CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 MÔ TẢ THỰC VẬT Cây cà phê thuộc họ Rubiaceae (thiến thảo), chi Coffea. Có bốn loại cà phê được trồng ở Việt Nam: cà phê arabica (cà phê chè), cà phê robusta (cà phê vối), cà phê liberica (cà phê mít) và cà phê stenophylla (cà phê Sierra Leon). Do đặc thù khí hậu và thổ nhưỡng nên Việt Nam chỉ thích hợp trồng cà phê robusta, sản lượng cà phê robusta chiếm gần 95% sản lượng cà phê hàng năm của cả nước.[1] Đặc điểm cây cà phê robusta [1] Cây cà phê robusta có dạng cây gỗ hoặc cây bụi, chiều cao của cây trưởng thành 4. Quả cà phê có hình tròn, hạt nhỏ hơn hạt cà phê arabica.
Cây cà phê robusta 3-4 tuổi có thể bắt đầu thu hoạch. Cây cho hạt trong khoảng từ 20 đến 30 năm. Hệ thống rễ: Cây cà phê robusta có hệ thống rễ lớn được chia làm 4 loại: rễ cọc, rễ trụ, rễ ngang và rễ tơ. Mỗi loại đều đảm nhiệm một vai trò quan trọng.
Rễ cà phê thuộc loại rễ háo khí, bộ rễ ăn sâu, rễ phát triển theo độ dài của tán lá. Thân, tán, lá: Cây cà phê robusta có đường kính thân khá lớn, ở cây trưởng thành đường kính thân khoảng 80-90 cm, có thể cao 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. Cây 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. Hoa, quả, hạt: Hoa màu trắng, có năm cánh, thường nở thành chùm đôi hoặc chùm ba. Hoa chỉ nở trong vòng 3 đến 4 ngày và thời gian thụ phấn chỉ vài ba tiếng.
Cây trưởng thành có từ 30,000 đến 40,000 bông hoa/cây. Cà phê là loài cây tự thụ phấn. Sau khi thụ phấn, quả sẽ phát triển trong 7 đến 9 tháng và có hình bầu dục, bề ngoài giống như quả anh đào. Hạt có thể có hình tròn hoặc dài, lúc còn tươi có màu xám vàng, xám xanh hoặc xanh.
3 Luan van a) Hoa cà phê b) Thân cây cà phê c) Quả cà phê d) Hạt cà phê Hình 1. 1 Một số bộ phận cây cà phê 1.2 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÂY CÀ PHÊ Thành phần hóa học phổ biến có trong cây cà phê như: alkaloid, glycoside, flavonoid, terpenoid, protein và amino acid, sterol, lipid, acid hữu cơ. Trigonelline hay N-methylpyridinium 3-carboxylate (2) được tìm thấy trong hạt cà phê. Trong quá trình rang hạt cà phê, trigonelline thay đổi thành hai sản phẩm chính N-methylpyridinium (3) và nicotinic acid (4).
[4] Acid hữu cơ Trong số tất cả các acid hữu cơ trong cà phê, chlorogenic acid (5) có hàm lượng lớn nhất và quan trọng nhất. Chlorogenic acid (5) là một họ các ester có nhiều đồng phân khác nhau được hình thành giữa quinic acid (6) và một số trans-cinnamic acid, 4 Luan van phổ biến nhất là caffeic acid (7), p-coumaric và ferulic acid. Các dẫn xuất chlorogenic acid được tìm thấy trong hạt cà phê robusta với tổng cộng là 69 chất (8-77) [5]. Ngoài ra, trong hạt cà phê còn có một số loại acid hữu cơ khác như acetic acid (78), citric acid (79), formic acid (80), oxalic acid (81), succinic acid (82), malic acid (83),.
Protein và amino acid Protein chiếm 8-12% hạt cà phê xanh khô, phần lớn protein bị phân giải thành các acid amine tự do dưới tác động của nhiệt độ. Trong cà phê robusta, alanine (84) là acid amine có hàm lượng cao nhất, tiếp theo là asparagine (85) [7,8]. Một nghiên cứu cà phê xanh, người ta xác định được hàm lượng amino acid như sau: isoleucine (86) 81 mg/kg, leucine (87) 100 mg/kg, valine (88) 93 mg/kg, tyrosine (89) 81 mg/kg, phenylalanine (90) 133 mg/kg. Hàm lượng của acid gamma- aminobutyric (91) là một chất dẫn truyền thần kinh đã được xác định trong khoảng 143 mg/kg đến 703 mg/kg trong hạt cà phê xanh từ Tanzania [9].
