TÌM HIỂU THÀNH PHẦN CÁC HỢP CHẤT CÓ TRONG HẠT CÀ PHÊ ỨNG DỤNG TRONG HÓA MỸ PHẨM

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐHỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÀI TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU THÀNH PHẦN CÁC HỢP CHẤT CÓ TRONG HẠT CÀ PHÊ ỨNG DỤNG TRONG HÓA MỸ PHẨM GVHD: Th.S

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÀI TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU THÀNH PHẦN CÁC HỢP CHẤT CÓ TRONG HẠT CÀ PHÊ ỨNG DỤNG TRONG HÓA MỸ

PHẨM

GVHD: Th.S Lê Thúy Nhung SVTH: Lê Thị Cẩm Tú

MSSV: 2004181251

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Cây cà phê: 3

1.1.1 Tổng quan: 3

1.1.2 Thân: 3

1.1.3 Hoa: 3

1.1.4 Quả: 4

1.2 Thành phần hóa học có trong hạt cà phê: 5

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN HOẠT CHẤT CÓ TRONG CÀ PHÊ ỨNG DỤNG TRONG MỸ PHẨM 6

2.1 Caffein: 6

2.2 Axit chlorogenic: 6

2.3 Lignin: 7

2.4 Axit ferulic: 7

2.5 Trigonelline: 8

2.6 Các phương pháp sản xuất chiết xuất cà phê: 8

2.7 Khảo sát tính kháng khuẩn của chiết xuất cà phê: 9

2.8 Các sản phẩm mỹ phẩm được sản xuất từ cà phê có mặt trên thị trường hiện nay: 10

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 13

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay thiên nhiên hoá các loại mỹ phẩm thiên nhiên đang là xu hướng mới của ngành công nghiệp hoá mỹ phẩm Các hợp chất hoá học dần được thay thế bằng nguyên liệu thiên nhiên thuần khiết như: tinh dầu thảo mộc, trái cây, sữa, dưa leo, nghệ, tảo biển, lô hội, mật ong… Đây cũng chính là tiêu chí của các nhà sản xuất mỹ phẩm trên thế giới Họ tạo ra các sản phẩm có độ an toàn cao hơn cho các loại da Vì thế, chúng ta đã có một cái nhìn mới trong việc lựa chọn những sản phẩm làm đẹp

Cùng với sự quan tâm ngày càng tăng đối với các sản phẩm tự nhiên cho các ứng dụng chăm sóc sức khỏe và cá nhân, có xu hướng sử dụng các sản phẩm thân thiện với môi trường có được từ các nguồn tài nguyên bền vững Định giá phụ phẩm là một khái niệm tương đối mới trong lĩnh vực quản lý phụ phẩm công nghiệp, đề cao nguyên tắc phát triển bền vững

Cà phê đã trở thành thức uống không thể thiếu của nhiều người trong chúng ta Bạn có thể uống cà phê để khởi động ngày mới, thức tỉnh cơn buồn ngủ giữa trưa, nhâm nhi thư giãn vào buổi tối hay bất kể thời gian nào mình muốn Tuy nhiên có bao giờ bạn thắc mắc về tác dụng của cà phê? Hay nói cách khác, thức uống thơm ngon dễ nghiện này ảnh hưởng thế nào đến cơ thể và làn da của chúng ta?

Hạt cà phê chứa một số loại hóa chất liên quan đến sức khỏe như hợp chất phenolic, diterpenes, xanthines và tiền chất vitamin Các phenol trong cà phê đã thu hút được nhiều sự quan tâm trong những năm gần đây do tính chất chống oxy hóa và tạo kim loại mạnh của chúng Những đặc tính này được cho là cung cấp khả năng bảo vệ in vivo chống lại tác hại của các gốc tự do và giảm nguy cơ mắc các bệnh thoái hóa liên quan đến stress oxy hóa Những tiến bộ trong công nghệ sinh học công nghiệp mang lại cơ hội tiềm năng cho việc sử dụng kinh tế các phế phẩm nông nghiệp-công nghiệp của cà phê như bã cà phê, vỏ cà phê hoặc vỏ cà phê Với bài tiểu luận này chúng ta sẽ tìm hiểu về những hoạt chất có trong hạt cà phê ứng dụng trong mỹ phẩm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cây cà phê:

