CFRR – Caffeine là hợp chất được quan tâm nhiều trong tách cà phê đặc biệt với người dùng thức uống này để kích thích sự tập trung
Caffeine trong tách cà phê
Cà phê là một thức uống thú vị vì nó được tiêu thụ rộng rãi, phần lớn người sử dụng cà phê như một chất kích thích khả năng tập trung vào buổi sáng, những người khác uống vì mùi vị đặc biệt của hạt cà phê mang lại (Schwartz, 2016).
Pha cà phê về cơ bản là sự kết hợp hạt cà phê rang xay cùng với nước. bằng cách đó các chất hòa tan của hạt cà phê được chiết xuất vào nước để tạo ra cà phê pha. Trong hạt cà phê, các chất hòa tan chiếm khoảng 28% khối lượng tổng thể, mặc dù phổ biến nhất là sử dụng nước nóng để pha, thì các phương pháp mới liên quan đến sử dụng nước lạnh hoặc nước ở nhiệt độ phòng trong pha chế cà phê cũng đã được quan tâm đến (Lingle, 1995)
Trước khi bắt đầu pha, hạt cà phê phải được xay nhuyễn, điều này làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc cho phép chiết xuất nhanh hơn các chất hòa tan trong hạt cà phê và thời gian ủ được rút ngắn đáng kể, vì cà phê và nước tiếp xúc càng lâu thì càng nhiều thành phần đắng sẽ được chiết xuất vào cà phê (Lingle, 1995). Kích thước xay tối ưu tùy thuộc vào phương pháp pha và hương vị mong muốn trong cà phê.
Mặc dù việc sử dụng cà phê đã bắt đầu vào khoảng thế kỷ thứ 9 nhưng đến thế kỷ 19, caffeine mới được nhà nghiên cứu người Đức Ferdinand Runge (1795-1867) phân lập thành công và được công nhận là một hợp chất caffeine (Goethe và cộng sự, 1896). Caffeine lần đầu tiên được gọi là “kaffein”, vào năm 1823 được đưa vào từ vựng y khoa với tên tiếng Anh gọi là “caffeine” (Weinberg và cộng sự, 2001).
Vào năm 1875, Ludwig Medicus là người đầu tiên đề xuất cấu trúc hóa học của caffeine, nhưng ở thời điểm đó người ta xem ông là người không bình thường (Meusinger và cộng sự, 2009). Đến năm 1882, cấu trúc về caffeine và các methylxanthin đã được xác nhận bởi Hermann Emil Fischer, cũng là người đã đưa ra hàng loạt các nghiên cứu về tổng hợp purin và đạt giải Nobel hóa học vào năm 1902 (Fischer và cộng sự, 1881). Kể từ thời điểm này, các nghiên cứu về caffein đã có thể phát triển mạnh mẽ hơn.
Caffeine được biết với tên khoa học là 1,3,7-trimethylpurine-2,6-dione, caffeine là hợp chất quan trong được tìm thấy trong cà phê và là chất được nhiều người tiêu dùng quan tâm vì có chức năng như một chất kích thích hệ thần kinh trung ương trong cơ thể có tác dụng giữ cho một người tỉnh táo và tràn đầy năng lượng (Marcello và cộng sự, 2002). Caffeine là dẫn xuất của methylxanthine góc purin, các đặc tính quan trọng khác của caffeine là điểm thăng hoa của nó là 178 độ C và vị đắng của nó khi uống (NCBI, 2004).
Hàm lượng caffeine trong phương pháp pressure
Trong số các loại cà phê arabica được pha bằng máy pha cà phê, loại cà phê được pha chế bởi Ludwig và cộng sự (2014) có nồng độ 7.908g/l, khi sử dụng 20.4g cà phê xay và thể tích cà phê thu được là 22ml trong khoảng 25 giây. Trước đó, Ludwing và cộng sự (2012) cũng đã làm nghiên cứu tương tự nhưng thể tích thu được là 47ml và nồng độ caffeine là 2.533± 0.020g/l, khi đánh giá hàm lượng thu được trong quá trình chiết xuất phát hiện ra rằng nồng độ của caffeine lần lượt là 0.297±0.002mg/100ml trong 8 giây đầu tiên và 0.040±0.001mg/100ml từ 16-24 giây đầu tiên. Nhưng trong một nghiên cứu khác khi kéo dài thời gian chiết xuất cà phê espresso để tăng thể tích từ 22-23ml lên 43-55ml thì thu được hàm lượng caffeine lần lượt là 0.152-0.174g/tách cà phê và 0.202-0.232g/tách cà phê.
