咖啡生物堿類主要化合物的提取、合成代謝途徑及活性研究進(jìn)展

doi：10.13304/j.nykjdb.2024.0557

中圖分類號(hào)：S59 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-0864（2025）08-0132-12

ProgressinExtraction，SyntheticMetabolicPathways，and Bioactivity Researchof Coffea Alkaloid Main Compounds

YANG Linghui1，DING Zhiwei1，GONG Li1，LI Xuejun12，DONG Yunpingl，LYU Zhenjiang ^1，2* （2 （ColegeofTopicalCrops，YunnaAgriculturalUniversityYuanu’er665O99，hina;2.YuanKeyLaboratoryofofee YunnanAgricultural University，YunnanPu'er665o99，China）

Abstract：Coffeabelongs totheCoffeagenus，Rubiaceaefamily，andisanimportant tropicaleconomiccrop.Coffee is widelypopulardue toitsunique flavorand biological functions.Cafeineand trigonellineare keycomponents，which comprisethemaifavorofoffe.Teyhavevariousbiologicalactivitiessuchasati-inflmmatoryant-cancer，metabolism regulation，neuroprotectionanddiabetes treatment.Theextractionanddeterminationmethodsofcofeaalkaloids，the syntheticmetabolicpathwaysof majorcompounds，and their biological activitieswere reviewed.Futureresearchdirections wereexplored，includingthediversityofcofeaalkaloidcompounds，extractionanddeterminationmethods，biological activitiesandthedevelopmentofcofeaproducts，whichprovidedatheoreticalreferenceforfurtherresearchoncoffa-related applications.

KeyWords：coffea；caffeine；trigonelline；biosynthetic and degradation pathways；biological activities

咖啡是茜草科（Rubiaceae）咖啡屬（Coffea）多年生常綠灌木或小喬木，生性畏寒、不耐久旱、性喜溫涼[2，是熱帶亞熱帶重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值3]。咖啡屬植物有90多種，分布于亞洲、非洲和美洲熱帶亞熱帶地區(qū)4。我國(guó)南部和西南部引入栽培的約有5種。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，主要種植的有小粒咖啡（Coffeaarabica）和中粒咖啡（Coffeacanephora），其中品質(zhì)和口感最佳的為小粒咖啡5。中國(guó)咖啡主要種植在和海南，廣東、臺(tái)灣等地有少量分布。省主要以小粒咖啡為主，且大部分種植在海拔 800～2000m 區(qū)域，其獨(dú)特的地理地形及氣候特點(diǎn)，使得咖啡豆中的生物堿、酚類、黃酮類、脂類、糖類以及蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得以充分形成和積累，具有“濃而不苦，香而不烈”等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。的市、保山市、臨滄市和德宏州是咖啡的主產(chǎn)區(qū)，其種植面積、產(chǎn)值、產(chǎn)量均占全國(guó) 95% 以上[6-8]。

咖啡富含生物堿、酚酸類、脂類、蛋白質(zhì)以及多種礦物質(zhì)和維生素。這些化合物是影響咖啡品質(zhì)的關(guān)鍵因素，還賦予咖啡與眾不同的風(fēng)味以及生物活性功能[]。咖啡的苦味主要來(lái)源于生物堿類化合物，其中最重要的2種苦味成分為咖啡因（caffeine，CA）和葫蘆巴堿（trigonelline，TRG），分別占咖啡苦味總強(qiáng)度的 10% 和 1% 左右[11-12]咖啡因是一種具有顯著藥理活性的甲基黃嘌呤；葫蘆巴堿是一種含氮生物堿，它們是生物堿類化合物的主要活性成分，具有抗炎、抗癌癥、神經(jīng)保護(hù)以及治療糖尿病等多種生物活性[13-14]。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于咖啡中生物堿類化合物及生物活性的研究報(bào)道不夠系統(tǒng)。因此，本研究對(duì)近年來(lái)咖啡生物堿類物質(zhì)的提取測(cè)定方法、主要化合物的合成代謝途徑及生物活性等方面進(jìn)行了綜述，旨在為相關(guān)研究提供參考。

