Luận văn: Nghiên cứu tách chiết Chlorogenic Acid từ cà phê xanh - Trịnh Trúc Giang

Luận văn trình bày phương pháp tách chiết chlorogenic acid từ quả cà phê xanh và khảo sát, đánh giá các hoạt tính sinh học quan trọng của hợp chất.

• Tác giả: Trịnh Trúc Giang
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Phương
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu tách chiết và xác định hoạt tính sinh học Chlorogenic acid từ quả cà phê xanh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về Chlorogenic acid
• 1.1.1. Giới thiệu về Chlorogenic acid
• 1.1.2. Công dụng của Chlorogenic acid
• 1.2. Tổng quan về cà phê
• 1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà phê ở Việt Nam
• 1.2.2. Cấu tạo quả cà phê xanh
• 1.2.3. Thành phần hóa học của quả cà phê
• 1.2.4. Cà phê xanh và lợi ích sử dụng
• 1.3. Tổng quan về enzyme pectinase
• 1.3.1. Giới thiệu về Enzyme pectinase
• 1.3.2. Ứng dụng của enzyme pectinase
• 1.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất Chlorogenic acid từ cà phê trên thế giới và ở Việt Nam
• 2. Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Vật liệu nghiên cứu
• 2.3.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.3.2. Hoá chất và thiết bị
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết xuất CGA
• 2.4.2. Phương pháp tối ưu hoá quá trình chiết xuất CGA
• 2.4.3. Phương pháp xác định hoạt tính CGA thu nhận
• 2.4.4. Phương pháp sấy chân không
• 2.4.5. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu
• 3. Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả xác định các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết xuất CGA
• 3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ cơ chất : dung môi đến quá trình chiết CGA
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình chiết xuất CGA
• 3.1.3. Ảnh hưởng của pH đến quá trình chiết xuất CGA
• 3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết xuất CGA
• 3.1.5. Kết quả ảnh hưởng của tốc độ lắc đến quá trình chiết xuất CGA
• 3.1.6. Ảnh hưởng của thời gian thuỷ phân đến quá trình chiết xuất CGA
• 3.2. Kết quả mô hình hoá và tối ưu hoá quá trình chiết xuất CGA
• 3.2.1. Kết quả ma trận thực nghiệm Box – Behnken ba yếu tố
• 3.2.2. Phân tích phương sai
• 3.2.3. Phương trình hồi quy
• 3.2.4. Tối ưu hóa điều kiện thủy phân cà phê xanh bằng enzyme pectinase
• 3.3. Kết quả xác định hàm lượng CGA bằng phương pháp sắc ký lỏng HPLC
• 3.4. Kết quả xác định hoạt tính kháng khuẩn và kháng oxy hóa
• 3.4.1. Kết quả xác định khả năng kháng khuẩn
• 3.4.2. Kết quả xác định hoạt tính oxy hóa
• 3.5. Kết quả quá trình sấy chân không
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá Axit Chlorogenic Vàng xanh trong hạt cà phê

Axit Chlorogenic (CGA) là một hợp chất phenolic tự nhiên, thu hút sự quan tâm lớn trong giới khoa học và y học. Về mặt hóa học, Axit Chlorogenic là một este được hình thành giữa axit caffeic và axit quinic. Hợp chất này tồn tại phổ biến trong nhiều loại thực vật nhưng có hàm lượng đặc biệt cao trong hạt cà phê chưa rang, hay còn gọi là cà phê xanh. Đây được xem là nguồn cung cấp CGA dồi dào và quan trọng nhất trong chế độ ăn uống của con người. Tổng hàm lượng CGA trong cà phê xanh có thể đạt từ 41 đến 113 mg/g chất khô, tùy thuộc vào giống cây, với cà phê Robusta thường chứa hàm lượng cao hơn cà phê Arabica. Sự hiện diện của polyphenol trong cà phê, đặc biệt là CGA, đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu về lợi ích sức khỏe. Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng chiết xuất cà phê xanh (green coffee bean extract) mang lại nhiều tác dụng dược lý quý giá, bao gồm hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ, khả năng kháng viêm, chống ung thư và hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính. Điểm đặc biệt của cà phê xanh là quá trình rang nhiệt độ cao sẽ làm phân hủy một lượng lớn CGA, do đó, việc sử dụng hạt cà phê ở trạng thái chưa rang là điều kiện tiên quyết để khai thác tối đa hợp chất này. Với tiềm năng to lớn, việc nghiên cứu các phương pháp tách chiết Chlorogenic Acid từ cà phê xanh không chỉ nhằm tận dụng một nguồn tài nguyên nông nghiệp phong phú mà còn để tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao, phục vụ ngành công nghiệp thực phẩm chức năng và dược phẩm. Các sản phẩm thực phẩm chức năng giảm cân, hỗ trợ điều trị tiểu đường và bảo vệ tim mạch chứa CGA ngày càng trở nên phổ biến trên thị trường toàn cầu.

1.1. Giới thiệu cấu trúc và nguồn gốc của Axit Chlorogenic

Về mặt cấu trúc, Axit Chlorogenic (CGA) là một este của axit caffeic với nhóm 3-hydroxyl của axit quinic, công thức phân tử là C16H18O9. Ngoài đồng phân chính này, còn có các đồng phân khác như axit 4-O-caffeoylquinic (axit crypto-chlorogenic) và 5-O-caffeoylquinic (axit neo-chlorogenic). Các hợp chất phenolic này được tổng hợp trong thực vật thông qua con đường sinh tổng hợp phức tạp, bắt nguồn từ tiền chất 4-coumaroyl-CoA. CGA không chỉ được tìm thấy trong cà phê mà còn có mặt trong nhiều loại thực phẩm khác như khoai tây, đào, mận khô và atiso. Tuy nhiên, cà phê xanh, đặc biệt là giống cà phê Robusta, vẫn là nguồn thương mại quan trọng nhất với hàm lượng vượt trội. Sự đa dạng về cấu trúc và nguồn gốc tự nhiên phong phú làm cho CGA trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn cho việc phân lập hợp chất tự nhiên.

1.2. Các hoạt tính sinh học nổi bật của chiết xuất cà phê xanh

Các nghiên cứu khoa học đã chứng minh chiết xuất cà phê xanh sở hữu nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý. Nổi bật nhất là hoạt tính chống oxy hóa, giúp trung hòa các gốc tự do, bảo vệ tế bào khỏi tổn thương. Ngoài ra, CGA còn thể hiện hoạt tính kháng viêm và khả năng kháng khuẩn hiệu quả. Các tác dụng dược lý quan trọng khác bao gồm khả năng chống tiểu đường thông qua việc điều chỉnh lượng đường trong máu, hỗ trợ bảo vệ gan, hạ huyết áp. Đặc biệt, CGA được biết đến rộng rãi với vai trò trong các sản phẩm thực phẩm chức năng giảm cân, nhờ vào cơ chế ức chế sự tích tụ chất béo và thúc đẩy quá trình trao đổi chất. Một nghiên cứu của Thom (2007) chỉ ra rằng người béo phì sử dụng chế phẩm từ cà phê xanh đã giảm trung bình 5,4 kg trong 12 tuần. Những lợi ích này đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu tối ưu hóa quy trình chiết để thu nhận CGA tinh khiết.

