7: Khảo sát sự ly trích caffeine theo nhiệt độ trên mẫu cà phê

2.4.8 Thí nghiệm 8: Khảo sát sự ly trích caffeine bằng phương pháp pha chế thông

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Thí nghiệm 1: Dựng đường chuẩn caffeine 26 3.1.1 Xác định bước sóng hấp thu cực đại của caffeine chuẩn 26 3.1.2 Xác định đường chuẩn và giới hạn phát hiện 26 3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát hệ dung môi khai triển 27 3.3 Thí nghiệm 3: Định lươ ̣ng caffeine trong các mẫu cà phê hòa tan 28 3.4 Thí nghiệm 4: Định lươ ̣ng đường tổng số trong các mẫu cà phê hòa tan 30 3.5 Thí nghiệm 5: Xác định đô ̣ ẩm của cà phê hòa tan và cà phê xay 32

3.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát sự ly trích caffeine theo thờ i gian ngâm chiết trên mẫu

3.7 Thí nghiệm 7: Khảo sát sự ly trích caffeine theo nhiệt độ trên hai mẫ u cà phê xay

Trang vi

3.8 Thí nghiệm 8: Khảo sát sự ly trích caffeine bằng phương pháp pha chế thông

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI ̣ 39

Trang vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1 Thành phần hoá học của quả cà phê 10 Bảng 2.1 Mẫu cà phê hòa tan và các chỉ tiêu chất lượng cần phân tích 17 Bảng 2.2 Cách pha dãy chuẩn nồng độ caffeine 20 Bảng 3.1a Kết quả phân tích caffeine trong mẫu Vinacafé sữa 28 Bảng 3.1b Kết quả phân tích caffeine trong mẫu Nescafé Viê ̣t 28 Bảng 3.1c Kết quả phân tích caffeine trong mẫu G7 sữa 28 Bảng 3.2 Hàm lượng caffeine trong các mẫu cà phê hòa tan 29 Bảng 3.3a Kết quả phân tích đường tổng số trong mẫu Vinacafé sữa 30 Bảng 3.3b Kết quả phân tích đường tổng số trong mẫu Nescafé Viê ̣t 31 Bảng 3.3c Kết quả phân tích đường tổng số trong mẫu G7 sữa 31 Bảng 3.4 Kết quả phân tích đường tổng số trong các mẫu cà phê hòa tan 31 Bảng 3.5a Kết quả phân tích đô ̣ ẩm trong mẫu Vinacafé sữa 32 Bảng 3.5b Kết quả phân tích đô ̣ ẩm trong mẫu Nescafé Viê ̣t 32 Bảng 3.5c Kết quả phân tích đô ̣ ẩm trong mẫu G7 sữa 33 Bảng 3.6 Kết quả phân tích đô ̣ ẩm trong các mẫu cà phê hòa tan 33

Bảng 3.7a Kết quả phân tích đô ̣ ẩm trong mẫu C arabica 34

Bảng 3.7b Kết quả phân tích đô ̣ ẩm trong mẫu C robusta 34 Bảng 3.8 Hàm lượng caffeine theo thời gian ngâm chiết tại 100C 35 Bảng 3.9 Hàm lượng caffeine theo nhiệt độ ngâm chiết trong 15 phút 36 Bảng 3.10 Hàm lượng caffeine theo lần trích ly bằng nước cất 100C trên mẫu C

Trang viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 3.1 Phổ hấp thu của dung di ̣ch caffeine chuẩn 30 ppm 26 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thu và nồng độ caffeine 27 Hình 3.3 Caffeine trong mẫu Nescafé Viê ̣t sau khi được tách bằng hê ̣ 1 và hệ 2 27 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn hàm lượng caffeine theo lần ly trích 28

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MỞ ĐẦU

Trên thế giới , caffeine được sử du ̣ng giống như mô ̣t chất kích thích thần kinh trung ương Caffeine có tên IUPAC là 1,3,7-trimethylxanthine có tác dụng gây nên sự hưng phấn và kéo dài thời gian tỉnh táo bằng cách ngăn cản ta ̣m thời sự hoạt động bình thường của adenosine và enzyme phosphodiesterase