Một nghiên cứu khác trong hạt cà phê xanh xác định amino acid có hàm lượng cao nhất là N-methyl- L-histidine (92), tiếp theo là L-glutamic acid (93), L-proline (94), L-asparagine (95), 4-aminobutyric acid (96) [4]. Lipid Thành phần lipid của cà phê chủ yếu là triacylglycerol (75.2%), ester của diterpene alcohol (18.5%) và chứa một lượng nhỏ lượng ester của steroid (3.4%), dẫn xuất tryptamine (0. Cho đến nay, gần 100 diterpenoid với các cấu trúc khác nhau đã được xác định trong cà phê, hầu hết các diterpene được tìm thấy trong cà phê được bắt nguồn từ khung sườn kaurane (97) thông qua quá trình oxy hóa, ngưng tụ, chuyển vị và các phản ứng xúc tác khác trong cây cà phê, một vài trong số đó có thể được tạo thành trong quá trình rang [10, 11]. Các diterpene được tìm thấy trong cà phê xanh bao gồm cafestol (98), kahweol (99), 16-O-methylcafestol (100), 16-O-methylkahweol (101), dehydrocafestol (102), dehydrocafestol (103), cafestal (104), kahweal (105) [12].
Các sterol như 24-methylenecholesterol (106), Δ5-avenasterol (107), 𝛽- sitosterol (108), 5-hydroxytryptophan (109) [5], 3-β-sitosteryl-1-O-β-D- glucopyranoside (110).[13] Carbohydrate Carbohydrate chiếm khoảng 50% trọng lượng khô của hạt cà phê xanh gồm các cellulose, mannan, arabinogalactan, galactomannan. Hai thành phần phổ biến của arabinogalactan có trong cà phê là galactose (111) và arabinose (112) [14]. Galactomannan (113) được hình thành từ mannose và glactose. Ngoài ra còn có các phân tử đường như sucrose (114), mannitol (115).[15] 5 Luan van 6 Luan van 7 Luan van 8 Luan van 9 Luan van 10 Luan van 11 Luan van 12 Luan van 1.
NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÂY CÀ PHÊ Một số nghiên cứu chỉ ra rằng hợp chất alkaloid (caffeine và trigonelline), diterpene (cafestol và kahweol) và một số hợp chất chuyển hóa thứ cấp khác có trong cà phê chống lại các bệnh như oxy hóa, tiểu đường loại 2, ung thư, tổn thương gan, trầm cảm, rối loạn thần kinh và tim mạch,. Hoạt tính chống lại thoái hóa não và hệ thống thần kinh Caffeine là một chất kích thích hệ thần kinh trung ương làm giảm mệt mỏi và buồn ngủ. Nó hoạt động bằng cách ngăn chặn tác dụng của adenosine (một chất dẫn truyền thần kinh cảm thấy mệt mỏi) và làm tăng hoạt động các chất dẫn truyền thần kinh dopamine, norepinephrine trong não và tăng nồng độ adrenaline trong máu [16]. Sự kết hợp này kích thích não bộ và thúc đẩy trạng thái tỉnh táo và tập trung.
Các nhà nghiên cứu đã tiết lộ rằng uống cà phê có thể giúp giảm nguy cơ rối loạn thoái hóa thần kinh. Một số dữ liệu từ các nghiên cứu thực nghiệm đã đưa ra giả thuyết cho rằng caffeine, chlorogenic acid hoặc sự kết hợp của chúng có thể chống lại sự suy giảm nhận thức hoặc các đặc điểm sinh học của bệnh Alzheimer trong hệ thống thần kinh trung ương [17, 18]. Các kết quả thu được các nghiên cứu và điều tra ở nam giới cho thấy rằng tiêu thụ cà phê có thể chống lại nguy cơ mắc bệnh Parkinson. Theo Ascherio và các cộng sự, mỗi ngày uống 1-3 ly cà phê có thể giảm nguy cơ mắc bệnh Parkinson với rủi ro thấp nhất.