Trong nghiên cứu của Merecz và cộng sự (2018) đã dùng 2g cà phê với 100ml nước sử dụng, nhưng không xác định khối lượng cà phê thu được, và cần nhiều thời gian pha hơn vì lượng nước nhiều hơn, điều này dẫn đến việc pha loãng cà phê góp phần làm giảm nồng độ caffeine thu được 0.330± 0.020g/l. Hàm lượng caffeien thấp trong nghiên cứu này được giải thích là là do lượng cà phê nhỏ so với lượng nước sử dụng.
Caprioli và cộng sự (2015) đã kéo dài thời gian chiết xuất liên quan đến hàm lượng của một số hợp chất trong cà phê espresso trong đó caffeine thu được khoảng 84.21-85.46% so với hàm lượng tối đa có thể đạt được. Một tách cà phê espresso khoảng 25ml được pha chế bằng hạt cà phê rang xay 6.5±1.5g với nước nóng 90±5OC dưới áp suất 9±2 bar trong thời gian 30±5 giây thu được nồng độ caffeine dao động khoảng 2.1-4.2mg/ml (xay mịn), khoảng 0.5-3.2mg/ml (xay thô) (Severini và cộng sự, 2016; Andueza và cộng sự, 2003).
Tuy nhiên, tùy thuộc vào truyền thống tách cà phê espresso ở một số quốc gia khác nhau như ở Ý là 20-25ml, ở Tây Ban Nha là 40-60ml và ở Scotland khoảng 30-50ml có tỷ lệ lượng hạt xay/nước lần lượt là 7g/20ml, 9g/60ml, và 11g/30ml thu được hàm lượng caffeine trung bình là 5,4mg/ml, 1.8mg/ml và 3.9mg/ml tương ứng (Ludwig và cộng sự, 2014)
Hàm lượng caffeine trong phương pháp percolator
Trong báo cáo của Caporaso và cộng sự (2014) sử dụng phương pháp percolator khi dùng 11.3gam cà phê với 80ml nước cất, tạo ra 62ml cà phê pha, nhiệt độ nước sử dụng là 100 độ C trong 3 phút thu được nồng độ caffeine khoảng 1.680±0.200g/l.
Phương pháp percolator được pha bằng dụng cụ nhỏ giọt tự động có trang bị bể nước chứa được làm nóng khoảng 92-96 độ C, sử dụng bộ lọc giấy nhằm xác định hàm lượng caffeine thu được từ hạt cà phê Brazil khoảng 0.92-1.65mg/ml (Tfouni và cộng sự, 2014) 126. Một nghiên cứu khác sử dụng cà phê arabica Guatemala và robusta Việt Nam theo phương pháp nhỏ giọt trong 375 giây thu được hàm lượng caffeine lần lượt là khoảng 0.57mg/ml và 1.15mg/ml (Ludwig và cộng sự, 2012)
Trong một thí nghiệm khác, Ludwig và cộng sự (2012) đã sử dụng phương pháp pha percolator khi dùng 36g cà phê xay với 600ml nước ở 90OC trong 6 phút thu được 473ml trong tách cà phê và hàm lượng caffeine khoảng 304,02mg/100ml (arabica Guatemala) và 545.36mg/100ml (robusta Việt Nam)
López-Galilea và cộng sự (2007) đã sử dụng cách pha espresso và percolator trong nghiên cứu hàm lượng caffeine thu được tương ứng là 0.63mg/ml ( cà phê espresso 40ml) và 0.22mg/ml (cà phê percolator 400ml)
Kết luận
| Espresso | Percolator | Tham khảo |
| 7.908g/l | Ludwig và cộng sự (2014) | |
| 2.533g/l | 304.02-545.36mg/100ml (tương đương với 3.0402-5.4536g/l) , 0.57-1.15mg/ml (tương đương với 0.57-1.15g/l) | Ludwing và cộng sự (2012) |
| 2.1-4.2mg/ml (tương đương với 2.1-4.2g/l) | Caprioli và cộng sự (2015) | |
| 1.680g/l | Caporaso và cộng sự (2014) | |
| 0.92-1.65mg/ml tương đương với 0.92-1.65g/l | Tfouni và cộng sự (2014) | |
| 0.63mg/ml tương đương với 0.63g/l | 0.22mg/ml tương đương với 0.22g/l | López-Galilea và cộng sự (2007) |
Cà phê hiện nay đã trở thành thức uống được coi là nhiên liệu duy trì hoạt động của thế giới, vì vậy các nghiên cứu đã được thực hiện liên quan đến cà phê chủ yếu là phân tích các hợp chất có trong cà phê. Trong bài này caffeine đã được phân tích ở hai phương pháp pha chế cơ bản là pressure và percolator, thông qua các báo cáo về hàm lượng caffeine từ các nghiên cứu có thể thấy được hàm lượng chiết xuất caffeine trong cà phê với các phương pháp pha khác nhau sẽ khác nhau, trong đó phương pháp pha percolator thường thu được lượng caffeine thấp hơn so với phương pháp pressure hay nói cách khác thì cà phê espresso đa phần sẽ “mạnh” hơn so với pour over.