1.1.1 Tổng quan:

 Danh pháp:

- Tên khoa học: Coffea

- Tên đồng nghĩa: Coffea arabica,…

- Tên nước ngoài: coffee,…

 Phân loại:

Giới: Thực vật (Plante)

Bộ: Long đởm (Gentianales)

Họ: Thiến thảo (Rubiaceae)

Phân họ: Ixoroideae

Tông: Coffeeae

Chi: Coffea

1.1.2 Thân:

Cây cà phê chè có thể cao tới 6m, cà phê vối 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, thuận lợi cho việc thu hoạch Cây cà phê 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 Rễ cây cà phê là loại rễ cọc, cắm sâu vào lòng đất từ 1 đến 2,5 m với rất nhiều rễ phụ tỏa ra xung quanh làm nhiệm vụ hút chất dinh dưỡng nuôi cây

1.1.3 Hoa:

Hoa cà phê màu trắng, có năm cánh, thường nở thành chùm đôi hoặc chùm ba Màu hoa và hương hoa dễ làm ta liên tưởng tới hoa nhài Hoa chỉ nở trong vòng 3 đến 4 ngày và thời gian thụ phấn chỉ vài ba tiếng Một cây cà phê trưởng thành có

từ 30.000 đến 40.000 bông hoa

Ngay từ khi cây cà phê ra hoa kết quả người ta đã có những đánh giá đầu tiên về vụ mùa cà phê Ở các nước sản xuất cà phê lớn điều này đặc biệt quan trọng trong việc đưa ra những nhận định về giá cả và thị trường Tuy vậy những đợt rét đậm hoặc hạn hán có thể làm đảo lộn mọi sự tính toán và đẩy thị trường vào tình thế hoàn toàn khác

1.1.4 Quả:

Gồm 2 phần chính là phần vỏ quả và phần hạt

 Phần vỏ quả: bao gồm 2 lớp là lớp vỏ quả và lớp vỏ thịt.

+ Lớp vỏ quả: Vỏ quả được hình thành bởi một lớp tế bào nhu mô nhỏ (các tế bào

sơ cấp có chứa lục lạp và có khả năng hấp thụ nước) Màu sắc của vỏ quả khi bắt đầu hình thành có màu xanh lá cây do sự hiện diện của lục lạp sau đó biến mất khi quả chín Màu sắc khi trưởng thành còn phụ thuộc vào từng giống cà phê, nhưng phổ biến nhất là màu đỏ hoặc màu vàng Màu da đỏ (Cà phê Typica)đến từ các sắc

tố anthocyanin, trong khi màu vàng được quy cho luteolin (cà phê Bourbon)

+ Lớp vỏ thịt: Trong quả cà phê chưa chín, đây là các mô cứng gắn liền với vỏ quả, khi quả trưởng thành, các enzyme pectolytic sẽ phá vỡ các chuỗi pectic tạo thành các hợp chất đường và pectin (Borem, 2008) làm nên một cấu trúc mềm, mọng nước có độ nhớt cao nên thường được gọi là chất nhầy (Mucilage) Trong phương pháp chế biến ướt, lớp chất nhầy này được loại bỏ thông qua quá trình lên men có kiểm soát Trong khi đó, với kỹ thuật chế biến khô, chất nhầy cùng với vỏ ngoài được giữ nguyên trong quá trình sấy khô

 Phần hạt: bao gồm lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân.

