農產品加工、保鮮、貯藏與分析檢測5個產區咖啡果皮成分分析與營養評價

胡榮鎖　董文江　宗迎　王海茹　趙建平

摘 要 通過對5個產區咖啡果皮基本成分、脂肪酸和氨基酸組成測定，并對脂肪酸和氨基酸進行營養評價，為咖啡果皮開發提供理論依據。結果表明：纖維素、蛋白質和總糖是咖啡果皮主要成分，纖維素和總糖含量最高是海南產區分別為18.585%和19.315%，蛋白質含量最高是德宏產區為15.916%，均顯著高于其他4個產區。共檢出17種氨基酸，色氨酸均未檢出，氨基酸含量最高為海南產區樣品（7.072%）；經氨基酸比值系數法（SRC）評價得分為42.43 ～ 52.68，最高為德宏產區樣品，說明各產區咖啡果皮中必須氨基酸均有較佳的均衡性；5個產區樣品共檢出15種脂肪酸，含量最高為海南產區樣品，為6.752%，∑ ω-6 / ∑ ω-3得分為2.975 ～ 4.710，不飽和脂肪酸不太均衡。綜上，咖啡果皮營養價值豐富，具有較高的開發和利用價值。

關鍵詞 咖啡；果皮；營養成分；評價

中圖分類號 S1，TS209 文獻標識碼 A

Abstract The general nutrients， amino acids and fatty acids of five different region coffee peels were analyzed to evaluate the nutritional value and provide evidence for the industrial development. The fiber， protein and total sugar were the main components of coffee peel， and the highest content of fiber and total suger were observed in the samples from Hainan， which accounted for 18.585% and 19.315%， respectively. The highest content of protein was found in the samples from Dehong， which accounted for 15.916%， which was significantly higher than that in the samples from the other four regions. Seventeen amino acids were detected in the five region coffee peel， with no tryptophan detected. The amino acids content in the samples from Hainan was the highest （7.072%）. The score of ratio coefficient of amino acids （SRC） was between 42.43 and 52.68， and the highest level was in the samples from Dehong， which meaning that they all had balanced essential amino acids content in the samples from five regions. There were 15 types of fatty acids， and the highest value was in the samples from Hainan ，which accounted for 6.752%. Timnodonic acid was detected in all samples. ∑ω-6 / ∑ω-3 score was 2.975 ～ 4.710， which meaning that the unsaturated fatty acid was not well balanced. The results showed that the nutritional value of coffee peel was rich， and it had high development and utilization value.

Key words coffee；peel；nutritional components；evaluation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.05.024

我國咖啡主要種植在云南省和海南省，云南省以小粒種咖啡為主，海南省以中粒種咖啡為主。云南省咖啡主要種植在普洱、德宏、保山和臨滄，四大產區占云南咖啡種植面積的80%以上。咖啡果皮是咖啡初加工副產物，2016年我國咖啡果皮副產物年產50余萬噸，目前我國咖啡果皮營養成分尚不明確。

國內對咖啡果皮成分組成及營養評價研究較少，僅胡榮鎖等[1]報道了利用咖啡果皮提取可溶性膳食纖維，提取率達9.72%，且具有良好的功能特性；韓洪波等[2]報道了咖啡果皮咖啡因的測定方法，測定含量為1.79%。此外在果皮應用方面，胡榮鎖等[3]利用咖啡果皮釀造咖啡果酒，并對其感官風味進行了詳細評價；石磊等[4]報道咖啡果肉可用于牲畜飼料，其對牲畜生長性能具有一定的促進作用；國外對咖啡果皮成分組成及營養研究較少，其應用方面研究較多，Bonillahermosa等[5]、Esquive等[6]、Murthy等[7]都對不同咖啡果皮營養組成進行研究，在果皮應用方面報道了生成生物乙醇[8]、β-葡糖苷酶[9]、發酵乳酸[10]、單寧酸酶[11]、青貯飼料[12]、沼氣[13]及研制鼠李飲料[14]等研究。