II. Rào cản khi tách chiết Chlorogenic Acid từ cà phê xanh

Quá trình tách chiết Chlorogenic Acid từ cà phê xanh không phải là một nhiệm vụ đơn giản do cấu trúc phức tạp và bền vững của nguyên liệu. Hạt cà phê xanh chứa một ma trận sinh học dày đặc, trong đó các hợp chất có giá trị như CGA bị "khóa" bên trong các thành tế bào. Thành phần chính gây ra trở ngại này là pectin và cellulose, những polysaccharide cấu trúc chiếm tỷ lệ lớn trong quả cà phê. Chúng tạo thành một mạng lưới vững chắc, hoạt động như một lớp rào cản vật lý, ngăn cản sự xâm nhập của dung môi và hạn chế quá trình khuếch tán của Axit Chlorogenic ra môi trường bên ngoài. Việc phá vỡ cấu trúc này một cách hiệu quả là thách thức lớn nhất để đạt được hiệu suất chiết cao. Các phương pháp truyền thống như chiết xuất bằng dung môi (ví dụ: ethanol, methanol) thường đòi hỏi các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, thời gian kéo dài hoặc sử dụng axit mạnh. Tuy nhiên, những điều kiện này có thể gây phân hủy các hợp chất phenolic nhạy cảm với nhiệt, làm giảm hoạt tính sinh học của sản phẩm cuối cùng. Hơn nữa, việc sử dụng một lượng lớn dung môi hữu cơ cũng đặt ra các vấn đề về chi phí, an toàn và tác động môi trường. Do đó, việc tìm kiếm một phương pháp chiết xuất vừa hiệu quả, vừa thân thiện với môi trường, đồng thời bảo toàn được cấu trúc và hoạt tính của CGA là một yêu cầu cấp thiết trong ngành công nghiệp. Điều này thúc đẩy các nhà khoa học khám phá các công nghệ tiên tiến hơn, chẳng hạn như chiết xuất có sự hỗ trợ của enzyme, vi sóng hoặc CO2 siêu tới hạn.

2.1. Cấu trúc Pectin và Cellulose gây cản trở quá trình chiết

Pectin và cellulose là hai thành phần cấu trúc chính của thành tế bào thực vật, bao gồm cả quả cà phê. Chúng là các polysaccharide có cấu trúc sinh học bền vững, liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một ma trận phức tạp. Lớp cấu trúc này không chỉ che chở tế bào mà còn đóng vai trò là chất liên kết giữa các tế bào. Khi quả cà phê được sấy khô, mạng lưới này càng trở nên cứng và bền vững hơn. Điều này tạo ra một rào cản vật lý đáng kể, làm hạn chế khả năng của dung môi tiếp cận và hòa tan các hợp chất phenolic như Axit Chlorogenic nằm bên trong tế bào. Việc phá vỡ cấu trúc này bằng các phương pháp cơ học hoặc hóa học thông thường thường không hiệu quả triệt để và có thể làm suy giảm chất lượng dịch chiết.

2.2. Hạn chế của phương pháp chiết xuất bằng dung môi truyền thống

Các phương pháp chiết xuất bằng dung môi như dung môi ethanol hoặc methanol là kỹ thuật phổ biến để phân lập hợp chất tự nhiên. Tuy nhiên, khi áp dụng cho cà phê xanh, chúng bộc lộ nhiều hạn chế. Để đạt được hiệu suất chiết chấp nhận được, quá trình này thường yêu cầu nhiệt độ cao và thời gian dài, dẫn đến nguy cơ phân hủy nhiệt của CGA và các polyphenol trong cà phê. Một nghiên cứu của Rohit Upadhyay và cộng sự đã chỉ ra rằng các phương pháp truyền thống kém hiệu quả hơn so với các kỹ thuật hiện đại như chiết xuất hỗ trợ bằng vi sóng. Hơn nữa, việc sử dụng dung môi hữu cơ ở quy mô công nghiệp làm tăng chi phí vận hành, yêu cầu các biện pháp an toàn nghiêm ngặt và tạo ra chất thải gây ô nhiễm môi trường. Những nhược điểm này thúc đẩy sự cần thiết phải phát triển các quy trình "xanh" và hiệu quả hơn.

III. Cách tách chiết Chlorogenic Acid hiệu quả bằng enzyme

Để vượt qua những thách thức của phương pháp truyền thống, kỹ thuật tách chiết Chlorogenic Acid từ cà phê xanh có sự hỗ trợ của enzyme nổi lên như một giải pháp đột phá và bền vững. Nguyên tắc cốt lõi của phương pháp này là sử dụng các enzyme đặc hiệu để phá vỡ cấu trúc thành tế bào thực vật một cách có chọn lọc, từ đó giải phóng các hợp chất mục tiêu bị giữ lại bên trong. Trong nghiên cứu của Trịnh Trúc Giang (2020), enzyme Pectinase, thu nhận từ chủng vi nấm Aspergillus niger, đã được lựa chọn. Pectinase có khả năng thủy phân có chọn lọc liên kết pectin – một trong những rào cản chính trong ma trận tế bào của quả cà phê. Bằng cách phá vỡ cấu trúc pectin, enzyme tạo ra các "lối đi" cho dung môi (thường là nước hoặc dung dịch đệm) dễ dàng xâm nhập vào sâu bên trong tế bào, tiếp xúc và hòa tan Axit Chlorogenic. Quá trình này không chỉ làm tăng đáng kể hiệu suất chiết mà còn diễn ra ở điều kiện ôn hòa hơn (nhiệt độ và pH thấp hơn) so với các phương pháp hóa học. Điều này giúp bảo toàn tối đa cấu trúc và hoạt tính sinh học của CGA. Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình thủy phân bằng enzyme bao gồm tỷ lệ cơ chất-dung môi, nồng độ enzyme, pH, nhiệt độ, tốc độ lắc và thời gian phản ứng. Việc tối ưu hóa quy trình chiết các thông số này là chìa khóa để đạt được hiệu suất thu nhận CGA cao nhất, đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất.

3.1. Vai trò của enzyme Pectinase trong phá vỡ cấu trúc thực vật

Enzyme Pectinase đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu quả tách chiết Chlorogenic Acid. Pectin là một polysaccharide phức tạp, là thành phần chính của lớp lamella giữa và thành tế bào sơ cấp của thực vật, có chức năng như một chất "xi măng" gắn kết các tế bào lại với nhau. Enzyme Pectinase từ Aspergillus niger hoạt động như một "chất xúc tác sinh học", thủy phân các chuỗi pectin thành các phân tử nhỏ hơn như axit galacturonic. Theo nghiên cứu, việc bổ sung Pectinase trong quá trình nghiền quả giúp tăng hiệu suất dịch chiết lên đến 15-25%. Sự phá vỡ có chọn lọc cấu trúc pectin làm giảm độ nhớt của dịch chiết, làm lỏng lẻo cấu trúc thành tế bào, từ đó giải phóng hiệu quả các hợp chất phenolic như CGA mà không cần đến các điều kiện khắc nghiệt.

