Nhiều người có thói quen bắt đầu ngày mới bằng một ly cà phê thơm nồng để tỉnh táo làm việc. Tuy nhiên, khi đứng trước quầy kệ với vô vàn lựa chọn từ hạt rang nhạt (light roast) thanh chua đến rang đậm (dark roast) đắng đậm, không ít người phân vân liệu độ rang nào tốt hơn cho sức khỏe. Đặc biệt, khả năng chống lại các gốc tự do gây lão hóa và bệnh tật của hai loại này khác nhau ra sao là thắc mắc rất phổ biến.

Nếu xét riêng về hàm lượng acid chlorogenic – nhóm chất chống oxy hóa tự nhiên dồi dào nhất trong hạt cà phê – thì cà phê rang nhạt chiếm ưu thế vượt trội so với rang đậm. Quá trình tác động nhiệt kéo dài ở nhiệt độ cao khi rang đậm khiến các hợp chất tự nhiên này bị phân hủy đáng kể.

Acid chlorogenic: Lá chắn tự nhiên của hạt cà phê

Acid chlorogenic (CGA) là một nhóm các ester phenolic cấu thành từ acid caffeic và acid ferulic, xuất hiện tự nhiên trong nhiều loại thực vật, trái cây và rau củ [1]. Trong số các nguồn thực phẩm quen thuộc, hạt cà phê chứa nồng độ hợp chất này đặc biệt cao, dao động từ 70 đến 350 mg trong mỗi tách cà phê thông thường [1]. Các nhà khoa học đã phát hiện hơn 80 loại acid chlorogenic khác nhau tồn tại trong hạt cà phê xanh, trong đó 5-caffeoylquinic acid (5-CQA) là dạng đồng phân dồi dào nhất [1].

Về mặt sinh học, acid chlorogenic giữ vai trò như một chất bảo vệ mạnh mẽ nhờ đặc tính dọn dẹp các gốc tự do [2]. Nhiều nghiên cứu đã ghi nhận tiềm năng sinh học to lớn của nhóm chất này đối với sức khỏe con người, bao gồm tác dụng kháng virus, hỗ trợ ổn định đường huyết, chống oxy hóa và bảo vệ tế bào thần kinh [1]. Do đó, sự hiện diện của acid chlorogenic đóng góp phần lớn vào giá trị dược lý của tách cà phê nguyên chất [1], [3].

Nhiệt độ biến đổi hạt cà phê như thế nào?

Rang hạt là giai đoạn bắt buộc trong chế biến nhằm tạo ra hương vị, mùi thơm và màu nâu cánh gián đặc trưng [2]. Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này lại là con dao hai lưỡi đối với cấu trúc hóa học của hạt [2]. Dưới tác động của nhiệt độ cao và thời gian kéo dài, các hợp chất phenolic tự nhiên bắt đầu biến tính, bị phân giải hoặc liên kết với các cấu trúc polymer phức tạp [2].

Đồng thời, phản ứng Maillard – phản ứng hóa nâu giữa đường khử và amino acid – diễn ra mãnh liệt, tạo ra hợp chất mới gọi là melanoidin [4], [5]. Sự suy giảm acid chlorogenic tỷ lệ nghịch với sự hình thành melanoidin: khi mức độ rang càng sâu, các phân tử khối lượng thấp như CGA mất dần, nhường chỗ cho các phân tử khối lượng lớn sẫm màu [6]. Sự đánh đổi này trực tiếp quyết định bản chất chống oxy hóa của ly cà phê thành phẩm [6], [7].

Các nghiên cứu khoa học nói gì về mức độ rang?

