Axit chlorogenic là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và cấu trúc hóa học

Axit chlorogenic (chlorogenic acid, CQA) là hợp chất phenolic tự nhiên thuộc nhóm ester của axit caffeic và axit quinic, công thức phân tử $C_{16}H_{18}O_9$. Hợp chất tồn tại dưới nhiều đồng phân chính gồm 3-CQA, 4-CQA và 5-CQA, phân biệt bởi vị trí liên kết ester trên vòng quinic.

Cấu trúc cơ bản của CQA bao gồm vòng benzen với hai nhóm hydroxyl và liên kết không bão hòa (C=C) trong phần axit caffeic, kết nối với phần vòng cyclohexane có bốn nhóm hydroxyl và một nhóm carboxyl. Liên kết ester tại C-3, C-4 hoặc C-5 của cyclohexane tạo nên tính đa dạng đồng phân, ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học và độ bền hóa học.

Phân tử CQA có khả năng tạo liên kết hydro và tương tác π–π với protein, enzyme và màng tế bào, là cơ sở cho các tác dụng chống oxy hóa, kháng viêm và tương tác sinh học khác. Hình vẽ cấu trúc chi tiết có thể tham khảo tại PubChem CID 1794427.

Nguồn gốc và phân bố tự nhiên

Axit chlorogenic phổ biến trong thực vật có hàm lượng cao nhất ở hạt cà phê xanh (Coffea arabica, 50–100 mg/g), đóng vai trò kháng oxy hóa để bảo vệ hạt non. Ngoài cà phê, CQA còn xuất hiện đáng kể trong táo, lê, anh đào, cà chua, khoai lang tím và lá trà xanh.

Các loại thảo dược như hạt cỏ cà ri, hạt hướng dương, và nghệ cũng chứa CQA, góp phần vào tác dụng chống viêm và bảo vệ gan. Tồn tại dưới dạng tự do trong cơ quan thực vật hoặc liên hợp với đường (glycoside) trong dịch tế bào, hàm lượng biến động theo giống, điều kiện sinh trưởng và thời điểm thu hoạch.

• Cà phê xanh: 50–100 mg CQA trên mỗi gram hạt khô.
• Táo Fuji: 20–40 mg/100 g quả.
• Cách lá trà xanh: 15–25 mg/100 g lá khô.

Đường sinh tổng hợp

Con đường tổng hợp axit chlorogenic khởi đầu từ giai đoạn shikimate, trong đó axit shikimic được chuyển thành axit quinic, sau đó hoạt hóa thành hydroxycinnamoyl-CoA. Enzyme hydroxycinnamoyl-CoA:quinate hydroxycinnamoyl transferase (HQT) xúc tác phản ứng ester giữa caffeoyl-CoA và axit quinic.

Các bước chính bao gồm: chuyển p-coumaroyl-CoA thành caffeoyl-CoA qua enzyme p-coumarate 3-hydroxylase (C3H), sau đó HQT hoặc HCT (hydroxycinnamoyl transferase) điều phối chuyển caffeoyl-CoA lên các vị trí C-3, C-4 hoặc C-5 của axit quinic. Điều này tạo ra hỗn hợp đồng phân 3-CQA, 4-CQA và 5-CQA với tỷ lệ phụ thuộc vào biểu hiện enzyme và điều kiện tế bào.

Quá trình điều hòa tổng hợp chịu ảnh hưởng của ánh sáng, stress oxy hóa và tín hiệu hormone thực vật như jasmonate. Tăng biểu hiện HQT trong mô non và trước thu hoạch giúp cây tích lũy nhiều CQA hơn để chống lại tác động tia UV và vi khuẩn thâm nhập.

Tính chất vật lý và hóa học

Axit chlorogenic thể hiện tính tan trong nước cao (50–100 g/L ở 25 °C) nhờ nhóm hydroxyl và carboxyl, nhưng dễ bị thủy phân trong môi trường kiềm hoặc khi đun nóng. Dưới pH kiềm, liên kết ester phân ly tạo caffeic acid và quinic acid, làm giảm hoạt tính sinh học.

Điểm nóng chảy của CQA vào khoảng 205–210 °C (phân hủy), độ ổn định nhiệt kém khi ở trên 150 °C trong môi trường ẩm. Đặc trưng phổ FTIR và phổ UV–Vis cho đỉnh hấp thụ đặc trưng tại 324 nm (dịch chuyển cộng hưởng π–π*) và 2920–3500 cm^–1 (O–H stretching).

Tính chất	Giá trị
Khối lượng phân tử	354,31 g/mol
Tan trong nước (25 °C)	50–100 g/L
Điểm nóng chảy	205–210 °C (phân hủy)
pKa	3,8 (carboxyl)

Phương pháp phân tích định lượng

Phân tích axit chlorogenic thường sử dụng HPLC-DAD (High Performance Liquid Chromatography with Diode Array Detection) để tách và định lượng các đồng phân 3-CQA, 4-CQA và 5-CQA. Cột C18 đảo pha, pha động gồm nước chứa 0,1% axit formic kết hợp acetonitrile, gradient từ 5–30% acetonitrile trong 30 phút, detector đặt ở 325 nm.