3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết xuất CGA

Hiệu quả của quá trình chiết xuất có hỗ trợ enzyme phụ thuộc vào sự tương tác phức tạp của nhiều yếu tố. Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát các yếu tố đơn lẻ để xác định khoảng ảnh hưởng của chúng. Các yếu tố này bao gồm: tỷ lệ cơ chất-dung môi (ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán), nồng độ enzyme (quyết định tốc độ phản ứng), pH và nhiệt độ (ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme), tốc độ lắc (tăng cường sự tiếp xúc) và thời gian thủy phân. Kết quả sơ bộ cho thấy hiệu suất chiết CGA đạt cao nhất khi tỷ lệ cơ chất:dung môi là 1:50, nồng độ enzyme 40 U/g, pH 5.5 và nhiệt độ 50°C. Việc xác định các khoảng tối ưu này là bước đệm quan trọng cho quá trình tối ưu hóa quy trình chiết sau này.

IV. Hướng dẫn tối ưu hóa quy trình chiết xuất Axit Chlorogenic

Sau khi xác định được các yếu tố ảnh hưởng chính, bước tiếp theo và quan trọng nhất là tối ưu hóa quy trình chiết để tìm ra bộ thông số kết hợp mang lại hiệu suất thu nhận Axit Chlorogenic cao nhất. Thay vì tối ưu từng yếu tố đơn lẻ, phương pháp quy hoạch thực nghiệm hiện đại cho phép khảo sát đồng thời sự tương tác giữa các biến số. Trong nghiên cứu này, mô hình đáp ứng bề mặt (Response Surface Methodology - RSM) dựa trên thiết kế Box-Behnken đã được áp dụng. Đây là một công cụ thống kê mạnh mẽ, giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà vẫn cung cấp đầy đủ thông tin về ảnh hưởng của các yếu tố và tương tác giữa chúng. Ba biến số quan trọng nhất được lựa chọn để tối ưu hóa là tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (X1), nồng độ enzyme (X2) và thời gian thủy phân (X3). Dựa trên ma trận thực nghiệm do phần mềm Design Expert 10 tạo ra, các thí nghiệm đã được tiến hành. Kết quả hàm lượng CGA thu được từ mỗi thí nghiệm được phân tích để xây dựng một phương trình hồi quy bậc hai, mô tả mối quan hệ toán học giữa các biến số và hàm mục tiêu (hàm lượng CGA). Từ phương trình này, các điều kiện tối ưu đã được xác định. Quá trình phân tích và định lượng CGA trong các mẫu được thực hiện bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao. Việc áp dụng thành công mô hình tối ưu hóa không chỉ giúp tối đa hóa hiệu suất chiết mà còn cung cấp một quy trình khoa học, có thể tái lặp và ứng dụng vào quy mô sản xuất công nghiệp.

4.1. Ứng dụng mô hình Box Behnken để tìm điều kiện tối ưu

Mô hình Box-Behnken là một phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hai, được lựa chọn để tối ưu hóa quy trình chiết xuất CGA. Phương pháp này hiệu quả cho việc khảo sát từ ba đến bảy yếu tố. Trong nghiên cứu, ba yếu tố chính là tỷ lệ nguyên liệu (40-60 g/ml), nồng độ enzyme (30-50 U/g) và thời gian (30-90 phút) đã được lựa chọn. Tổng cộng 17 thí nghiệm đã được thiết kế và thực hiện theo ma trận Box-Behnken. Dữ liệu thu thập được sử dụng để phân tích phương sai (ANOVA) và xây dựng mô hình toán học. Mô hình này cho phép dự đoán hàm lượng CGA tại bất kỳ điểm nào trong không gian thực nghiệm và xác định các điều kiện tối ưu để đạt được sản lượng cao nhất.

4.2. Định lượng CGA bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC

Để đảm bảo tính chính xác trong quá trình tối ưu hóa, phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đã được sử dụng để định lượng CGA. HPLC là một kỹ thuật phân tích mạnh mẽ, cho phép tách, nhận dạng và định lượng các thành phần trong một hỗn hợp phức tạp với độ nhạy và độ chọn lọc cao. Trong nghiên cứu, hệ thống HPLC Agilent 1260 được sử dụng với detector UV-Vis tại bước sóng 320 nm. Một đường chuẩn CGA đã được xây dựng bằng cách chạy các nồng độ đã biết của chất chuẩn và ghi lại diện tích peak tương ứng. Bằng cách so sánh diện tích peak của mẫu thử với đường chuẩn, hàm lượng CGA chính xác trong dịch chiết đã được xác định. Phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của các điều kiện chiết xuất khác nhau.

V. Bằng chứng về hoạt tính sinh học của Axit Chlorogenic

Ngoài việc phát triển một quy trình chiết xuất hiệu quả, việc xác nhận các đặc tính dược lý của sản phẩm thu được là vô cùng cần thiết. Do đó, một loạt các khảo sát hoạt tính sinh học in-vitro đã được tiến hành trên dịch chiết Axit Chlorogenic từ cà phê xanh. Kết quả nghiên cứu đã cung cấp những bằng chứng khoa học vững chắc về tiềm năng y học của hợp chất này. Hoạt tính chống oxy hóa, một trong những đặc tính được quan tâm nhất của polyphenol trong cà phê, đã được đánh giá định lượng thông qua thử nghiệm DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil). Thử nghiệm này đo lường khả năng của dịch chiết trong việc trung hòa gốc tự do DPPH, một chỉ số quan trọng về khả năng bảo vệ tế bào chống lại stress oxy hóa. Bên cạnh đó, khả năng kháng khuẩn của dịch chiết cũng được khảo sát trên cả vi khuẩn có lợi và vi khuẩn gây bệnh. Kết quả cho thấy CGA có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây hại nhưng lại ít ảnh hưởng, thậm chí có thể thúc đẩy sự phát triển của một số chủng probiotic. Đặc tính này mở ra tiềm năng ứng dụng CGA như một chất bảo quản tự nhiên trong thực phẩm, vừa an toàn vừa có lợi cho hệ vi sinh vật đường ruột. Những phát hiện này không chỉ khẳng định giá trị của chiết xuất cà phê xanh mà còn củng cố cơ sở khoa học cho việc ứng dụng nó trong các sản phẩm bảo vệ gan, chống tiểu đường và thực phẩm chức năng giảm cân.

5.1. Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa qua thử nghiệm DPPH

Để xác định hoạt tính chống oxy hóa, phương pháp khử gốc tự do DPPH đã được áp dụng. DPPH là một gốc tự do bền, có màu tím đậm trong dung dịch ethanol. Khi có mặt một chất chống oxy hóa, gốc DPPH sẽ nhận một nguyên tử hydro hoặc một electron và bị khử thành dạng không có gốc tự do, làm mất màu tím của dung dịch. Mức độ giảm cường độ màu, được đo bằng máy đo quang phổ ở bước sóng 515 nm, tỷ lệ thuận với khả năng chống oxy hóa của mẫu thử. Kết quả được biểu thị qua giá trị IC50, là nồng độ của dịch chiết cần thiết để ức chế 50% gốc tự do DPPH. Giá trị IC50 càng thấp, hoạt tính chống oxy hóa càng mạnh. Các kết quả này cung cấp bằng chứng định lượng về khả năng bảo vệ của CGA.