Nguồn tham khảo
American Coffee Device. Available from: https://delishably.com/beverages/Coffee- Bean-Grinder [Accessed: 21-02-2017]
Andueza S, de Peña MP, Cid C. Chemical and sensorial characteristics of espresso coffee as affected by grinding and torrefacto roast. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2003;51:7034-7039. DOI: 10.1021/jf034628f
Caffeine. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/caffeine (accessed Mar 16, 2017).
Caporaso N, Genovese A, Canela MD, Civitella A, Sacchi R. Neapolitan coffee brew chemical analysis in comparison to espresso, moka and American brews. Food Research International. 2014;61:152-160. DOI: 10.1016/j.foodres.2014.01.020
Caprioli, G.; Cortese, M.; Maggi, F.; Minnetti, C.; Odello, L.; Sagratini, G.; Vittori, S. Quantification of caffeine, trigonelline and nicotinic acid in espresso coffee: The influence of espresso machines and coffee cultivars. Int. J. Food Sci. Nutr. 2014, 65, 465–469.
Fischer, E. Ueber das Caffeïn. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1881, 14, 637–644, doi:10.1002/cber.188101401142.
Gloess AN, Schonbachler B, Klopprogge B, D’Ambrosio L, Chatelain K, Bongartz A, Strittmatter A, Rast M, Yeretzian C. Comparison of nine common coffee extraction methods: Instrumental and sensory analysis. European Food Research and Technology. 2013;236:607-627. DOI: 10.1007/s00217-013-1917-x
Lingle, T. 1995. The Coffee Brewing Handbook. SCAA
Ludwig IA, Sanchez L, Cammerer B, Kroh LW, de Peña MP, Cid C. Extraction of cof- fee antioxidants: Impact of brewing time and method. Food Research International. 2012;48:57-64. DOI: 10.1016/j.foodres.2012.02.023
Ludwig, I.A.; Mena, P.; Calani, L.; Cid, C.; Del Rio, D.; Lean, M.E.J.; Crozier, A. Variations in caffeine and chlorogenic acid contents of coffees: What are we drinking? Food Funct. 2014, 5, 1718–1726
Ludwig, I.A.; Sanchez, L.; Caemmerer, B.; Kroh, L.W.; De Peña, M.P.; Cid, C. Extraction of coffee antioxidants: Impact of brewing time and method. Food Res. Int. 2012, 48, 57–64
LudwigIA,MenaP,CalaniL,CidC,DelRioD,LeanMEJ,CrozierA.Variationsincaf- feine and chlorogenic acid contents of coffees: What are we drinking? Food & Function. 2014;5:1718-1726. DOI: 10.1039/c4fo00290c
Marcello Solinas, Sergi Ferré, Zhi-Bing You, Marzena Karcz-Kubicha, Patrizia Popoli, Steven R Goldberg. 2002. Caffeine induces dopamine and glutamate release in the shell of the nucleus accumbens
Merecz,A.;Marusin ́ska,A.;Karwowski,B.T.Thecontentofbiologicallyactivesubstancesandantioxidantactivityincoffee depending on brewing method. Pol. J. Nat. Sci. 2018, 33, 267–284.
Meusinger, R. Solution to spectroscopy challenge 13. Caffeine. Anal Bioanal. Chem. 2009, 393, 1381–1382, doi:10.1007/s00216-008-2578-7.
Schwartz, E. Why Coffee (Might Have) Caused the Industrial Revolution. http://econlife.com/2016/04/coffee-history-stock-markets-and-innovation/ (accessed Mar 16, 2016).
Severini C, Derossi A, Fiore AG, De Pilli T, Alessandrino O, Del Mastro A. How the variance of some extraction variables may affect the quality of espresso coffees served at coffee shop? Journal of the Science of Food and Agriculture. 2016;96:3023-3031. DOI: 10.1002/jsfa.7472
Severini C, Ricci I, Marone M, Derossi A, De Pilli T. Changes in aromatic profile of espresso coffee as a function of grinding grade and extraction time: A study by elec- tronic nose system. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2015;63:2321-2327. DOI: 10.1021/jf505691u
Tfouni SAV, Carreiro LB, Teles CRA, Furlani RPZ, Cipolli KMVAB, Camargo MCR. Caffeine and chlorogenic acids intake from coffee brew: Influence of roasting degree and brewing procedure. International Journal of Food Science and Technology. 2014;49:747-752. DOI: 10.1111/ijfs.12361
Weinberg, A.; Bealer, B.K. (Eds.) The World of Caffeine: The Science and Culture of the World’s Most Popular Drug; Routledge: New York, NY, USA, 2001; p. 394.
