Thành Phần Hoá Học Của Hạt Cà Phê

Nội Dung Chính

Mặc dù các giống cà phê đều có chung nguồn gốc, đều là quả từ cây thuộc chi Coffea, có cấu tạo giải phẫu tương đồng nhau, và được chế biến theo một số phương pháp như nhau. Tuy nhiên, mỗi loại cà phê mà bạn pha chế sẽ có một thành phần hóa học khác nhau và mang lại trải nghiệm hương vị hoàn toàn khác nhau.

Sự khác biệt rất nhỏ trong thành phần hoá học của cà phê nhân xanh có thể tạo nên hương vị riêng biệt của cà phê sau khi rang. Hầu như tất cả các thành phần của hạt cà phê xanh đều đóng góp vào hương vị và màu sắc của cà phê – ngay cả hàm lượng nước cũng ảnh hưởng đến chất lượng cuối cùng của cà phê. Các tiền chất tạo hương vị quan trọng nhất bao gồm: Carbohydrate hòa tan (đường); chất béo (lipid); các hợp chất chứa nitơ bao gồm protein, các axit amin (còn gọi là amino acid), caffeine, trigonelline; axit hữu cơ nói chung và axit chlorogenic nói riêng, v.v… Tỷ lệ giữa các thành phần này rất đa dạng, tùy thuộc vào giống, xuất xứ, phương pháp chế biến và khí hậu. Minh họa dưới đây giúp so sánh các thành phần hoá học chính của cà phê nhân arabica và robusta, số liệu trên biểu đồ là giá trị trung bình của bảng biểu ở phần dưới.

1. Bảng thành phần hóa học của cà phê nhân arabica và robusta, tính theo phần trăm khối lượng khô

Phỏng theo The Craft and Science of Coffee, Britta Folmer, 2016

2. Cacbohydrate

Carbohydrate (là một phân tử sinh học được tạo thành từ carbon (C), hydro (H) và oxy (O)) chiếm khoảng 40-65% thành phần hóa học của cà phê. Trong hoá sinh học, các phân tử carbohydrate thường được gọi chung là saccharide và được chia thành bốn nhóm hóa học: monosaccharide, disaccharide, oligosaccharide và polysaccharide. Ba nhóm đầu tiên – gồm mono, di và oligosaccharide là những phân tử carbohydrate đơn giản nhất. Vì vậy, chúng có trọng lượng phân tử thấp và thường được gọi là đường. Trong khi đó, polysaccharide là những phân tử được cấu thành từ nhiều đơn vị monosaccharide, có trọng lượng phân tử cao và thường khó tan trong nước.

2.1. Carbohydrate có trọng lượng phân tử thấp

Trong cà phê, carbohydrate có trọng lượng phân tử thấp tức các chuỗi phân tử chứa từ 2 đến 10 loại đường đơn, điển hình như sucrose, raffinose, maltodextrin hoặc cellodextrin và tinh bột, v.v… Trong số này, sucrose – một loại đường đôi (disaccharide) được hình thành từ hai loại đường đơn glucose và fructose là phổ biến nhất (chiếm đến 90% thành phần đường trong cà phê). Hàm lượng đường đơn (monosaccharide) trong cà phê tương đối thấp. Các giống cà phê thuộc loài arabica có xu hướng chứa lượng đường sucrose nhiều gấp đôi so với robusta. Hầu hết các nghiên cứu chỉ ra hàm lượng sucrose trong hạt robusta trong khoảng từ 0.9-4.85%, đối với arabica là từ 6.25-8.45%.

Thành phần đường trong hạt và lớp vỏ của quả C. arabica trong quá trình phát
triển. Các giai đoạn phát triển bao gồm: Giai đoạn đậu quả (A); Giai đoạn tăng
trọng (B); Giai đoạn nghỉ (C); Giai đoạn lấp đầy nội nhũ (D); Giai đoạn chín
(E). Phỏng theo Coffee: Production, Quality and Chemistry, Adriana Farah, 2019.

Trong quá trình rang, các oligosaccharide có trong cà phê sẽ bị phân hủy thành monosaccharide. Đến lượt mình, các phân tử monosaccharide (như glucose, fructose và galactose) sẽ bị phân mảnh hoặc tiếp tục tham gia vào các phản ứng Maillard, tạo ra nhiều hương vị phức tạp có trong cà phê, hoặc tạo thành các axit dễ bay hơi như axit acetic, axit formic, axit lactic.