5.2. Phân tích khả năng kháng khuẩn in vitro của dịch chiết

Thử nghiệm khả năng kháng khuẩn được thực hiện để đánh giá tác động của CGA lên các chủng vi sinh vật khác nhau. Trong nghiên cứu, dịch chiết CGA được bổ sung vào môi trường nuôi cấy chứa các chủng vi khuẩn như Bacillus clausii (vi khuẩn có lợi) và Escherichia coli (vi khuẩn gây hại). Sau 24 giờ nuôi cấy, số lượng khuẩn lạc được đếm để so sánh sự phát triển giữa môi trường có CGA và môi trường đối chứng (chứa glucose). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Axit Chlorogenic có thể hoạt động như một chất bảo quản tự nhiên do khả năng ức chế nhiều loại vi sinh vật. Điều đáng chú ý là CGA không ức chế sự phát triển của các lợi khuẩn như Bifidobacterium lactis, mở ra tiềm năng lớn trong việc bảo quản thực phẩm mà không làm ảnh hưởng đến các thành phần probiotic.

VI. Tương lai của chiết xuất cà phê xanh trong ngành dược phẩm

Kết quả từ nghiên cứu về tách chiết Chlorogenic Acid từ cà phê xanh và khảo sát hoạt tính sinh học đã mở ra nhiều định hướng ứng dụng đầy hứa hẹn. Việc phát triển thành công một quy trình chiết xuất sử dụng enzyme hiệu quả, bền vững không chỉ giúp nâng cao giá trị kinh tế cho cây cà phê Việt Nam mà còn cung cấp một nguồn hoạt chất tự nhiên quý giá cho ngành công nghiệp dược phẩm và thực phẩm chức năng. Chiết xuất cà phê xanh (green coffee bean extract), với hàm lượng CGA cao, có tiềm năng to lớn để phát triển thành các sản phẩm hỗ trợ sức khỏe. Một trong những ứng dụng nổi bật nhất là trong lĩnh vực thực phẩm chức năng giảm cân. Nhiều bằng chứng lâm sàng đã cho thấy hiệu quả của CGA trong việc kiểm soát cân nặng và giảm tích tụ mỡ. Ngoài ra, với các đặc tính đã được chứng minh như hoạt tính chống oxy hóa, hoạt tính kháng viêm, và khả năng điều hòa đường huyết, CGA là ứng cử viên sáng giá cho các sản phẩm hỗ trợ phòng và điều trị hội chứng chuyển hóa, chống tiểu đường type 2 và các bệnh tim mạch. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình ở quy mô lớn hơn, tinh sạch CGA đến độ tinh khiết cao hơn để sử dụng làm chất chuẩn hoặc hoạt chất dược phẩm. Đồng thời, việc tiếp tục khảo sát hoạt tính sinh học in-vitro và in-vivo sẽ giúp làm rõ hơn nữa các cơ chế tác động và khám phá thêm những ứng dụng y học mới của hợp chất này.

6.1. Tiềm năng phát triển thực phẩm chức năng hỗ trợ sức khỏe

Với những lợi ích đã được khoa học chứng minh, Axit Chlorogenic là thành phần lý tưởng cho việc phát triển các dòng sản phẩm thực phẩm chức năng. Các sản phẩm hỗ trợ giảm cân chứa green coffee bean extract đã và đang nhận được sự quan tâm lớn từ người tiêu dùng. Bên cạnh đó, khả năng bảo vệ gan, cải thiện các chỉ số mỡ máu và hạ huyết áp của CGA cũng mở ra cơ hội phát triển các sản phẩm nhắm đến việc phòng ngừa hội chứng chuyển hóa – một vấn đề sức khỏe toàn cầu. Việc tận dụng nguồn nguyên liệu cà phê Arabica và cà phê Robusta dồi dào tại Việt Nam để sản xuất các chế phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn có tiềm năng xuất khẩu lớn.

6.2. Hướng nghiên cứu và phân lập hợp chất tự nhiên tiếp theo

Thành công trong việc tối ưu hóa quy trình chiết CGA là nền tảng cho các nghiên cứu sâu hơn. Hướng đi tiếp theo bao gồm việc mở rộng quy mô sản xuất từ phòng thí nghiệm ra công nghiệp. Các kỹ thuật tinh chế tiên tiến như sắc ký cột có thể được áp dụng để phân lập hợp chất tự nhiên CGA với độ tinh khiết trên 95%, phục vụ cho các nghiên cứu dược lý chuyên sâu hoặc làm chất chuẩn phân tích. Ngoài ra, hạt cà phê xanh còn chứa nhiều hợp chất phenolic và polyphenol khác ngoài CGA. Việc tiếp tục sàng lọc, phân lập và xác định hoạt tính của các hợp chất này sẽ giúp khai thác toàn diện hơn giá trị của hạt cà phê xanh, tạo ra một danh mục sản phẩm đa dạng và có giá trị cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện sở hữu hơn 720.000 ha diện tích trồng cà phê với sản lượng hàng năm đạt hàng triệu tấn, trong đó 90% sản lượng được xuất khẩu thô và chỉ có khoảng 10% trải qua quá trình chế biến sâu. Một thách thức lớn tồn tại nhiều năm trong ngành thu hoạch cà phê nội địa là tỷ lệ quả non, quả xanh khi thu hái chiếm tới 50% ở một số nông trường. Lượng quả xanh này làm giảm phẩm cấp hạt cà phê thương phẩm, khiến nhiều lô hàng bị hạ giá hoặc từ chối tại các thị trường khó tính. Tuy nhiên, dưới góc độ hóa sinh, quả cà phê xanh lại là nguồn dược liệu quý giá khi chứa hàm lượng Chlorogenic acid (CGA) dồi dào, dao động từ 41 đến 113 mg/g chất khô (tương đương 3,5% đến 14% khối lượng khô tùy thuộc vào giống cà phê Arabica hay Robusta), cao gấp nhiều lần so với hạt cà phê đã qua rang chín.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng quy trình công nghệ sinh học tách chiết và thu nhận Chlorogenic acid từ quả cà phê xanh Arabica thu hái tại huyện Ia Grai, tỉnh Gia Lai bằng enzyme pectinase sinh tổng hợp từ chủng nấm mốc Aspergillus niger CF5. Đề tài tập trung tối ưu hóa các thông số kỹ thuật then chốt của quá trình trích ly, định lượng chính xác hoạt chất và đánh giá toàn diện hoạt tính kháng khuẩn cũng như khả năng chống oxy hóa của chế phẩm. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi mở ra hướng đi mới giúp gia tăng giá trị kinh tế cho nguồn phụ phẩm cà phê xanh lên gấp 3 đến 5 lần, đồng thời tạo tiền đề sản xuất nguyên liệu tự nhiên phục vụ ngành thực phẩm chức năng hỗ trợ điều trị hội chứng chuyển hóa, đái tháo đường và huyết áp cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết hóa thực vật và động học xúc tác sinh học. Về mặt hóa học, Chlorogenic acid là nhóm hợp chất polyphenol este hóa giữa acid trans-cinnamic (caffeic acid) với nhóm 3-hydroxyl của acid L-quinic, bao gồm các đồng phân chủ yếu như 3-CQA, 4-CQA và 5-CQA có công thức phân tử C16H18O9. Hợp chất này sở hữu hoạt tính sinh học đa dạng như ức chế enzyme 11-beta-HSD1 giúp hạ huyết áp, hoạt hóa thụ thể PPAR-alpha thúc đẩy đốt cháy mỡ nội tạng, và trung hòa các gốc tự do gây stress oxy hóa tế bào.

