小粒種咖啡的主要成分及功能分析

李學(xué)俊 崔文銳 杜華波 黎丹妮

摘 要 隨著我國(guó)咖啡產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，針對(duì)人們對(duì)咖啡的主要成分及功能的認(rèn)識(shí)不足，以小粒種咖啡生豆、咖啡烘焙豆、可溶性物質(zhì)的主要成分及功能進(jìn)行分析，并總結(jié)對(duì)人體的主要功能，有助于咖啡生產(chǎn)者及消費(fèi)者了解咖啡飲品，同時(shí)也為咖啡的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞 小粒種咖啡 ；主要成分 ；功能 ；健康

中圖分類號(hào) S571.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.06.015

Analysis on Major Components and Function of Coffee Arabica

LI Xuejun CUI Wenrui DU Huabo LI Danni

（College of Tropical Crops， Yunnan Agricultural University， Pu'er， Yunnan 665000）

Abstract With the development of coffee industry in China and people's regardness about coffee， this article analyzed on the main components and function of green coffee beans， roasted coffee beans and soluble substances. Moreover， this article summarizes the primary health function to human body. It will be better for producers and consumers to know coffee well， and the article provides some references for the further development of coffee.

keywords Coffea arabica ； major components； function ； health

咖啡是化學(xué)成分研究較為充分的經(jīng)濟(jì)作物之一，實(shí)驗(yàn)室已從熟豆中分離出850多種化合物，其中1/3屬于芳香物，一杯黑咖啡至少有1 000余種成份[1]。但咖啡一直是最有爭(zhēng)議的飲料，從公元5、6世紀(jì)咖啡果的發(fā)現(xiàn)至今，針對(duì)“咖啡是否為健康的飲料”的觀點(diǎn)一直存在爭(zhēng)議，咖啡的銷量也因此起伏不定[2]。1933年芝加哥大學(xué)藥理博士霍克進(jìn)行“咖啡對(duì)解開(kāi)棋技難題的影響”的研究，并提出：咖啡因有助于解決棋技難題，為此在美國(guó)咖啡被稱為“智慧飲料”，到1950年，促使咖啡在美國(guó)銷量大增。同時(shí)醫(yī)學(xué)界提出，喝咖啡能引發(fā)心臟病，高血壓、致癌等，1982年后銷量開(kāi)始銳減。1990年后，星巴克等“有助于健康的研究報(bào)告”，銷量回升。我國(guó)自臺(tái)灣省于1884年率先引進(jìn)咖啡后，云南、海南、廣西、福建、廣東等省也先后引進(jìn)種植，經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，到2015年全國(guó)咖啡種植面積達(dá)12萬(wàn)hm2，咖啡是中國(guó)熱區(qū)重要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物和特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。中國(guó)咖啡消費(fèi)年增率10%～15%，遠(yuǎn)高于世界2.5%的增長(zhǎng)率，隨著飲食習(xí)慣的改變和西方文化的影響，特別是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未來(lái)10年中國(guó)有可能成為世界上咖啡消費(fèi)量最大的國(guó)家之一。但人們對(duì)咖啡的成分及功能認(rèn)識(shí)還比較膚淺，通過(guò)對(duì)小粒種咖啡的成分及功能分析，有助于咖啡生產(chǎn)者及消費(fèi)者正確看待咖啡飲品，同時(shí)也為研究咖啡的化學(xué)和功能提供參考。

1 小粒種咖啡的主要成分

1.1 小粒種咖啡的非揮發(fā)性的主要物質(zhì)

1.1.1 小粒種咖啡生咖啡豆非揮發(fā)性的主要物質(zhì)

伍顏貞[3]對(duì)生咖啡、咖啡烘焙豆、咖啡粉水溶物及咖啡渣的化學(xué)成分等進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：咖啡中所含的化學(xué)物質(zhì)非常豐富，包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿、綠原酸、酯類化合物等復(fù)雜成分。黃家雄等[4-5]對(duì)不同海拔高度小粒種咖啡品質(zhì)及不同產(chǎn)地咖啡質(zhì)量比較研究，結(jié)果表明：不同品種間及不同地理環(huán)境，咖啡化學(xué)成分含量存在差異。生咖啡的非揮發(fā)性成分對(duì)烘焙咖啡風(fēng)味有顯著影響。曾凡逵等[6]在《咖啡風(fēng)味化學(xué)》中總結(jié)了小粒種咖啡生豆非揮發(fā)性的主要成分，見(jiàn)表1。