+ Lớp vỏ trấu: là lớp ngoài cùng của phần hạt, tiếp xúc trực tiếp với phần vỏ quả, Parchment được hình thành từ ba đến bảy lớp tế bào xơ cứng (tế bào sợi đóng vai trò chính trong thực vật) nên còn được gọi là vỏ trấu Các tế bào cấu thành vỏ trấu

sẽ cứng dần trong quá trình trưởng thành của quả cà phê, do đó hạn chế kích thước cuối cùng của hạt nhân cà phê, Trong cà phê Arabica, trọng lượng trung bình của

vỏ trấu với độ ẩm khoảng 11% nằm trong khoảng 3,8% tổng trọng lượng quả cà phê

+ Lớp vỏ lụa: Vỏ lụa được hình thành từ nucellus có màu trắng bạc sau khi phơi khô, nên còn được gọi là vỏ bạc Lớp vỏ này rất mỏng và có thể được bóc ra khỏi

nhân trong quá trình đánh bóng hạt Tuy nhiên, một số nhà chế biến cà phê thường

để lại vỏ lụa trên hạt cà phê như một lớp bảo vệ tự nhiên, lớp vỏ này sau đó sẽ tự hủy trong quá trình rang cà phê Ở một số vùng, và tùy thuộc vào giống cà phê lớp

vỏ lụa có thể sẫm màu hơn

+ Nhân cà phê: Phần trong cùng và là quan trọng nhất của quả là nhân cà phê, chịu trách nhiệm trích lũy chất dinh dưỡng cho quá trình nẩy mầm của phôi Một quả cà phê thông thường có 2 nhân (cá biệt có 1 hoặc 3 nhân) Thành phần hóa học của nhân là vô cùng quan trọng vì đây được xem là tiền thân của các hương vị và mùi thơm sau này trong cà phê rang

1.2 Thành phần hóa học có trong hạt cà phê:

Thành phần hóa học chính của hạt cà phê:Hạt cà phê xanh có thành phần phức tạp với hơn 1000 hóa thực vật thuộc các lớp hóa học khác nhau, trong đó thành phần chính là: caffeine, trigonelline, axit nicotinic (niacin), ít nhất 18 đồng phần axit chlorogenic, các thành phần Cacbohydrat (Mono-, di- và oligosacarit) một số protein các khoáng chất và axit carboxylic, cellulose, polysacarit, lignin và

hemiaullulose, cũng như một số protein, khoáng chất và lipid,…

Ngoài ra chiết xuất cà phê có chứa chlorogenicvà axit caffeic (chất chống oxi hóa, chốngviêm), axit ferulic (chống oxi hóa), axit quinic (chất chống oxi hóa, kháng virus), trigonelline (chất chống oxi hóa, chống ung thư, kháng khuẩn),

proanthocyanidins, caffeine, mannans và arabinogalactans, các hoạt chất thực sự mang lại lợi íchcho làn da và cơ thể của chúng ta

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN HOẠT CHẤT CÓ TRONG CÀ PHÊ ỨNG

DỤNG TRONG MỸ PHẨM 2.1 Caffein:

- Caffeine có công thức hóa học là C8H10N4O2, còn được gọi là trimethylxanthine, trong quả cà phê Caffein đóng góp khoảng 10% vào vị đắng của cà phê

- Caffeine khan nguyên chất là một dạng bột có vị đắng, màu trắng, không mùi với nhiệt độ nóng chảy từ 235–238 ° C Caffeine hòa tan vừa phải trong nước ở nhiệt

độ phòng (2 g / 100 mL), nhưng rất hòa tan trong nước sôi (66 g / 100 mL) Nó cũng hòa tan vừa phải trong etanol (1,5 g / 100 mL) Nó có tính bazơ yếu

(pK a của axit liên hợp ≈ 0,6) đòi hỏi axit mạnh để proton hóa nó

- Caffeine là một hợp chất tự nhiên được tìm thấy trong thực vật Trong mỹ phẩm

và các sản phẩm chăm sóc cá nhân, Caffeine được sử dụng trong công thức của các sản phẩm tắm, sản phẩm làm sạch, trang điểm, cạo râu và các sản phẩm chăm sóc da