Lý thuyết chiết xuất sinh học có sự hỗ trợ của enzyme pectinase đóng vai trò cốt lõi trong nghiên cứu. Vỏ và thịt quả cà phê xanh có cấu trúc thành tế bào liên kết rất bền vững bởi mạng lưới polymer pectin và cellulose. Việc sử dụng enzyme pectinase từ Aspergillus niger xúc tác thủy phân các liên kết alpha-1,4-D-galacturonide trong chuỗi pectin giúp phá vỡ màng bao bọc tế bào thực vật một cách có chọn lọc. Cơ chế này giải phóng tối đa các phân tử CGA tự do hòa tan vào dung môi đệm mà không cần sử dụng các hóa chất vô cơ có tính acid hoặc kiềm mạnh vốn bị hạn chế nghiêm trọng trong chế biến thực phẩm. Đồng thời, mô hình toán học tối ưu hóa bề mặt đáp ứng Box-Behnken bậc hai được áp dụng để khảo sát sự tương tác đa biến giữa tỷ lệ cơ chất, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân.

Phương pháp nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu chính là quả cà phê xanh Arabica (Coffea arabica) được thu hái đồng nhất vào tháng 8 năm 2019 tại vùng chuyên canh Ia Grai, tỉnh Gia Lai. Mẫu nguyên liệu sau khi làm sạch tạp chất được sấy ở 50 độ C đến độ ẩm chuẩn 15%, sau đó nghiền thành bột kích thước hạt đồng đều từ 1 đến 2 mm. Nguồn enzyme pectinase được tách chiết từ quá trình nuôi cấy chủng nấm mốc Aspergillus niger CF5 trên môi trường cám trấu rắn. Cỡ mẫu thực nghiệm được chuẩn hóa ở mức 1g bột nguyên liệu cho mỗi đơn vị thí nghiệm đơn yếu tố và toàn bộ các phép đo đều được tiến hành lặp lại độc lập 3 lần (n = 3) để đảm bảo độ tin cậy và sai số thống kê cho phép (p dưới 0,05).

Quy trình phân tích và định lượng được thực hiện qua chuỗi phương pháp hiện đại:

• Định tính xác nhận sự hiện diện của CGA bằng sắc ký bản mỏng (TLC) trên pha tĩnh silica gel với hệ pha động bão hòa n-butanol : acid acetic : nước theo tỷ lệ thể tích 6:2:2, hiện màu bằng dung dịch acid sulfuric 10% trong cồn tuyệt đối ở 100 độ C.
• Định lượng quang phổ UV-Vis ở bước sóng hấp thụ cực đại 324 nm dựa trên đường chuẩn tuyến tính nồng độ 0,4 đến 1,0 mg/ml với hệ số tương quan R2 đạt 0,9975.
• Phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Agilent 1260 trang bị detector UV-Vis ở bước sóng 320 nm và 280 nm, tốc độ dòng 1 ml/phút với hệ dung môi pha động gồm nước siêu lọc pha 0,1% formic acid và acetonitrile 100% nhằm định danh và định lượng chuẩn xác hàm lượng 5-CQA.
• Khảo sát hoạt tính sinh học bao gồm thử nghiệm quét gốc tự do DPPH ở bước sóng 515 nm để xác định tỷ lệ trung hòa gốc tự do SC% và chỉ số IC50, đối chứng dương với acid ascorbic 5 mM; cùng với thử nghiệm kháng khuẩn in vitro trên 2 chủng vi sinh vật đại diện là Bacillus clausii (lợi khuẩn) và Escherichia coli (khuẩn gây hại cơ hội). Dịch chiết sau tối ưu được cô đặc 20 lần và sấy chân không ở dải nhiệt độ 50 đến 70 độ C để thu bột thành phẩm đạt độ ẩm dưới 7%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát các đơn yếu tố và tối ưu hóa đa biến đã ghi nhận những bước chuyển biến rõ rệt về hiệu suất thu hồi Chlorogenic acid:

• Thứ nhất, tỷ lệ cơ chất trên dung môi đệm phosphate ảnh hưởng trực tiếp đến gradient nồng độ khuếch tán. Tại tỷ lệ 1:50 (g/ml), hàm lượng CGA thu hồi đạt đỉnh 34,38 mg/g, cao hơn 20,3% so với khi sử dụng tỷ lệ 1:80 (chỉ đạt 28,57 mg/g) do dung môi quá loãng làm phân tán năng lượng tiếp xúc.
• Thứ hai, sự xuất hiện của enzyme pectinase thúc đẩy vượt bậc hiệu quả trích ly. Ở mức nồng độ 40 U/g, hàm lượng CGA thu được đạt 44,64 mg/g, ghi nhận mức tăng trưởng 36,8% so với nghiệm thức đối chứng không bổ sung enzyme (0 U/g chỉ đạt 32,63 mg/g). Khi tiếp tục tăng nồng độ enzyme lên 50 và 60 U/g, lượng hoạt chất không tăng thêm đáng kể.
• Thứ ba, môi trường pH và nhiệt độ thủy phân có tính quyết định đến hoạt lực enzyme. Giá trị pH 5,5 cho hiệu suất tối ưu đạt 51,69 mg/g, vượt trội hơn 27,1% so với môi trường pH 7,5 (đạt 40,66 mg/g). Về nhiệt độ, mức nhiệt 50 độ C mang lại hàm lượng CGA đạt 53,82 mg/g, tăng tới 65,6% so với khi thực hiện ở nhiệt độ phòng 20 độ C (đạt 32,49 mg/g).
• Thứ tư, kết quả chạy mô hình tối ưu hóa Box-Behnken và phân tích HPLC đã khẳng định quy trình chiết xuất sinh học bảo toàn nguyên vẹn hoạt tính chống oxy hóa mạnh của CGA với khả năng ức chế gốc tự do DPPH đạt trên 75% ở nồng độ thử nghiệm, đồng thời chế phẩm thể hiện khả năng ức chế vi khuẩn có hại Escherichia coli sau 24 giờ nuôi cấy mà không gây tác động tiêu cực đến sự phát triển của lợi khuẩn probiotic Bacillus clausii.

Thảo luận kết quả

Cơ chế nâng cao hiệu suất trích ly bắt nguồn từ hoạt tính phân cắt chọn lọc các chuỗi polygalacturonic của enzyme pectinase từ Aspergillus niger CF5. Khi lớp màng pectin xơ cứng bị phân giải, các kênh mao dẫn nội bào mở ra, giúp dung môi đệm dễ dàng thẩm thấu sâu vào nhân tế bào và hòa tan các phân tử CGA. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công bố khoa học quốc tế về phổ hoạt động tối ưu của pectinase nấm mốc thường tập trung ở dải pH 4,5 đến 5,5 và nhiệt độ 40 đến 60 độ C.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam, phương pháp chiết xuất ngâm chiết truyền thống từ cà phê Robusta của các tác giả cùng thời kỳ chỉ đạt hàm lượng 53,1 mg/g chất khô (5,31%), trong khi phương pháp chiết hỗ trợ vi sóng đạt 51,7 mg/g chất khô. Quy trình thủy phân bằng enzyme pectinase trong luận văn này không chỉ đạt hiệu suất vượt trội trên quả Arabica mà còn thân thiện với môi trường, không đòi hỏi thiết bị vi sóng phức tạp hay dung môi hữu cơ đắt tiền.

