小粒種咖啡的主要成分及功能分析

李學俊 崔文銳 杜華波 黎丹妮

摘 要 隨著我國咖啡產業的快速發展，針對人們對咖啡的主要成分及功能的認識不足，以小粒種咖啡生豆、咖啡烘焙豆、可溶性物質的主要成分及功能進行分析，并總結對人體的主要功能，有助于咖啡生產者及消費者了解咖啡飲品，同時也為咖啡的進一步開發利用提供參考。

關鍵詞 小粒種咖啡 ；主要成分 ；功能 ；健康

中圖分類號 S571.2 文獻標識碼 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

咖啡是化學成分研究較為充分的經濟作物之一，實驗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議的飲料，從公元5、6世紀咖啡果的發現至今，針對“咖啡是否為健康的飲料”的觀點一直存在爭議，咖啡的銷量也因此起伏不定[2]。1933年芝加哥大學藥理博士霍克進行“咖啡對解開棋技難題的影響”的研究，并提出：咖啡因有助于解決棋技難題，為此在美國咖啡被稱為“智慧飲料”，到1950年，促使咖啡在美國銷量大增。同時醫學界提出，喝咖啡能引發心臟病，高血壓、致癌等，1982年后銷量開始銳減。1990年后，星巴克等“有助于健康的研究報告”，銷量回升。我國自臺灣省于1884年率先引進咖啡后，云南、海南、廣西、福建、廣東等省也先后引進種植，經過100多年的發展，到2015年全國咖啡種植面積達12萬hm2，咖啡是中國熱區重要的熱帶經濟作物和特色農業產業。中國咖啡消費年增率10%～15%，遠高于世界2.5%的增長率，隨著飲食習慣的改變和西方文化的影響，特別是隨著經濟的發展，未來10年中國有可能成為世界上咖啡消費量最大的國家之一。但人們對咖啡的成分及功能認識還比較膚淺，通過對小粒種咖啡的成分及功能分析，有助于咖啡生產者及消費者正確看待咖啡飲品，同時也為研究咖啡的化學和功能提供參考。

1 小粒種咖啡的主要成分

1.1 小粒種咖啡的非揮發性的主要物質

1.1.1 小粒種咖啡生咖啡豆非揮發性的主要物質

伍顏貞[3]對生咖啡、咖啡烘焙豆、咖啡粉水溶物及咖啡渣的化學成分等進行了分析，結果表明：咖啡中所含的化學物質非常豐富，包括碳水化合物、蛋白質、氨基酸、生物堿、綠原酸、酯類化合物等復雜成分。黃家雄等[4-5]對不同海拔高度小粒種咖啡品質及不同產地咖啡質量比較研究，結果表明：不同品種間及不同地理環境，咖啡化學成分含量存在差異。生咖啡的非揮發性成分對烘焙咖啡風味有顯著影響。曾凡逵等[6]在《咖啡風味化學》中總結了小粒種咖啡生豆非揮發性的主要成分，見表1。

1.1.2 小粒種咖啡烘焙咖啡豆非揮發性的主要物質

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

1.2 小粒種咖啡的主要揮發性成分

咖啡風味主要是在烘焙過程中產生的，有不同濃度的揮發性香氣組成。戴藝等[7]采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術分析了巴西、哥倫比亞、印度尼西亞3個不同產地咖啡豆中的揮發性化學成分，以峰面積歸一化法計算各組分的相對含量，并通過化學計量法處理，初步鑒定出97種化合物，不同產地咖啡豆揮發性成分有一定差異。邱明華等[8]總結了咖啡揮發性成分多為含氧含氮或含硫的雜環化合物，其主要來源為生豆中化學成分在焙炒過程中，發生鍵裂、反應產生的小分子衍生物。目前研究者已經在烘焙咖啡風味物中鑒定出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（堅果類、巧克力類）、煙熏、酚類味、花果味、辛辣味[6]（表3）。咖啡的揮發性成分分析，從來沒有間斷過，但到目前為止，咖啡在烘焙過程中發生的化學變化還沒有完全弄清楚，主要由于咖啡豆在烘焙過程中發生的化學變化難以在實驗室條件下模擬和重現。

1.3 咖啡可溶性物質

咖啡的酸甜苦咸與烘焙色度密切相關。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，淺焙也會出現苦咸味。烘焙技術好、深焙是“濃而不苦，甘醇潤喉”。黑咖啡的苦味、酸味和咸味易干擾甜味，喝咖啡時不會感到甜如蜜。唯有生豆的細胞壁肥厚，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]發現咖啡因可以阻止因高脂食物導致的體重增加和記憶障礙認知損傷。Yi-Fang等[11]研究表明：粗咖啡因可能含有對老年癡呆（AD）阻止細胞死亡和記憶障礙的預防藥物。冉莉等[12]發現，飲用含咖啡因的維生素功能飲料可以適當提高人體運動行為能力。咖啡堿在醫藥上做麻醉劑、興奮劑和強心劑。總結其主要功能有：提神醒腦、提高學習效率、減肥、增強運動能力、利尿、解酒、抑制動脈硬化等多方面的作用。咖啡因、茶堿等甲基黃嘌呤類化合物對循環系統有明顯的作用，過量則會引起心律失常，對腦血管有收縮作用，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]發現，葫蘆巴堿（Trig）對雌激素依賴的乳腺癌MCF-7細胞株具有明顯的生長促進作用，經一系列實驗證實，葫蘆巴堿是一個咖啡中神奇的植物雌激素。