[19] Hoạt tính chống ung thư Một số nghiên cứu của P. Nawrot và cộng sự về đề tài “Ảnh hưởng của caffeine đối với sức khỏe con người” cho thấy cà phê, và đặc biệt là caffeine, có thể làm giảm nguy cơ ung thư đại trực tràng và ung thư vú, cũng như ung thư tuyến tiền liệt, buồng trứng, tụy, thận [20, 21]. Theo kinh nghiệm lâm sàng chỉ ra rằng caffeine có khả năng ức chế, chữa tổn thương DNA trong tế bào ung thư, làm tăng giá trị của việc sử dụng hóa trị liệu trong tế bào sarcoma (một loại ung thư bắt đầu trong các mô như xương hoặc cơ) và tế bào khối u nhỏ [22, 23, 24]. Hoạt tính đối với các bệnh về gan Một số nghiên cứu cho thấy tiêu thụ cà phê càng nhiều thì nguy cơ mắc bệnh xơ gan càng thấp.
Tuy vậy, không thể chứng minh rằng cà phê có vai trò ngăn ngừa tổn thương gan. Các mô hình động vật và nghiên cứu nuôi cấy tế bào chỉ ra rằng 13 Luan van cafestol và kahweol có thể hoạt động như các tác nhân ngăn chặn bằng cách điều chỉnh nhiều enzyme có khả năng ngăn ung thư gan. Theo một đánh giá lớn có 18 nghiên cứu trong tổng số 457.922 người tham gia, kết quả cho thấy người uống cà phê một tách mỗi ngày có thể giảm 7% nguy cơ mắc bệnh tiểu đường loại 2 [27]. Các thí nghiệm sử dụng trigonelline cho chuột mắc bệnh tiểu đường cho thấy chuột sống lâu hơn và giảm tổn thương nội tạng liên quan đến bệnh tiểu đường [28, 29].
Hoạt tính chống oxy hóa Dihydrocaffeic acid và quinic acid trong cà phê có khả năng chống oxy hóa, ngăn chặn quá trình lão hóa [30]. Hạt cà phê rang thể hiện tính chống oxy hóa cao hơn hạt không rang do polyphenolic tự nhiên chuyển thành hỗn hợp phức tạp của các sản phẩm phản ứng Maillard giữa một đường khử và amino acid trong quá trình rang [31]. Các hoạt tính khác Caffeine có tác dụng giảm cân, ngăn chặn béo phì bằng cách kìm hãm sự thèm ăn và kích thích sinh nhiệt đốt cháy chất béo và tăng quá trình trao đổi chất [32]. Do đó, các sản phẩm giảm cân thương mại thường chứa caffeine.
Trigonelline có thể ức chế sự phát triển của Streptococcus mutans, một loại vi khuẩn có liên quan chặt chẽ với sự phát triển sâu răng ở người [33]. 14 Luan van CHƯƠNG 2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2. Hóa chất - n-Hexane, chloroform, acetone, ethyl acetate, methanol (CHEMSOL); - Thuốc thử hiện hình vết trên sắc ký lớp mỏng : H2SO4 - vanilin 5%, sấy nóng bảng; - Sắc ký lớp mỏng pha thường: TLC Silica gel 60 F254 và sắc ký cột pha thường: Silica gel 60 (40-63 mm), Merck (Darmstadt, Germany); - Sắc ký cột Sephadex LH-20 (25-100 μm), GE Healthcare Bio-Sciences (AB, Sweden) - p-Nitrophenyl a-D-glucopyranoside và a-Glucosidase (EC 3.20) from Saccharomyces cerevisiae (750 UN) Sigma Chemical Co.
Louis, MO, USA). - Acarbose và Dimethyl sulfoxide, Merck (Darmstadt, Germany). Thiết bị - Cột sắc ký các kích cỡ; Bình triển khai sắc ký lớp mỏng điều chế; Đèn UV; - Cân phân tích (SARTORIOUS BL 210S, Germany); - Tủ sấy (MEMMERT, Germany); - Máy thu hồi dung môi dưới áp suất thấp (YAMATO, Japan); - Bếp cách thủy (MEMMERT, Germany); - Máy đo phổ hồng ngoại (FT-IR 4700 - Jasco, Japan)(a); - Máy cộng hưởng từ hạt nhân (BRUKER AVANCE) với tần số 500 MHz cho phổ 1H-NMR và 125 MHz cho phổ 13C-NMR (Brüker BioSpin, Switzerland)(b); - Máy đo khối phổ HR-ESI-MS (ExionLC UHPLC and X500R QTOF) (AB SCIEX, USA) (c); - Máy đo khối phổ MSQ-PLUS Mass spectrometer (THERMO FISCHER SCIENTIFIC, USA) (c); - Máy DSC dùng để đo nhiệt độ nóng chảy.