小粒种咖啡的主要成分及功能分析

李学俊 崔文锐 杜华波 黎丹妮

摘 要 随着我国咖啡产业的快速发展，针对人们对咖啡的主要成分及功能的认识不足，以小粒种咖啡生豆、咖啡烘焙豆、可溶性物质的主要成分及功能进行分析，并总结对人体的主要功能，有助于咖啡生产者及消费者了解咖啡饮品，同时也为咖啡的进一步开发利用提供参考。

关键词 小粒种咖啡 ；主要成分 ；功能 ；健康

中图分类号 S571.2 文献标识码 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

咖啡是化学成分研究较为充分的经济作物之一，实验室已从熟豆中分离出850多种化合物，其中1/3属于芳香物，一杯黑咖啡至少有1 000余种成份[1]。但咖啡一直是最有争议的饮料，从公元5、6世纪咖啡果的发现至今，针对“咖啡是否为健康的饮料”的观点一直存在争议，咖啡的销量也因此起伏不定[2]。1933年芝加哥大学药理博士霍克进行“咖啡对解开棋技难题的影响”的研究，并提出：咖啡因有助于解决棋技难题，为此在美国咖啡被称为“智慧饮料”，到1950年，促使咖啡在美国销量大增。同时医学界提出，喝咖啡能引发心脏病，高血压、致癌等，1982年后销量开始锐减。1990年后，星巴克等“有助于健康的研究报告”，销量回升。我国自台湾省于1884年率先引进咖啡后，云南、海南、广西、福建、广东等省也先后引进种植，经过100多年的发展，到2015年全国咖啡种植面积达12万hm2，咖啡是中国热区重要的热带经济作物和特色农业产业。中国咖啡消费年增率10%～15%，远高于世界2.5%的增长率，随着饮食习惯的改变和西方文化的影响，特别是随着经济的发展，未来10年中国有可能成为世界上咖啡消费量最大的国家之一。但人们对咖啡的成分及功能认识还比较肤浅，通过对小粒种咖啡的成分及功能分析，有助于咖啡生产者及消费者正确看待咖啡饮品，同时也为研究咖啡的化学和功能提供参考。

1 小粒种咖啡的主要成分

1.1 小粒种咖啡的非挥发性的主要物质

1.1.1 小粒种咖啡生咖啡豆非挥发性的主要物质

伍颜贞[3]对生咖啡、咖啡烘焙豆、咖啡粉水溶物及咖啡渣的化学成分等进行了分析，结果表明：咖啡中所含的化学物质非常丰富，包括碳水化合物、蛋白质、氨基酸、生物碱、绿原酸、酯类化合物等复杂成分。黄家雄等[4-5]对不同海拔高度小粒种咖啡品质及不同产地咖啡质量比较研究，结果表明：不同品种间及不同地理环境，咖啡化学成分含量存在差异。生咖啡的非挥发性成分对烘焙咖啡风味有显著影响。曾凡逵等[6]在《咖啡风味化学》中总结了小粒种咖啡生豆非挥发性的主要成分，见表1。

1.1.2 小粒种咖啡烘焙咖啡豆非挥发性的主要物质

咖啡在烘焙过程中产生的主要物质分为非挥发性化合物和挥发性化合物，挥发性化合物主要对咖啡香气起重要作用，非挥发性化学物主要决定咖啡的苦、涩、酸、甜等味道。咖啡在烘焙过程中，咖啡风味物质发生巨大变化，烘焙后咖啡的非挥发性物质主要有：咖啡因；葫芦巴碱及其非挥发性衍生化合物：烟酸和N-甲基烟碱；蛋白质和肽类化合物；纤维素、半纤维素、阿拉伯聚糖和胶质等多聚糖化合物；黑腐酸或蛋白类黑素（氨基酸与单糖Maillard反应的产物）；柠檬酸、苹果酸和乙酸等羧酸物质；绿原酸；酯类化合物；矿物质等九类。李学俊等[1]分析了生咖啡豆及烘焙咖啡豆非挥发性的主要物质，见表2。