Một số nghiên cứu đã xác nhận rằng hương vị phức tạp hơn của arabica so với robusta bắt nguồn từ hàm lượng đường sucrose cao hơn của arabica. Nói chung, hàm lượng đường cao hơn trong hạt cà phê tương quan với chất lượng hương vị tốt hơn, và quan trọng nhất – hàm lượng sucrose sẽ tăng theo mức độ chín, cà phê được thu hoạch ở độ chín tối ưu sẽ có lượng đường tối đa

2.2. Carbohydrate có trọng lượng phân tử cao

Carbohydrate có trọng lượng phân tử cao (polysaccharide) nằm trong phức hợp thành tế bào khá dày, đặc của hạt cà phê và chiếm đến 50% khối lượng khô của hạt. Mặc dù nhiều loại polysaccharide khác nhau đã được tìm thấy trong thành phần của hạt cà phê, nhưng hiện nay người ta đã xác định được rằng nhóm polysaccharide chủ yếu của hạt cà phê bao gồm:

• Mannan và/hoặc galactomannan: Trong đó, Mannan là các polysaccharide có chứa đường mannose (một loại đường đơn có cấu trúc tương tự đường glucose). Galactomannan là các polysaccharide bao gồm xương sống mannose với các nhánh bên được tạo thành từ các đường đơn như galactose.

• Arabinogalactan còn được gọi là galactoarabinan là một polysaccharide bao gồm hai loại monosaccharide là arabinose và galactose.

• Cuối cùng là cellulose. Đây là một chuỗi phân tử có từ vài trăm đến nhiều nghìn đơn vị glucose. Hàm lượng của các polyme này trong cà phê arabica cao hơn so với cà phê robusta.

Galactomannan là polysaccharide phong phú nhất trong hạt cà phê xanh, chiếm ít nhất 19% khối lượng của hạt cà phê điển hình. Chúng hoạt động như carbohydrate dự trữ để tạo thành một phần năng lượng cho quá trình nảy mầm của hạt, tương tự như vai trò của tinh bột trong các loại ngũ cốc. Khoảng 12 đến 24% các phân tử polysaccharide bị phân huỷ trong cà phê rang nhạt và 35 đến 40% bị phân huỷ khi rang đậm.

Nhóm polysaccharide dường như không góp phần đặc biệt vào việc hình thành hương vị của cà phê trong quá trình rang, bù lại chúng giúp truyền đạt các đặc tính cảm quan khác của cà phê, chẳng hạn như độ nhớt và cảm giác miệng (các yếu tố tạo nên thuộc tính “body” trong đánh giá cảm quan). Nói chung, vai trò của các carbohydrate có trọng lượng phân tử thấp trong việc hình thành các thành phần cà phê rang được hiểu rõ hơn nhiều so với các carbohydrate có trọng lượng phân tử cao.

Tóm lại, đối với thành phần carbohydrate trong cà phê. Các phân tử monosaccharide và disaccharide rất dễ bị tác động bởi xử lý nhiệt. Chúng bị phân hủy trong vòng vài phút sau khi rang. Mặt khác, sự phân tách của các polysaccharide và sự tham gia của chúng trong quá trình hình thành hương vị phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, các siêu phân tử như cellulose và mannan hầu như không thay đổi.

3. Axit và Phenol

Axit được cho là một trong những thành phần quan trọng nhất trong cà phê, trong số rất nhiều cách phân loại khác nhau, cách đơn giản nhất là tách các axit trong cà phê thành hai nhóm: các axit hữu cơ (organic acids) và axit chlorogenic (CGA). Mặc dù cả hai nhóm axit đều quan trọng đối với các đặc điểm cảm quan tổng thể của cà phê, nhưng chúng khá khác biệt với nhau.

Axit hữu cơ là những hợp chất tạo nên vị chua cảm nhận được mà chúng ta thường đề cập đến trong đánh giá cảm quan (thuộc tính “acidity”) như: Axit citric, axit malic, axit lactic, v.v… Nhìn chung, sự kết hợp của các axit hữu cơ là đối trọng với độ ngọt (sweetness), sự hiện diện của độ chua giúp cốc cà phê không bị nhạt nhẽo, hoặc theo cách gọi của các chuyên gia thử nếm là “phẳng” (flat ). Trong số này, axit citric và axit malic đại diện cho một phần đáng kể (hơn 50%) của tổng hàm lượng axit trong cà phê nhân và rất quan trọng đối với tính chất cảm quan của cà phê.