2.2 綠原酸

在咖啡中，綠原酸隨著果實的成熟在種子中積累，不僅有利于果實抗生物和機械脅迫，并提高咖啡品質[14]。然而，高的綠原酸含量卻使咖啡的杯品質量變差[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%，在每個成熟小粒種咖啡果實中，綠原酸含量能夠高達14 mg，中粒種則高達17 mg。綠原酸在咖啡烘焙過程中含量逐漸下降，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，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、保護心血管系統等作用[16]。綠原酸具有保肝利膽、抗白血病、免疫調節、興奮神經中樞系統以及增強腸胃蠕動能力，促進胃液及膽汁分泌等作用。美國哈佛大學研究發現，每天喝2～3杯咖啡的男性，患膽結石病的機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，其藥理學有別于單寧酸或商品單寧，不會引起胃腸不適。咖啡多酚還包括兒茶素、沒食子兒茶素、黃烷醇等，在醫藥學上稱之為“維生素P群”。研究表明，咖啡多酚能改善微血管壁的通透性，增強血管的抵抗能力及在受損后的自我修復能力，增強毛細血管的彈性。咖啡多酚能與多種細菌的蛋白質結合，使蛋白質凝固而導致細菌死亡，因此，常喝咖啡可增強人體抗感染的能力。

2.4 蛋白質與氨基酸類

咖啡中蛋白質的含量可達干物質重量的15%，但溶于水中的只有2%左右，而溶于水的氨基酸近20余種，氨基酸對促進人體生長發育，調節脂肪的代謝，促進人體健康具有積極的作用。

2.5 礦物質類

咖啡的礦物質含量，因咖啡的生長區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，這些揮發性的物質占咖啡干重的比例微小，但其溶于咖啡中不斷揮發出來，使人神清氣爽。咖啡所含的呋喃類可抑制口臭，可清除大蒜的味道，但咖啡中若加了奶類，呋喃類與奶結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

一杯好咖啡對人體健康是有益的，但因其含有咖啡因，咖啡因攝入量過高會引起心律失常，對腦血管有收縮作用，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以下的咖啡因對健康是有益的[17]。所以，適量飲用咖啡對健康是有益的，每天飲用咖啡的量以2～3杯為宜，過量則會增加身體的負擔。

3.2 適時飲用咖啡

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。每個人所需要的能夠產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。咖啡飲用后45 min左右將被人體吸收，在體內的代謝時間約為4～6 h[17]。一天中適宜飲用咖啡的時間是早晨、中午和下午，晚上則不適宜，否則會對睡眠質量造成較大的影響。

咖啡因對食欲卻有負面作用，因此在餐前喝咖啡會不想吃東西。另外，由于胃部受到刺激而胃液分泌增加，刺激空胃，對胃潰瘍等患者不利。這可以說是咖啡的負面作用，但是在餐后飲用，則因為胃液分泌會增加，所以對消化有幫助。咖啡因有利尿、解酒的功效，但如果飲酒過多，則不適宜用咖啡來解酒，可能會引起身體不適。

3.3 適法飲用咖啡

咖啡是一種健康的飲料，其濃香馥郁、讓人回味無窮，但不好的咖啡可能對健康有影響。咖啡要喝出健康，關鍵在其制作方法。目前國內咖啡消費的產品類型主要是速溶咖啡、現煮咖啡、灌裝咖啡，其中以現煮咖啡最能體現咖啡的風味。適宜的咖啡制作方法，主要體現在選擇優質咖啡豆、適宜的烘焙方法、烘焙度和恰當的沖煮方式等。

4 結論

咖啡是世界交易量最大的熱帶農產品，也是世界上最受歡迎的非酒精類飲料之一，主要的消費市場集中在西歐和北美，隨著社會的發展和咖啡文化的傳播，一些新興的消費市場正在穩步增長，如東歐、東南亞以及南美的咖啡生產國巴西等。世界上人均年消費量最大的前六位國家依次為芬蘭（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）。世界上年進口量最大的前六位國家依次為：美國、德國、日本、意大利、法國、西班牙[1]。未來十年中國有可能成為世界上咖啡消費量最大的國家之一。但人們對咖啡的成分及功能認識還比較膚淺，通過對小粒種咖啡的成分及功能分析，有助于咖啡生產者及消費者正確看待咖啡飲品，健康飲用咖啡，促進我國咖啡產業的健康發展。

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