本研究以云南4個主要產區小粒種和海南中粒種咖啡果皮為原料，測定咖啡果皮基本組分、氨基酸和脂肪酸組成，并對脂肪酸和氨基酸進行營養評價，為我國咖啡果皮開發提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗材料 普洱咖啡果皮由云南農業大學熱帶作物學院協助收集，德宏、保山和臨滄咖啡果皮自行收集，咖啡品種均為小粒波旁種；海南咖啡果皮來自萬寧市興隆鎮，咖啡品種為中粒種。普洱咖啡果皮簡稱PECP，德宏咖啡果皮簡稱DHCP，保山咖啡果皮簡稱BSCP，臨滄咖啡果皮簡稱LCCP，海南咖啡果皮簡稱HNCP。

1.1.2 試劑 纖維素酶為Celluclast 1.5 L，自黑曲霉（Aspergillus niger）中提取，購自中國Novozymes公司；正構烷烴（C8-C30），上海安譜公司；脂肪酸甲酯標準品，上海安譜公司；其他試劑均為國產分析純。

1.1.3 儀器與設備 S-433D氨基酸分析儀，德國Sykam公司；NDA701杜馬斯定氮儀，意大利VELP公司；7890A-5975C氣相色譜質譜聯用儀，美國Agilent公司；1290超高效液相色譜儀，美國Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 咖啡果皮營養組分測定方法 纖維素、半纖維素和木質素測定參考Michailof等[15]的方法；蛋白質含量測定采用杜馬斯定氮儀檢測，參考董文江等[16]的方法；綠原酸、咖啡因檢測參考蔡榮華等[17]方法；葫蘆巴堿參考劉宏程等[18]方法；游離氨基酸含量測定采用氨基酸自動分析儀測定，參考董文江等[16]的方法；脂肪酸測定使用氣相色譜儀，參考Li等[19]的方法。

1.2.2 營養評價方法 氨基酸評價方法采用比值系數法，具體方法參考王芳[20]的方法。脂肪酸營養評價采用鄭捷[21]的方法。

1.3 數據統計與處理

所有數據均重復測定3次，結果以平均值±標準差（Mean±SD）表示；使用SPSS 19.0軟件ANOVA Duncan多重比較法進行差異性分析。

2 結果與分析

2.1 咖啡果皮基本營養成分的分析

對普洱、德宏、保山、臨滄和萬寧咖啡果皮的基本營養組分進行了測定，結果如表1所示。

由表1可知，咖啡果皮中含量較高的組分為纖維素、總糖、蛋白質和木質素，其中纖維素占總含量的17.704% ～ 18.585%，總糖占總含量的16.984% ～ 19.315%；同時可以看出咖啡果皮糖類以還原糖為主；咖啡因、綠原酸和葫蘆巴堿是咖啡豆特征組分，在咖啡果皮中同樣存在，但含量顯著低于咖啡生豆的含量[22]。

雖然收集的均是卡蒂莫系列咖啡果皮，但由于生長環境、地域及種植條件等因素使成分之間也存在差異，除還原糖外，各指標間均存在差異不顯著（p<0.05）；海南咖啡為中粒種咖啡，其果皮與云南咖啡果皮組分存在較大差異，因此除蛋白質外，其余指標均與其他4種咖啡果皮組分存在顯著性差異（p<0.05）；同時可以看出，相對于種植條件，品種對咖啡果皮組分造成的差異性更加顯著。

研究結果與前人結果存在較大的差異。例如，本研究檢測總糖含量范圍為16.984% ～ 19.315%，Bonillahermosa等[5]檢測結果為1.21% ～ 9.7%，Esquivel等[6]檢測含量范圍為21% ～ 32%，Murthy等[7]檢測含量為14.4%；對于蛋白質含量，本研究檢測為14.862% ～ 15.916%，而Bonillahermosa等[5]檢測范圍為4.26% ～ 14.79%，Esquivel等[6]檢測含量范圍為7.5% ～ 15%，Murthy等[7]檢測含量為11.5%，可見在不同研究中檢測的總糖和蛋白質含量差異顯著。此外，在纖維素、半纖維素等組分上本研究的結果與前人檢測結果同樣存在差異，其含量差異可能是品種、種植環境等因素造成的。