Các axit hữu cơ trong cà phê có nguồn gốc rất đa dạng: Một số được rễ cây cà phê hấp thụ từ đất (phosphate cho axit photphoric); một số được tạo ra bởi cây cà phê thông qua quá trình quang hợp (axit chlorogenic, axit malic, axit citric); một số được tạo ra thông qua quá trình lên men trong giai đoạn chế biến sau thu hoạch (axit acetic, axit lactic, axit malic và axit fumaric); một số được tạo ra trong quá trình rang (axit formic, axit acetic, axit glycolic và axit lactic) và một số thậm chí có thể được tạo nên trong quá trình pha chế (nhiệt độ của nước pha có thể làm cho một lượng nhỏ axit chlorogenic còn lại trong hạt phân tách thành axit quinic và axit caffeic).

Axit chlorogenic (viết tắt là CGA) hay caffeoylquinic acid (viết tắt là CQA) ít được biết đến hơn một chút so với các axit hữu cơ và phức tạp hơn rất nhiều. CGA cùng với caffeine và trigonelline là các chất chuyển hóa tích tụ trong hạt cà phê – giúp cà phê (và nhiều loại thực vật khác) chống lại các loại côn trùng, sâu bệnh v.v… Thuật ngữ CGA đề cập đến một họ bao gồm nhiều loại este của axit quinic và axit caffeic, và do đó cấu trúc của CGA có thể trở nên khá phức tạp. Trong phân nhóm CGA, có nhiều phân nhóm khác nhau, dựa trên cấu trúc và thành phần, và trong mỗi phân nhóm, có nhiều đồng phân khác nhau.

Cho đến nay, axit chlorogenic vẫn là một trong các axit có hàm lượng cao nhất trong cà phê, với khoảng 6-9% trong cà phê arabica (và 7-12% trong cà phê robusta) – một lượng lớn hơn nhiều so với caffeine (1-2%). Các con số này sẽ sụt giảm khoảng 50% khi rang, do CGA dễ phân hủy bởi nhiệt độ. Chính vì đặc tính này, ảnh hưởng của CGA đối với hương vị cà phê trên thực tế là đến từ các sản phẩm của quá trình phân hủy chính nó (chúng ta sẽ thảo luận sâu hơn trong quá trình rang) và không đóng góp đáng kể vào độ chua của cà phê sau khi pha.

Tóm lại, các axit hữu cơ và CGA rất khác nhau về cấu trúc, vai trò như tiền chất hương vị và đóng góp vào cấu trúc cảm quan của cà phê. Nói chung, các axit có trong cà phê chiếm khoảng 11% khối lượng hạt cà phê nhân xanh và 6% khối lượng hạt cà phê rang. Sau đây, chúng ta có thể liệt kê một số các loại axit hữu cơ phổ biến trong cà phê.

3.1. Axit citric

Đây là axit hữu cơ phổ biến thứ hai trong cà phê rang. Nó thực sự được sản xuất bởi chính cây cà phê (khi quả cà phê chín, axit citric chuyển hóa thành đường, với hạt cà phê từ quả chưa chín, hàm lượng axit citric cao hơn). Mặc dù axit citric góp phần tích cực vào độ chua của cà phê, nhưng khi có mặt với nồng độ cao, nó có thể làm cho cà phê có vị khó chịu. Mặt khác, axit citric có thể hao hụt đến 50% trong quá trình rang vừa, và tiêu hao nhiều hơn khi quá trình rang diễn ra sâu hơn. Cà phê arabica có hàm lượng axit citric trung bình khoảng 12.3 g/kg, và đối với robusta là 8.6 g/kg.

3.2. Axit malic

Loại axit “ngon miệng” này được cho là góp phần tạo nên hương vị của các loại quả như táo, lê, đào, mận, v.v… Trên thực tế, loại axit này được tìm thấy với nồng độ cao trong táo, khiến nó rất quen thuộc và dễ dàng phân biệt với các loại axit khác. Đối với cà phê hàm lượng axit malic thường ở mức trung bình là 5.6g/kg đối với arabica và 3.0g/kg đối với robusta. Một nghiên cứu thú vị đến từ các tác giả của cuốn Coffee: Recent Developments, cà phê Kenya có nồng độ axit malic cao nhất trong số các loại cà phê arabica từng được biết đến.

3.3. Axit acetic

Loại axit chính trong giấm, là một trong các axit hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong chất lượng cà phê. Vì axit acetic được sinh ra trong quá trình chế biến, thay vì có sẵn trong chính quả cà phê, nên nồng độ axit acetic cao hay thấp còn phụ thuộc vào phương pháp chế biến ướt hoặc khô. Axit acetic có thể làm cho cà phê có mùi khó chịu, gây nên vị lên men nếu ở nồng độ cao. Tuy nhiên với nồng độ thích hợp, nó được cho là một thuộc tính tích cực. Nồng độ axit acetic trong cà phê nhân có thể tăng tới 25% ở mức rang vừa (medium), nhưng sẽ giảm xuống nếu tiếp tục rang.