1咖啡中生物堿類化合物

生物堿是生物體內(nèi)的含氮堿性有機(jī)化合物，廣泛存在于自然界中，大多數(shù)具有復(fù)雜的含氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，在植物中常與有機(jī)酸結(jié)合成鹽，也有少數(shù)生物堿以有機(jī)酸酯、糖苷和酰胺的形式存在[15]。目前報(bào)道的從咖啡中鑒定的生物堿類化合物有8種（表1），分別為咖啡因、葫蘆巴堿、可可堿、茶堿、煙酸、1，3，7，9-四甲基尿酸、大果咖啡堿和甲基大果咖啡堿6，其中咖啡因和葫蘆巴堿報(bào)道居多。

2咖啡中生物堿類化合物提取及測(cè)定方法

2.1咖啡中生物堿類物質(zhì)提取方法

生物堿具有多樣的化學(xué)結(jié)構(gòu)和廣泛的生物活性，大多數(shù)生物堿難溶于水，但易溶于乙醇、丙酮、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑，也能溶于稀酸水溶液，形成鹽類物質(zhì)[19]。

生物堿類物質(zhì)的提取方法包括試劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取物法以及內(nèi)部沸騰法等[20]。生物堿因其化學(xué)結(jié)構(gòu)（圖1）類型多樣，不同的提取方法對(duì)其提取率影響較大。目前，對(duì)于生物堿類化合物的提取，大多數(shù)研究學(xué)者采用超聲輔助提取法，溶劑為乙醇2]。研究發(fā)現(xiàn)，使用超聲輔助提取技術(shù)可以明顯縮短提取時(shí)間，顯著提高效率，并降低提取液雜質(zhì)含量[22-25]。在采用超聲波輔助提取技術(shù)提取咖啡中生物堿類物質(zhì)時(shí)，需要與乙醇提取法相結(jié)合，并通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化，以確定最佳提取條件，從而實(shí)現(xiàn)最高提取率。王國(guó)莉等2運(yùn)用超聲輔助提取法提取咖啡殼中的咖啡因，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，得出最優(yōu)提取工藝為料液比 1g：40mL 提取功率 70‰ 、提取時(shí)間 35min 、提取溫度 80^°C ，咖啡因提取率為0.92% 。不同的料液比、超聲功率、超聲溫度、超聲時(shí)間對(duì)試驗(yàn)的影響以及生物堿主要化合物的得率是不同的。提高溫度生物堿提取率隨之上升，二者呈正相關(guān)，當(dāng)溫度到達(dá) 75°C 時(shí)生物堿提取率升高趨勢(shì)有所減弱，溫度為78～85℃時(shí)生物堿提取率變化較小，說(shuō)明在此溫度區(qū)間內(nèi)生物堿提取率較穩(wěn)定；其次，料液比與生物堿提取率呈正相關(guān)，隨著料液比的增加生物堿提取率呈上升趨勢(shì)，當(dāng)料液比為1g：39μL～1g：40μL 時(shí)，二者趨近于飽和狀態(tài)；隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)以及超聲功率的增加，生物堿得率均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，當(dāng)超聲時(shí)間為30～35min. 超聲功率不低于60W時(shí)，生物堿得率較高，若超聲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或功率過(guò)大，其得率則會(huì)降低[26-27]。

表1咖啡中生物堿類化合物

Table1 AlkaloidcompoundsinCoffea

注：L—葉，GB一生豆，CB—熟豆。 Note：L—Leaf;GB—Raw bean;CB-Cooked bean.

2.2咖啡中生物堿類化合物測(cè)定方法

生物堿是一類具有重要生物活性的化合物，因此其測(cè)定方法至關(guān)重要。目前，關(guān)于生物堿類化合物測(cè)定的方法主要有高效液相色譜法（highperformance liquid chromatography，HPLC）[28]、氣相色譜法29、薄層色譜法30紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)法1、毛細(xì)管電泳法2以及滴定法33等。對(duì)于咖啡中生物堿類化合物測(cè)定最常用的方法是高效液相色譜法。高效液相色譜法的分離效率高、操作簡(jiǎn)便、速度快、精準(zhǔn)度高，且能夠進(jìn)行大批量樣品檢測(cè)[34]。李莎莎等[35]采用高效液相色譜法，測(cè)定了5種不同產(chǎn)地咖啡豆中咖啡因含量，結(jié)果表明，不同產(chǎn)地咖啡豆中咖啡因含量差異較大。因此在對(duì)咖啡豆質(zhì)量控制時(shí)，不能把單一成分作為質(zhì)量控制指標(biāo)。韓洪波等[3運(yùn)用反相高效液相色譜法（reverse-phase high-performance liquid chromatography，RP-HPLC）測(cè)定小粒咖啡的咖啡豆、果皮和莖葉中的咖啡因含量，結(jié)果表明，莖葉中的咖啡因含量明顯高于咖啡豆和果皮。劉宏程等[37]在Casal等8、Franca等[39的基礎(chǔ)上，采用高效液相色譜法測(cè)定葫蘆巴堿含量時(shí)，對(duì)色譜條件進(jìn)行了優(yōu)化，采用 NH₂ 柱替換了 C₁₈ 柱，結(jié)果顯示，葫蘆巴堿與樣品中的雜質(zhì)分離度優(yōu)于使用 C₁₈ 分離柱，避免了 C₁₈ 分離柱對(duì)葫蘆巴堿吸附弱、柱效低等弱點(diǎn)。

