Chlorogenic acid trong hạt cà phê xanh

Chlorogenic acid là một nhóm hợp chất polyphenol hình thành thông qua liên kết ester giữa quinic acid với các trans-cinnamic acid (chủ yếu là caffeic acid, ferulic acid và p-coumaric acid) (Hình 1) (Clifford, 1999). Hạt cà phê xanh (green bean coffee) hay hạt cà phê chưa rang (raw bean coffee) là nguồn chlorogenic acid quan trọng với tổng lượng chlorogenic acid là 4.1–11.3 g/100g chất khô tùy thuộc giống (Farah, 2005). Chlorogenic acid đem lại vị the chát, đắng và chua đặc trưng cho cà phê.

leftcenterrightdel
  Công thức cấu tạo của quinic acid và các cinnamic acid chủ yếu tham gia cấu tạo chlorogenic acid (Jeszka‑Skowron et al., 2016).

Các tính chất sinh học của chlorogenic acid gắn liền với tiêu thụ hạt cà phê xanh

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, ức chế sự tích tụ chất béo và hạn chế tăng khối lượng cơ thể, điều chỉnh hàm lượng đường trong máu (Farah et al., 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 các acid này 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 et al., 2017). Hơn thế nữa, những nghiên cứu gần đây còn cho thấy tác dụng có lợi của chlorogenic acid đối với Hội chứng chuyển hóa (Metabolic syndrome). Hội chứng này được định nghĩa bao gồm một loạt các yếu tố sinh lý, hóa sinh, lâm sàng và chuyển hóa làm tăng nguy cơ mắc các bệnh tim mạch và tiểu đường type 2. Các biểu hiện của hội chứng bao gồm sự các rối chuyển hóa lipid máu (tăng cholesterol tổng số trong máu, tăng hàm lượng LDL-cholesterol, triglycerid, giảm hàm lượng HDL-cholesterol), huyết áp cao, đường máu cao, dễ viêm, gan nhiễm mỡ và ngưng thở khi ngủ. Hội chứng này được coi như hội chứng mang tính toàn cầu vì chi phí chữa trị cao và số người mắc ngày càng tăng ngay cả trong trẻ em và thanh niên (Santana-Gálvez et al., 2017).

Nhiều nghiên cứu lâm sàng đã chỉ ra rằng, chlorogenic acid tinh khiết và các chế phẩm chlorogenic từ cà phê có khả năng hạn chế các bệnh mãn tính và các biểu hiện của hiệu chứng chuyển hóa nêu trên.

Đối với bệnh béo phì:

Cho et al. (2010), khi làm thí nghiệm trên chuột nhận 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. Huang et al. (2015) cũng đã chứng minh rằng chlorogenic acid làm hạn chế sự tăng cân và hạn chế sự tích tụ các acid béo tự do trong gan của chuột ăn chế độ giàu chất béo. Đối với con người, năm 2007, Thom 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 chlorogenic acid/g), 5 cốc/ngày đã giảm được 5.4 kg trong vòng 12 tuần. Việc sử dụng đồ uống giàu chlorogenic acid làm tăng cường việc chuyển hóa chất béo thành năng lượng sau bữa ăn ở 18 tình nguyện viên khỏe mạnh trong nghiên cứu của Soga et al. (2013).

Đối với các rối loạn chuyển hóa lipid máu:

Chlorogenic acid giảm acid béo tự do triglycerid 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 (Cho et al., 2010). Wan et al. (2013) 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 (Hunyadi et al., 2012). Trong nghiên cứu của Kim et al., (2011), Bagdas et al., (2015), 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. Ở con người, thí nghiệm của Iwai et al. (2012) đã chỉ ra rằng, việc sử dụng bột chiết giàu chlorogenic 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 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 (Kozuma et al., 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 (Watanabe et al., 2006).

Đối với hội chứng chuyển hóa:

Ở thí nghiệm thực hiện với 78 tình nguyện viên (45 nam và 33 nữ) mắc hội chứng chuyển hóa được dùng thực phẩm bổ sung Kepar có chứa chlorogenic acid với liều lượng 2 viên/ngày trong 4 tháng, kết quả cho thấy việc sử dụng chế phẩm hỗ trợ Kepar làm giảm khối lượng cơ thể (2%), chỉ số BMI (1%), giảm vòng bụng (3%), nồng độ glucose máu sau ăn (1.5%) và cholesterol tổng số (6%) (Patti et al., 2015).