- Caffeine ngày càng được sử dụng nhiều trong mỹ phẩm do hoạt tính sinh học cao

và khả năng xuyên qua hàng rào bảo vệ da Alkaloid này thường được sử dụng như một chất mô hình ưa nước trong quá trình thâm nhập da người và động vật cũng như các màng tổng hợp khác nhau bằng cách sử dụng các thí nghiệm tế bào khuếch tán Franz Các công thức caffeine bôi ngoài da có bán trên thị trường thường chứa 3% caffeine Đối với mục đích thẩm mỹ, caffeine được sử dụng như một hợp chất hoạt động trong các sản phẩm chống cellulite vì nó ngăn ngừa sự tích tụ quá nhiều chất béo trong tế bào Alkaloid này kích thích sự phân hủy chất béo trong quá trình phân giải lipid thông qua việc ức chế hoạt động của men phosphodiesterase

Caffeine có đặc tính chống oxy hóa mạnh Nó giúp bảo vệ các tế bào chống lại bức

xạ UV và làm chậm quá trình ảnh hưởng của da

2.2 Axit chlorogenic:

- Axit chlorogenic có công thức hóa học là C16H18O9 , điểm nóng chảy & độ hòa tan: 208 °C Hòa tan trong nước, hòa tan trong ethanol, acetone, ít tan trong ethyl axetat Dược lý học: Axit chlorogenic có chất chống oxy hóa, thuốc chống ung thư, kháng khuẩn, kháng virus, chống đột biến, túi mật, chảy máu, điều hòa miễn dịch, đường huyết và vai trò của chất kích thích trung tâm và khác

- Axit chlorogenic là một sản phẩm tự nhiên phenolic được phân lập từ lá và trái cây của cây dicotyledonous, bao gồm hạt cà phê, ulmoides eucommia và cây kim ngân hoa Về mặt cấu trúc, axit chlorogenic là este của axit caffeic với nhóm axit quinic 3-hydroxyl

- Axit chlorogenic, một este của axit caffeic và axit quinic, là một hợp chất

phenolic chính trong cà phê xanh, nhưng cũng được tìm thấy phổ biến rộng rãi trong thực vật và có thể được phân lập từ lá và trái cây Hợp chất này, từ lâu được gọi là chất chống oxy hóa, cũng làm chậm sự giải phóng glucose vào máu sau bữa ăn

- Axit chlorogenic có chức năng chống oxy hóa, có tác dụng kháng khuẩn, kháng virus và chống viêm, do đó bột axit chlorogenic được ứng dụng nhiều trong mỹ phẩm

2.3 Lignin:

- Lignin là một hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình Nó là thành phần cấu tạo của hầu hết thành tế bào thực vật trên cạn, liên kết các tế bào, sợi và mạch Lignin là polymer tự nhiên phong phú thứ hai trên thế giới, sau cellulose Điểm đặc biệt của lignin đó là nó là nguồn sinh khối quy mô lớn duy nhất có tính thơm Thành phần và cấu trúc của lignin thay đổi tùy theo nguồn gốc của chúng

- Ngoài chức năng cấu trúc, lignin đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn cản sự hấp thụ nước của các polysacarit trong thành tế bào thực vật, cho phép vận chuyển nước hiệu quả trong các mô mạch, tạo hàng rào hiệu quả chống lại côn trùng và nấm Lignin không độc hại và cực kỳ linh hoạt về hiệu suất và chất lượng, điều này đã khiến nó ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp

- Lignin là một nguyên liệu thô có khả năng tái tạo, chi phí phải chăng, lignin có tiềm năng thay thế cho bất kỳ sản phẩm nào có nguồn gốc từ các chất hóa dầu Lignin có thể sử dụng làm nguyen liệu hỗ trợ cho các ứng dụng thực phẩm và mỹ phẩm bao gồm gel hoặc chất nhũ hóa Lignin được điều chế đặc biệt thích hợp trở thành hoạt chất cho tính chống oxy hóa, chống vi khuẩn và virus Ngoài ra, Lignin

là một chất chống nắng phổ rộng tự nhiên Ngoài đặc tính chống nắng, khả năng loại bỏ gốc tự do của các nhóm phenolic mang lại cho lignin một đặc tính chống oxy hóa tuyệt vời