圖1咖啡中主要生物堿類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu) Fig.1Chemical structures of major alkaloids in Coffea

3咖啡中生物堿類主要化合物生物合成途徑及代謝途徑

生物堿類化合物可以通過(guò)氧化、還原、水解等方式被代謝和降解，同時(shí)還可以與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如與糖類、氨基酸、脂肪酸等結(jié)合形成新的化合物。近年來(lái)，隨著生物技術(shù)和代謝組學(xué)的發(fā)展，生物堿的合成代謝途徑研究取得了一些重要進(jìn)展。例如，C3-芳香型吡咯并吲哚生物堿NaseseazineC的生物合成機(jī)制被成功解析4；植物中的Ⅱ型聚酮合酶能催化N-甲基吡咯啉陽(yáng)離子與丙二酰輔酶A縮合形成托品烷生物堿生物合成的關(guān)鍵中間體41，這些為深入理解生物堿合成代謝途徑奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

3.1咖啡堿生物合成及代謝途徑

Ashihara等4研究發(fā)現(xiàn)，咖啡樹(shù)、可可樹(shù)以及茶樹(shù)等植物體內(nèi)的咖啡堿生物合成路徑非常相似。咖啡堿的生物合成途徑由1步核苷酶反應(yīng)和3步甲基化反應(yīng)完成。黃嘌呤核苷首先被轉(zhuǎn)化為7-甲基黃嘌呤核苷；接著經(jīng)過(guò)3步甲基化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為7-甲基黃嘌呤、可可堿（3，7-二甲基黃嘌呤）以及最終的咖啡堿（1，3，7-三甲基黃嘌呤）[43-44]。咖啡堿生物合成途徑詳見(jiàn)圖2。

注：AMP—腺苷一磷酸;IMP—肌苷酸;XMP—單磷酸黃嘌呤;PRPP—5-磷酸核糖-1α-焦磷酸;PP—蛋白質(zhì)交互作用;ATP—三磷酸腺苷; ADP—二磷酸腺苷;NAD+—煙酰胺腺嘌呤二核苷酸;NADH+—還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸;Pi—無(wú)機(jī)磷酸鹽;SAM—S-腺苷蛋氨酸; SAH—S-腺苷高半胱氨酸。

Note：AMP—Adenosinemonophosphate；IMP—Inosinemonophosphate；XMP—Xanthosine5’-monophosphate；PRPP—Phosphoribosyl pyrophosphate；P—Protein-proteininteractions；AT—Adenosine-triposphate；AD—Adeosinediphosphate；NAD—Nicotinaideadeie dinucleotide；NADH—Reductienicotinamideadeninedinucleotide；Pi—Inorganicphospate；SAM—S-adenosylmethiine；H—- adenosylhomocysteine.

圖2咖啡堿生物合成途徑[45]

Fig.2Biosynthetic pathway of Caffeine[45]

