Thật ra caffeine không còn xa lạ và có nhiều sức hút trong bối cảnh hiện tại, khi mà chỉ với một cú click chuột mọi người có thể “đào” tất tần tật các thông tin liên quan, từ công thức cấu tạo, nguồn gốc, vai trò, đến từng phản ứng hóa học cụ thể của caffeine. Tuy nhiên Google – không thực sự là một nhà hóa học, do đó bài viết này sẽ làm sáng tỏ chính xác caffeine là gì, nó hoạt động như thế nào và có bao nhiêu caffeine trong cốc cà phê Espresso của bạn.
Danh pháp, Công thức hóa học của caffine
Caffein, còn được gọi là Trimethylxanthine, coffeine, theine, mateine, guaranine, methyltheobromine hay 1,3,7-trimethylxanthine, là một xanthine alkaloid có thể tìm thấy được trong các giống cà phê, trong chè, hạt cola, quả guarana và [một lượng nhỏ] trong hạt ca cao [ theo Wikipedia]
Công thức hoá học của caffeine là: C8H10N4O2.
Caffeine dường như là một phân tử khá ổn định trong cà phê. Nói cách khác, nó dường như không kết hợp hoặc tương tác với các phân tử khác. Tuy nhiên, nó có một đặc điểm kỳ quặc, theo đó nó có xu hướng không tuân theo các bước chuyển đổi điển hình giữa các pha. Vì vậy, thay vì thay đổi từ chất rắn sang chất lỏng sang chất khí, nó thường bỏ qua pha lỏng và biến trực tiếp thành chất khí – tức quá trình gọi là thăng hoa. Thăng hoa cho caffeine có thể bắt đầu ở 178°C. Nên đây được xem một trong những hợp chất rất bền với nhiệt, và ít hao hụt trong quá trình rang nhất.
Vai trò của caffeine trong cây cà phê
Bản chất của caffeine trong thực vật họ Coffea là một Alkaloid dạng bột màu trắng gây nên một phần vị đắng [bitterness] cảm nhận được trong cà phê. caffeine thường được tìm thấy trong lá và quả của hơn sáu mươi giống cà phê được canh tác trên toàn thế giới với vai trò là một chất chống côn trùng tự nhiên. Trong cà phê Arabica, caffeine chiếm hàm lượng trung bình 1,2% trong khi Robusta cao hơn, vào khoảng 2,2%. Đây là một trong các yếu tố giúp cây cà phê Robusta để phát triển mạnh trong môi trường khắc nghiệt hơn và chống chịu sâu bệnh tốt hơn.
| Giống | Caffeine trong lá[%] | Caffeine trong quả [%] |
| Arabica BourBon | 0.95 | 2.36 |
| Arabica Typica | 0.88 | 1.05 |
| Arabica Mundo Novo | 0.98 | 1.11 |
| Arabica Catuai | 0.93 | 1.34 |
| Robusta | 0.95 | 2.36 |
Trái ngược với nhiều quan niệm phổ biến, Hàm lượng caffeine hầu như không thay đổi trong quá trình rang cà phê. Do nhiệt độ phân hủy cao, caffeine trong cấu trúc tế bào của hạt cà phê rất ổn định ngay cả hơn 200°C [400°F].
Cần biết rằng chỉ có 15% vị đắng của cà phê là từ caffeine, và 85% còn lại là từ toàn bộ các hợp chất đắng khác – Danielle Reed, Monnell center
Tác động của Caffeine lên cơ thể
Giống như các loại thuốc khác, caffeine có tác động nhất định đến các chức năng tinh thần và thể chất. Các nghiên cứu lặp đi lặp lại đã chỉ ra rằng caffeine có tác dụng an thần [nó kích thích hệ thần kinh trung ương] và dễ gây hưng phấn [giúp cải thiện hoạt động thể chất]. Nó cũng là một loại thuốc lợi tiểu, mặc dù các nghiên cứu gần đây cho thấy nó không làm mất nước. Caffeine cũng làm tăng huyết áp, nhưng tác dụng này chỉ là tạm thời. Và trong khi một số nghiên cứu chỉ ra rằng caffeine làm tăng sự mất canxi – thì tác động tiêu cực này có thể bị loại bỏ với ít nhất là hai thìa sữa mỗi ngày [hãy uống cà phê sữa].
Một đoạn phim ngắn về caffeine từ nationalgeographicThật vậy, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng caffeine có thể có lợi cho sức khỏe con người. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó có thể giúp giảm đau, ngăn chặn chứng đau nửa đầu, giảm các triệu chứng hen suyễn và cải thiện tâm trạng. Là một chất kích thích tinh thần, nó làm tăng sự tỉnh táo, nhận thức và tốc độ phản ứng; bởi vì nó chống lại sự mệt mỏi, nó cải thiện hiệu suất trong các nhiệm vụ cảnh giác như lái xe, bay, giải các bài toán đơn giản và nhập dữ liệu.