Trong báo cáo phân tích, toàn bộ dữ liệu thực nghiệm đã được mô hình hóa trực quan qua hệ thống biểu đồ và bảng số liệu:

• Đồ thị đường chuẩn đo quang UV-Vis mô tả mối tương quan tuyến tính chặt chẽ giữa độ hấp thụ OD324nm và nồng độ CGA.
• Biểu đồ sắc ký đồ TLC và HPLC biểu diễn các đỉnh peak sắc nét của 5-CQA tại thời gian lưu chuẩn, minh chứng độ tinh sạch cao của dịch chiết.
• Bề mặt đáp ứng 3D (Response Surface Methodology) kết xuất từ phần mềm Design-Expert thể hiện sinh động vùng tương tác tối ưu giữa tỷ lệ rắn/lỏng (40 đến 60 g/ml), nồng độ enzyme (30 đến 50 U/g) và thời gian phản ứng (30 đến 90 phút), tạo cơ sở vững chắc cho việc nâng quy mô công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm toàn diện, bốn giải pháp chiến lược được đề xuất nhằm ứng dụng hiệu quả quy trình vào thực tiễn sản xuất:

1. Chuẩn hóa quy trình công nghệ trích ly cấp xưởng: Doanh nghiệp chế biến cà phê phối hợp với viện nghiên cứu hoàn thiện dây chuyền thủy phân sinh học liên tục, duy trì nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật tối ưu gồm tỷ lệ cơ chất dung môi 1:50, nồng độ pectinase 40 U/g, pH 5,5, nhiệt độ 50 độ C trong thời gian 60 phút. Mục tiêu đạt hiệu suất thu hồi CGA trên 85% tổng lượng hoạt chất trong nguyên liệu, hoàn thành thử nghiệm pilot trong vòng 6 tháng tới.
2. Ứng dụng công nghệ sấy chân không nhiệt độ thấp: Các đơn vị sản xuất dược liệu áp dụng hệ thống sấy chân không đa tầng ở nhiệt độ 50 đến 60 độ C để bảo tồn tối đa các liên kết este nhạy cảm với nhiệt độ, đưa độ ẩm chế phẩm bột CGA thành phẩm xuống dưới 7%, kéo dài thời hạn bảo quản lên 24 tháng mà không bị biến tính hay phân hủy thành acid caffeic và quinic.
3. Mở rộng phát triển dòng thực phẩm chức năng hỗ trợ chuyển hóa: Các công ty dược phẩm triển khai thử nghiệm tiền lâm sàng các dạng viên nang hoặc trà hòa tan chứa dịch chiết cà phê xanh chuẩn hóa (hàm lượng CGA đạt trên 45 mg/g), hướng tới mục tiêu hỗ trợ giảm 5% đến 7% lượng đường huyết sau ăn và giảm chỉ số mỡ máu cho người mắc hội chứng chuyển hóa trong lộ trình 12 tháng.
4. Xây dựng chuỗi thu mua và phân loại quả cà phê xanh tại vùng trồng: Hiệp hội Cà phê ca cao và các Hợp tác xã tại Tây Nguyên thiết lập mạng lưới thu gom riêng biệt lượng quả non, quả xanh đạt tỷ lệ 30% đến 50% trong vụ thu hoạch, chuyển hướng sang làm nguyên liệu chiết xuất sinh học, qua đó giúp tăng thêm 20% thu nhập trực tiếp cho người nông dân trồng cà phê.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và tài liệu tham khảo chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

1. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và thực phẩm bảo vệ sức khỏe: Cung cấp thông số kỹ thuật chuẩn hóa để phát triển các dòng sản phẩm chiết xuất cà phê xanh tự nhiên hỗ trợ giảm béo phì, hạ cholesterol và ổn định huyết áp với chi phí nguyên liệu tối ưu.
2. Nhà máy chế biến nông sản và xuất khẩu cà phê: Cung cấp giải pháp công nghệ gia tăng giá trị chuỗi sản xuất, giải quyết triệt để vấn đề quả non lẫn tạp trong quá trình thu hoạch, chuyển hóa nguồn phụ phẩm chất lượng thấp thành nguyên liệu tinh chế giá trị gia tăng cao.
3. Nhà khoa học, giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ sinh học, Hóa dược phẩm: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo học thuật giá trị về ứng dụng enzyme vi sinh vật (Aspergillus niger) trong trích ly hợp chất tự nhiên, phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken và kỹ thuật định lượng HPLC.
4. Cơ quan quản lý nông nghiệp và các tổ chức phát triển nông thôn: Cung cấp luận cứ khoa học để định hình các đề án phát triển kinh tế tuần hoàn trong ngành cà phê Tây Nguyên, nâng cao giá trị thương hiệu cà phê Việt Nam trên trường quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nên sử dụng enzyme pectinase thay vì phương pháp chiết xuất bằng dung môi hóa học thông thường? Phương pháp enzyme phá vỡ có chọn lọc thành tế bào pectin mà không cần dùng acid hay kiềm mạnh, giúp bảo toàn cấu trúc este của CGA, thu được dịch chiết an toàn tuyệt đối cho thực phẩm và nâng hiệu suất trích ly lên thêm 36,8% so với phương pháp không dùng enzyme.

Hàm lượng Chlorogenic acid trong quả cà phê xanh có gì khác biệt so với hạt cà phê đã rang chín? Cà phê xanh chứa lượng CGA rất cao từ 41 đến 113 mg/g chất khô. Khi trải qua quá trình rang ở nhiệt độ cao trên 200 độ C, phần lớn CGA bị nhiệt phân biến tính thành các hợp chất bay hơi tạo hương hoặc chuyển thành acid quinic, khiến hàm lượng hoạt tính sinh học giảm mạnh chỉ còn khoảng 5,25 đến 17,1 mg/g.

Điều kiện công nghệ nào quyết định hiệu suất cao nhất khi thủy phân quả cà phê xanh? Nghiên cứu đã xác định tổ hợp điều kiện tối ưu gồm tỷ lệ cơ chất trên dung môi là 1:50, nồng độ pectinase 40 U/g, độ pH đệm đạt 5,5, nhiệt độ duy trì ổn định ở 50 độ C và thời gian phản ứng 60 phút, giúp dịch chiết đạt nồng độ CGA vượt trội 53,82 mg/g.

Hoạt tính sinh học của Chlorogenic acid thu nhận từ nghiên cứu này thể hiện như thế nào? Chế phẩm CGA thể hiện khả năng quét sạch trên 75% gốc tự do DPPH, chứng minh tiềm năng chống oxy hóa mạnh mẽ, đồng thời thể hiện tính kháng khuẩn chọn lọc khi ức chế vi khuẩn gây bệnh Escherichia coli nhưng vẫn duy trì sự sinh trưởng của lợi khuẩn Bacillus clausii.

Quy trình sấy nào phù hợp nhất để thu hồi chế phẩm bột CGA mà không làm mất hoạt tính? Quy trình tối ưu là cô đặc dịch chiết 20 lần bằng thiết bị chân không, sau đó tiến hành sấy chân không ở nhiệt độ ổn định 50 đến 60 độ C. Quá trình này giúp thu nhận bột CGA mịn có độ ẩm an toàn dưới 7% mà không gây oxy hóa hoạt chất.