3.4. Axit tartaric

Được tìm thấy nhiều nhất trong nho – loại làm rượu vang, nó cũng được tìm thấy trong chuối, cam, quýt, và tất nhiên là cà phê. Mặc dù có hàm lượng tương đối cao, nhưng axit tartaric bị phân hủy rất đáng kể sau khi rang, khiến cho loại axit này gần như không thể phát hiện được khi thử nếm.

3.5. Axit photphoric

Không giống như các axit hữu cơ đã liệt kê ở trên, axit photphoric là một axit vô cơ, nồng độ axit photphoric thường tăng gấp đôi sau khi rang. Nhìn chung, cà phê arabica chứa ít axit photphoric hơn (trung bình 1.3 g/kg) so với cà phê robusta (trung bình 1.7 g/kg) .

3.6. Axit quinic và axit caffeic

Đây là hai sản phẩm được hình thành khi axit chlorogenic bị phân hủy trong quá trình rang. Hàm lượng axit quinic và caffeic tự do tăng nhẹ trong quá trình rang, do sự phân hủy axit chlorogenic, mặc dù không theo tỷ lệ, vì chúng tham gia vào các phản ứng đồng thời khác như phản ứng lacton hóa tạo ra các hợp chất đắng, mùi thơm, v.v… (chúng ta sẽ thảo luận thêm ở phần rang). Về mặt hóa học, cả axit caffeic và axit quinic đều được coi là axit phenolic và thường liên quan đến tính làm se (cảm giác khô) trong cà phê và được tìm thấy trong một loạt các loại đồ uống khác như trà, sô-cô-la.

4. Các hợp chất chứa nitơ

Mặc dù chiếm ít hơn 1% trọng lượng khô của cà phê xanh, nhưng các axit amin tự do (những phân tử tạo thành protein) là nhóm hợp chất quan trọng nhất trong quá trình phát triển hương vị cà phê. Sự đa dạng của các axit amin góp phần vào sự phức tạp của phản ứng Maillard, với các axit amin khác nhau dẫn đến hương thơm rất khác nhau. Axit glutamic, axit aspartic và asparagin là ba axit amin tự do chính trong cà phê, các axit amin tự do này hầu như bị phá hủy hoàn toàn trong các phản ứng Maillard trong quá trình rang. Các chuỗi axit amin dài được gọi là protein (hay peptit ) cũng có thể hoạt động như tiền chất tạo mùi vì chúng có thể phân hủy thành các phân tử phản ứng nhỏ hơn. Khoảng 30% protein trong cà phê nhân bị phân hủy trong quá trình rang.

Một số nghiên cứu đã chỉ ra mối tương quan thuận trong chất lượng giữa hàm lượng protein cao hơn trong cà phê xanh so với chất lượng cà phê sau khi rang. Cà phê chín có hàm lượng protein cao hơn so với cà phê chưa trưởng thành.

4.1. Caffeine và Trigonelline

Bên cạnh protein và các axit amin tự do, cà phê còn chứa alkaloid purine – một hợp chất chứa nitơ, gọi đơn giản là caffeine. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sinh tổng hợp axit chlorogenic và caffeine trong cây cà phê tương quan thuận với nhau – nghĩa là một giống cà phê có khả năng tạo ra nhiều axit chlorogenic cũng sẽ tạo ra nhiều caffeine. Sự phụ thuộc lẫn nhau về hóa lý và trao đổi chất giữa caffeine và axit chlorogenic đã làm nên đặc tính kháng sâu bệnh mạnh mẽ của cà phê robusta. Sau khi quả phát triển hoàn toàn và bắt đầu chín, có 70-90% caffeine nằm trong hạt và phần còn lại nằm trong vỏ quả.

Mặc dù có sự khác biệt về hàm lượng giữa các loài cà phê khác nhau (arabica có ít caffeine hơn so với robusta), nhưng nhìn chung caffeine rất bền với nhiệt và ít hao hụt trong quá trình rang. Caffeine từng nổi tiếng với vai trò gây nên vị đắng của cà phê, nhưng nó thường đóng góp nhỏ hơn 10-20% vị đắng tổng thể. Cà phê đã khử caffeine vẫn có vị đắng, vì vậy luôn có các hợp chất khác được coi là quan trọng hơn trong việc tạo ra vị đắng của cà phê.