1.1.2 小粒種咖啡烘焙咖啡豆非揮發(fā)性的主要物質(zhì)

咖啡在烘焙過(guò)程中產(chǎn)生的主要物質(zhì)分為非揮發(fā)性化合物和揮發(fā)性化合物，揮發(fā)性化合物主要對(duì)咖啡香氣起重要作用，非揮發(fā)性化學(xué)物主要決定咖啡的苦、澀、酸、甜等味道。咖啡在烘焙過(guò)程中，咖啡風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生巨大變化，烘焙后咖啡的非揮發(fā)性物質(zhì)主要有：咖啡因；葫蘆巴堿及其非揮發(fā)性衍生化合物：煙酸和N-甲基煙堿；蛋白質(zhì)和肽類化合物；纖維素、半纖維素、阿拉伯聚糖和膠質(zhì)等多聚糖化合物；黑腐酸或蛋白類黑素（氨基酸與單糖Maillard反應(yīng)的產(chǎn)物）；檸檬酸、蘋(píng)果酸和乙酸等羧酸物質(zhì)；綠原酸；酯類化合物；礦物質(zhì)等九類。李學(xué)俊等[1]分析了生咖啡豆及烘焙咖啡豆非揮發(fā)性的主要物質(zhì)，見(jiàn)表2。

1.2 小粒種咖啡的主要揮發(fā)性成分

咖啡風(fēng)味主要是在烘焙過(guò)程中產(chǎn)生的，有不同濃度的揮發(fā)性香氣組成。戴藝等[7]采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析了巴西、哥倫比亞、印度尼西亞3個(gè)不同產(chǎn)地咖啡豆中的揮發(fā)性化學(xué)成分，以峰面積歸一化法計(jì)算各組分的相對(duì)含量，并通過(guò)化學(xué)計(jì)量法處理，初步鑒定出97種化合物，不同產(chǎn)地咖啡豆揮發(fā)性成分有一定差異。邱明華等[8]總結(jié)了咖啡揮發(fā)性成分多為含氧含氮或含硫的雜環(huán)化合物，其主要來(lái)源為生豆中化學(xué)成分在焙炒過(guò)程中，發(fā)生鍵裂、反應(yīng)產(chǎn)生的小分子衍生物。目前研究者已經(jīng)在烘焙咖啡風(fēng)味物中鑒定出907種香氣組成，但并非每種化合物都是特征香氣成分，咖啡中特征香氣成分主要有28種，這些香氣成分分別具有：甜味/焦糖味、泥土味、烘焙味（堅(jiān)果類、巧克力類）、煙熏、酚類味、花果味、辛辣味[6]（表3）?？Х鹊膿]發(fā)性成分分析，從來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)，但到目前為止，咖啡在烘焙過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)變化還沒(méi)有完全弄清楚，主要由于咖啡豆在烘焙過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)變化難以在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬和重現(xiàn)。

1.3 咖啡可溶性物質(zhì)

咖啡的酸甜苦咸與烘焙色度密切相關(guān)。烘焙好的咖啡豆有70%～72%是不溶于水的纖維，水溶性滋味成分僅占熟豆重量的28%～30%[1，9]（表4）。淺中焙的“酸甜”滋味分子量最低，水溶性高，萃取前半段就溶解；“苦咸”滋味分子量較高，水溶性低，萃取后半段才溶出。缺陷豆太多或烘焙不當(dāng)，淺焙也會(huì)出現(xiàn)苦咸味。烘焙技術(shù)好、深焙是“濃而不苦，甘醇潤(rùn)喉”。黑咖啡的苦味、酸味和咸味易干擾甜味，喝咖啡時(shí)不會(huì)感到甜如蜜。唯有生豆的細(xì)胞壁肥厚，而且蔗糖與氨基酸含量高于平均值，加上完美的烘焙，甜味才能脫穎而出，甜味是精品咖啡最可貴的滋味。