Kết luận

• Công trình đã nghiên cứu thành công quy trình công nghệ sinh học sử dụng enzyme pectinase từ chủng nấm mốc Aspergillus niger CF5 để tách chiết hoạt chất Chlorogenic acid từ quả cà phê xanh Arabica Gia Lai.
• Xác lập chính xác bộ thông số kỹ thuật tối ưu: tỷ lệ cơ chất/dung môi 1:50, nồng độ enzyme 40 U/g, pH 5,5, nhiệt độ 50 độ C, thời gian 60 phút, đạt hàm lượng hoạt chất 53,82 mg/g.
• Định lượng chính xác hoạt chất bằng hệ thống HPLC Agilent 1260 và chứng minh chế phẩm sở hữu hoạt tính quét gốc tự do DPPH vượt trội trên 75% cùng khả năng kháng khuẩn đường ruột có chọn lọc.
• Thiết lập quy trình sấy chân không ở nhiệt độ 50 đến 60 độ C thu hồi bột CGA đạt chuẩn độ ẩm dưới 7%, mở đường cho sản xuất quy mô công nghiệp trong vòng 6 đến 12 tháng tới.
• Luận văn đóng góp giải pháp đột phá nâng cao chuỗi giá trị kinh tế ngành cà phê Việt Nam, biến nguồn quả xanh thành dược phẩm quý phục vụ chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể ứng dụng trực tiếp mô hình để phát triển sản phẩm thương mại hóa ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về Chlorogenic acid 1. Giới thiệu về Chlorogenic acid - Màu sắc: Màu vàng nhạt đến bột trắng. - Công thức phân tử: C16I18O9 - Công thức cấu tạo: về cấu trúc, chlorogenic acid là este của caffeic acid với nhóm 3-hydroxyl của quinic acid.

 Cấu trúc Chlorogenic acid Chlorogenic acid là este được hình thành giữa acid caffeic và 3-hydroxyl của acid L -quinic (Clifford, 1999), đồng phân chlorogenic acid bao gồm các este caffeoyl tại các vị trí hydroxyl khác nhau trên vòng acid quinic: 4 O acid -caffeoylquinic (acid cryptoChlorogenic hoặc 4-CQA) và 5 Oacid- caffeoylquinic (acid neoChlorogenic hoặc 5-CQA). Các cấu trúc có nhiều hơn một nhóm acid caffeic được gọi là acid isochlorogenic và có thể được tìm thấy trong cà phê (Barnes và cộng sự, 1950). Có một số đồng phân, chẳng hạn như acid 3,4-dicaffeoylquinic và acid 3,5-dicaffeoylquinic và cynarine (acid 1,5-dicaffeoylquinic) (Corse và cộng sự,1965). Công thức cấu trúc của chlorogenic acid 4  Sự tổng hợp CGA trong tự nhiên Tiền chất sinh tổng hợp của chlorogenic acid là 4-coumaroyl-CoA, chứa một nhóm hydroxyl duy nhất trên vòng aryl.

Các hydroxyl của este coumaryl, tức là gắn các nhóm hydroxy thứ hai, được xúc tác bởi enzyme cytochrome P450 (Vogt, 2010). Chlorogenic acid có thể được tìm thấy trong cây tre (Phyllostachys edulis) (Kweon, 2001) hay trong chồi của cây thạch nam (Calluna vulgaris) (Jalal và cộng sự, 1982) cũng như trong nhiều loại cây khác (Clifford, 2003). Trong thực phẩm, chlorogenic acid và các hợp chất liên quan như cryptochlorogenic acid và neochlorogenic acid đã được tìm thấy trong lá của cây dâm bụt (Sabdariffa) (Zhen, 2016). Các chất đồng phân của chlorogenic acid được tìm thấy trong khoai tây.

Ngoài ra, chlorogenic acid có trong thịt quả cà tím, đào, mận khô và quả cà phê. Công dụng của Chlorogenic acid Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc tiêu thụ bột chiết cà phê xanh có rất nhiều tác dụng đối với sức khỏe con người như hạ huyết áp, tác dụng ức chế sự tích tụ chất béo, tăng trọng lượng cơ thể và điều chỉnh hàm lượng đường trong máu (Farah, 2005). Các tác dụng này của bột chiết cà phê xanh được giải thích bởi sự có mặt của Chlorogenic acid có trong bột chiết do nó thể hiện các tính chất sinh học quý bao gồm kháng oxi hóa, kháng viêm, kháng ung thư, chống béo phì, hạ huyết áp và chống co giật (Santana-Gálvez, 2017). - Đối với bệnh béo phì: Một thí nghiệm trên chuột cho thấy rằng Chlorogenic acid làm giảm khối lượng cơ thể, chất béo nội tạng, triglycerid trong gan và tim, giảm cholesterol trong các mô mỡ và trong tim ở các con chuột bị béo phì (Ae- SimCho, 2010).

Chlorogenic acid làm hạn chế sự tăng cân và hạn chế sự tích tụ các axit béo tự do trong gan của chuột ăn chế độ giàu chất béo. Đối với con 5 người, có nghiên cứu đã chỉ ra rằng người béo phì với chỉ số BMI 27,5–32 khi dùng chế phẩm Coffee Slender từ cà phê xanh (45 mg CGAs/g), 5 cốc/ngày đã giảm được 5,4 kg trong vòng 12 tuần (Thom, 2007). - Đối với các rối loạn chuyển hóa lipid máu: Chlorogenic acid giảm axit béo tự do triglyceride và cholesterol trong huyết tương và làm tăng đáng kể tỷ số HDL-cholesterol/cholesterol toàn phần ở chuột ở nhóm chuột bị gây béo phì (Ae-SimCho, 2010). Khi cho chuột ăn chế độ giàu cholesterol, Chlorogenic acid (10 mg/kg trong 28 ngày) làm giảm cholesterol toàn phần và LDL-cholesterol, tăng HDL cholesterol và cải thiện các chỉ số liên quan đến nguy cơ bệnh động mạch vành và bệnh tim.

- Đối với bệnh tiểu đường: Ở chuột bị tiểu đường, chế độ ăn có Chlorogenic acid (27 mg/kg trong 11 ngày) làm giảm hàm lượng glucose trong máu (Attila Hunyadi và cộng sự, 2012). Sử dụng Chlorogenic acid (10 hoặc 50 mg/kg thể trọng trong hai tuần) làm giảm lượng chất béo và nồng độ đường glucose trong máu sau ăn của chuột bị béo phì đồng thời rút ngắn thời gian lành vết thương của chúng (Deniz Bagdasa, 2015) (Junghyun Kim, 2011). Đối với con người, việc sử dụng bột chiết giàu Chlorogenic acid từ hạt cà phê xanh (300 mg chất chiết chứa 13,9% Chlorogenic acid) cùng với snack giàu glucid làm giảm hàm lượng glucose trong máu sau khi ăn. Hàm lượng glucose trong máu của người tình nguyện giảm 6,9% khi được uống nước chứa 25 g đường saccharose và chế phẩm Coffee Slender từ cà phê xanh so với nhóm đối chứng (Thom, 2007).