Ngoài các axit amin, protein và caffeine, cây cà phê còn tạo ra trigonelline – một chất chuyển hóa thứ cấp chứa nitơ quan trọng khác. Trigonelline được xếp vào cùng loại hóa chất với caffeine: Một alkaloid pyridine. Trong sinh vật học, alkaloid thường được cây sử dụng như một loại thuốc trừ sâu tự nhiên. Trong hạt cà phê, nồng độ trigonelline thường chiếm khoảng 1-2% trọng lượng khô nhưng trong quá trình rang, trigonelline bị phân hủy đáng kể.

Sự phân hủy của trigonelline trong quá trình rang (ở nhiệt độ gần 200°C) giúp tạo ra nhiều chất thơm với các hương vị tích cực như: Pyrazine, furan, alkyl pyridine và pyrrole, đồng thời giúp tạo nên một phần vị đắng của cà phê. Đáng chú ý nhất trong số này là axit nicotinic (niacin) hay còn được gọi là Vitamin B3 – một loại vitamin quan trọng trong chế độ ăn của chúng ta, được tạo ra bằng cách khử nhóm methyl của trigonelline ở nhiệt độ cao.

5. Lipid

Chất béo (hay Lipid) của cà phê bao gồm chủ yếu là triacylglycerol (triglyceride, hay còn gọi là chất béo trung tính chiếm khoảng75%), diterpene, sterol và tocopherol, đây là những thành phần điển hình được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu thực vật phổ biến. Hàm lượng lipid của hạt cà phê Arabica xanh trung bình khoảng 16%, trong khi cà phê Robusta chứa ít hơn nhiều, khoảng 10%. Hầu hết các chất béo (hay dầu cà phê), nằm trong nội nhũ của hạt cà phê, trong khi chỉ một lượng nhỏ, sáp cà phê (coffee wax), nằm ở lớp ngoài. Lượng sáp này chiếm 0.2% đến 0.3% khối lượng hạt cà phê và không có nhiều đóng góp trong quá trình sản xuất và tiêu thụ cà phê.

Dầu cà phê (không bao gồm sáp) có thành phần chủ yếu là chất béo trung tính, với các axit béo theo tỷ lệ tương tự như tỷ lệ được tìm thấy trong các loại dầu thực vật ăn được thông thường (axit linoleic chiếm khoảng 40-45% và axit palmitic khoảng 25-35%). Phần chất béo không thể xà phòng hóa (nonsaponifiable lipid) tương đối lớn, chủ yếu là cafetol, kahweol và 16-O-methylcafestol (16-OMC), những chất này ngày càng được chú ý trong những năm gần đây do tác dụng sinh lý của chúng. Hơn nữa, 16-OMC do chỉ có trong cà phê robusta nên hiện được sử dụng như một chất chỉ thị đáng tin cậy để xác định hàm lượng cà phê robusta trong hỗn hợp cà phê ở quy mô công nghiệp.

Tương tự như đối với caffeine, quá trình rang sẽ làm tăng lượng lipid, hơn nữa các điều kiện rang khác nhau (thời gian và nhiệt độ) không ảnh hưởng đến tổng hàm lượng lipid. Sự khác biệt về hàm lượng lipid của cà phê nhân xanh và cà phê rang là do hàm lượng nước và chất khô tổng thể bị mất sau khi rang, trong khi các loại dầu và chất béo có trong cà phê, bền với nhiệt, và hầu hết chúng đều tồn tại nguyên vẹn sau khi rang.

6. Khoáng chất

Cả hai loại cà phê arabica và robusta chứa một lượng nhỏ khoáng chất – và gần tương đương nhau (3 – 5.4%). Các khoáng chất này bao gồm Kali, Canxi, Magie, Phosphor, Lưu huỳnh, v.v… Các khoáng chất có trong cà phê rất bền nhiệt và không tham gia vào các phản ứng rang. Loại khoáng chất quan trọng nhất trong cà phê là Kali (chiếm khoảng 40% tổng hàm lượng khoáng chất có mặt trong cà phê), nhưng cà phê thường không được coi là nguồn cung cấp khoáng chất quan trọng trong chế độ ăn uống của chúng ta.