Caffeine hiê ̣n là chất kích thích thần k inh được tiêu thu ̣ rô ̣ng rãi nhất trên thế giới, được sử du ̣ng hợp pháp và hầu như không kiểm soát Caffeine được hấp thu vào

cơ thể người dưới da ̣ng thức uống, như trà, cà phê, nước uống có gas và nước tăng lực; hay các loa ̣i dược phẩm (Lovett và Richard, 2005) Trong khi đó, theo các nghiên cứu gần đây, caffeine có khả năng làm tăng nguy cơ mắc bê ̣nh liên quan đến đô ̣ng ma ̣ch

vành (Adebayo et al., 2007), giảm trọng lượng của trẻ khi sinh (Vlajinac et al., 1997)

và có một số ảnh hưởng tiêu cực đến tâm-sinh lý ở trẻ em (Hughes và Hale, 1998) Theo Hiê ̣p hô ̣i cà phê Viê ̣t Nam, hiện nay trên thị trường cà phê, sản phẩm cà phê hòa tan ngày càng phát triển và đang chiếm giữ khoảng 30% tổng sản lượng tiêu thụ bên cạnh là cà phê rang xay (70%) Song song với tốc độ tiêu thụ cà phê hòa tan, việc đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của loại sản phẩm này cũng trở nên khắt khe hơn nhằm đảm bảo sức khỏe người tiêu dùng và phân loại chất lượng sản phẩm

Với vai trò quan trọng , các tác động tiêu cực của caffeine lên sức khỏe con người, cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các thực phẩm , dược phẩm chứa

caffeine, đề tài “ Xác định hàm lượng caffeine trong một số sản phẩm c à phê” được chọn để nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là định lượng caffeine trong cà phê hòa tan và cà phê xay bằng phương pháp quang phổ sau khi được tách bằng sắc ký lớp mỏng

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về cây ca ̀ phê

1.1.1 Nguồn gốc cây ca ̀ phê

Từ "cà phê" trong tiếng Việt có gốc từ chữ café của tiếng Pháp Giống như các ngôn ngữ thuộc hệ ngôn ngữ Ấn-Âu, café có gốc từ kahveh của tiếng Thổ Nhĩ

Kỳ và kahveh đến từ qahwa của tiếng Ả Rập[28]

Trong tiếng Anh, từ coffee xuất hiện lần đầu tiên từ sớm cho đến giữa những

năm 1600, nhưng thể sớm nhất của từ này đến vào khoảng 10 năm cuối của những

năm 1500 Xuất phát từ từ caffè của tiếng Ý Từ trên được giới thiệu ở châu Âu

thông qua những người Thổ Nhĩ Kỳ Ottoman kahve có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập :

ةوهق , qahweh Nguồn gốc nguyên thủy của từ Ả Rập là không rõ ràng; nó cũng có

nguồn gốc tôn giáo Kaffa ở phía Tây Ethiopia, nơi cà phê được trồng trọt, hoặc sự

bới đi từ qahwat al-būnn', có ý nghĩa là "rượu của đậu" trong tiếng Ả Rập Ở Eritrea, "būnn" (cũng có nghĩa là "rượu của đậu" trong Tigrinya) cũng được dùng

Tên Amharic và Afan Oromo cho cà phê là bunna[28,29]

Theo một truyền thuyết đã được ghi lại trên giấy vào năm 1671, những người chăn dê ở Kaffa (thuộc Ethiopia ngày nay) phát hiện ra một số con dê trong đàn sau khi ăn một cành cây có hoa trắng và quả màu đỏ đã chạy nhảy không mệt mỏi cho đến tận đêm khuya Họ bèn đem chuyện này kể với các thầy tu tại một tu viện gần đó Khi một người chăn dê trong số đó ăn thử loại quả màu đỏ đó anh ta đã xác nhận công hiệu của nó Sau đó các thầy tu đã đi xem xét lại khu vực ăn cỏ của bầy

dê và phát hiện ra một loại cây có lá xanh thẫm và quả giống như quả anh đào Họ uống nước ép ra từ loại quả đó và tỉnh táo cầu nguyện chuyện trò cho đến tận đêm khuya Như vậy có thể coi rằng nhờ chính đàn dê này con người đã biết được cây

cà phê[33]