2.2 咖啡果皮中氨基酸的分析

對5個產區咖啡果皮中氨基酸進行檢測，結果見表2。從結果中可以看出咖啡果皮含有17種氨基酸，其中非必須氨基酸8種、半必須氨基酸2種和必須氨基酸7種；非必須氨基酸和半必須氨基酸種類齊全，必須氨基酸中色氨酸含量過低，檢測不出。氨基酸總量海南（7.072）>普洱（6.553）>保山（6.247）>臨滄（5.388）>德宏（4.952），含量最高的為天門冬氨酸其次為谷氨酸，含量最低的為半胱氨酸和蛋氨酸，該研究結果和其中4個產區咖啡生豆的研究結果基本一致[16]。

組氨酸和精氨酸是人體能合成的兩種氨基酸，屬于半必須氨基酸，肖良俊等[23]將其歸為必須氨基酸（EAA），王芳等[20]將其歸為非必須氨基酸（NEAA），魏靜等[24]作為半必須氨基酸單獨存在，本研究采用魏靜等人的分類方式。根據FAO/WHO的理想模式，質量較好的蛋白質其EAA/TAA為0.40左右，EAA/NEAA在0.60以上，由此可見，咖啡果皮均具有較高的營養價值，但營養價值最高的咖啡果皮為普洱，其次為保山，最低的為德宏。

氨基酸品質評價方式至少有3種，氨基酸比值系數法、模糊識別法[20]和營養品質評價法[24]，目前使用最廣泛、認可度最高為氨基酸比值系數法，本研究采用該方法對各必須氨基酸品質進行分析評價，5個產區咖啡果皮的RAA、RC及SRC對比分析結果見表3。

從表3中可以看出，各產區咖啡果皮SRC值均較高，說明各產區必須氨基酸均有較佳的均衡性，其中SRC最高為德宏咖啡果皮（52.68），SRC最低為普洱咖啡果皮（42.43），說明德宏咖啡果皮雖然整體氨基酸營養最低但必須氨基酸均衡性最佳，而普洱咖啡果皮整體氨基酸營養最佳但必須氨基酸均衡性最低；各氨基酸中除色氨酸和蛋氨酸+半胱氨酸外，RAA及RC的數值均在1附近，表明各必需氨基酸接近FAO/WHO的推薦值；其中蘇氨酸、纈氨酸RAA和RC的數值均大于1，說明營養過剩；色氨酸、賴氨酸和蛋氨酸+半胱氨酸RAA和RC的數值均小于1，說明營養不足；同時由于色氨酸未檢出，各咖啡果皮第一限制性氨基酸均為色氨酸，根據蛋白質互補法和其他蛋白按一定比例互混互相補充，能提高其營養價值，以利于咖啡果皮后續利用開發。

2.3 咖啡果皮中脂肪酸的分析

咖啡果皮樣品中15種脂肪酸離子流圖見圖1。

由圖1可以看出，僅分離出15種脂肪酸，所檢出的脂肪酸保留時間主要集中在14～ 24 min之間，且含量最多的脂肪酸皆為飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸檢測能力相對較弱，這是因為本研究所采用的色譜柱為DB-5MS，而Li[19]的方法所用色譜柱為HP-88。對不同產區咖啡果皮的脂肪酸檢測結果及分析分別見表4和表5。