1.2 小粒种咖啡的主要挥发性成分

咖啡风味主要是在烘焙过程中产生的，有不同浓度的挥发性香气组成。戴艺等[7]采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析了巴西、哥伦比亚、印度尼西亚3个不同产地咖啡豆中的挥发性化学成分，以峰面积归一化法计算各组分的相对含量，并通过化学计量法处理，初步鉴定出97种化合物，不同产地咖啡豆挥发性成分有一定差异。邱明华等[8]总结了咖啡挥发性成分多为含氧含氮或含硫的杂环化合物，其主要来源为生豆中化学成分在焙炒过程中，发生键裂、反应产生的小分子衍生物。目前研究者已经在烘焙咖啡风味物中鉴定出907种香气组成，但并非每种化合物都是特征香气成分，咖啡中特征香气成分主要有28种，这些香气成分分别具有：甜味/焦糖味、泥土味、烘焙味（坚果类、巧克力类）、烟熏、酚类味、花果味、辛辣味[6]（表3）。咖啡的挥发性成分分析，从来没有间断过，但到目前为止，咖啡在烘焙过程中发生的化学变化还没有完全弄清楚，主要由于咖啡豆在烘焙过程中发生的化学变化难以在实验室条件下模拟和重现。

1.3 咖啡可溶性物质

咖啡的酸甜苦咸与烘焙色度密切相关。烘焙好的咖啡豆有70%～72%是不溶于水的纤维，水溶性滋味成分仅占熟豆重量的28%～30%[1，9]（表4）。浅中焙的“酸甜”滋味分子量最低，水溶性高，萃取前半段就溶解；“苦咸”滋味分子量较高，水溶性低，萃取后半段才溶出。缺陷豆太多或烘焙不当，浅焙也会出现苦咸味。烘焙技术好、深焙是“浓而不苦，甘醇润喉”。黑咖啡的苦味、酸味和咸味易干扰甜味，喝咖啡时不会感到甜如蜜。唯有生豆的细胞壁肥厚，而且蔗糖与氨基酸含量高于平均值，加上完美的烘焙，甜味才能脱颖而出，甜味是精品咖啡最可贵的滋味。

2 小粒种咖啡的功能分析

2.1 生物碱类

2.1.1 咖啡因

咖啡因具有很强的中枢兴奋作用，摄入咖啡因可以睡意消失，疲劳减轻，思维敏捷。Gregory等[10]发现咖啡因可以阻止因高脂食物导致的体重增加和记忆障碍认知损伤。Yi-Fang等[11]研究表明：粗咖啡因可能含有对老年痴呆（AD）阻止细胞死亡和记忆障碍的预防药物。冉莉等[12]发现，饮用含咖啡因的维生素功能饮料可以适当提高人体运动行为能力。咖啡碱在医药上做麻醉剂、兴奋剂和强心剂。总结其主要功能有：提神醒脑、提高学习效率、减肥、增强运动能力、利尿、解酒、抑制动脉硬化等多方面的作用。咖啡因、茶碱等甲基黄嘌呤类化合物对循环系统有明显的作用，过量则会引起心律失常，对脑血管有收缩作用，造成脑血管阻力上升，使脑血流量和脑氧张力下降。

2.1.2 葫芦巴碱

葫芦巴碱在咖啡豆中的含量约为1%，具有温肾，祛寒，止痛等功能。Kimberly等[13]发现，葫芦巴碱（Trig）对雌激素依赖的乳腺癌MCF-7细胞株具有明显的生长促进作用，经一系列实验证实，葫芦巴碱是一个咖啡中神奇的植物雌激素。

2.2 绿原酸

在咖啡中，绿原酸随着果实的成熟在种子中积累，不仅有利于果实抗生物和机械胁迫，并提高咖啡品质[14]。然而，高的绿原酸含量却使咖啡的杯品质量变差[15]。绿原酸在咖啡中含量较高，咖啡生豆中绿原酸含量为5%～12%，在每个成熟小粒种咖啡果实中，绿原酸含量能够高达14 mg，中粒种则高达17 mg。绿原酸在咖啡烘焙过程中含量逐渐下降，但在咖啡液体中占有较大比例，是咖啡苦涩味的主要影响因子。绿原酸是一种重要的生理活性物质，具有抗菌、抗病毒、增高白血球、抗氧化、清除自由基、抑制突变、抗癌、保护心血管系统等作用[16]。绿原酸具有保肝利胆、抗白血病、免疫调节、兴奋神经中枢系统以及增强肠胃蠕动能力，促进胃液及胆汁分泌等作用。美国哈佛大学研究发现，每天喝2～3杯咖啡的男性，患胆结石病的机率比不喝咖啡的人低40%。