Tại Việt Nam cây cà phê được các nhà truyền đạo công giáo đưa vào trồng thử năm 1857 ở Bố Trạch (Quảng Bình) và Quảng Trị Đến năm 1870 cây cà phê đã thấy ở Hà Nam Ninh Năm 1888, thực dân Pháp đã thành lập các đồn điền cà phê ở Nghệ An, Quảng Trị, Đắc Lắc Các đồn điền lớn mọc lên ở Ngàn Tươi, Ngàn phố, Ngàn Sâu – Hà Tĩnh (1910), Yên Mỹ - Thanh Hoá (1911), Nghĩa Đàn - Nghệ An

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

(1913)… Đến 1920-1925, khi khai phá vùng đất ba-zan phì nhiêu ở Tây Nguyên, người Pháp đã đưa cà phê vào trồng ở đây Đến 1945 tổng diện tích cà phê toàn quốc khoảng 10.070 ha, năng suất cà phê chè khoảng 4-5 tạ/ha, cà phê vối 5-6 tạ/ha[1][6]

Trong thời gian chiến tranh tình hình sản xuất cà phê có nhiều biến đổi Ở miền Bắc, các nông trường duy trì sản xuất ngay cả những năm chiến tranh ác liệt Nhưng do quy hoạch trồng cà phê không đúng đắn ngay từ đầu nên nhiều nông trường được thiết lập ồ ạt sau này phải thanh lý Ở miền Nam sau 1968, do chiến tranh nhiều vùng phải bỏ hoang, đến 1973 chỉ còn 8872 ha, năm 1975 khoảng 10.000 ha, phần lớn cà phê sản xuất ra được tiêu dùng nội địa[34]

Sau ngày giải phóng 4/1975 ngành cà phê ở giai đoạn phát triển chưa từng có, chỉ trong 2 năm 1978-1979 tỉnh Đắc Lắc đã phát động phong trào rầm rộ trồng được 6.000 ha cà phê tạo khí thế mạnh mẽ và quyết tâm cao Nhưng do chưa chuẩn bị chu đáo, thiếu trình độ chuyên môn nên đã gặp nhiều khó khăn, không lâu sau đó một diện tích lớn cà phê bị huỷ bỏ, số còn lại còi cọc, không hiệu quả[1]

Vào thập kỷ 80, chính phủ ta kí hàng loạt hiệp định hợp tác sản xuất với Liên

Xô (cũ), CHDC Đức, Bungari, Tiệp Khắc, Balan đã tạo điều kiện cho cà phê có vốn đầu tư, thiết bị để bước vào thời kì phát triển mới[1]

Khoảng 10 năm gần đây, cây cà phê Việt Nam đã có bước phát triển mạnh mẽ

về diện tích, năng suất và sản lượng[6]

1.1.2 Đặc tính thực vật[1][32-34]

Cà phê là tên một chi thực vật thuộc họ Thiến thảo (Rubiaceae) Họ này bao gồm

khoảng 500 chi khác nhau với trên 6.000 loài cây nhiệt đới

Chi cà phê bao gồm nhiều loài cây lâu năm khác nhau Tuy nhiên, không phải loài nào cũng chứa caffein trong hạt, một số loài khác xa với những cây cà phê ta thường thấy Chỉ có hai loài cà phê có ý nghĩa kinh tế Loài thứ nhất có tên thông

thường trong tiếng Việt là cà phê chè (tên khoa học: Coffea arabica), đại diện cho

khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới Loài thứ hai là cà phê vối (tên khoa

học: Coffea canephora hay Coffea robusta), chiếm gần 39% các sản phẩm cà phê Ngoài ra còn có Coffea liberica và Coffea excelsa (ở Việt Nam gọi là cà phê mít) với

sản lượng không đáng kể

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Dưới đây là mô ̣t số đă ̣c trưng của cây cà phê :

+ Thân cây ca ̀ phê:

Cây cà phê chè có thể cao tới 6 m, cà phê vối tới 10 m Tuy nhiên ở các trang trại cà phê người ta thường phải cắt tỉa để giữ được độ cao từ 2-4 m, thuận lợi cho việc thu hoạch Cây cà phê có cành thon dài, lá cuống ngắn, xanh đậm, hình oval Mặt trên lá có màu xanh thẫm, mặt dưới xanh nhạt hơn Chiều dài của lá khoảng 8-15 cm, rộng 4-