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 et al., 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. Chlorogenic acid thể hiện khả năng kháng lại nhiều loại vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc trong đó có nhiều vi sinh vật gây bệnh như Escherichia coli (10 mg/mL (MIC80-minimum inhibitory concentration causing inhibition of growth equal to or greater than 80% of the control), Pseudomonas aeruginosa (10 mg/mL (MIC80)), Staphylococcus aureus (10 mg/mL (MIC80)), Candida albicans (10 mg/mL (MIC80) (Bajko et al., 2016), Escherichia coli O157:H7 (3.54 mg/mL (kìm hãm ~90%)), Listeria innocua (3.54 mg/mL (kìm hãm ~90%) (Muthuswamy et al., 2007), Salmonella typhimurium (0.04 mg/mL (MIC)), Shigella dysenteriae (0.02 mg/mL (MIC) (Lou et al., 2011), Bacillus cereus (0.064 mg/mL (MIC)), Enterococcus faecalis (0.064 mg/mL (MIC)) (Fiamegos et al., 2011). Khả năng kháng các vi sinh vật probiotic của chlorogenic acid cũng được nghiên cứu. Puupponen-Pimiä et al. (2001) đã thấy rằng chlorogenic acid không kìm hãm sự phát triển của Bifidobacterium lactis, Lactobacillus crispatus (L. crispatus), L. johnsonii, L. paracasei, L. plantarum, L. reuteri, hay L. rhamnosus khi nồng độ đạt đến 10 mg/mL. Điều 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. Cơ chế kháng khuẩn của chlorogenic acid chưa được làm rõ hoàn toàn, tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng chlorogenic acid xâm nhập vào màng tế bào vi sinh vật, làm thay đổi tính thấm của màng tế bào, gây rò rỉ các hợp chất trong tế bào như ATP, nucleotid khác dẫn đến tế bào bị chết (Santana-Gálvez et al., 2017).

Về khả năng kháng oxi hóa:

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 acid béo không no nhiều nối đôi như w-3, w-6 và các vitamine bị phân giải, các sản phẩm oxi hóa tạo thành (hydroxyperoxide, aldehyde, polymer) gây nên mùi ôi khét và đôi khi độc cho thực Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng chlorogenic acid có khả năng hạn chế sự oxi hóa lipid trong một số hệ nhũ tương thực phẩm. Laguerre et al. (2009) đã chỉ ra rằng chlorogenic acid và ester của nó hạn chế sự oxi hóa dầu cây Tung (Vernicia fordii), một loại dầu chứa đến 90% acid béo không no nhiều nối đôi. Trong một thí nghiệm khác, Sasaki et al. (2010) đã chứng minh được chlorogenic acid và ester của nó hạn chế sự oxi hóa dầu cá mòi (Menhaden oil). Cơ chế kháng oxi hóa lipid của chlorogenic acid là sự quét các gốc tự do của chất béo và tạo phức dạng chelat với các ion kim loại chuyển tiếp, như sắt và đồng, vốn kích thích sự tạo thành các gốc tự do (Santana-Gálvez et al., 2017).

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. Kopjar et al. (2012) đã chỉ ra rằng việc thêm chlorogenic acid vào nước ép quả việt quất có tác dụng hạn chế mạnh sự phá hủy anthocyanin. Cơ chế quan sát được là sự tạo phức màu (copigmentation) giữa chlorogenic acid và anthocyanin.

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 et al. (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 rectale.

Như vậy đối với công nghiệp thực phẩm, khả năng ứng dụng chlorogenic acid rất lớn. Mặc dù còn cần nhiều thí nghiệm hơn nữa để hoàn chỉnh cơ chế hoạt động hiệp đồng và prebiotic nhưng tiềm năng sử dụng chlorogenic acid trong bảo quản và chế biến thực phẩm rất rõ ràng.

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 sẽ 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 áp, tiểu đường và đặc biệt là hội chứng chuyển hóa, những bệnh lý đang tăng nhanh hiện nay.

Tài liệu tham khảo

1.      Bagdas, D., Etoz, B.C., Gul, Z., Ziyanok, S., Inan, S., Turacozen, O., Gul, N. Y., Topal, A., Cinkilic, N., Tas, S., Ozyigit, M. O., Gurun, M. S. (2015). In vivo systemic chlorogenic acid therapy under diabetic conditions: Wound healing effects and cytotoxicity/genotoxicity profile. Food Chemistry Toxicology, 81, 54–61.

2.      Cho, A. S., Jeon, S. M., Kim, M. J., Yeo, J., Seo, K. I., Choi, M. S., Lee, M. K. (2010). Chlorogenic acid exhibits anti-obesity property and improves lipid metabolism in high-fat diet-induced-obese mice. Food Chemical Toxicology, 48, 937–943.

3.      Clifford, M. N., (1999).  Chlorogenic acids and other cinnamates - nature, occurrence and dietary burden.  Journal of the Science of Food and Agriculture, 79(3), 362–372.

4.      Farah, A., de Paulis, T., Trugo, L. C., Martin, P. R. (2005). Effect of roasting on the formation of chlorogenic acid lactones in coffee. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(5), 1505-13.

5.      Fiamegos, Y. C., Kastritis, P. L., Exarchou, V., Han, H., Bonvin, A. M. J. J., Vervoort, J., Lewis, K., Hamblin, M. R., Tegos, G. P. (2011). Antimicrobial and efflux pump inhibitory activity of caffeoylquinic acids from Artemisia absinthiuma gainst Gram-positive pathogenic bacteria. PLoS ONE, 6, e18127.

6.      Huang, K., Liang, X. C., Zhong, Y. L., He, W. Y., Wang, Z. (2015). 5-Caffeoylquinic acid decreases diet-induced obesity in rats by modulating PPAR and LXR transcription. Journal of Science Food Agriculture, 95, 1903–1910.