由表4～5可知，咖啡果皮共檢測出脂肪酸15種，主要脂肪酸為硬脂酸和棕櫚酸，分別占總含量的1.058%～1.584%和1.383%～1.694%，其次為花生酸和亞油酸。脂肪酸總含量占咖啡果皮的5.411% ～ 6.752%，其中海南咖啡果皮脂肪酸含量最高；飽和脂肪酸含量最高的為海南產區咖啡為4.482%，而不飽和脂肪酸含量最高則為臨滄產區為2.487%。5個產區均檢出了二十碳五烯酸（EPA），EPA屬于ω-3族，其具有抑制膽結石[25]、并對治療肥胖[26]等功能；∑ ω-6 / ∑ ω-3得分范圍區間分別為2.975 ～ 4.710，均不在成人適宜的比例（5～10）范圍之內[21]，可能是咖啡果皮本身的脂肪酸存在不平衡。由顯著性分析可知，各產區各脂肪酸指標均存在顯著性差異（p<0.05），可見地域差異對脂肪酸造成的影響顯著。

3 結論

針對咖啡果皮營養成分分析，可以看出咖啡果皮具有良好的應用前景，其主要成分是纖維素、蛋白質和總糖，分別占總含量的17.175% ～ 18.585%、14.863% ～ 15.916%和16.459% ～ 19.315%，雖然5個產區咖啡果皮組成含量存在差異，但整體趨勢一致；海南咖啡果皮除蛋白質外，其余指標均存在顯著性差異。

由咖啡果皮營養評價結果可知，咖啡果皮具有較高的利用價值，含有17種氨基酸和15種脂肪酸，氨基酸TAA含量為總含量的4.952%～7.072%，SRC介于42.43～52.68之間，脂肪酸含量占咖啡果皮的5.411%～6.752%，均說明氨基酸和脂肪酸價值較高；但色氨酸未檢出，故其應用時應適當添加，∑ ω-6 / ∑ ω-3得分范圍區間分別為2.975 ～ 4.710，不在成人適宜的∑ ω-6 / ∑ ω-3比例（5～10）范圍之內，故在使用時要適當添加以能提高其營養價值。

參考文獻

[1] 胡榮鎖， 周 晶， 董文江， 等. 響應面法優化咖啡果皮可溶性膳食纖維提取工藝和功能特性研究[J]. 熱帶農業科學， 2015， 35（9）： 66-72.

[2] 韓洪波， 楊春琳， 李敏杰. HPLC測定小粒種咖啡不同部位咖啡因含量[J]. 食品研究與開發， 2013（6）： 85-88.

[3] 胡榮鎖， 周 晶， 董文江， 等. 基于HS-SPME/GC-MS和感官分析技術的單菌發酵對咖啡果酒風味影響研究[J]. 農學學報， 2016， 6（2）： 107-112.

[4] 石磊. 咖啡加工副產物在牲畜飼料中的應用[J]. 中國畜牧獸醫文摘， 2014（9）： 195-196.

[5] Bonillahermosa V A， Duarte W F， Schwan R F. Utilization of coffee by-products obtained from semi-washed process for production of value-added compounds[J]. Bioresource Technology， 2014， 166： 142-150.

[6] Esquivel P， Jiménez V M. Functional properties of coffee and coffee by-products[J]. Food Research International， 2012， 46（2）： 488-495.

[7] Murthy P S， Naidu M M. Sustainable management of coffee industry by-products and value addition-A review[J]. Resources Conservation & Recycling， 2012， 66（3）： 45-58.

[8] Menezes E G T， Carmo J R D， Alves J G L F， et al. Optimization of alkaline pretreatment of coffee pulp for production of bioethanol[J]. Biotechnology Progress， 2014， 30（2）： 451-462.

[9] Dias M， Melo M M， Schwan R F， et al. A new alternative use for coffee pulp from semi-dry process to β-glucosidase production by Bacillus subtilis[J]. Letters in Applied Microbiology， 2015， 61（6）： 588-595.

[10] Pleissner D， Neu A K， Mehlmann K， et al. Fermentative lactic acid production from coffee pulp hydrolysate using Bacillus coagulans at laboratory and pilot scales[J]. Bioresource Technology， 2016， 218： 167-173.

[11] Bhoite R N， Murthy P S. Biodegradation of coffee pulp tannin by Penicillium verrucosum， for production of tannase， statistical optimization and its application[J]. Food & Bioproducts Processing， 2015， 94： 727-735.

