CFRR – Caffeine trong cà phê là một thành phần mà bất kì một người thưởng thức cà phê nào cũng biết đến.
Caffeine là gì?
Caffeine được biết đến như là một alkaloid vì nó là một chất chuyển hóa thực vật thứ cấp (không tham gia vào sự tăng trưởng, phát triển và sinh sản bình thường của sinh vật) có nguồn gốc từ các nucleotide purine, với một nguyên tử ni tơ dị vòng (Tarka và cộng sự, 1998; Zulak và cộng sự, 2006). Tuy nhiên nó lại không có sự kết hợp của một axit amin trong sinh tổng hợp nên nó cũng được gọi là alkaloid giả (Lima và cộng sự, 2019).
Caffeine là methylxanthine có mặt ở gần 100 loài trong 13 bộ của giới thực vật (Ashihara và cộng sự, 1999). Tuy rằng caffeine được tìm thấy nhiều trong các loài coffea nhưng nó cũng được tìm thấy nhiều trong cacao (theobroma cacao), coca (erythroxylon coca), và một số loại quả hạch (Tarka và cộng sự, 1998; Chow và cộng sự, 1994).
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 caffeine đã có thể phát triển mạnh mẽ hơn.
Hóa học về caffeine
Ở nhiệt độ phòng, caffeine là một chất không màu, không mùi và có vị đắng (Arnaud và cộng sự, 2005). Trong dung dịch nước ở điều kiện pH sinh lý, caffeine là một chất không bị ion hóa, nhiệt độ nóng chảy khoảng 234-239OC và nhiệt độ thăng hoa vào khoảng 178-180OC (Tarka và cộng sự, 1998).
Có một số phương pháp phân tích caffeine được áp dụng như phương pháp trọng lượng (AOAC), kế đến là sự hấp thụ bức xạ điện từ trong vùng UV của caffein (Hartley và cộng sự, 1905), phương pháp phân tích quang phổ dựa trên độ hấp thụ ở bước sóng 272nm (Ishler và cộng sự, 1948), kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) được sử dụng vào năm 1970 được xem như là một bước tiến quan trọng có thể đạt được độ chính xác và tốc độ về mặt định tính của caffeine cho phép phân tích metylxanthin (Brown và cộng sự, 1990) hoặc phương pháp sắc ký trao đổi ion được dùng để tách caffeine khỏi các hợp chất hữu cơ khác (Murgia và cộng sự, 1973), sử dụng hệ thống gradient để tách caffeine khỏi các metylxanthin khác (De Maria và cộng sự, 2007). Briandet và cộng sự (1996) đã phân tích caffeine bởi FTIR, sau đó là PCA để phân tích loài coffea arabica và coffea canephora trong cà phê hòa tan.
Hàm lượng caffeine trong hạt cà phê xanh
Ở cây cà phê, caffeine được sinh tổng hợp khi lá trồi ra và giảm lại khi lá đạt khả năng quang tổng hợp tối ưu, caffeine nằm ở trái cây và nụ hoa sẽ có tác dụng bảo vệ các mô mềm khỏi các tác nhân gây hại như động vật ăn thịt, côn trùng hay bọ cánh cứng (Harborne và cộng sự, 1993; Hewavitharanage và cộng sự, 1999). Yếu tố di truyền từ các giống loài là yếu tố quyết định với hàm lượng caffeine trong hạt cà phê xanh (Mazzafera và cộng sự, 1992), việc sử dụng phân bón trong nông nghiệp hay chế biến sau thu hoạch ít có sự ảnh hưởng đến hàm lượng caffeine hơn so với yếu tố di truyền, trừ trường hợp chế biến khử caffeine (Macrae và cộng sự 1985; Farah và cộng sự, 2006; Duarte và cộng sự, 2010).
Hàm lượng caffeine trong nhân xanh của giống hạt arabica khoảng 0.7-1.7g/100g (trọng lượng khô), và giống hạt canephora khoảng 1.4-3.3g/100g (trọng lượng khô), như vậy nhìn chung thì hàm lượng caffeine chứa trong hạt C.canephora cao hơn khoảng 40-70% so với hạt C.arabica (Farah và cộng sự, 2012; Burdan, 2015).
Sau khi thu hoạch, quả cà phê thông qua các phương pháp chế biến truyền thống như chế biến khô, ướt và bán ướt để loại bỏ phần vỏ quả, thịt quả và chất nhầy, lớp giấy da thu được hạt cà phê nhân (Farah và cộng sự, 2012; Teixeira và cộng sự, 1995). Các nghiên cứu đã được thực hiện để so sánh hàm lượng caffeine trong hạt nhân xanh sau khi qua quá trình chế biến khô, ướt, và bán ướt và kết quả thu được là không có sự thay đổi đáng kể nào về hàm lượng caffeine trong ba phương pháp chế biến khác nhau (Balyaya và cộng sự, 1995; Mazzafera và cộng sự, 2010; Leloup và cộng sự, 1995). Hàm lượng caffeine được hình thành trong hạt từ khi quả chưa chín và tăng lên khi chúng trưởng thành (Koshiro và cộng sự, 2006)
Hàm lượng caffeine trong hạt cà phê sau khi rang và pha chế
Caffeine trong cà phê rang xay
Hàm lượng caffeine trong hạt C.arabica rang khoảng 0.7-1.6g/100g (trọng lượng khô), và trong C.canephora khoảng 1.8-2.6g/100g (trọng lượng khô) (Casal và cộng sự, 2000; Hecimovic và cộng sự, 2011; Bicho và cộng sự, 2011). Hàm lượng caffeine không có sự thay đổi đáng kể trong quá trình rang do tính ổn định nhiệt của nó (Farah và cộng sự, 2012).