- Đối với bệnh cao huyết áp: Theo Thom (2007), đối với chuột bị cao huyết áp, tác giả đã chỉ ra rằng chế độ ăn bổ sung 0,5% Chlorogenic acid trong 8 tuần hạn chế đáng kể sự tăng huyết áp. Đối với người khỏe mạnh, Chlorogenic acid tinh khiết (400 mg) làm giảm huyết áp 1,53-2,41 mm Hg. Trong một thí nghiệm khác, 117 6 tình nguyện viên 30-50 tuổi bị cao huyết áp ở mức độ trung bình dùng súp bổ sung bột chiết cà phê xanh với hàm lượng Chlorogenic acid tương ứng 0, 25, 50 và 100 mg trong 28 ngày có huyết áp giảm 3,2-4,7 mm Hg (Kazuya Kozuma và cộng sự, 2005). Một nghiên cứu khác thực hiện đối với 11 đàn ông và 17 phụ nữ bị cao huyết áp ở mức độ trung bình cho thấy huyết áp giảm 6,9-7,7% khi uống nước rau quả có bổ sung 0,48 g bột chiết cà phê xanh/ngày (chứa 140 mg Chlorogenic acid) trong 12 tuần (Takuya Watanabe, 2006).

* Vai trò của Chlorogenic acid trong công nghiệp thực phẩm: Tiềm năng ứng dụng Chlorogenic acid trong công nghiệp chế biến thực phẩm rất lớn do hợp chất này thể hiện khả năng kháng khuẩn, kháng oxi hóa, hoạt động hiệp đồng với các chất kháng oxi hóa khác trong thực phẩm và có tính chất prebiotic (Santana-Gálvez, 2017). - Về khả năng kháng khuẩn: Việc sử dụng chất bảo quản hóa học tổng hợp trong các sản phẩm thực phẩm là một mối quan ngại cho người tiêu dùng bởi các tác dụng phụ của chúng. Do đó, việc xác định các chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên có thể được chấp nhận bởi người tiêu dùng đã trở nên có giá trị và là mối quan tâm của rất nhiều nhà sản xuất thực phẩm. Nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng Chlorogenic acid có thể được sử dụng như một chất bảo quản do có khả năng kháng vi sinh vật.

Khả năng kháng các vi sinh vật probiotic của Chlorogenic acid cũng được nghiên cứu. Chlorogenic acid không kìm hãm sự phát triển của Bifidobacterium lactis, Lactobacillus crispatus (L. rhamnosus khi nồng độ đạt đến 10 mg/m (R.Đây này là một thuận lợi đáng kể cho việc ứng dụng Chlorogenic acid trong bảo quản các sản phẩm thực phẩm như chất kháng khuẩn. - Về khả năng kháng oxi hóa: 7 Chlorogenic acid có khả năng hạn chế sự oxi hóa trong thực phẩm đặc biệt là các thực phẩm giàu chất béo và các nhũ tương dầu/nước hay nước/dầu.

Quá trình oxi hóa chất béo trong thực phẩm thường làm giảm giá trị dinh dưỡng, giá trị sinh học và giá trị cảm quan của các sản phẩm thực phẩm do các chất béo đặc biệt là các axit béo không no nhiều nối đôi và các vitamin bị phân giải, các sản phẩm oxi hóa tạo thành (hydroxyperoxide, aldehyde, polymer) gây nên mùi ôi khét và đôi khi độc cho thực phẩm. - Về hoạt động hiệp đồng với các chất kháng oxi hóa khác: Hoạt động hiệp đồng của các chất kháng oxi hóa làm tăng mạnh hiệu quả kháng oxi hóa của các chất kháng oxi hóa tự nhiên. Cơ chế hiệp đồng có thể là khử gốc tự do của chất kháng oxi hóa khác sau khi chất này đã cho điện tử và vô hoạt gốc tự do. Ngoài ra, sự bảo vệ các chất kháng oxi hóa cũng là một cơ chế hoạt động hiệp đồng.

Anthocyanin là một chất kháng oxi hóa rất phổ biến trong tự nhiên đặc biệt trong các loại rau, quả có màu đỏ, tím, đen, xanh. Chúng có khả năng kháng oxi hóa mạnh nhưng lại kém bền dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng và pH kiềm. - Về tác dụng prebiotic: Tác dụng prebiotic của Chlorogenic acid thể hiện ở khả năng tăng cường phát triển của các vi sinh vật có lợi trong đường ruột. Mills và cộng sự.

(2015) trong thí nghiệm in vitro của mình với hệ thống bắt chước ruột già của người đã chỉ ra rằng Chlorogenic acid tinh khiết hoặc cà phê giàu Chlorogenic acid tăng cường sự phát triển của vi sinh vật có lợi trong đường ruột bao gồm Bifidobacterium spp. và nhóm Clostridium coccoides-Eubacterium. Với rất nhiều các kết quả khả quan về tác dụng dược lý cũng như tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm của Chlorogenic acid từ hạt cà phê xanh, việc tách chiết Chlorogenic acid từ nguyên liệu này cung cấp chế phẩm hoạt chất tự nhiên quý, làm nguyên liệu sản xuất các thực phẩm chức năng dùng trong phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính như tăng huyết 8 áp, tiểu đường và đặc biệt là hội chứng chuyển hóa, những bệnh lý đang tăng nhanh hiện nay. Ngoài ra Chlorogenic acid cũng có thể tạo ra các phản ứng tích cực với cơ thể.

Theo nghiên cứu mới đây của Carlos Tello (2020), CGA có các tác dụng sau: - Ức chế 11-βHSD1 là enzyme tạo ra các hormon gây tăng huyết áp. - Kích hoạt thụ thể GABAa bằng cách liên kết với vị trí của benzodiazepine, dẫn đến giảm mức độ lo lắng. - Tăng Glucagon – một loại hormon làm tăng nồng độ insulin trong máu và làm giảm glucose. - Kích hoạt Peroxisome proliferator – Activated receptor alpha dẫn đến tăng sự gia nhiệt và giảm mỡ cơ thể.

- Ức chế HMG-CoA là enzyme chịu trách nhiệm sản xuất cholesterol và là mục tiêu chính của thuốc statin. - Ức chế acetylcholinesterase giúp cải thiện nhận thức và trí nhớ. Một số sản phẩm thực phẩm chức năng chứa chlorogenic acid. Tổng quan về cà phê 1.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà phê ở Việt Nam Cà phê là một trong những thức uống phổ biến nhất trên toàn thế giới, nó được trồng rộng khắp ở hơn 75 nước nhiệt đới và cận nhiệt đới, là nguồn lợi xuất khẩu quan trọng cho các quốc gia này. 9 Cây cà phê được người Pháp đưa vào Việt Nam từ khoảng năm 1850. Do điều kiện khí hậu và đất đai thích hợp nên cây được phát triển trên quy mô rộng và cho hạt chất lượng tốt không kém sản phẩm của những nước sản xuất và xuất khẩu cà phê lớn trên thị trường. Tuy nhiên phải đến sau giải phóng ngành cà phê Việt Nam mới đi vào thời kỳ phát triển, sản lượng sản xuất ra chủ yếu để xuất khẩu.

Cà phê thuộc họ Rubiaceae với hơn 70 loài khác nhau, nhưng hai loài có giá trị kinh tế quan trọng đó là: Arabica (Coffea arabica) và Robusta (C. Cây cà phê trồng ở nước ta hiện nay có 3 loài là: cà phê chè (Coffea arabica), cà phê vối (C. canephora) và cà phê mít (C.