[12] Salinas-Rios T， Ortega-Cerrilla M E， Sánchez-Torres-Esqueda M T， et al. Productive performance and oxidative status of sheep fed diets supplemented with coffee pulp[J]. Small Ruminant Research， 2015， 123（1）： 17-21.

[13] Corro G， Paniagua L， Pal U， et al. Generation of biogas from coffee-pulp and cow-dung co-digestion： Infrared studies of postcombustion emissions[J]. Energy Conversion & Management， 2013， 74（10）： 471-481.

[14] Heeger A， Kosińskacagnazzo A， Cantergiani E， et al. Bioactives of coffee cherry pulp and its utilisation for production of Cascara beverage[J]. Food Chemistry， 2017， 221： 969-975.

[15] Michailof C， Sfetsas T， Stefanidis S， et al. Quantitative and qualitative analysis of hemicellulose， cellulose and lignin bio-oils by comprehensive two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A， 2014， 1369： 147-160.

[16] 董文江， 張 豐， 趙建平， 等. 云南不同地區生咖啡豆的風味前體物質研究[J]. 現代食品科技， 2016（1）： 290-296.

[17] 蔡榮華， 張曉芳， 杜精精， 等. 超高效液相色譜—紫外檢測法同時測定綠咖啡豆提取物中的綠原酸和咖啡因含量[J]. 中國食品添加劑， 2014（2）： 225-228.

[18] 劉宏程， 黎其萬， 邵金良， 等. 超聲波萃取-高效液相色譜測定咖啡粉和速溶咖啡中的葫蘆巴堿[J]. 色譜， 2011， 29（11）： 1 103-1 106.

[19] Li S S， Yuan R Y， Chen L G， et al. Systematic qualitative and quantitative assessment of fatty acids in the seeds of 60 tree peony （Paeonia section Moutan DC.） cultivars by GC-MS[J]. Food Chemistry， 2015， 173： 133-140.

[20] 王 芳， 喬 璐， 張慶慶， 等. 桑葉蛋白氨基酸組成分析及營養價值評價[J]. 食品科學， 2015， 36（1）： 225-228.

[21] 鄭 捷， 楊潞潞， 高建忠， 等. 泥鰍魚籽營養成分及油脂的脂肪酸組成分析[J]. 食品科學， 2016， 37（24）： 105-110.

[22] 胡榮鎖， 陸敏泉， 初 眾， 等. 海南咖啡主要營養成分對比研究[J]. 營養學報， 2013， 35（6）： 622-624.

[23] Bonillahermosa V A， Duarte W F， Schwan R F. Utilization of coffee by-products obtained from semi-washed process for production of value-added compounds[J]. Bioresource Technology， 2014， 166： 142-150.

[24] Esquivel P， Jiménez V M. Functional properties of coffee and coffee by-products[J]. Food Research International， 2012， 46（2）： 488-495.

[25] Murthy P S， Naidu M M. Sustainable management of coffee industry by-products and value addition—A review[J]. Resources Conservation & Recycling， 2012， 66（3）： 45-58.

[26] 肖良俊， 毛云玲， 吳 濤， 等. 云南紫仁核桃必需氨基酸含量及營養評價[J]. 食品科學， 2015， 36（4）： 106-109.

[27] 魏 靜， 谷滿屯， 姬彥羽， 等. 海南與浙江產鐵皮石斛主要營養成分分析比較[J]. 熱帶作物學報， 2015， 36（6）： 1 059-1 066.

[28] 趙小毅， 孫誠誼， 喻 超， 等. 二十碳五烯酸抑制小鼠膽囊膽固醇結石形成的作用及分子機制[J]. 中華肝膽外科雜志， 2016， 22（3）： 193-197.

[29] Huerta A E， Navas-Carretero S， Prieto-Hontoria P L， et al. Effects of α-lipoic acid and eicosapentaenoic acid in overweight and obese women during weight loss[J]. Obesity， 2015， 23（2）： 313-321.