Quá trình rang giải phóng một lượng khí CO2, và các hợp chất dễ bay hơi, cùng các phản ứng phân hủy polysaccharid, đường, axit amin và axit chlorogenic trong phản ứng maillard và caramel hóa. Nhìn chung thì có sự gia tăng hàm lượng của axit hữu cơ và lipid, trong khi hàm lượng của caffeine và trigonelline (axit N-methyl nicotinic) có sự thay đổi không đáng kể (Buffo và cộng sự, 2004)
Cùng với đó, Ramalakshmi và cộng sự (1999), cũng đưa ra kết luận về sự thất thoát caffeine không đáng kể trong quá trình rang. Tuy nhiên thì hàm lượng caffeine trên thực tế sẽ còn tùy thuộc vào phương pháp pha chế, lượng cà phê sử dụng, kích thước hạt xay hay tỷ lệ cà phê/nước sẽ dẫn đến sự thay đổi về hàm lượng caffeine cao hơn là trong quá trình rang (Bell và cộng sự, 1996; Rogers và cộng sự, 1993)
Caffeine trong cà phê hòa tan
Cà phê hòa tan được sản xuất bằng việc xử lý cà phê rang xay bằng nước nóng và áp suất cao để chiết xuất các hợp chất hòa tan trong nước, sau đó làm khô. Tỷ lệ hạt C.arabica và C.canephora được sử dụng sản xuất cà phê hòa tan có thể khác nhau ở các nhà sản xuất tại các quốc gia khác nhau, thông thường thì tỷ lệ này là ngang bằng nhau. Ví dụ như ở Brazil hay Indonesia thì hàm lượng caffeine trong cà phê hòa tan sẽ cao hơn so với các nước ở phương Tây do tỷ lệ C.canephora cao hơn hẳn (Farah và cộng sự, 2012).
Caffeine trong tách cà phê pha
Caffeine góp phần vào khoảng 10% vị đắng trong cà phê pha, hàm lượng caffeine trong cà phê pha có mối quan hệ chặt chẽ với đặc tính kích thích thần kinh trung ương của nó (Farah và cộng sự, 2006; Ky và cộng sự, 2001). Hàm lượng caffeine có trong cà phê pha sẽ phụ thuộc vào yếu tố di truyền (giống hạt), mức độ chín và phương pháp pha chế. Caffeine được chiết xuất tốt trong phương pháp pha nóng (Farah và cộng sự, 2012). Ngoài phương pháp pha chế thì tỷ lệ giữa nước và bột cà phê, nhiệt độ nước, kích cỡ hạt xay, thời gian chiết xuất cũng là yếu tố quyết định hàm lượng caffeine có trong cà phê pha (Farah và cộng sự, 2012; Fujioka và cộng sự, 2008), caffeine có xu hướng được chiết xuất tốt hơn từ hạt cà phê rang đậm (Farah và cộng sự, 2017), thông thường với phương pháp pha thu được lượng cà phê càng đậm đặc thì hàm lượng caffeine càng cao (Juliana và cộng sự, 2019).
Caffeine trong cold brew
Toàn bộ quá trình ủ cà phê lạnh (cold brew) ở nhiệt độ thấp khoảng 5OC và kéo dài trong khoảng 12-24 tiếng, tạo ra hương thơm và mùi vị đặc trưng (Rao và cộng sự, 2020). Hàm lượng caffeine khi ủ cà phê trong 6 tiếng (20gram cà phê với 200ml nước nhiệt độ phòng: 20OC) thu được khoảng 1.036g/l đối với hạt rang ở mức vừa (medium), hoặc khoảng 1.962g/l đối với hạt rang đậm (dark) (Rao và cộng sự, 2020; Angeloni và cộng sự, 2018).
Trong một nghiên cứu khác đã dùng 25gram cà phê với 250ml nước nhiệt độ phòng xác định giá trị caffeine khoảng 1.250g/L (Angeloni và cộng sự, 2018). Từ các nghiên cứu này cho thấy hàm lượng caffeine trong phương pháp ủ lạnh (cold brew) có hàm lượng thấp hơn so với các phương pháp pha nóng truyền thống.
Mối quan hệ giữa caffeine với axit chlorogenic
Ước tính rằng có khoảng 20% caffeine được tìm thấy trong cà phê pha bao gồm lượng caffeine tự do và sự hình thành liên kết giữa caffeine với các hợp chất khác, mà cụ thể là liên kết giữa caffeine với axit 5-caffeoylquinic (axit chlorohenic trong cà phê), hoặc caffeine liên kết với các lacton được hình thành trong quá trình rang (D’Amelio và cộng sự, 2015). Ngoài ra, caffeine còn có thể tạo liên kết với các chất khác như protein và melanoidin sau khi rang (Farah và cộng sự, 2019).
Caffeine trong decaffeinated coffee
Quá trình khử caffeine có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp và các chất hỗ trợ khác như nước, cacbon dioxide, etyl axetat, metanol clorua, và hàm lượng caffein còn lại trong hạt là rất thấp (Farah và cộng sự, 2012). Phương pháp khử caffeine được sử dụng đầu tiên ở Châu Âu nhưng lại phát triển rộng rãi ở Hoa Kỳ và dần tăng lên trên khắp thế giới. Các thống kê về lượng tiêu thụ cà phê đã khử caffeine ở thị trường Mỹ đạt 16% năm 2009 (NCA).
Cà phê khử caffeine có những nguyên tắc và quy định khác nhau trên từng quốc gia, quá trình khử caffeine nên giảm nồng độ metylxanthine xuống khoảng 97-99.9% trong cà phê rang xay và 97% trong cà phê hóa tan (ECF, 2019; USDA, 2019; ANViSa, 2019) mà không ảnh hưởng đến các hợp chất khác. Các nước ở cộng đồng Châu Âu quy định cà phê khử caffein phải là 99.9% không chứa alkaloid (Burdan, 2015; ECF, 2019). Ở Brazil và Anh, lượng caffeine khoảng 0.1-2.6mg/100ml đối với cà phê đã khử caffeine (Bispo và cộng sự, 2002; Burg, 1975), ở Hoa Kỳ hàm lượng caffein khoảng. 3.7mg/100ml đối với cà phê khử caffeine (Bravo và cộng sự, 2012).