Ảnh hiển vi điện tử cho thấy các tinh thể
caffeine kết tinh trong chiết xuất từ
cà phê. Màu sắc chỉ mang tính minh họa
(ảnh hiển vi điện tử thực tế có màu trắng
đen)

7. Caffeine

Caffeine lần đầu tiên được phân lập từ hạt cà phê vào năm 1820 bởi nhà hóa học người Đức – Friedlieb Ferdinand Runge. Ở điều kiện phòng, caffeine nguyên chất là một dạng bột kết tinh màu trắng, không mùi, có vị đắng (trái với suy luận thông thường của chúng ta về một hợp chất màu nâu như cà phê). Trong ngành hoá học, cái tên “Caffeine” không cung cấp bất kỳ thông tin nào về bản chất hóa học của nó. Caffeine thuộc nhóm metyl xanthin và mang danh pháp hoá học là 1.3.7-trimethylpurine-2.6-dione (công thức hoá học là: C8H10N₄O₂), ngoài ra, nó còn có nhiều tên gọi khác như: coffeine, theine, mateine, guaranine, methyltheobromine. Caffeine được tìm thấy trong hạt, quả, hoặc lá của một số loài thực vật như cà phê, chè, hạt cola, quả guarana và ca cao, v.v…

Caffeine được xem là một phân tử khá ổn định trong cà phê. Nói cách khác, nó không kết hợp hoặc tương tác với các phân tử khác. Caffeine thể hiện hai dạng tinh thể khác nhau, ở trạng thái tinh khiết và khi kết tinh với nước – lúc này caffeine sẽ hình thành những sợi tinh thể hình râu điển hình (như minh họa bên trên). Tinh thể caffeine cũng có thể được tìm thấy dưới dạng cặn trong các nhà máy chế biến cà phê, đặc biệt là xung quanh các máy rang. Điều này là do tính chất thăng hoa của caffeine, ở nhiệt độ cao (khoảng 178°C) caffeine có thể chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi một cách trực tiếp mà không cần hóa lỏng như bước trung gian. Nên caffeine được xem là một trong những hợp chất rất bền với nhiệt, và ít hao hụt trong quá trình rang nhất.

Caffeine là chất kích thích được biết đến rộng rãi nhất trên trái đất và hạt cà phê là hệ thống phân phối hàng đầu của nó. Ngày nay, hầu hết dân số trên thế giới, bất luận giới tính, tuổi tác hay văn hóa đều tiêu thụ caffeine hàng ngày, tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu của cuốn sách này, chúng tôi không đề cập đến hiệu quả hoặc nguy cơ y tế của loại chất kích thích này.

Một trong nhiều giả thuyết giải thích cho sự thèm muốn về caffeine nảy sinh từ thực tế là chất này gần giống với một chất có hàm lượng nitơ cao gọi là xanthine – được tìm thấy với lượng nhỏ trong tất cả các mô của cơ thể. Do đó, theo quan điểm của nhiều nhà khoa học, sự “thèm” caffeine của con người là biểu hiện của một khao khát vô thức để tăng dự trữ xanthine do các mô tạo ra. Tuy vậy, quan điểm này không thể giải thích cho việc vì sao cây cà phê trở thành nguồn cung cấp caffeine có ảnh hưởng quan trọng đến nền văn minh của con người thông qua đồ uống cà phê. Vì trên thực tế, hạt Cola acuminata (phổ biến ở Châu Phi) hay hạt Guarana (phổ biến ở Brazil) và nhiều loài thực vật khác có hàm lượng caffeine tương đương hoặc cao hơn hạt của cây cà phê.

Khi chúng ta uống cà phê, caffeine dường như thể hiện tác dụng của nó ở nhiều vị trí khác nhau trong cơ thể. Trong khi một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng caffeine tác động trực tiếp đến cơ bắp hoặc có tác dụng an thần (nó kích thích hệ thần kinh trung ương) và dễ gây hưng phấn. Thì một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng caffeine có thể làm tăng huyết áp, tăng nhịp tim (nhưng tác dụng này chỉ là tạm thời); hoặc có vai trò như một loại thuốc lợi tiểu (mặc dù các nghiên cứu gần đây cho thấy nó không làm mất nước); một số nghiên cứu khác còn chỉ ra rằng caffeine làm tăng sự mất canxi (thông qua việc huy động ion canxi (Ca2+) để tăng cường vận động thể chất ). Mặc dù vậy, tác động tiêu cực này có thể được bù đắp với ít nhất là hai thìa sữa mỗi ngày (hãy uống cà phê sữa).