2.4 Axit ferulic:

- Axit ferulic là một axit hydroxycinnamic, một hợp chất hữu cơ Nó là một chất phytochemical phenolic dồi dào được tìm thấy trong thành tế bào thực vật, được liên kết cộng hóa trị như chuỗi bên với các phân tử như arabinoxylans Là một thành phần của lignin, axit ferulic là tiền chất trong sản xuất các hợp chất thơm khác

- Axit Ferulic là một chất chống oxy hóa có nguồn gốc thực vật chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da chống lão hóa Nó được tìm thấy tự nhiên trong nhiều loại thực phẩm như: cám, yến mạch, gạo, cà tím,…Axit Ferulic đã thu

hút được nhiều sự quan tâm nhờ khả năng chống lại các gốc tự do đồng thời tăng cường hiệu quả của các chất chống oxy hóa khác, chẳng hạn như vitamin A, C và E

- Axit Ferulic có sẵn ở cả hai dạng là thực phẩm bổ sung và thành phần của serum chống lão hóa Nó chủ yếu được sử dụng để chống lại các gốc tự do, có vai trò trong các vấn đề về da liên quan đến tuổi tác, bao gồm các đốm đồi mồi và nếp nhăn Trong serum dưỡng da, axit ferulic có xu hướng hoạt động tốt với các thành phần chống oxy hóa khác, đặc biệt là vitamin C Vitamin C là thành phần phổ biến trong nhiều sản phẩm chăm sóc da chống lão hóa Nhưng vitamin C không phải là chất ổn định Nó giảm chất lượng rất nhanh chóng, đặc biệt là khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời Đó là lý do tại sao serum vitamin C thường được đựng trong chai màu đục hoặc màu hổ phách Axit Ferulic được cho là giúp ổn định vitamin C đồng thời làm tăng khả năng bảo vệ khỏi ánh sáng (quang bảo vệ), làm giảm thiệt hại do ánh nắng mặt trời Một nghiên cứu năm 2005 cho thấy ferulic acid có khả năng cung cấp gấp đôi lượng quang bảo vệ khi kết hợp với vitamin C và E

2.5 Trigonelline:

- Trigonelline là một alkaloid có công thức hóa học C7H7NO2 Nó là một zwitterion được hình thành do sự methyl hóa nguyên tử nitơ của niacin (vitamin B3)

Trigonelline là một sản phẩm của quá trình chuyển hóa niacin được bài tiết qua nước tiểu của động vật có vú

- Trigonelline là chất kháng khuẩn, giúp ngăn ngừa sâu răng Trigonelline, alkaloid

là những vị đắng của cà phê, nhưng lại làm tăng thêm hương vị, khiến cà phê trở thành đồ uống độc đáo Hợp chất này cao gấp 10 lần trong cà phê rang, Arabica giàu Trigonelline hơn cà phê Robusta Khi rang, Trigonelline chuyển hóa phần để tạo thành axit nicotinic và pyridin Axit nicotinic còn được gọi là Vitamin B3 (hoặc niacin), một chất chống oxy hóa rất nổi tiếng Quá trình khử methyl

Trigonelline (Demethylating) ở nhiệt độ 160 đến 230 độ C sẽ thu được hàm lượng vitamin B3 cao tới 85% Điều thực sự quan trọng trong quá trình chuẩn bị cà phê trước khi sử dụng

2.6 Các phương pháp sản xuất chiết xuất cà phê:Chiết xuất cà phê được sản xuất bằng máy pha cà phê và chiết xuất bằng dung môi