2 小粒種咖啡的功能分析

2.1 生物堿類

2.1.1 咖啡因

咖啡因具有很強(qiáng)的中樞興奮作用，攝入咖啡因可以睡意消失，疲勞減輕，思維敏捷。Gregory等[10]發(fā)現(xiàn)咖啡因可以阻止因高脂食物導(dǎo)致的體重增加和記憶障礙認(rèn)知損傷。Yi-Fang等[11]研究表明：粗咖啡因可能含有對(duì)老年癡呆（AD）阻止細(xì)胞死亡和記憶障礙的預(yù)防藥物。冉莉等[12]發(fā)現(xiàn)，飲用含咖啡因的維生素功能飲料可以適當(dāng)提高人體運(yùn)動(dòng)行為能力?？Х葔A在醫(yī)藥上做麻醉劑、興奮劑和強(qiáng)心劑?？偨Y(jié)其主要功能有：提神醒腦、提高學(xué)習(xí)效率、減肥、增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力、利尿、解酒、抑制動(dòng)脈硬化等多方面的作用?？Х纫颉⒉鑹A等甲基黃嘌呤類化合物對(duì)循環(huán)系統(tǒng)有明顯的作用，過(guò)量則會(huì)引起心律失常，對(duì)腦血管有收縮作用，造成腦血管阻力上升，使腦血流量和腦氧張力下降。

2.1.2 葫蘆巴堿

葫蘆巴堿在咖啡豆中的含量約為1%，具有溫腎，祛寒，止痛等功能。Kimberly等[13]發(fā)現(xiàn)，葫蘆巴堿（Trig）對(duì)雌激素依賴的乳腺癌MCF-7細(xì)胞株具有明顯的生長(zhǎng)促進(jìn)作用，經(jīng)一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)，葫蘆巴堿是一個(gè)咖啡中神奇的植物雌激素。

2.2 綠原酸

在咖啡中，綠原酸隨著果實(shí)的成熟在種子中積累，不僅有利于果實(shí)抗生物和機(jī)械脅迫，并提高咖啡品質(zhì)[14]。然而，高的綠原酸含量卻使咖啡的杯品質(zhì)量變差[15]。綠原酸在咖啡中含量較高，咖啡生豆中綠原酸含量為5%～12%，在每個(gè)成熟小粒種咖啡果實(shí)中，綠原酸含量能夠高達(dá)14 mg，中粒種則高達(dá)17 mg。綠原酸在咖啡烘焙過(guò)程中含量逐漸下降，但在咖啡液體中占有較大比例，是咖啡苦澀味的主要影響因子。綠原酸是一種重要的生理活性物質(zhì)，具有抗菌、抗病毒、增高白血球、抗氧化、清除自由基、抑制突變、抗癌、保護(hù)心血管系統(tǒng)等作用[16]。綠原酸具有保肝利膽、抗白血病、免疫調(diào)節(jié)、興奮神經(jīng)中樞系統(tǒng)以及增強(qiáng)腸胃蠕動(dòng)能力，促進(jìn)胃液及膽汁分泌等作用。美國(guó)哈佛大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，每天喝2～3杯咖啡的男性，患膽結(jié)石病的機(jī)率比不喝咖啡的人低40%。

2.3 咖啡多酚

咖啡多酚又稱咖啡單寧，其藥理學(xué)有別于單寧酸或商品單寧，不會(huì)引起胃腸不適?？Х榷喾舆€包括兒茶素、沒(méi)食子兒茶素、黃烷醇等，在醫(yī)藥學(xué)上稱之為“維生素P群”。研究表明，咖啡多酚能改善微血管壁的通透性，增強(qiáng)血管的抵抗能力及在受損后的自我修復(fù)能力，增強(qiáng)毛細(xì)血管的彈性?？Х榷喾幽芘c多種細(xì)菌的蛋白質(zhì)結(jié)合，使蛋白質(zhì)凝固而導(dǎo)致細(xì)菌死亡，因此，常喝咖啡可增強(qiáng)人體抗感染的能力。

2.4 蛋白質(zhì)與氨基酸類

咖啡中蛋白質(zhì)的含量可達(dá)干物質(zhì)重量的15%，但溶于水中的只有2%左右，而溶于水的氨基酸近20余種，氨基酸對(duì)促進(jìn)人體生長(zhǎng)發(fā)育，調(diào)節(jié)脂肪的代謝，促進(jìn)人體健康具有積極的作用。

2.5 礦物質(zhì)類

咖啡的礦物質(zhì)含量，因咖啡的生長(zhǎng)區(qū)域不同而有較大差異。除磷、鉀、鎂、銅、鐵、鋅等外，咖啡還能從土壤中吸取錳、氟、硒等微量元素。適量的氟可以防止齲齒和老年性骨質(zhì)疏松；硒具有抗輻射、抗癌變等功效。