6 cm Rễ cây cà phê là loại rễ cọc, cắm sâu vào lòng đất từ 1 đến 2,5 m với rất nhiều rễ phụ tỏa ra xung quanh làm nhiệm vụ hút chất dinh dưỡng nuôi cây

Hình 1.1 Thân cây cà phê

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Hình 1.2 Hoa cà phê

(Nguồn en.wikipedia.org/coffea_arabica)

Quả cà phê:

Quả phê là loài cây tự thụ phấn, do đó gió và côn trùng có ảnh hưởng lớn tới quá trình sinh sản của cây Sau khi thụ phấn từ 7 đến 9 tháng cây sẽ cho quả hình bầu dục,

bề ngoài giống như quả anh đào Trong thời gian chín, màu sắc của quả thay đổi từ xanh sang vàng rồi cuối cùng là đỏ Quả có màu đen khi đã chín Do thời gian đâm hoa kết trái lâu như vậy mà một vụ cà phê kéo dài gần một năm trời và có thể xảy ra trường hợp trên một cây vừa có hoa, vừa có quả

Hình 1.3 Quả cà phê

(Nguồn en.wikipedia.org)

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Thông thường một quả cà phê chứa hai hạt Chúng được bao bọc bởi lớp thịt quả bên ngoài Hai hạt cà phê nằm ép sát vào nhau Mặt tiếp xúc giữa chúng là mặt phẳng, mặt hướng ra bên ngoài có hình vòng cung Mỗi hạt còn được bảo vệ bởi hai lớp màng mỏng: một lớp màu trắng, bám chặt lấy vỏ hạt; một lớp màu vàng rời rạc hơn bọc ở bên ngoài Hạt có thể có hình tròn hoặc dài, lúc còn tươi có màu xám vàng, xám xanh hoặc xanh Thỉnh thoảng cũng gặp nhưng quả chỉ có một hạt (do chỉ có một nhân hoặc

do hai hạt bị dính lại thành một)

1.1.3 Phân loa ̣i[1][6-7][32-34]

Cà phê có nhiều chủng loại, nhưng phổ biến là 3 giống sau:

1.1.3.1 Cà phê chè

Cà phê chè là tên gọi theo tiếng Việt của loài cà phê có (danh pháp khoa học là:

Coffea arabica) do loài cà phê này có lá nhỏ, cây thường để thấp giống cây chè một

loài cây công nghiệp phổ biến ở Việt Nam

Đây là loài có giá trị kinh tế nhất trong số các loài cây cà phê Cà phê chè chiếm

61% các sản phẩm cà phê toàn thế giới Cà phê arabica còn được gọi là Brazilian Milds nếu nó đến từ Brasil, gọi là Colombian Milds nếu đến từ Colombia, và gọi là Other Milds nếu đến từ các nước khác Qua đó có thể thấy Brasil và Colombia là hai

nước xuất khẩu chính loại cà phê này, chất lượng cà phê của họ cũng được đánh giá cao nhất Các nước xuất khẩu khác gồm có Ethiopia, Mexico, Guatemala, Honduras, Peru, Ấn Độ

Cây cà phê arabica ưa sống ở vùng núi cao Người ta thường trồng nó ở độ cao từ 1000-1500 m Cây có tán lớn, màu xanh đậm, lá hình oval Cây cà phê trưởng thành có thể cao từ 4-6 m, nếu để mọc hoang dã có thể cao đến 15 m Quả hình bầu dục, mỗi quả chứa hai hạt cà phê

Cà phê chè sau khi trồng khoảng 3 đến 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạch Thường thì cà phê 25 tuổi đã được coi là già, không thu hoạch được nữa Thực tế nó vẫn có thể tiếp tục sống thêm khoảng 70 năm Cây cà phê arabica ưa thích nhiệt độ từ 16-25°C, lượng mưa khoảng trên 1000 mm