Các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất caffeine
Tác động từ các loài
Hai giống cà phê phổ biến được sản xuất và tiêu dùng nhiều nhất trên khắp thế giới đó là arabica và robusta, cùng thuộc loài Coffea nhưng hai giống này khác nhau về khả năng canh tác và chống chịu sâu bệnh gây hại, và đặc điểm được quan tâm nhiều là hàm lượng caffeine trong hạt robusta cao hơn arabica (Farah, 2012; Gielissen và cộng sự, 2009; Descroix và cộng sự, 2009). Hàm lượng caffeine trong hạt robusta cao là do sự hiện diện nhiều hơn của các gen có khả năng tích tụ caffeine trong hạt cà phê (Cheng và cộng sự, 2016; Perrois và cộng sự, 2015).
Trong điều kiện cùng phương pháp pha, và các biến số về nhiệt độ nước, lượng cà phê, tỷ lệ cà phê/nước thì hàm lượng caffeine tìm thấy trong cà phê arabica là 1.876g/l, còn trong cà phê robusta là 2.581g/l (Farcas và cộng sự, 2014). Các nhà nghiên cứu đều khẳng định rằng hạt robusta có hàm lượng caffein gấp khoảng 1.4-1.8 lần (Ewa Olechno và cộng sự, 2021).
Tác động từ thời gian pha
Các nghiên cứu trong thời gian pha cà phê trong thời gian ngắn như espresso trong 3 lần trong 13 giây, và một phương pháp ủ lạnh trong thời gian dài khoảng 282 – 420 phút bằng nhiều loại hạt cà phê thì ghi nhận được hàm lượng caffein cao nhất là 7.908g/l (Ludwig và cộng sự, 2014), và thấp nhất là phương pháp pha lạnh có giá trị 1.036g/l (Rao và cộng sự, 2020). Các phân tích trong nghiên cứu chỉ xem xét về mặt thời gian, có thể đưa ra kết luận về hàm lượng caffeine trong thời gian pha ngắn (espreso) có giá trị cao hơn đáng kể so với cà phê ủ lạnh.
Caprioli và cộng sự (2015), đã có một nghiên cứu với việc kéo dài thời gian chiết xuất trong cà phê espresso ghi nhận hàm lượng caffeine khoảng 85.46% (hạt arabica) trong 25ml cà phê pha đầu tiên, khi kéo dài thời gian chiết xuất lên đến 40 giây thì hàm lượng caffein không tăng lên nhưng làm loãng cà phê. Sau nghiên cứu có thể xác định được rằng thể tích 25ml cho cà phê espresso đầu tiên là thuận lợi nhất cho việc chiết xuất caffeine (Caprioli và cộng sự, 2015; Ludwig và cộng sự, 2012).
Các giá trị hàm lượng caffeine cao có thể đạt được trong thời gian ngắn khi có sự hỗ trợ từ yếu tố áp suất như máy pha cà phê espresso, từ đó thời gian có thể ảnh hưởng đến hàm lượng caffeine nhưng không phải là yếu tố quan trọng.
Tác động từ nhiệt độ nước pha
Nhiệt độ nước được xem là yếu tố có tác động đáng kể đến hàm lượng cafffeine do chất này có thể bắt đầu được hòa tan khoảng 1.46mg/ml trong nước ở 20OC, khi nước đạt 80OC hàm lượng caffeine sẽ đạt 180mg/ml và giá trị đạt cao nhất là 670mg/ml khi nhiệt độ nước đạt 100OC (Prankerd và cộng sự, 2007).
Với phương pháp pha cà phê espresso nhiệt độ nước pha khoảng 90-94OC, và áp suất là 9 bar, lượng nước chảy qua lớp cà phê dưới áp suất cao chiết xuất được các hầu hết các hợp chất hóa học có trong cà phê (Illy và cộng sự, 2011).
Thí nghiệm được thực hiện khi chiết xuất cà phê espresso tăng dần từ 88OC lên 92OC thì hàm lượng caffeine cũng tăng lên dần khi tăng nhiệt độ, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận về điều kiện để chiết xuất caffeine cho cà phê espresso là 92OC ở áp suất khoảng 7-9 bar (Caprioli và cộng sự, 2014). Và các đánh giá sự khác biệt về nhiệt độ trong chiết xuất hàm lượng caffeine cũng xác định rằng nhiệt độ nước tăng từ 80OC đến các mức nhiệt càng cao sẽ có khả năng chiết xuất caffeine tăng nhanh đáng kể (Ewa Olechno và cộng sự, 2021).
Tác động từ áp suất nước
Caprioli và cộng sự (2014), đã thực hiện phân tích ảnh hưởng của áp suất đến chiết xuất hàm lượng caffeine ở ba mức 7 bar, 9 bar, 11 bar với hạt arabica và pha trộn giữa arabica (5%), robusta (95%) ghi nhận được các kết quả như sau:
- Đối với cà phê được trộn giữa arabica và robusta đạt tối ưu về hàm lượng caffeine có giá trị 10.303g/l, điều kiện nhiệt độ nước là 92OC, áp suất 7 bar.
- Đối với cà phê arabica, hàm lượng caffein đạt 5.270g/l ở nhiệt độ nước 92OC, áp suất 9 bar.
Bên cạnh đó, nghiên cứu của Ludwig và cộng sự (2014) cũng đưa ra kết luận khi sử dụng áp suất không đổi ở mức 9 bar đối với cà phê arabica thì thu được hàm lượng caffeine khoảng 6.609-7.908g/l, và sự gia tăng áp suất lên 11 bar không có sự thay đổi đáng kể nào trong chiết xuất caffeine.
Đối với các phương pháp như aeropress hay french press, áp suất xác định khoảng 1 bar thì áp suất lúc này là quá nhỏ và không có vai trò đáng kể trong chiết xuất caffeine (Wozniczko và cộng sự, 2019;Angeloni và cộng sự, 2018).