LC–MS/MS (Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry) cho phép xác định chính xác khối lượng và cấu trúc phân tử, phân biệt đồng phân dựa trên fragment ion đặc trưng. Phương pháp này có độ nhạy cao, giới hạn phát hiện (LOD) đạt 0,01 μg/mL, phù hợp phân tích mẫu sinh học và thực phẩm (ScienceDirect).

• UV–Vis spectroscopy: đo absorbance tại bước sóng 324 nm, đơn giản nhưng không phân biệt đồng phân.
• FTIR: xác định các nhóm chức O–H, C=O, ester qua phổ hồng ngoại.
• GC–MS (sau methyl hóa): phân tích thành phần biến chất và sản phẩm chuyển hóa.

Dược động học và chuyển hóa

Sau khi uống, axit chlorogenic hấp thu qua ruột non và ruột già, một phần bị thủy phân bởi esterase thành caffeic acid và quinic acid trước khi vào vòng tuần hoàn. Nồng độ đỉnh (C_max) đạt sau 1–2 giờ (T_max) với sinh khả dụng 30–50%.

Chuyển hóa ở gan qua liên hợp glucuronide và sulfat, tạo phức hợp dễ tan trong nước. Các đồng phân khác nhau có tốc độ chuyển hóa và thời gian bán thải (t_1/2) khác nhau, trung bình 1–2 giờ. Thải trừ qua nước tiểu dưới dạng liên hợp, khoảng 70% liều dùng có thể phát hiện trong 24 giờ đầu (PubMed).

Tham số	Giá trị trung bình
Sinh khả dụng	30–50%
Tmax	1–2 giờ
T1/2	1–2 giờ
Tỉ lệ thải trừ 24h	70%

Hoạt tính sinh học

Chống oxy hóa: Axit chlorogenic ức chế gốc tự do DPPH và ABTS với IC₅₀ lần lượt 15 μM và 12 μM. Mô hình tế bào chứng minh CQA giảm sản xuất ROS và bảo vệ ty thể khỏi stress oxy hóa.

Kháng viêm: CQA ức chế enzyme COX-2 và NF-κB, giảm tổng hợp cytokine tiền viêm TNF-α, IL-1β và IL-6. Thí nghiệm trên chuột viêm khớp cho thấy giảm sưng khớp và biểu hiện iNOS.

Chống đái tháo đường: Ức chế α-glucosidase và SGLT-1 ở ruột non, làm chậm hấp thu glucose sau ăn. Mô hình chuột béo phì cho kết quả giảm đường huyết 20% sau 4 tuần điều trị (Frontiers in Pharmacology).

Ứng dụng công nghiệp và dược phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm, axit chlorogenic được bổ sung trong thực phẩm chức năng giải độc gan, giảm cân và hỗ trợ tim mạch. Thực phẩm bổ sung chiết xuất cà phê xanh (green coffee extract) chứa CQA giúp giảm hấp thu lipid và tăng chuyển hóa mỡ.

• Mỹ phẩm: dùng làm chất chống oxy hóa, ngăn lão hóa da và bảo vệ tế bào khỏi tia UV.
• Thực phẩm chức năng: viên nang chiết xuất cà phê xanh, trà xanh, hỗ trợ giảm cân và điều hòa đường huyết.
• Dược phẩm: đang nghiên cứu dạng thuốc tiêm CQA để bảo vệ tế bào thần kinh trong bệnh Parkinson và Alzheimer.

An toàn và độc tính

LD₅₀ cấp tính của axit chlorogenic >2000 mg/kg ở chuột, cho thấy độ an toàn cao. Thử nghiệm Ames không phát hiện đột biến gen, nhóm chuyên gia EFSA đánh giá mức tiêu thụ hàng ngày chấp nhận được (ADI) là 0–5 mg/kg thể trọng (EFSA Opinion).

Tuy nhiên, liều >1000 mg/ngày có thể gây khó tiêu, ợ nóng và đau bụng, đặc biệt ở người nhạy cảm với caffeine. Phụ nữ có thai và cho con bú nên thận trọng, tham khảo ý kiến bác sĩ trước khi sử dụng.

• Tác dụng phụ nhẹ: rối loạn tiêu hóa, buồn nôn.
• Tương tác thuốc: tăng hiệu ứng thuốc chống đông máu (warfarin).

Tài liệu tham khảo

1. PubChem. “Chlorogenic acid.” pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. ScienceDirect. “LC–MS/MS Analysis of Chlorogenic Acids.” sciencedirect.com.
3. NCBI. “Physicochemical properties of chlorogenic acid.” pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29472949.
4. Frontiers in Pharmacology. “Chlorogenic acid in diabetes.” frontiersin.org.
5. Clifford, M. N. (1999). Chlorogenic acids and other cinnamates – nature, occurrence and dietary burden. J. Sci. Food Agric., 79(3), 362–372.
6. Ncube, M., et al. (2008). Quantification of chlorogenic acids in coffee and other plants. J. Agric. Food Chem., 56(16), 7455–7462.
7. EFSA. (2011). Scientific Opinion on the safety of chlorogenic acid. efsa.europa.eu.
8. FAO. “Functional properties of chlorogenic acid.” fao.org.