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều thử nghiệm nhằm đo lường chính xác lượng hóa chất thay đổi qua các mức nhiệt khác nhau:

Năm 2021, một nghiên cứu định lượng caffeine và acid chlorogenic trên các mẫu cà phê bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò dãy diode (HPLC-DAD) đã ghi nhận sự sụt giảm rõ rệt của acid chlorogenic theo mức nhiệt [1]. Cụ thể, hàm lượng acid chlorogenic đạt đỉnh cao nhất ở hạt cà phê xanh chưa rang với 543,23 mg/L [1]. Khi hạt được rang lên các mức độ đậm hơn, lượng acid này giảm xuống rõ rệt theo tương quan nghịch, trong khi caffeine đạt mức cao nhất ở mức rang vừa (203,63 mg/L) rồi mới giảm nhẹ ở mức rang đậm [1]. Nghiên cứu này cũng chỉ ra nguồn gốc xuất xứ của hạt cà phê không ảnh hưởng đến sự biến động này [1].

Một nghiên cứu khác công bố năm 2022 trên 52 mẫu cà phê từ thị trường Jordan sử dụng phương pháp chiết nước nóng kết hợp thử nghiệm Folin-Ciocalteu và DPPH [3]. Kết quả cho thấy hàm lượng chống oxy hóa cao nhất nằm ở hạt cà phê xanh (1,07 mg/g tương đương TEAC) [3]. Lượng chất chống oxy hóa có mối tương quan nghịch rõ rệt với độ rang (p < 0,05, R2 > 0,95), cho thấy độ rang càng cao thì khả năng chống oxy hóa tổng thể càng giảm sút [3]. Đáng chú ý, tổng hàm lượng phenolic lại đạt đỉnh ở mẫu rang vừa (16,55 mg/g tương đương GAE) trước khi suy giảm [3].

Phân tích chuyển hóa học năm 2022 trên hạt cà phê Arabica cũng chỉ ra rằng đồng phân 5-CQA giảm tới 33% sau quá trình rang [5]. Một phần acid chlorogenic bị thủy phân tạo thành dạng lactone và các sản phẩm của phản ứng Maillard [5]. Dẫu vậy, 5-CQA vẫn là đồng phân chiếm ưu thế, và hoạt tính chống oxy hóa của mẫu rang vừa được ghi nhận tăng gấp đôi so với hạt xanh nhờ sự bù đắp từ các hợp chất melanoidin sinh ra trong lò rang [5].

Vào năm 2017, các nhà khoa học đã kết hợp sắc ký rây phân tử hiệu năng cao (HPSEC) với phép thử ABTS trên cả hạt Arabica và Robusta với 4 tốc độ rang và 3 mức độ rang [6]. Kết quả thử nghiệm trên cả ba phương pháp (ABTS, Folin-Ciocalteu và ORAC) đều cho thấy khả năng chống oxy hóa suy giảm chung khi hạt bị rang chậm và rang đậm hơn [6]. Các hợp chất khối lượng phân tử thấp như acid chlorogenic bị nhiệt phân hủy lũy tiến ngay từ điều kiện rang nhẹ [6]. Ngược lại, các hợp chất khối lượng phân tử lớn như melanoidin tăng lên từ mức rang nhạt đến đậm [6].

Năm 2013, nghiên cứu dùng kỹ thuật HPSEC kết hợp thử nghiệm trực tuyến Folin-Ciocalteu và ABTS xác định khả năng chống oxy hóa cực đại nằm ở mức rang nhạt đến rang vừa [7]. Thậm chí ở thử nghiệm Folin-Ciocalteu trực tuyến, đỉnh chống oxy hóa đạt được ngay từ mức rang rất nhạt [7]. Phần lớn melanoidin được tạo ra ngay giai đoạn đầu của quá trình rang và tỷ trọng đóng góp của chúng vào tổng dung lượng chống oxy hóa tăng dần về phía mức rang đậm, nguyên nhân chính là do acid chlorogenic ban đầu đã bị phân hủy gần hết [7].