Tác động của quá trình rang
Các hương vị đặc trưng trong cà phê cần phải qua quá trình rang, quá trình này sẽ làm thay đổi các hoạt tính sinh học của các hợp chất hương vị, ảnh hưởng đến đặc tính cảm quan trong cà phê, nhiệt độ rang sẽ đóng vai trò trong việc hình thành các chất dễ bay hơi và không bay hơi, các phản ứng diễn ra quan trọng là phản ứng maillard và caramel hóa (Jokanovic và cộng sự, 2012; Schenker và cộng sự, 2000).
Có bốn mức độ rang thường dùng như: nhạt (light), vừa (medium), vừa-đậm (medium-dark), đậm (dark) (Schenker và cộng sự, 2002). Trong quá trình rang, sự thay đổi về cấu trúc của các hợp chất trong hạt cà phê giải phóng một lượng khí thoát ra bên ngoài thông qua các vết nứt mà đặc trung là tiếng nổ, cùng với lượng khí thì một lượng nhỏ caffeine cũng có thể được giải phóng (Severini và cộng sự, 2016).
Cà phê thử nghiệm được rang ở các mức nhiệt 194OC, 203OC, 209OC, pha theo phương pháp ủ lạnh (cold brew) ghi nhận được hàm lượng caffeine tương ứng là 1.114g/l, 1.036g/l, 1.962g/l. Hay trong phương pháp pha french press hàm lượng caffeine được ghi nhận khoảng 1.035-1.095g/l, ở bất kỳ nhiệt độ rang nào (Rao và cộng sự, 2020).
Từ các thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận rằng mức độ rang không có ảnh hưởng đáng kể về hàm lượng caffeine trong cà phê, trong trường hợp có sự tăng cao ở cà phê ủ lạnh rang mức 209OC được chính tác giả xác định có thể là do sự khác biệt mức độ xay khi làm thực nghiệm (Rao và cộng sự, 2020; Tfouni và cộng sự, 2014; Caporaso và cộng sự, 2014; Ludwig và cộng sự, 2014)
Tác động của quá trình xay
Khoảng thời gian sau khi xay hạt đến thời điểm thực hiện pha chế là không ảnh hưởng đến hàm lượng caffeine, nhưng lại ảnh hưởng đến các chất dễ bay hơi liên quan đến hương thơm và mùi vị (Ross và cộng sự, 2006). Trong khi đó, thì kích cỡ xay sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình chiết xuất caffeine (Severini và cộng sự, 2016; Ocieczek và cộng sự, 2013; Severini và cộng sự, 2015). Các mức xay thường dùng là siêu mịn, mịn, mịn vừa, vừa, thô và rất thô (Severini và cộng sự, 2017)
Hàm lượng caffeine trong cà phê espresso ghi nhận với các mức xay thô – mịn – rất mịn lần lượt là 3.05mg/ml – 3.19mg/ml – 3.80mg/ml (Bell và cộng sự, 1996). Trong phương pháp pha nhỏ giọt cũng ghi nhận được kết quả về hàm lượng caffeine tăng lên từ hạt cà phê xay ở mức độ từ thô đến mịn (Jeon và cộng sự, 2017).
Tác động của loại nước
Các nghiên cứu được thực hiện khi dùng nước khoáng (Angeloni và cộng sự, 2018), dùng nước máy (Ranic và cộng sự, 2015) có hàm lượng khoáng chất không xác định, dùng nước khử ion (Farcas và cộng sự, 2014), và nước cất chất lượng cao (Macheiner và cộng sự, 2019) đều đưa ra kết luận chung rằng dường như các loại nước không ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất caffeine, nhưng có ảnh hưởng đến chất lượng hương thơm và mùi vị của cà phê (Navarini và cộng sự, 2010).
Tỷ lệ cà phê/nước
Tỷ lệ giữa lượng cà phê và nước được sử dụng trong các phương pháp pha là khác nhau như trong cà phê espresso lượng cà phê sử dụng khoảng 18.1-20.4g/ 22-23ml cà phê pha, hoặc 18.1-20.4g/43-55ml. Hàm lượng caffeine thu được cao nhất khoảng 7.908g/l (Ludwig và cộng sự, 2014).
Đối với cà phê được pha bằng phương pháp pour over, tỷ lệ cà phê/nước như 50g/500ml hàm lượng caffeine thu được khoảng 1.110-1.225g/l (Tfouni và cộng sự, 2014), hàm lượng caffeine thấp nhất với tỷ lệ cà phê/ nước là 2g/100ml có giá trị hàm lượng caffeine khoảng 0.410-0.7g/l (Merecz và cộng sự, 2018).
Đối với phương pháp pha lạnh tỷ lệ cà phê/ nước sử dụng bao gồm 25g/250ml (Angeloni và cộng sự, 2018) và 20g/200ml (Rao và cộng sự, 2020) có giá trị caffeine là tương đương nhau.
Các yếu tố khác
Ngoài các yếu tố kể trên còn có các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến hàm lượng caffeine cũng như các hoạt chất trong hạt cà phê như nguồn gốc địa lý, ảnh hưởng từ các phương pháp chế biến, bảo quản cà phê, môi trường độ cao cây trồng, cách trồng và chăm sóc cây cà phê (Babova và cộng sự, 2016).