Trên thị trường cà phê chè được đánh giá cao hơn cà phê vối (coffea canephora hay coffea robusta) vì có hương vị thơm ngon và chứa ít hàm lượng caffein hơn Một

bao cà phê chè (60 kg) thường có giá cao gấp 2 lần một bao cà phê vối Việt Nam là

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

nước xuất khẩu cà phê lớn thứ hai thế giới nhưng chủ yếu là cà phê vối Năm 2005, dự kiến diện tích trồng cà phê chè mới đạt khoảng 10% tổng diện tích trồng cà phê cả nước (khoảng 40.000 ha/410.000 ha)

Lý do khó phát triển cà phê chè do độ cao ở Việt Nam không phù hợp, những vùng chuyên canh cà phê ở Việt Nam như Buôn Ma Thuột Đắk Lắk, Bảo Lộc Lâm Đồng đều chỉ có độ cao từ 500-1000 m so với mực nước biển, loài cây này lại nhiều sâu bệnh hại nên không kinh tế bằng trồng cà phê vối nếu trồng ở Việt Nam

1.1.3.2 Cà phê vối

Cà phê vối (danh pháp khoa học: Coffea canephora hoặc Coffea robusta) là cây quan trọng thứ hai trong các loài cà phê C Robusta, như cái tên nó thể hiê ̣n , rất

“robust”, trong tiếng Anh có nghĩa là ma ̣nh mẽ, tràn trề sức sống Loại này chứa nhiều

caffeine hơn và thích nghi trong nhiều điều kiê ̣n hơn C Arabica Khoảng 39% các sản

phẩm cà phê được sản xuất từ loại cà phê vối Nước xuất khẩu cà phê vối lớn nhất thế giới là Việt Nam Các nước xuất khẩu quan trọng khác gồm Côte d'Ivoire, Uganda, Brasil, Ấn Độ

Cây cà phê vối có dạng cây gỗ hoặc cây bụi, chiều cao của cây trưởng thành có thể lên tới 10 m Quả cà phê có hình tròn, hạt nhỏ hơn hạt cà phê arabica Hàm lượng caffein trong hạt cà phê robusta khoảng 2-4%, trong khi ở cà phê arabica chỉ khoảng 1-2%

Giống như cà phê chè, cây cà phê vối 3-4 tuổi có thể bắt đầu thu hoạch Cây cho hạt trong khoảng từ 20 đến 30 năm Cà phê vối ưa sống ở vùng nhiệt đới, độ cao thích hợp để trồng cây là dưới 1000 m Nhiệt độ ưa thích của cây khoảng 24-26°C, nhiê ̣t đô ̣ thấp nhất tuyê ̣t đối không dưới 7°C lượng mưa khoảng trên 1500-2000 mm Cây cà phê vối cần nhiều ánh sáng mặt trời hơn so với cây cà phê chè.[6]

Cà phê vối chứa hàm lượng caffein cao hơn và có hương vị không tinh khiết bằng cà phê chè, do vậy mà được đánh giá thấp hơn Giá một bao cà phê robusta thường chỉ bằng một nửa so với cà phê arabica Năm 2004 Việt Nam xuất khẩu trên 14 triệu bao cà phê loại này, chiếm gần một nửa lượng cà phê vối xuất khẩu của toàn thế giới (trên 30 triệu bao) Hiện nay gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam được trồng cà

phê vối, 10% trồng cà phê chè, khoảng 1% còn lại được trồng cà phê mít (coffea excelsa)

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1.3.3 Cà phê mít

Cà phê mít hay cà phê Liberia (Danh pháp khoa học: Coffea liberica, đồng nghĩa Coffea excelsa thuộc họ Thiến thảo Là một trong 3 loại chính của họ cà phê

Cà phê mít có thân cây cao 2-5 m; thân, lá và quả đều to, khác biệt hẳn các loại cà phê khác Do lá to, xanh đậm, nhìn xa như cây mít nên được gọi là cà phê mít Cây chịu hạn tốt, ít cần nước tưới nên thường trồng quảng canh, tuy nhiên, do năng suất kém, chất lượng không cao (có vị chua) nên không được ưa chuộng và phát triển diện tích