7.      Hunyadi, A., Martins, A.; Hsieh, T. J., Seres, A., Zupkó, I. (2012). Chlorogenic acid and rutin play a major role in the in vivo antidiabetic activity of Morus alba leaf extract on type II diabetic rats. PLoS One, 7, e50619.

8.      Iwai, K., Narita, Y., Fukunaga, T., Nakagiri, O., Kamiya, T., Ikeguchi, M., Kikuchi, Y. (2012). Study on the postprandial glucose responses to a chlorogenic acid-rich extract of decaffeinated green coffee beans in rats and healthy human subjects. Food Sci. Technol. Res. 2012, 18, 849–860.

9.      Jeszka-Skowron, M., Sentkowska, A., Pyrzyn´ska, K., Peña, M. P. (2016). Acid chlorogenics, caffeine content and antioxidant properties of green coffee extracts: influence of green coffee bean preparation. European Food Research and Technology, 242, 1403–1409.

10. Kim, C. S., Kim, J., Lee, Y. M., Sohn, E., Jo, K., Kim, J. S. (2011). Inhibitory effects of chlorogenic acid on aldosereductase activity in vitro and cataractogenesis in galactose-fed rats. Archives of Pharmacal Research, 34, 847–852.

11. Kopjar, M., Jakši´c, K., Piližota, V. (2012). Influence of sugars and chlorogenic acid addition on anthocyanin content, antioxidant activity and color of blackberry juice during storage. Journal of Food Processsing Preservation, 36, 545–552.

12. Kozuma, K., Tsuchiya, S., Kohori, J., Hase, T., Tokimitsu, I. (2005). Antihypertensive effect of green coffee bean extract on mildly hypertensive subjects. Hypertension Research, 28, 711–718.

13. Laguerre, M., López-Giraldo, L. J., Lecomte, J., Figueroa-Espinoza, M. C., Baréa, B., Weiss, J., Decker, E. A., Villeneuve, P. (2009). Chain length affects antioxidant properties of chlorogenate esters in emulsion: The cutoff theory behind the polar paradox. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 57, 11335–11342.

14. Mills, C. E., Tzounis, X., Oruna-Concha, M. J., Mottram, D. S., Gibson, G. R., Spencer, J. P. E. (2015). In vitro colonic metabolism of coffee and chlorogenic acid results in selective changes in human faecal microbiota growth. British Journal of Nutrition, 113, 1220–1227.

15. Patti, A. M., Al-Rasadi, K., Katsiki, N., Banerjee, Y., Nikolic, D., Vanella, L., Giglio, R.V., Giannone, V. A., Montalto, G., Rizzo, M. (2015). Effect of a natural supplement containing Curcuma longa, guggul, and chlorogenic acid in patients with metabolic syndrome. Angiology, 66, 856–861.

16. Payyavula, R. S., Shakya, R., Sengoda, V. G., Munyaneza, J. E., Swamy, P., Navarre, D. A. (2015). Synthesis and regulation of chlorogenic acid in potato: Rerouting phenylpropanoid flux in HQT-silenced lines. Plant Biotechnology Journal, 13(4), 551-64

17. Santana-Gálvez, J., Cisneros-Zevallos, L., Jacobo-Velázquez, D. A. (2017). Chlorogenic acid: Recent Advances on Its Dual Role as a Food Additive and a Nutraceutical against Metabolic Syndrome. Molecules, 22, 358, 21 pages.

18. Sasaki, K., Alamed, J., Weiss, J., Villeneuve, P., López-Girlado, L. J., Lecomte, J., Figueroa-Espinoza, M. C., Decker, E.A. (2010). Relationship between the physical properties of chlorogenic acid esters and their ability to inhibit lipid oxidation in oil-in-water emulsions. Food Chemistry, 118, 830–835.

19. Soga, S., Ota, N., Shimotoyodome, A. (2013). Stimulation of postprandial fat utilization in healthy humans by daily consumption of chlorogenic acid. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 77, 1633–1636.

20. Thom, E. (2007). The effect of chlorogenic acid enriched coffee on glucose absorption in healthy volunteers and its effect on body mass when used long-term in overweight and obese people. Journal of International Medical Research, 35, 900–908.

21. Wan, C. W., Wong, C. N. Y., Pin, W. K., Wong, M. H. Y., Kwok, C. Y., Chan, R. Y. K., Yu, P. H. F., Chan, S. W. (2013). Chlorogenic acid exhibits cholesterol lowering and fatty liver attenuating properties by up-regulating the gene expression of PPAR in hypercholesterolemic rats induced with a high-cholesterol diet. Phytotherapy Research, 27, 545–551.

22. Watanabe, T., Arai, Y., Mitsui, Y., Kusaura, T., Okawa, W., Kajihara, Y., Saito, I. (2006). The blood pressure-lowering effect and safety of chlorogenic acid from green coffee bean extract in essential hypertension. Clinical and Experimental Hypertension, 28, 439–449.

Lại Thị Ngọc Hà, Khoa Công nghệ thực phẩm