Chuyển hóa caffeine
Vào năm 1823, caffeine đã có mặt trên các tạp chí y khoa, các nghiên cứu về hoạt tính sinh học, và những giải thích đã nhấn mạnh đến việc kích thích thần kinh trung ương (Bizzo và cộng sự, 2015), caffeine có liên hệ đến một số tác dụng sinh học trên cơ thể con người như cải thiện các chức năng của não và hệ thần kinh trung ương. Tuy nhiên những tác động sinh học này sẽ phụ thuộc vào quá trình chuyển hóa của nó trong cơ thể (Lima và cộng sự, 2018). Các phân tích về sự chuyển hóa của caffeine trong cơ thể cho thấy rằng các chất chuyển hóa như monomethylxanthin và 7-metylxanthin, axit metyluric được tìm thấy trong huyết tương và nước tiểu (Perera và cộng sự, 2010; Martinez và cộng sự, 2014; Scheneider và cộng sự, 2003)
Hấp thụ caffeine
Sự hấp thụ caffeine được chứng minh là không phụ thuộc vào đường dùng, tuổi, giới tính, tình trạng sức khỏe và sử dụng cùng với rượu hay nicotin (Burdan, 2015; Arnaud, 2011; Lima và cộng sự, 2018). Caffeine được hấp thụ đến 99% vào máu sau khi uống, khoảng 20% được hấp thụ ở dạ dày, và khoảng 80% được hấp thụ ở ruột non (Arnaud và cộng sự, 2011; Blanchard và cộng sự, 1983). Trong các nghiên cứu, khi cho những người trưởng thành khỏe mạnh uống khoảng 72-375mg caffeine thì nồng độ caffeine cao nhất đo được trong huyết tương khoảng từ 15 đến 60 phút, một số khác có thể lên đến 120 phút (Kamimori và cộng sự, 2002; Benowitz và cộng sự, 1990; Martinez và cộng sự, 2014).
Các loại thực phẩm chứa caffeine khác nhau sẽ có khả năng hấp thụ khác nhau như caffeine trong soda và sô cô la sẽ được hấp thụ chậm hơn so với cà phê (Fredholm và cộng sự, 1999; Mumford và cộng sự, 1996; Marks và cộng sự, 1973), caffeine trong kẹo cao su sẽ được hấp thụ nhanh hơn so với cà phê (Kamimori và cộng sự, 2002), caffeine trong các viên nang sẽ được hấp thụ nhan hơn cà phê trong cùng liều lượng sử dụng (Fredholm và cộng sự, 1999; Mumford và cộng sự, 1996).
Bài tiết caffeine
Theo nghiên cứu của Arnaud và cộng sự (2011) đã chứng minh rằng caffeine được bài tiết chủ yếu qua thận và tổng bài tiết qua nước tiểu khoảng 90-95% dưới dạng các chất chuyển hóa monometylxanthin (1-metylxanthin, 3-metylxanthin và 7-metylxanthin), dẫn xuất imetylurat (axit 1,3-metyluric và axit 1,7-metyluric) và monometylurat (axit 1-metyluric)
Kết luận
Caffeine là một chất được quan tâm bậc nhất khi nhắc đến cà phê như một chất kích thích thần kinh trung ương, ở liều lượng vừa đủ caffeine còn là một chất có lợi cho sức khỏe. Hàm lượng caffeine chiết xuất được sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như phương pháp pha, thời gian pha, tỷ lệ cà phê/nước, nhiệt độ pha, áp suất, mức độ rang, kích cỡ xay hạt và các yếu tố liên quan khác. Caffeine đã là một chủ đề được nghiên cứu rộng rãi và lâu dài ở các lĩnh vực thực phẩm, y học và trong thưởng thức cà phê.
Nguồn tham khảo
Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Available online: http://www.anvisa.gov.br (accessed on 1 February 2019).
Angeloni, G.; Guerrini, L.; Masella, P.; Bellumori, M.; Daluiso, S.; Parenti, A.; Innocenti, M. What kind of coffee do you drink? An investigation on effects of eight different extraction methods. Food Res. Int. 2018, 116, 1327–1335.
Arnaud, M.J. Encyclopedia of Human Nutrition’s; Caballero, B., Allen, L., Prentice, A., Eds.; Elsevier Academic Press: Cambridge, UK, 2005; p. 247
Arnaud, M.J. Pharmacokinetics and metabolism of natural methylxanthines in animal and man. Handb. Exp. Pharmacol. 2011, 200, 33–91, doi:10.1007/978-3-642-13443-2_3
Ashihara, H.; Crozier, A. Biosynthesis and metabolism of caffeine and related purine alkaloids in plants. Adv. Bot. Res. 1999, 30, 117–205, doi:10.1016/S0065-2296(08)60228-1.
Association of Official Agricultural Chemists in Official and Tentative Methods of Analysis; George Banta Publishing: Washington, DC, USA, 1945.
Babova, O.; Occhipinti, A.; Maffei, M. Chemical partitioning and antioxidant capacity of green coffee (Coffea arabica and Coffea canephora) of different geographical origin. Phytochemistry 2016, 123, 33–39
Balyaya, K.J.; Clifford, M.N. Chlorogenic acids and caffeine contents of monsooned Indian Arabica and Robusta coffees compared with wet and dry processed coffees from the same geographic area. In Proceedings of the 16th of the International Conference on Coffee Science, Kyoto, Japan, 1995; p. 316
Bell,L.N.;Wetzel,C.R.;Grand,A.N.Caffeinecontentincoffeeasinfluencedbygrindingandabrewingconditions.FoodRes.Int.1996, 29, 785–789
Benowitz, N.L. Clinical pharmacology of caffeine. Annu. Rev. Med. 1990, 41, 277–288, doi:10.1146/annurev.me.41.020190.001425.
Bicho, N.C.; Leitão, E.R.; Ramalho, J.C.; Lidon, F.C. Identification of chemical clusters discriminators of the roast degree in Arabica and Robusta coffee beans. Eur. Food Res. Technol. 2011, 233, 303–311, doi:10.1007/s00217-011-1518-5.
Bispo, M.S.; Veloso, M.C.C.; Pinheiro, H.L.C.; de Oliveira, R.F.S.; Reis, J.O.N.; de Andrade, J.B. Simultaneous determination of caffeine, theobromine, and theophylline by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. Sci. 2002, 40, 45–48, doi:10.1093/chromsci/40.1.45.