Đã có rất nhiều nghiên cứu chứng minh caffeine có nhiều mặt tốt, [nhưng chưa có một nghiên cứu chính thức nào về ảnh hưởng tiêu cực của caffeine]. Tổ chức Y tế Thế giới [WHO] không xếp caffeine vào nhóm các chất gây nghiện. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược Hoa Kỳ [FDA] đã phân loại caffeine là “Được công nhận là an toàn” [Generally Recognized As Safe].
Tác động thần kinh của caffeine
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. Mặt khác, caffeine cũng có thể ảnh hưởng đến con đường cảm giác của chúng ta theo những cách mà chúng ta chưa hiểu hết. Hợp chất này không chỉ liên kết với bề mặt của tế bào thụ cảm mà còn có thể xâm nhập vào tế bào, nơi ảnh hưởng liên tục của nó không rõ ràng.
Sau đây là một số cơ chế rõ ràng nhất về vai trò của cà phê hay caffeine đối với cơ thể chúng ta.
Phủ nhận Adenosine
Trước hết, các nghiên cứu về “sự tỉnh táo” gây ra do cà phê đều tập trung vào chất Adenosine – một chất hóa học mà cơ thể bạn tạo ra để giúp bạn ngủ. Nó liên kết với các thụ thể trong cơ thể bạn để hoàn thành một phản ứng hóa học khiến cơ thể bạn chậm lại, giảm huyết áp và giãn nở các mạch máu để cung cấp oxy tốt cho giấc ngủ tự nhiên.
Adenosine, một trong những thủ phạm gây ra tình trạng buồn ngủ vào buổi sáng và tình trạng uể oải sau bữa trưa, làm chậm hoạt động thần kinh và ngăn chặn việc giải phóng nhiều chất tạo cảm giác tốt trong não, bao gồm cả dopamine. Nhưng khi caffeine 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.
Vì caffein có cấu trúc hóa học tương tự Adenosine, nó cũng có thể liên kết với các thụ thể thần kinh [receptors] này và phủ nhận tác dụng của Adenosine.
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.
Tăng cường Adrenaline
Caffeine cũng khiến cho cơ thể tăng sản xuất Adrenaline – một hoocmon được sản xuất bởi cơ thể khi bạn sợ hãi, tức giận hay thích thú, cái làm cho nhịp tim của bạn đập nhanh hơn và cơ thể chuẩn bị cho những phản ứng chống lại nguy hiểm. Điều này lý giải vì sao tay của bạn bắt đầu hơi run khi uống cà phê. Đó là dấu hiệu cơ thể bạn đang phản ứng với Adrenaline, giống như cách nó sẽ làm trong một tình huống căng thẳng.
Ngoài ra caffeine cũng ngăn chặn Phosphodiesterase [loại enzym giúp phân giải các tín hiệu thần kinh] không cho phân giải chất truyền tin thứ cấp CAMP, do đó tín hiệu hưng phấn do Adrenaline tạo ra được khuếch đại rồi duy trì dài hơn bình thường. Điều này làm các tế bào trong cơ tăng hiệu quả đáp ứng với Adrenaline – nghĩa là duy trì sự hưng phấn của não bộ, khiến cho cơ thể luôn trong tình trạng tỉnh táo.
Giải tỏa căng thẳng do Dopamine
Dopamine có tác dụng rất nhiều đối với não bộ của chúng ta, nhưng đặc điểm chính là cảm giác hưng phấn, vui vẻ mà nó tạo ra. Khi bạn tiêu thụ caffeine, nó ngăn cơ thể bạn phá vỡ dopamine, có nghĩa là bạn sẽ duy trì được nhiều chất tạo “động lực” hơn trong cơ thể.
Các nghiên cứu ban đầu cho rằng caffeine thực sự tạo ra dopamine – giống như thuốc chống trầm cảm [và một số loại thuốc bất hợp pháp, chẳng hạn như cocaine]. Tuy nhiên, hiện nay người ta biết rằng dopamine không được tạo ra, nó chỉ đơn giản là bị ngăn chặn tái hấp thu – làm cho nó tồn tại lâu hơn trong cơ thể. Tuy nhiên, cảm giác “thỏa mãn” nhất thời này sẽ gây nghiện, vì sau đó chúng ta sẽ “thèm” nhiều dopamine hơn.