Năm 2015, nghiên cứu phân tích 18 thương hiệu cà phê Thổ Nhĩ Kỳ ghi nhận acid chlorogenic đóng góp then chốt vào khả năng chống oxy hóa, dù nó không thể hiện khả năng tạo phức chelat kim loại trong thử nghiệm [2]. Nghiên cứu cũng nhắc lại các bằng chứng trước đó cho thấy độ rang tăng làm giảm khả năng dọn gốc tự do, dù sự phân hủy acid chlorogenic đi kèm với sự hình thành melanoidin giúp giữ mức chống oxy hóa ổn định ở một số khía cạnh [2].

Cũng trong năm 2015, một nghiên cứu khác xem xét sản phẩm thoái hóa của acid chlorogenic khi đun nóng 5-CQA ở 250 độ C [8]. Hoạt tính chống oxy hóa của cà phê pha từ 6 nhãn hiệu thương mại đạt 63,13 - 96,80% và tỷ lệ nghịch với tổng nồng độ acid chlorogenic [8]. Đáng ngạc nhiên, mẫu 5-CQA sau khi gia nhiệt ở 250 độ C thể hiện hoạt tính khử gốc tự do mạnh mẽ (79,12% ở nồng độ 10 mcg/mL), vượt xa mức 44,41% ở nồng độ 100 mcg/mL của 5-CQA nguyên bản chưa xử lý nhiệt [8]. Nhiệt độ cao đã phân giải 5-CQA thành pyrocatechol (2.809,3 mcg/g, hoạt tính 76,57%) và 2-methoxy-4-vinylphenol (46,4 mcg/g, hoạt tính 98,63%), chứng minh quá trình rang phân hủy chất cũ nhưng đồng thời sinh ra các chất chống oxy hóa mới [8].

Nghiên cứu cộng hưởng từ điện tử (ESR) năm 2008 dùng gốc tự do TEMPO và muối Fremy cũng khẳng định điều này [4]. Gốc TEMPO chỉ phản ứng với chất chống oxy hóa sinh ra do quá trình rang mà không phản ứng với acid chlorogenic [4]. Hoạt tính dọn gốc TEMPO tăng dần theo độ rang và các chất mới này tập trung ở phân đoạn khối lượng phân tử cao liên kết với phức hợp melanoidin [4]. Tuy nhiên, các chất chống oxy hóa sinh ra do nhiệt phản ứng tương đối chậm do cấu trúc cồng kềnh, phức tạp [4].

Cân nhắc giữa lợi ích và giới hạn của bằng chứng

Các dữ liệu thực nghiệm đều thống nhất rằng hàm lượng acid chlorogenic tự nhiên suy giảm mạnh theo thời gian và nhiệt độ rang [1], [6]. Nếu mục tiêu chính của người uống là hấp thụ tối đa nhóm polyphenol nguyên bản cùng các giá trị sinh học của acid chlorogenic như hỗ trợ kháng virus hay ổn định đường huyết, cà phê rang nhạt hoặc rang vừa là lựa chọn hợp lý [1], [7].

Dù vậy, người tiêu dùng không nên xem rang đậm là hoàn toàn "vô giá trị". Quá trình rang đậm biến đổi acid chlorogenic thành pyrocatechol hay tạo ra các phân tử melanoidin mới cũng sở hữu năng lực chống oxy hóa cao [5], [8]. Tuy nhiên, các cấu trúc này có tính chất phản ứng chậm hơn và cơ chế tác động trong cơ thể người vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu lâm sàng để kiểm chứng, do phần lớn dữ liệu hiện tại mới dừng ở mức thử nghiệm hóa học trong ống nghiệm [4], [5].

Hiểu lầm phổ biến khi chọn mức độ rang

Một sai lầm rất thường gặp là người tiêu dùng thường đánh đồng vị đắng ngắt, đậm đà của cà phê rang đậm với "hàm lượng hoạt chất cao hơn". Thực tế, vị đắng gắt và màu đen sẫm là hệ quả của phản ứng cháy xém và sự hình thành các polymer khối lượng lớn, hoàn toàn không đồng nghĩa với việc hạt còn nhiều chất chống oxy hóa tự nhiên [6], [7].