Bizzo,M.L.G.;Farah,A.;Kemp,J.A.;Scancetti,L.B.HighlightsintheHistoryofCoffeeScienceRelatedto Health. In Coffee and Health Disease Prevention; Preedy, V.R., Ed.; Elsevier: Cambridge, UK, 2015; pp. 11–17, 812, ISBN 9780124167162
Blanchard, J.; Sawers, S.J. The absolute bioavailability of caffeine in man. Eur. J. Clin. Pharmacol. 1983, 24, 93–98.
Bravo, J.; Juániz, I.; Monente, C.; Caemmererb, B.; Krohb, L.W.; Paz De Peña, M.; Cid, C. Evaluation of spent coffee obtained from the most common coffeemakers as a source of hydrophilic bioactive compounds. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 12565–12573, doi:10.1021/jf3040594
Briandet, R.; Kemsley, E.K.; Wilson, R.H. Discrimination of arabica and robusta in instant coffees by Fourier transform infrared spectroscopy and chemometrics. J. Agric. Food Chem. 1996, 44, 170–174, doi:10.1021/jf950305a.
Brown, S.R.; Cann, P.A.; Read, N.W. Effect of coffee on distal colon function. Gut 1990, 31, 450–453, doi:10.1136/gut.31.4.450.
BUFFO, R. A. & CARDELLI-FREIRE, C. (2004). Coffee flavour: an overview. Flavour and Fragrance Journal 19(2), 99-104.
Burdan, F. Coffee in Health and Disease Prevention; Preedy, V.R., Ed.; Elsevier: Cambridge, UK, 2015, p. 823, ISBN 9780124167162.
Burg, A.W. Effects of caffeine in the human system. Tea Coffee Trade J. 1975, 147, 40–41.
Caporaso, N.; Genovese, A.; Canela, M.D.; Civitella, A.; Sacchi, R. Neapolitan coffee brew chemical analysis in comparison to espresso, moka and American brews. Food Res. Int. 2014, 61, 152–160.
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
Casal, S.; Oliveira, M.B.; Ferreira, M.A. Discriminate analysis of roasted coffee varieties for trigonelline, nicotinic acid, and caffeine content. J. Agric. Food Chem. 2000, 48, 3420–3424, doi:10.1021/jf990702b.
Chow, T.M.; Benowitz, N.L. Caffeine and coffee: Effects on health and cardiovascular disease. Comp. Biochem. Physiol. 1994, 109, 173–189, doi:10.1016/0742-8413(94)00048-F.
D’Amelio, N.; Papamokos, G.; Dreyer, J.; Carloni, P.; Navarini, L. NMR studies of hetero-association of caffeine with di-O-caffeoylquinic acid isomers in aqueous solution. Food Biophys. 2015, 10, 235–243, doi:10.1007/s11483-014-9368-x.
De Maria, C.A.B.; Moreira, R.F.A. Cafeína: Revisão sobre métodos de análise. Quim. Nova 2007, 30, 99–105, doi:10.1590/S0100-40422007000100021.
Descroix, F.; Snoeck, J. Environmental factors suitable for coffee cultivation. In Coffee: Growing, Processing, Sustainable Production: A Guidebook for Growers, Processors, Traders, and Researchers; Wintgens, J.N., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2009; pp. 168–181
Duarte, G.S.; Pereira, A.A.; Farah, A. Chlorogenic acids and other relevant compounds in Brazilian coffees processed by semi-dry and wet post-harvesting methods. Food Chem. 2010, 118, 851–855, doi:10.1016/j.foodchem.2009.05.042.
European Coffee Federation. Available online: http://www.ecf-coffee.org (accessed on 1 February 2019).
Farah, A. Coffee constituent. In Coffee: Emerging Health Effects and Disease Prevention; Chu, Y.F., Ed.; Willey-Blackwell: Oxford, UK, 2012; p. 352.
Farah, A. Nutritional and health aspects of coffee. In Coffee: Emerging Health Effects and Disease Prevention; Chu, Y-F., Ed.; IFT Press and John Wiley & Sons: New York, NY, USA, 2012; p. 21, doi:10.19103/AS.2017.0022.14.
Farah, A. Nutritional and health effects of coffee. In Achieving Sustainable Cultivation of Coffee; Lashermes, P., Ed.; Burleigh Dodds Science Publishing: Cambridge, UK, 2017; pp. 1–31, ISBN 978-1-78676-152-1.
Farah, A.; Lima, J.P. Consumption of chlorogenic acids through coffee and health implications. Beverages 2019, 5, 11, doi:10.3390/beverages5010011.
Farah, A.; Monteiro, M.C.; Calado, V.; Franca, A.S.; Trugo, L.C. Correlation between cup quality and chemical attributes of Brazilian coffee. Food Chem. 2006, 98, 373–380, doi:10.1016/j.foodchem.2005.07.032
Farah, A.; Monteiro, M.C.; Calado, V.; Franca, A.S.; Trugo, L.C. Correlation between cup quality and chemical attributes of Brazilian coffee. Food Chem. 2006, 98, 373–380, doi:10.1016/j.foodchem.2005.07.032.
Fărcas ̧, A.C.; Socaci, S.A.; Bocăniciu, I.; Pop, A.; Tofană, M.; Muste, S.; Feier, D. Evaluation of biofunctional compounds content from brewed coffee. Bull. Uasvm. Food Sci. Technol. 2014, 71, 114–118.
Fischer, E. Ueber das Caffeïn. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1881, 14, 637–644, doi:10.1002/cber.188101401142.
Fredholm,B.B.;Battig,K.;Holmén,J.;Nehlig,A.;Zvartau,E.E.Actionsofcaffeineinthebrainwithspecial reference to factors that contribute to its widespread use. Pharmacol. Rev. 1999, 51, 83–133.
Fujioka, K.; Shibamoto, T. Chlorogenic acid and caffeine contents in various commercial brewed coffees. Food Chem. 2008, 106, 217–221, doi:10.1016/j.foodchem.2007.05.091.