 Phương pháp sản xuất chiết xuất cà phê bằng máy pha cà phê: Hai loại hạt cà

phê khác nhau (Arabica và Civet) đã được thu thập từ các nhà sản xuất cà phê,sau đó được xay bằng máy xay cà phê, tiếp đó cho bột cà phê trộn với nước theo tỷ lệ 1:10 và được chiết xuất bằng máy pha cà phê Sau đó thu được dịch chiết, được bảo quản trong chai màu hổ phách ở 4°C cho đến khi được sử dụng

 Phương pháp sản xuất chiết xuất cà phê bằng dung môi: tương tự với phương

pháp trên, hạt cà phê sau khi được thu thập từ các nhà máy sẽ được xay bằng máy xay, bột cà phê sẽ được trộn với dung môi (propylen glycol) theo tỷ lệ 1:10, sau đó được ủ trong máy lắc trong 24 giờ với tốc độ 180 vòng/phút Cuối cùng lọc chiết xuất qua với giấy lọc vầ bảo quản ở 4°C cho đến khi sử dụng

2.7 Khảo sát tính kháng khuẩn của chiết xuất cà phê:

- Hoạt động kháng khuẩn in vitro của chiết xuất cà phê thương mại và các hợp chất hóa học đã được khảo sát trên chín chủng vi khuẩn đường ruột Hoạt động kháng khuẩn được khảo sát bằng phương pháp khuếch tán đĩa đã được quan sát thấy trong cả các chất chiết xuất và các hợp chất hóa học được thử nghiệm Mặc

dù độ pH, màu sắc và hàm lượng của các axit trigonelline, caffeine và

chlorogenic khác nhau đáng kể giữa các chất chiết xuất từ cà phê, không có sự khác biệt đáng kể nào được quan sát thấy trong hoạt động kháng khuẩn của chúng Axit caffeic và trigonelline cho thấy tác dụng ức chế tương tự chống lại sự phát triển của vi sinh vật Caffeine, axit chlorogenic và axit protocatechuic cho thấy tác dụng đặc biệt mạnh mẽ đối với Serratia marcescens và Enterobacter cloacae IC (50) và IC (90) cho các hợp chất được xác định bằng phương pháp tấm microtiter chỉ ra rằng trigonelline, caffeine và axit protocatechuic là những chất kháng khuẩn tự nhiên tiềm năng chống lại Salmonella enterica Nồng độ caffeine được tìm thấy trong chiết xuất cà phê đủ để đảm bảo 50% tác dụng kháng khuẩn chống lại S enterica, có liên quan đến sự an toàn của con người

- Hoạt động chống oxy hóa của bã cà phê rang đã được đánh giá Chiết xuất với bốn dung môi (nước, metanol, etanol và n-hexan) cho thấy rằng chiết xuất nước

từ bã cà phê rang (WERCR) tạo ra năng suất cao hơn và bảo vệ tốt hơn cho quá trình peroxy hóa lipid WERCR cho thấy tác dụng bảo vệ đáng kể đối với sự phá hủy do oxy hóa của protein Ngoài ra, WERCR cho thấy khả năng quét các gốc

tự do cũng như khả năng khử và liên kết các ion sắt, cho thấy rằng WERCR hoạt động như cả chất chống oxy hóa chính và phụ Các phân tích HPLC cho thấy rằng các axit phenolic (axit chlorogenic và axit caffeic) và các hợp chất

phiphenolic [caffeine, trigonelline, axit nicotinic và 5- (hydroxymethyl)

furfuraldehyde] vẫn còn trong bã cà phê rang Các hợp chất này cho thấy tác dụng bảo vệ hệ thống mô hình liposome Nồng độ của flavonoid và hợp chất polyphenolic trong bã cà phê rang lần lượt là 8.400 ppm và 20.400 ppm Ngoài

ra, các sản phẩm phản ứng Maillard (MRP) còn lại trong bã cà phê rang được cho

là có hoạt tính chống oxy hóa Những dữ liệu này chỉ ra rằng bã cà phê rang có tiềm năng tuyệt vời để sử dụng như một nguồn chống oxy hóa tự nhiên vì các hợp chất chống oxy hóa vẫn còn trong bã cà phê rang