Tại Việt Nam cây trồng chủ yếu ở các tỉnh như Nghệ An, Gia Lai, Kon Tum là những tỉnh có điều kiện phù hợp cho phát triển cây công nghiệp nhưng không hoàn toàn thuận lợi cho cà phê phát triển Đây cũng chính là lý do Đắk Lắk và nhất là Buôn

Ma Thuột vốn được xem là thủ phủ cà phê nhưng lại có rất ít diện tích trồng loại cà phê này

Ở Tây nguyên, cà phê mít thường nở hoa và thu hoạch muộn hơn các loài cà phê khác do đặc điểm là nở hoa nhờ nước mưa, quả thường thu hoạch vào tháng 12 âm lịch, sau khi các loài cà phê khác đã thu hoạch xong Sản lượng của cà phê mít không lớn, hạt nhân to, thon dài trắng Cây thường được trồng thuần loài hay làm đai rừng chắn gió cho các lô cà phê vối, thường trồng thành hàng với khoảng cách 5-7 m một cây

Do đặc tính chịu hạn và có sức chống chọi với sâu bệnh cao nên hiện cà phê mít được dùng làm gốc ghép cho các loại cà phê khác

Hạt cà phê mít thường được trộn vào với cà phê vối, cà phê chè khi rang xay để tạo hương vị

1.1.4 Thành phần hóa học trong quả cà phê[1]

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 hoá học trong hạt cà phê có ảnh hưởng rất tốt trong quá trình đánh giá chất lượng thử nếm cảm quan

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

- Nước: Trong nhân cà phê đã sấy 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 thực 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 ngoài ra còn có nhôm, sắt, đồng, iot, lưu huỳnh… Những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang Cà phê có lượng khoáng càng thấp thì càng tốt

- Glucid: 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

- Protein: Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng có vai trò quan

trọng trong việc hình thành hương vị cho sản phẩm Trong đó, các acid amine chứa lưu huỳnh như cystine, methionine là quan trọng nhất, chúng tạo nên hương thơm mạnh cho cà phê rang Đăc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxy hóa các chất thơm, giúp giữ được mùi thơm của cà phê trong quá trình bảo quản

- Lipid: Hàm lượng lipid trong cà phê khá lớn (10 -13%) gồm có dầu và sáp

Trong quá trình chế biến, một phần acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm Lượng lipid còn lại không bị biến đổi chính là dung môi tốt để hòa tan các chất thơm

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

colin Trong đó, quan trọng nhất là caffeine và trigonellin

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

hậu, điều kiện canh tác

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

tan trong chloroform và ether, tan nhiều trong nước nóng Tính chất quý của trigonellin là dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nó bị nhiệt phân tạo thành acid nicotinic (tiền vitamin PP)

Hiện nay người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm của cà phê

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Hàm lượng chất thơm trong hạt cà phê tương đối nhỏ bao gồm các acid, andehite, ketone, ancol, phenol, ester… Các chất này được hình thành và tích lũy trong quá trình phát triển của quả cà phê hay được tạo thành trong quá trình chế biến nhất là trong quá trình rang

Cà phê rang lên có những chất thơm, gọi chung là cafeol nhưng đồng thời tạo ra một yếu tố phức hợp độc là cafeotoxine Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, dễ biến đổi làm giảm chất lượng cà phê nên cần bảo quản cà phê trong bao bì kín

Ngoài ra trong nhân cà phê còn có một lượng đáng kể vitamine Trong cà phê chủ yếu là vitamine nhóm B như B1, B2, B6, B12 và các loại acid hữu cơ là tiền các loại vitamine

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của quả cà phê

1.1.5 Giá trị kinh tế của cây cà phê ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu cà phê hàng đầu thế giới, năm

2006 tổng sản lượng cà phê xuất khẩu đạt khoảng 800.000 tấn, giá trị xuất khẩu tăng khoảng 45% (kim ngạch xuất khẩu đạt 1,07 tỷ USD) - tăng 45% so với năm trước

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Hiệp hội Cà phê - Ca cao Viê ̣t Nam cho biết thêm, so với cùng kỳ, giá xuất khẩu

cà phê Robusta Việt Nam đã tăng khoảng 40%, vượt hơn 1.400 USD/tấn và sẽ còn tăng nhẹ Với yếu tố thuận lợi này, năm 2007, dự báo xuất khẩu cà phê ước đạt 910.000 tấn, kim ngạch xấp xỉ 1,3 tỷ USD, tăng trên 7% về lượng và tăng 24% so với năm 2006