2.6 芳香化合物

咖啡中含有羅蘭酮等芳香物質(zhì)，這些揮發(fā)性的物質(zhì)占咖啡干重的比例微小，但其溶于咖啡中不斷揮發(fā)出來(lái)，使人神清氣爽?？Х人倪秽惪梢种瓶诔?，可清除大蒜的味道，但咖啡中若加了奶類，呋喃類與奶結(jié)合而失去了除臭作用。

3 咖啡飲用與健康

3.1 適量飲用咖啡

一杯好咖啡對(duì)人體健康是有益的，但因其含有咖啡因，咖啡因攝入量過(guò)高會(huì)引起心律失常，對(duì)腦血管有收縮作用，造成腦血管阻力上升，使腦血流量和腦氧張力下降，癥狀表現(xiàn)為失眠、頭暈、心悸等。研究表明：咖啡因致命量約10 g，一般人體攝入300 mg以下的咖啡因?qū)】凳怯幸娴腫17]。所以，適量飲用咖啡對(duì)健康是有益的，每天飲用咖啡的量以2～3杯為宜，過(guò)量則會(huì)增加身體的負(fù)擔(dān)。

3.2 適時(shí)飲用咖啡

咖啡因既被作為飲品，也被作為藥品，其作用都是提神及解除疲勞。每個(gè)人所需要的能夠產(chǎn)生效果的咖啡因精確劑量并不相同，主要取決于體型和咖啡因耐受度?？Х蕊嬘煤?5 min左右將被人體吸收，在體內(nèi)的代謝時(shí)間約為4～6 h[17]。一天中適宜飲用咖啡的時(shí)間是早晨、中午和下午，晚上則不適宜，否則會(huì)對(duì)睡眠質(zhì)量造成較大的影響。

咖啡因?qū)κ秤麉s有負(fù)面作用，因此在餐前喝咖啡會(huì)不想吃東西。另外，由于胃部受到刺激而胃液分泌增加，刺激空胃，對(duì)胃潰瘍等患者不利。這可以說(shuō)是咖啡的負(fù)面作用，但是在餐后飲用，則因?yàn)槲敢悍置跁?huì)增加，所以對(duì)消化有幫助?？Х纫蛴欣颉⒔饩频墓π?，但如果飲酒過(guò)多，則不適宜用咖啡來(lái)解酒，可能會(huì)引起身體不適。

3.3 適法飲用咖啡

咖啡是一種健康的飲料，其濃香馥郁、讓人回味無(wú)窮，但不好的咖啡可能對(duì)健康有影響。咖啡要喝出健康，關(guān)鍵在其制作方法。目前國(guó)內(nèi)咖啡消費(fèi)的產(chǎn)品類型主要是速溶咖啡、現(xiàn)煮咖啡、灌裝咖啡，其中以現(xiàn)煮咖啡最能體現(xiàn)咖啡的風(fēng)味。適宜的咖啡制作方法，主要體現(xiàn)在選擇優(yōu)質(zhì)咖啡豆、適宜的烘焙方法、烘焙度和恰當(dāng)?shù)臎_煮方式等。

4 結(jié)論

咖啡是世界交易量最大的熱帶農(nóng)產(chǎn)品，也是世界上最受歡迎的非酒精類飲料之一，主要的消費(fèi)市場(chǎng)集中在西歐和北美，隨著社會(huì)的發(fā)展和咖啡文化的傳播，一些新興的消費(fèi)市場(chǎng)正在穩(wěn)步增長(zhǎng)，如東歐、東南亞以及南美的咖啡生產(chǎn)國(guó)巴西等。世界上人均年消費(fèi)量最大的前六位國(guó)家依次為芬蘭（11.8 kg/1 710杯）、挪威（9.6 kg/1 440杯）、丹麥（9 kg/1 350杯）、冰島（9 kg/1 350杯）、瑞士（8.2 kg/1 230杯）、瑞典（7.8 kg/1 170杯）。世界上年進(jìn)口量最大的前六位國(guó)家依次為：美國(guó)、德國(guó)、日本、意大利、法國(guó)、西班牙[1]。未來(lái)十年中國(guó)有可能成為世界上咖啡消費(fèi)量最大的國(guó)家之一。但人們對(duì)咖啡的成分及功能認(rèn)識(shí)還比較膚淺，通過(guò)對(duì)小粒種咖啡的成分及功能分析，有助于咖啡生產(chǎn)者及消費(fèi)者正確看待咖啡飲品，健康飲用咖啡，促進(jìn)我國(guó)咖啡產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

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