Gielissen, R.; Graafland, J. Concepts of price fairness: Empirical research into the Dutch coffee market. Bus. Ethics A Eur. Rev. 2009, 18, 165–178.
Harborne, B.J. Introduction to Ecological Biochemistry; Harborne, J.B., Ed.; Elsevier Academic Press: Cambridge, UK, 1993; p. 1, ISBN 9780080918587.
Hartley, W.N. Observations on chemical structure and those physical properties on which the theory of color is based. J. Chem. Soc. Trans. 1905, 87, 1822–1831, doi:10.1039/CT9058701822.
Hecimovic, I; Belščak-Cvitanović, A.; Horžić, D.; Komes, D. Comparative study of polyphenols and caffeine in different coffee varieties affected by the degree of roasting. Food Chem. 2011, 129, 991–1000, doi:10.1016/j.foodchem.2011.05.059
Hewavitharanage, P.; Karunaratne, S.; Kumar, N.S. Effect of caffeine on shot-hole borer beetle (Xyleborusfornicatus) of tea (Camellia sinensis). Phytochemistry 1999, 51, 35–4, doi:10.1016/S0031-9422(98)00610-4
Illy, E.; Navarini, L. Neglected food bubbles: The espresso coffee foam. Food Biophys. 2011, 6, 335–348
Jeon,J.S.;Kim,H.T.;Jeong,I.H.;Hong,S.R.;Oh,M.S.;Park,K.H.;Shim,J.H.;AbdEl-Aty,A.M.Determinationofchlorogenic acids and caffeine in homemade brewed coffee prepared under various conditions. J. Chromatogr. B Anal. Technol. Biomed. Life Sci. 2017, 1064, 115–123.
Jokanovic ́, M.R.; Džinic ́, N.R.; Cvetkovic ́, B.R.; Grujic ́, S.; Odžakovic ́, B. Changes of physical properties of coffee beans during roasting. Acta Period. Technol. 2012, 43, 21–31.
Juliana dePaula and Adriana Farah. 2019. Caffeine Consumption through Coffee: Content in the Beverage, Metabolism, Health Benefits and Risks.
Kamimori,G.H.;Karyekar,C.S.;Otterstetter,R.;Cox,D.S.;Balkin,T.J.;Belenky,G.L.;Eddington,N.D.The rate of absorption and relative bioavailability of caffeine administered in chewing gum versus capsules to normal healthy volunteers. Int. J. Pharm. 2002, 234, 159–167, doi:10.1016/S0378-5173(01)00958-9.
Koshiro, Y.; Zheng, X.Q.; Wang, M.L.; Nagai, C.; Ashihara, H. Changes in content and biosynthetic activity of caffeine and trigonelline during growth and ripening of Coffea arabica and Coffea canephora fruits. Plant Sci. 2006, 171, 242–250.
Ky, C.L.; Louarn, J.; Guyot, B.; Dussert, S.; Hamon, S.; Noirot, M. Caffeine, trigonelline, chlorogenic acids and sucrose diversity in wild Coffea arabica L. and Coffea canephora P. accessions. Food Chem. 2001, 75, 223–230, doi:10.1016/S0308-8146(01)00204-7
Leloup, V.; Louvrier, A.; Liardon, R. Degradation mechanisms of chlorogenic acids during roasting. In Proceedings of the 16th of the International Conference on Coffee Science, Kyoto, Japan, 1995; p. 192.
Lima, J.P.; Farah, A. Caffeine and minor methylxanthines in coffee. In Coffee: Consumption and Health Implications; Farah, A., Ed.; Royal Society of Chemistry: London, UK, 2019; ISBN 978-1782620044.
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
Macheiner, L.; Schmidt, A.; Schreiner, M.; Mayer, H.K. Green coffee infusion as a source of caffeine and chlorogenic acid. J. Food Compos. Anal. 2019, 84, 103307.
Macrae, R. Coffee Chemistry; Clarke, R.J., Macrae, R., Eds.; Elsevier: New York, NY, USA, 1985; p. 115, doi:10.1007/978-94-009-4948-5.
Marks, V.; Kelly, J.F. Absorption of caffeine from tea, coffee, and coca cola. Lancet 1973, 1, 827.
Martínez-López, S.; Sarriá, B.; Gómez-Juaristi, M.; Goya, L.; Mateos, R.; Bravo-Clemente, L. Theobromine, caffeine, and theophylline metabolites in human plasma and urine after consumption of soluble cocoa products with different methylxanthine contents. Food Res. Int. 2014, 63, 446–455, doi:10.1016/j.foodres.2014.03.009.
Martinez-Lopéz,S.;Sarriá,B.;Baeza,G.;Mateos,R.;Bravo-Clemente,L.Pharmacokineticsofcaffeineand its metabolites in plasma and urine after consuming a soluble green/roasted coffee blend by healthy subjects. Food Res. Int. 2014, 64, 125–133, doi:10.1016/j.foodres.2014.05.043.
Mazzafera, P.; Carvalho, A. Breeding for low seed caffeine content of coffee (Coffea L.) by interspecific hybridization. Euphytica 1992, 59, 55–60, doi:10.1007/BF00025361.
Mazzafera, P.; Silvarolla, M.B. Caffeine content variation in single green Arabica coffee seeds. Seed Sci. Res. 2010, 20, 1631–167, doi:10.1017/S0960258510000140.
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.
Mumford,G.K.;Benowitz,N.L.;Evans,S.M.;Kaminski,B.J.;Preston,K.L.;Sannerud,C.A.;Silverman,K.; Griffiths, R.R. Absorption rate of methylxanthines following capsules, cola and chocolate. Eur. J. Clin. Pharmacol. 1996, 51, 319–325, doi:10.1007/s002280050205.
Murgia, E.; Richards, P.; Walton, H.F. Liquid chromatography of xanthine’s, analgesic drugs and coffee. J. Chromatogr. 1973, 87, 523–533, doi:10.1016/S0021-9673(01)91754-6.
National Coffee Association. National Coffee Drinking Trends, 2009. Available online: http://ncausa.org (accessed on 5 February 2019).