Tập đoàn Nestlé mỗi năm thu mua trung bình khoảng từ 20-25% sản lượng cà phê xuất khẩu của Viê ̣t Nam phục vụ cho việc sản xuất tại 15 nhà máy trên toàn thế

giới (Theo vietbao.vn)

1.2 Dươ ̣c tính của caffeine

1.2.1 Sơ lươ ̣c về caffeine[32]

Caffeine có tên khoa ho ̣c là 1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6(3H,7H)-dione

3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione Và một số tên gọi khác là trimethylxanthine, trimethylxanthine, methyltheobromine, 7-methyltheophylline, theine, mateine, và guaranine Công thứ c hóa ho ̣c của caffeine là:

1,3,7-N

N N

Hình 1.4 Công thức hóa ho ̣c của caffeine

Caffeine thuô ̣c loa ̣i xanthine alkaloid có tác du ̣ng kích thích thần kinh , dạng tinh thể màu trắng và có vi ̣ đắng Caffeine được phân lâ ̣p từ cà phê vào năm 1820 bởi nhà hóa học người Đức Friedlied Ferdinand Runge , và vào năm 1821 bởi các nhà hóa ho ̣c người Pháp nghiên cứu đô ̣c lâ ̣p là Robiquet , Pelletier và Ca ventou Chính Pelletier là người đă ̣t tên hợp chất này là “cafeine” (trong tiếng Anh là “caffeine” ) và là cho rằng caffeine là chất gây nghiê ̣n được phân lâ ̣p từ cà phê

Trên cơ thể người, caffeine có tác du ̣ng giống như chất kích t hích thần kinh trung ương, tạm thời ngăn chặn cảm giác buồn ngủ và phục hồi sự tỉnh táo Caffeine là chất kích thích thần kinh được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới , tuy nhiên, không giống như các hợp chất kích thích th ần kinh khác , caffeine được dùng gần như hợp pháp và

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

không đươ ̣c kiểm soát Các thức uống chứa caffeine, như trà, cà phê, các nước uống có gas và nước tăng lực , được tiêu thu ̣ rỗng rãi ; ở Bắc Mĩ , 90% người trưởng thành tiêu thụ caffeine hằng ngày

1.2.2 Dươ ̣c tính chủ yếu của caffeine

Lươ ̣ng tiêu thu ̣ caffeine toàn cầu ước tính 120.000 tấn mỗi năm[24] và caffeine trở thành chất có tác động đến trí tuệ phổ biến nhất trên thế giới Điều này có nghĩa là đối với mỗi người , caffeine đã trở thành mô ̣t phần thiết yếu trong thức uống hằng ngày Caffeine là chất kích thích sự trao đổi chất và hê ̣ thần kinh trung ương [26], và được sử dụng với cả hai mục đích giải trí và chữa bệnh , làm giảm sự mệt mỏi thể chất và phục hồi sự minh mẫn của trí tuê ̣ khi cơ thể trong trình tra ̣ng uể oải Caffeine và các dẫn xuất methylxathine khác cũng được sử du ̣ng trên trẻ sơ sinh để kích thích hô hấp và tuần hoàn Trước tiên, caffeine kích thích hê ̣ thần kinh trung ương ở các cấp đô ̣ cao dần, làm tăng tính cảnh giác và tỉnh táo , suy nghĩ nhanh và rõ ràng hơn , tâ ̣p trung hơn, và cải thiện khả năng phối hợp của các cơ quan trong cơ thể ; và kế tiếp caffeine sẽ kích thích tủy sống với liều lượng cao hơn [10]

Khi thâm nhập vào cơ thể , caffeine có sự chuyển hóa phức tạp, tác động qua nhiều cơ chế khác được mô tả dưới đây

1.2.3 Sư ̣ chuyển hóa và chu kì bán hủy

Caffeine đươ ̣c chuyển hóa trong gan thành 3 chất chính : paraxathine (84%), theobromine (12%), và theophylline (4%)