Giãn phế quản với Theophylline
Theophylline là một chất làm giãn phế quản. Nó làm giãn các mạch máu và cơ trơn của cơ thể, tăng khả năng lưu thông máu đến các tế bào – và tất nhiên là có nhiều oxi hơn cho hoạt động của chúng. Mặc dù caffeine không ảnh hưởng đến Theophylline, nhưng nó trông giống như một hợp chất từ góc độ hóa học [và một lần nữa giống như Adenosine], nó đánh lừa cơ thể nghĩ rằng nó là như vậy.
Đây là lý do tại sao những người đi xe đạp lại yêu thích caffeine đến vậy. Nó làm tăng chức năng của phổi, thúc đẩy hô hấp hiệu quả. Đồng thời, sự nới lỏng này của cơ trơn cũng được biết là gây ra một hiệu ứng phổ biến ở người: “hay đi tiểu”. Điều này đã được chứng minh một cách khoa học, tuy nhiên, nó không phải là thuốc lợi tiểu. Khoa học đã lật tẩy nó đó vào năm 2015 [theo nationalgeographic]
Nhờ vai trò tăng cường sức mạnh bộ não và cả cơ bắp, mà cà phê đã được ca tụng là “chất nền của xã hội văn minh” – Thứ động lực luôn thúc đẩy con người đến các cuộc cách mạng, xã hội dân chủ, công nghiệp hóa và tự do.
Caffeine tồn tại trong bao lâu?
99% lượng caffeine từ thức uống sẽ đi vào 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 bạn tiêu thụ 300mg caffeine vào lúc 7 giờ sáng, thì vào buổi trưa, 150mg sẽ vẫn hoạt động trên cơ thể bạn. Như với hầu hết các hợp chất hóa học, quá trình chuyển hóa này xảy ra theo đường cong hướng xuống.
Những người uống cà phê thường xuyên sẽ phát triển khả năng dung nạp caffeine cao dần theo thời gian [và có thể được đảo ngược chỉ bằng cách uống ít hơn mỗi ngày]. Nhưng nếu bạn quá mẫn cảm với cà phê vì nó khiến bạn lo lắng, mất ngủ hoặc buồn nôn, thì điều đó xuất phát từ duy truyền của bạn [nationalgeographic].
Điều hòa tác động của caffeine là công việc của quá trình trao đổi chất trong cơ thể, và khi nói đến caffeine, chỉ có hai gen xử lý hầu hết công việc. CYP1A2 tạo ra một loại enzym gan chuyển hóa khoảng 95% lượng caffein ăn vào. AHR kiểm soát lượng enzyme mà bạn sản xuất. Cùng với nhau, những gen này kiểm soát lượng caffeine lưu thông trong máu của bạn và trong thời gian bao lâu.
Bạn có thể tham khảo cách tính lượng caffeine tiêu thụ để ước lượng số cốc cà phê có thể “nốc” vào cơ thể mỗi ngày.
Có bao nhiêu caffeine trong cốc?
Trong cà phê Arabica rang, caffeine chiếm khoảng 1% tổng thành phần [và gấp đôi với Robusta], và vì caffeine có thể dễ dàng chịu được nhiệt độ cao trong quá trình rang cà phê, nên sau khi rang, xay cứ 10 gam cà phê thì có thể có 100 miligam caffeine được tiêu thụ.
Nhưng hầu hết chúng ta không ăn cà phê ngay sau khi rang, xay. Thay vào đó, chúng ta uống một dung dịch gồm các hợp chất hữu cơ hòa tan và nước – uống cà phê. Do vậy, chúng ta chỉ có thể chiết xuất 80-90% caffeine trong quá trình pha chế. Vì vậy, để biết bạn đang tiêu thụ bao nhiêu caffeine, bạn chỉ cần nhân lượng cà phê xay [tính bằng gam] mà bạn đang sử dụng để pha với 8.
Cà phê xay [gam] x 8 = lượng caffeine tính bằng miligam
Lượng caffeine sẽ thay đổi một chút tùy thuộc vào phương pháp. Trong khi các bộ lọc giấy sẽ giữ lại gần như tuyệt đối cặn cà phê thì các bộ lọc bằng kim loại và như Espresso, bình French press, v.v.] cho phép cặn cà phê đi vào đồ uống, và do đó, sẽ làm tăng hàm lượng caffeine lên một lượng nhỏ.
Nguồn tham khảo:
- www.coffeechemistry.com/ Caffeine in Coffee
- www.clivecoffee.com/ Caffeine and Coffee
- www.wikipedia.org/ – Caffeine
- www.seedtomysoul.wordpress.com/ – Vì sao uống cà phê thì tỉnh ngủ