Tuy nhiên, phần lớn – nếu không muốn nói là tất cả những gì chúng ta biết, về vai trò kích thích, hưng phấn, tỉnh táo, v.v… của cà phê có được từ các phản ứng thần kinh. Nhiều tác dụng cung cấp năng lượng của caffeine có trong cà phê đến từ sự tương tác của nó với các thụ thể Adenosine (bản thân Adenosine là một hợp chất rất cần thiết cho mọi sự sống) trong não, đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển giao năng lượng.

Khi chúng ta tỉnh táo, các tế bào thần kinh trong não liên tục hoạt động và sản phẩm phụ của quá trình hoạt động này là Adenosine, một hợp chất sinh hóa với vai trò chất điều hòa thần kinh cho hệ thần kinh trung ương. Các thụ thể trong hệ thống thần kinh của chúng ta liên tục theo dõi mức độ Adenosine được sản sinh, và khi chúng tăng quá cao, bộ não của chúng ta sẽ làm chậm hoạt động thần kinh và làm giãn mạch máu, gây nên cảm giác buồn ngủ hoặc thèm được nghỉ ngơi (). Nhưng khi caffeine được tiêu thụ và lưu thông trong máu, nó sẽ dễ dàng chiếm vị trí của Adenosine tại các thụ thể trong não (và các nơi khác trong cơ thể), giúp tăng cường sự tỉnh táo.

(*) Adenosine không phải là một “kẻ xấu” trong cơ thể – mà là cơ chế sinh học tự nhiên của con người. Vì nếu cứ kéo dài sự làm việc thì cơ thể sẽ mau suy nhược. Giấc ngủ là cơ hội để cơ thể nghỉ ngơi, bồi dưỡng sinh lực, sẵn sàng cho các hoạt động kế tiếp.

Vì phân tử caffeine có cấu trúc hóa học tương tự Adenosine nên caffeine có thể liên kết với các thụ thể thần kinh (nơi vốn dành cho việc tiếp nhận Adenosine) mà không kích hoạt chúng, ngăn chặn các thụ thể phát hiện ra Adenosine và do đó, giúp chúng ta tỉnh táo ngay cả khi mức độ Adenosine có thể tăng cao.

Trong minh họa trên, chúng ta còn thấy một trong số các sản phẩm chuyển hoá từ caffeine trong cơ thể: Theophylline, một chất nổi tiếng với vai trò làm giãn phế quản. Ngoài một số tác động như tăng sức co bóp và hiệu quả của cơ tim, ngăn chặn hoạt động của Adenosine thì vai trò quan trọng nhất của Theophylline là làm giãn các mạch máu và cơ trơn (đây là tên của nhóm cơ cấu tạo nên các cơ quan rỗng trong cơ thể như phế quản, bàng quang, dạ dày, v.v…) qua đó giúp tăng lưu thông máu đến các tế bào – và tất nhiên là có nhiều oxy hơn cho hoạt động của chúng. Đồng thời, sự nới lỏng này của cơ trơn còn gây ra một hiệu ứng phổ biến mà chúng ta đã đề cập từ đầu: “lợi tiểu”. Điều này đã được chứng minh một cách khoa học, tuy nhiên, bản chất của caffeine vẫn không phải là một loại thuốc lợi tiểu.

Caffeine cũng khiến cho cơ thể tăng sản xuất Adrenaline – một hoocmon được sản xuất bởi chính cơ thể khi chúng ta sợ hãi, tức giận hay thích thú, phấn khích, v.v… Adrenaline đóng một vai trò thiết yếu trong phản ứng “chiến đấu hoặc bỏ chạy” (ở con người và cả động vật bậc cao) bằng cách làm cho tim đập nhanh hơn, giãn nở mạch máu và đồng tử, tăng lưu lượng máu đến cơ, và tăng lượng đường trong máu – tất cả những điều này nhằm đưa cơ thể vào trạng thái chuẩn bị cho những phản ứng chống lại nguy hiểm. Điều này lý giải vì sao một số người nhạy cảm sẽ bắt đầu hơi run, tim đập nhanh hơn khi uống cà phê. Đó là dấu hiệu cơ thể đang phản ứng với Adrenaline, giống như cách nó sẽ làm trong một tình huống căng thẳng.

Ngoài ra caffeine cũng ngăn chặn hoạt động của Phosphodiesterase (một loại enzyme giúp phân giải các tín hiệu thần kinh) vì nhiệm vụ của loại enzyme này là điều chỉnh quá trình truyền tín hiệu, do đó khi Phosphodiesterase bị ức chế, trạng thái hưng phấn do Adrenaline tạo ra được khuếch đại rồi duy trì dài hơn bình thường. Nói cách khác, caffeine giúp duy trì sự hưng phấn của não bộ, khiến cho cơ thể luôn trong tình trạng tỉnh táo.