Hiểu lầm thứ hai liên quan đến hàm lượng caffeine. Nhiều người tin rằng rang càng cháy thì hạt càng "nặng đô" caffeine. Kết quả định lượng bằng sắc ký lỏng cho thấy caffeine đạt nồng độ cao nhất ở mức rang vừa (khoảng 203,63 mg/L), sau đó bắt đầu suy giảm khi tiến sang mức độ rang đậm [1]. Vị đậm của cà phê rang già chủ yếu đến từ khói và vị đắng của hạt bị nhiệt hóa chứ không phải do lượng caffeine vượt trội [1].

Những ai cần thận trọng khi sử dụng?

Hạt rang nhạt giữ lại hàm lượng acid chlorogenic và tính acid tự nhiên cao hơn [1], [8]. Do đó, những người có tiền sử viêm loét dạ dày, trào ngược dạ dày thực quản (GERD) hoặc hệ tiêu hóa nhạy cảm có thể cảm thấy cồn cào, khó chịu bụng khi uống cà phê rang nhạt lúc đói. Nhóm đối tượng này có thể cân nhắc chuyển sang loại rang đậm hơn, vốn có nồng độ acid hữu cơ tự nhiên thấp hơn nhờ quá trình thoái hóa nhiệt [8].

Bên cạnh đó, do hàm lượng caffeine trong cà phê chiết xuất đạt mức cao ở các độ rang vừa và vẫn duy trì lượng đáng kể ở các độ rang khác, người mắc bệnh lý tim mạch, tăng huyết áp, phụ nữ mang thai hoặc người dễ mất ngủ cần kiểm soát lượng dùng hằng ngày [1]. Người đang điều trị bệnh lý mạn tính hoặc dùng thuốc chuyển hóa qua gan nên tham khảo ý kiến bác sĩ điều trị để đảm bảo an toàn.

Gợi ý áp dụng và thưởng thức trong đời sống

Để tận dụng tối đa lượng chất chống oxy hóa có lợi cho cơ thể, người tiêu dùng nên ưu tiên các loại hạt cà phê nguyên chất có mức rang nhạt (light roast) hoặc rang vừa (medium roast) [1], [7]. Mức rang vừa thường được xem là điểm cân bằng lý tưởng nhất, vừa hạn chế sự hao hụt quá mức của acid chlorogenic, vừa bắt đầu hình thành lượng melanoidin hữu ích, mang lại hương vị tròn trịa, dễ uống [5], [7], [3].

Nên sử dụng cà phê vào buổi sáng hoặc đầu giờ chiều sau khi ăn no khoảng 30–60 phút để tránh gây kích ứng niêm mạc dạ dày. Khi pha chế, việc chiết xuất bằng nước nóng giúp hòa tan hiệu quả cả acid chlorogenic lẫn caffeine [1], [3]. Tránh pha thêm quá nhiều đường đặc hoặc sữa đặc có đường vì năng lượng dư thừa có thể làm lu mờ những lợi ích phòng ngừa bệnh tật của các hợp chất tự nhiên trong hạt cà phê.

Lựa chọn mức độ rang cà phê phụ thuộc vào cả khẩu vị lẫn nhu cầu sức khỏe của mỗi cá nhân. Cà phê rang nhạt và rang vừa chiếm ưu thế trong việc bảo tồn các acid chlorogenic quý giá, trong khi rang đậm lại mang đến những hợp chất chống oxy hóa mới hình thành qua nhiệt độ. Lắng nghe phản ứng của cơ thể và duy trì thói quen thưởng thức ở mức điều độ, kết hợp lối sống lành mạnh, là cách tốt nhất để biến tách cà phê mỗi ngày thành người bạn đồng hành cho sức khỏe.