Navarini,L.;Rivetti,D.WaterqualityforEspressocoffee.FoodChem.2010,122,424–428
Ocieczek,A.Wpływstopniarozdrobnieniakawypalonejnajejwłas ́ciwos ́cihigroskopijne[Influenceofroastedcoffeegrinding degree on its hygroscopic properties]. Inz ̇. Ap. Chem. 2013, 2, 78–80. (In Polish)
Olechno,E.;Pus ́cion- Jakubik, A.; Zujko, M.E.; Socha, K. Influence of Various Factors on Caffeine Content in Coffee Brews. Foods2021,10,1208. https://doi.org/ 10.3390/foods1006120
Perera, V.; Gross, A.S.; McLachlan, A.J. Caffeine and paraxanthine HPLC assay for CYP1A2 phenotype assessment using saliva and plasma. Biom. Chromatogr. 2010, 24, 1136–1144, doi:10.1002/bmc.1419.
Perrois, C.; Strickler, S.R.; Mathieu, G.; Lepelley, M.; Bedon, L.; Michaux, S.; Husson, J.; Mueller, L.; Privat, I. Differential regulation of caffeine metabolism in Coffea arabica (Arabica) and Coffea canephora (Robusta). Planta 2015, 241, 179–191 Cheng, B.; Furtado, A.; Smyth, H.E.; Henry, R.J. Influence of genotype and environment on coffee quality. Trends Food Sci. Technol. 2016, 57, 20–30
Prankerd, R.J. Critical compilation of pKa values for pharmaceutical substances. In Profiles of Drug Substances, Excipients and Related Methodology; Brittain, H.G., Ed.; Academic Press: London, UK, 2007; Volume 33, pp. 1–33.
RAMALAKSHMI, K. & RAGHAVAN, B. (1999). Caffeine in Coffee: Its Removal. Why and How? Critical Reviews in Food Science and Nutrition 39(5), 441-456.
Ranic ́, M.; Konic ́-Ristic, K.; Takic ́, M.; Glibetic ́, M.; Pavlovic ́, Z.; Pavlovic ́, M.; Dimitrijevic ́-Brankovic ́, S. Nutrient profile of black coffee consumed in Serbia: Filling a gap in the food consumption database. J. Food Compos. Anal. 2015, 40, 61–69
Rao, N.Z.; Fuller, M.; Grim, M.D. Physiochemical characteristics of hot and cold brew coffee chemistry: The effects of roast level and brewing temperature on compound extraction. Foods 2020, 9, 902
ROGERS, P. J. & RICHARDSON, N. J. (1993). Why do we like drinks that contain caffeine? Trends in Food Science & Technology 4(4), 108-111.
Ross,C.F.;Pecka,K.;Weller,K.EffectofstorageconditionsonthesensoryqualityofgroundArabicacoffee.J.FoodQual.2006,29, 596–606
Scheneider, H.; Ma, L.; Glatt, H. Extraction less method for the determination of urinary caffeine metabolites using high-performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2003, 789, 227–237, doi:10.1016/S1570-0232(03)00065-5.
Schenker, S.; Handschin, S.; Frey, B.; Perren, R.; Escher, F. Pore structure of coffee beans affected by roasting conditions. J. Food Sci. 2000, 65, 452–457.
Schenker, S.; Heinemann, C.; Huber, M.; Pompizzi, R.; Perren, R.; Escher, R. Impact of roasting conditions on the formation of aroma compounds in coffee beans. J. Food Sci. 2002, 67, 60–66.
Severini, C.; Degrossi, A.; Ricci, I.; Fiore, A.G.; Caporizzi, R. How much caffeine in coffee cup? Effects of processing operations, extraction methods and variables. In The Question of Caffeine; Latosinska, J.N., Latosinska, M., Eds.; Intechopen: London, UK, 2017; pp. 45–85.
Severini,C.;Derossi,A.;Fiore,A.G.;DePilli,T.;Alessandrino,O.;DelMastro,A.Howthevarianceofsomeextractionvariables may affect the quality of espresso coffees served in coffee shop? J. Sci. Food Agric. 2016, 96, 3023–3031
Severini,C.;Ricci,I.;Marone,M.;Derossi,A.;DePilli,T.Changesinaromaticprofileofespressocoffeeasafunctionofgrinding grade and extraction time: A study by electronic nose system. J. Agric. Food Chem. 2015, 63, 2321–2327
Tarka, S.M.; Hurst, W.J. Introduction to the chemistry, isolation, and biosynthesis of methylxanthines. In Caffeine; Spiller, G.A., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 1998; pp. 1–12.
Teixeira, A.A.; Brando, C.H.; Thomaziello, R.A.; Teixeira, R.; Drying, R. Espresso Coffee: The Science of Quality; Illy, A., Viani, R., Eds.; Elsevier Academic Press: San Diego, CA, USA, 1995; p. 91.
United States Department of Agriculture. Available online: https://ndb.nal.usda.gov/ndb (accessed on 1 February 2019).
Von Goethe, J.W; von Biedermann,F.W. Hauswirtschaftlichen Briefen; von Goethe, J.W, von Biedermann, F.W, Eds; Goethes Gesprache, Nachtrage: Leipzif, Germany, 1896.
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.
Woz ́niczko, M.; Orłowski, D. Profesja baristy i specyfika jego pracy w branz ̇y kawiarnianej na rynku horeca w Polsce [Baristic profession and specification of its work in the coffee industry on the horeca market in Poland]. Zeszyty Naukowe. Turystyka Rekreacja. 2019, 1, 185–202.
Zulak, K.G.; Liscome, D.K.; Ashihara, H.; Facchini, P.J. Alkaloids. In Plant Secondary Metabolites: Occurrence Structure, and Role in the Human Diet; Crozier, A., Clifford, M.N., Ashihara, H., Eds.; Blackwell: Oxford, UK, 2006; pp. 102–136.