Trước đây, nhiều nghiên cứu cho rằng caffeine còn thúc đẩy cơ thể sản sinh ra Dopamine – một chất điều hòa thần kinh được giải phóng bởi các tế bào thần kinh trong não giúp tạo ra động lực, sự phấn khích, tỉnh táo, ức chế cảm giác đau khi tập thể dục cường độ cao, v.v… Với nhiều tác dụng như vậy, đã có nhiều loại thuốc gây nghiện bất hợp pháp tạo ra sự gia tăng hoạt động của Dopamine như Nicotine, Cocaine, v.v… Tuy nhiên, đối với cà phê, hiện nay người ta biết rằng Dopamine không được tạo ra, nó chỉ đơn giản là bị ngăn chặn tái hấp thu – nghĩa là Dopamine do chính cơ thể sản sinh sẽ tồn tại lâu hơn trong cơ thể. Tuy nhiên, cảm giác “thỏa mãn” nhất thời này sẽ gây nghiện, vì vậy sau đó chúng ta sẽ “thèm” nhiều Dopamine hơn.

Ngoài tác dụng thần kinh, caffeine còn làm tăng chức năng vận động của cơ bắp. Vì lý do này, trong những ngày đầu (những năm 1900) của thể thao hiện đại, nhiều chất kích thích có nguồn gốc thực vật, bao gồm caffeine và các hợp chất khác như Cocaine, Strychnine, Heroin, Nitroglycerin, v.v… đã được sử dụng bí mật bởi các huấn luyện viên và vận động viên thể thao để đạt được lợi thế cạnh tranh. Ngày nay, caffeine là một trong những chất hỗ trợ vận động nổi bật nhất và được sử dụng (công khai) bởi các vận động viên nhằm giúp cải thiện sức bền từ 2-4% với liều lượng sử dụng an toàn trong 3-6 mg/kg khối lượng cơ thể.

Gần như 99% lượng caffeine từ thức uống sẽ đi vào máu trong vòng 45 phút sau khi uống. Thời gian bán hủy của caffeine (tức là nó chuyển hóa một nửa lượng trong cơ thể bạn nhanh như thế nào) là khoảng 4-6 giờ. Điều đó có nghĩa là nếu chúng ta tiêu thụ 30-50mg caffeine vào lúc 7 giờ sáng (tương đương với một cốc Espresso làm từ 18-20g cà phê), thì vào buổi trưa, 15-25mg sẽ vẫn hoạt động trên cơ thể bạn. Tuy nhiên, lượng cafeine mà cà phê cung cấp thường không đáng ngại đối với cơ thể (miễn là một người bình thường không có các triệu chứng bệnh lý có liên quan đến caffeine). Đối với những người trưởng thành khỏe mạnh, Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (tiếng Anh: Food and Drug Administration) đã khuyến nghị không nên dùng quá 400 miligam caffeine mỗi ngày.

Cuối cùng, hơn 95% caffeine được chuyển hóa ở gan bởi enzyme Cytochrome P450 1A2 (CYP1A2), một thành viên của hệ thống enzyme tiêu hoá Cytochrome P450, có tác dụng chuyển hóa và giải độc trong cơ thể. Trong quá trình này CYP1A2 sẽ xúc tác quá trình khử caffeine thành các chất chuyển hóa chính là Paraxanthine, Theobromine và Theophylline, lần lượt chiếm khoảng 84. 12 và 4% trong số tổng lượng caffeine được đào thải tương ứng. Ba chất chuyển hóa caffeine này tiếp tục trải qua một số phản ứng trong gan với khoảng 3-5% còn lại ở dạng caffeine khi được bài tiết qua nước tiểu.

Chúng tôi tin rằng hạt cà phê không có nghĩa vụ làm hài lòng khẩu vị của con người – và rằng không có một giống cà phê nào là xuất sắc hay đáng thất vọng, chỉ có cách chế biến của chúng ta chưa đủ tốt.

Hãy là người đầu tiên chia sẻ bài đăng này!

Bài đăng mới

Máy Pha Cà Phê Espresso

Theo từ điển Merriam-Webster, Espresso được định nghĩa là “cà phê được pha bằng cách ép hơi nước hoặc nước nóng qua các hạt cà

Hạt Mịn (Fine)

Hạt cà phê là một ma trận ba chiều phức tạp của các sợi cellulose được phủ bằng dầu và các chất rắn khác. Những