2.3 咖啡多酚

咖啡多酚又称咖啡单宁，其药理学有别于单宁酸或商品单宁，不会引起胃肠不适。咖啡多酚还包括儿茶素、没食子儿茶素、黄烷醇等，在医药学上称之为“维生素P群”。研究表明，咖啡多酚能改善微血管壁的通透性，增强血管的抵抗能力及在受损后的自我修复能力，增强毛细血管的弹性。咖啡多酚能与多种细菌的蛋白质结合，使蛋白质凝固而导致细菌死亡，因此，常喝咖啡可增强人体抗感染的能力。

2.4 蛋白质与氨基酸类

咖啡中蛋白质的含量可达干物质重量的15%，但溶于水中的只有2%左右，而溶于水的氨基酸近20余种，氨基酸对促进人体生长发育，调节脂肪的代谢，促进人体健康具有积极的作用。

2.5 矿物质类

咖啡的矿物质含量，因咖啡的生长区域不同而有较大差异。除磷、钾、镁、铜、铁、锌等外，咖啡还能从土壤中吸取锰、氟、硒等微量元素。适量的氟可以防止龋齿和老年性骨质疏松；硒具有抗辐射、抗癌变等功效。

2.6 芳香化合物

咖啡中含有罗兰酮等芳香物质，这些挥发性的物质占咖啡干重的比例微小，但其溶于咖啡中不断挥发出来，使人神清气爽。咖啡所含的呋喃类可抑制口臭，可清除大蒜的味道，但咖啡中若加了奶类，呋喃类与奶结合而失去了除臭作用。

3 咖啡饮用与健康

3.1 适量饮用咖啡

一杯好咖啡对人体健康是有益的，但因其含有咖啡因，咖啡因摄入量过高会引起心律失常，对脑血管有收缩作用，造成脑血管阻力上升，使脑血流量和脑氧张力下降，症状表现为失眠、头晕、心悸等。研究表明：咖啡因致命量约10 g，一般人体摄入300 mg以下的咖啡因对健康是有益的[17]。所以，适量饮用咖啡对健康是有益的，每天饮用咖啡的量以2～3杯为宜，过量则会增加身体的负担。

3.2 适时饮用咖啡

咖啡因既被作为饮品，也被作为药品，其作用都是提神及解除疲劳。每个人所需要的能够产生效果的咖啡因精确剂量并不相同，主要取决于体型和咖啡因耐受度。咖啡饮用后45 min左右将被人体吸收，在体内的代谢时间约为4～6 h[17]。一天中适宜饮用咖啡的时间是早晨、中午和下午，晚上则不适宜，否则会对睡眠质量造成较大的影响。

咖啡因对食欲却有负面作用，因此在餐前喝咖啡会不想吃东西。另外，由于胃部受到刺激而胃液分泌增加，刺激空胃，对胃溃疡等患者不利。这可以说是咖啡的负面作用，但是在餐后饮用，则因为胃液分泌会增加，所以对消化有帮助。咖啡因有利尿、解酒的功效，但如果饮酒过多，则不适宜用咖啡来解酒，可能会引起身体不适。

3.3 适法饮用咖啡

咖啡是一种健康的饮料，其浓香馥郁、让人回味无穷，但不好的咖啡可能对健康有影响。咖啡要喝出健康，关键在其制作方法。目前国内咖啡消费的产品类型主要是速溶咖啡、现煮咖啡、灌装咖啡，其中以现煮咖啡最能体现咖啡的风味。适宜的咖啡制作方法，主要体现在选择优质咖啡豆、适宜的烘焙方法、烘焙度和恰当的冲煮方式等。

4 结论

咖啡是世界交易量最大的热带农产品，也是世界上最受欢迎的非酒精类饮料之一，主要的消费市场集中在西欧和北美，随着社会的发展和咖啡文化的传播，一些新兴的消费市场正在稳步增长，如东欧、东南亚以及南美的咖啡生产国巴西等。世界上人均年消费量最大的前六位国家依次为芬兰（11.8 kg/1 710杯）、挪威（9.6 kg/1 440杯）、丹麦（9 kg/1 350杯）、冰岛（9 kg/1 350杯）、瑞士（8.2 kg/1 230杯）、瑞典（7.8 kg/1 170杯）。世界上年进口量最大的前六位国家依次为：美国、德国、日本、意大利、法国、西班牙[1]。未来十年中国有可能成为世界上咖啡消费量最大的国家之一。但人们对咖啡的成分及功能认识还比较肤浅，通过对小粒种咖啡的成分及功能分析，有助于咖啡生产者及消费者正确看待咖啡饮品，健康饮用咖啡，促进我国咖啡产业的健康发展。

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