Caffeine trong cà phê và các thức uống khác đươ ̣c hấp thu qua da ̣ dày và ruô ̣t non trong vòng 45 phút và kế đến được vận chuyển đến tất cả các cơ quan trong cơ thể Caffeine cũng được hấp thu qua trực tràng , trong thuốc tri ̣ táo bón chứ a ergotamine tartrate và caffeine (giảm chứng đau nửa đầu)[19]

, và chlorobutanol và caffeine (điều trị chứng xung huyết)[9]

Chu kỳ bán hủy sinh ho ̣c của caffeine khác nhau đối với mỗi người tùy theo đô ̣ tuổi, chức năng gan, phụ nữ mang thai, vài tá dược, và lượng enzyme trong gan cần để chuyển hóa caffeine Ở người khỏe mạnh , chu kỳ bán hủy của caffeine khoảng 4,9 giờ[15] Đối với phụ nữ có uống thuốc tránh thai , thì chu kỳ này tăng lên 5-10 giờ , và đối với phu ̣ nữ mang thai thì con số này giao đô ̣ng 9-11 giờ[25]

Chương 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.2.4 Cơ chế ta ́ c đô ̣ng

Phương thức hoạt động chủ yếu của caffeine giống như là một chất đối kháng của

cơ quan thu ̣ cảm adenosine trong não

Caffeine dễ dàng đi qua hàng rào máu não, nơi phân cách các dòng máu từ bên trong não Chỉ ở trong não, caffeine mới có phương thức hoạt động chủ yếu là một chất đối kháng không chọn lọc của cơ quan thụ cảm adenosine[13][18]

Phân tử caffeine có cấu trúc tương tự như aglycone của adenosine, adenine, và có khả năng liên kết các

cơ quan thụ cảm adenosine ở bên ngoài tế bào mà không cần kích hoạt chúng (cơ chế hoạt động của một "chất đối kháng"), do đó nó hoạt động như một chất ức chế cạnh tranh

Adenosine được tìm thấy trong mỗi cơ quan trong cơ thể, bởi vì nó đóng vai trò trong sự chuyển hóa năng lượng liên quan đến ATP cơ sở và cần thiết cho sự tổng hợp RNA, nhưng nó cũng có những chức năng đặc biệt trong não Có nhiều dấu hiệu chứng tỏ rằng nồng độ của adenosine trong não tăng lên bởi nhiều da ̣ng suy giảm chuyển hóa khác nhau bao gồm sự thiếu oxy trong máu và chứng thiếu máu cục bộ Dấu hiệu này cũng cho thấy adenosine trong não hoạt động để bảo vệ não bằng cách kìm hãm hoạt động thần kinh và gia tăng lượng máu lưu thông qua cơ quan thụ cảm

A2A và A2B nằm ở cơ trơn của mạch máu[23] Bằng cách ứ c chế adenosine , caffeine làm giảm lượng máu não xuống khoảng từ 22% đến 30%.Caffeine cũng có tác du ̣ng làm mất khả năng tự chủ nói chung lên hoạt động thần kinh Tuy nhiên, cách thức cụ thể mà các hiệu ứng này làm tăng sự tỉnh táo thì chưa được đề cập

Adenosine được sinh ra trong não thông qua một cơ chế phức tạp Trong vài trường hợp, xuất hiê ̣n nhiều dấu hiệu cho thấy chức năng của adenosine giống như một tác nhân dẫn truyền xung thần kinh theo cách tiếp hợp , nhưng những lượng adenosine đươ ̣c sinh ra liên q uan đến các trường hợp bắt buô ̣c chủ yếu xảy ra bởi sự chuyển hóa ngoại bào của ATP Không chắc rằng adenosine là tác nhân chủ yếu dẫn truyền xung thần kinh đối với tất cả các nhóm neuron , nhưng phần nào adenosine được giải phóng đồng thời với các tác nhân dẫn truyền khác bởi nhiều nhóm neuron Không giống như hầu hết các tác nhân dẫn truyền khác , adenosine dường như không được gắn kết vào các khoang thần kinh đươ ̣c ta ̣o thành theo kiểu điều khiển điê ̣n thế , nhưng khả năng xảy ra cơ chế này không hoàn toàn bị loại trừ