咖啡堿的代謝過(guò)程復(fù)雜多樣，在多種酶的作用下生成多種嘌呤和尿酸類產(chǎn)物。已發(fā)現(xiàn)咖啡因代謝產(chǎn)物有3-甲基黃嘌呤（3X）、1，3-二甲基尿酸（13U）、3-甲基尿酸（3U）、3.7-二甲基尿酸（37U）、1-甲基黃嘌呤（1X）、7-甲基黃嘌呤（7X）、1-甲基尿酸（1U）、7-甲基尿酸（7U）、1，7-二甲基尿酸（17U）、1，3，7-三甲基尿酸（137U）、5-乙酰氨基-6-甲酰基氨基-3-甲基脲嘧啶（AFMU）、5-乙酰氨基-6-氨基-3-甲基脲嘧啶（AAMU）共12種普通代謝產(chǎn)物以及副黃嘌呤（paraxanthine，PX，17X）、茶堿（theophylline，TP，13X）和可可堿（theobromine，TB，37X）3種主要代謝產(chǎn)物，共計(jì)15 種代謝產(chǎn)物[4。咖啡因在體內(nèi)主要有3條代謝途徑，其中，第1條分解途徑為咖啡因經(jīng)過(guò)3-N脫甲基化生成副黃嘌呤（17X），約占 80% ，這一步反應(yīng)由藥物代謝酶CYP1A2和CYP2E1催化，部分由CYP2E1代謝完成；第2、3條分解途徑為咖啡因分別經(jīng)過(guò)1-N脫甲基化、7-N脫甲基化生成可可堿（約占 12% ）以及茶堿（約占 7% ），這步反應(yīng)由藥物代謝酶CYP1A2和CYP2E1共同催化完成[47]。咖啡堿代謝途徑及其代謝產(chǎn)物化學(xué)結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3。

圖3咖啡堿代謝途徑[48]

Fig.3Metabolic pathway ofCaffeine[48]

咖啡堿是一種中樞神經(jīng)興奮劑，過(guò)量攝入會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生多種負(fù)面影響。由于咖啡國(guó)際市場(chǎng)需求，如何在保留咖啡風(fēng)味的前提下，盡可能地降低或者消除咖啡中的咖啡堿成為研究熱點(diǎn)。部分研究者從基因工程入手，探索咖啡堿合成代謝途徑的相關(guān)調(diào)控基因。N-甲基轉(zhuǎn)移酶（N-methyltransferase，NMT）是咖啡堿生物合成途徑中催化3步轉(zhuǎn)甲基反應(yīng)的關(guān)鍵酶[49]。可可堿合成酶（coffeetheobrominesynthase）基因CaMXMT1和CaMXMT2、咖啡堿合成酶基因（coffeecaffeinesynthase）CaDXMT1、雙功能酶基因（bi-functionalcoffeecoffeinesynthase）CCS1、TCS1、TIDH、SAMS以及CsMYB184等關(guān)鍵基因的表達(dá)與咖啡堿的合成及含量密切相關(guān)[5。CaXMT1在幼齡組織中的相對(duì)表達(dá)量顯著低于成熟期，而CaDXMT1和CCS1的表達(dá)量在同一組織不同發(fā)育時(shí)期中差異不顯著，這表明咖啡堿的合成可能受組織特異性表達(dá)的調(diào)控[51]。Keya等[52利用肌苷單磷酸脫氫酶（inosine monophosphate dehydrogenase，IMPDH）抑制劑三氮唑核苷（ribavirin）降低了咖啡葉片中咖啡堿和可可堿的含量。金基強(qiáng)等[53克隆分離了NMT基因的基因組DNA（gDNA）全長(zhǎng)，明確了其基因結(jié)構(gòu)和核苷酸變異，探索了咖啡堿的遺傳機(jī)制。Ogita等54通過(guò)RNA干擾技術(shù)，抑制了咖啡植株中可可堿合成酶基因CaMXMTI的表達(dá)，從而獲得了低咖啡堿含量和低可可堿含量的轉(zhuǎn)基因咖啡樹(shù)。除此之外，環(huán)境因素也會(huì)影響咖啡堿的合成代謝，孫云等[55研究發(fā)現(xiàn)，在PEG脅迫下咖啡堿合成酶基因的表達(dá)量呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢(shì)。總體來(lái)看，咖啡堿的生物合成及代謝途徑涉及多個(gè)基因，通過(guò)基因編輯、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多種技術(shù)已經(jīng)揭示了部分基因的調(diào)控機(jī)制，并應(yīng)用于咖啡的基因改良、遺傳育種以及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

3.2葫蘆巴堿生物合成及代謝途徑

葫蘆巴堿是一種在植物體內(nèi)廣泛存在的次生代謝產(chǎn)物，它在植物體內(nèi)的生理功能包括調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、作為信號(hào)分子參與多種生理過(guò)程以及在植物對(duì)氧化、紫外、鹽和干旱脅迫的響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。葫蘆巴堿的合成始于吡啶核苷酸，而吡啶核苷酸是由氨基酸前體通過(guò)從頭合成途徑（Denovopathway）合成。這個(gè)過(guò)程包括了以下關(guān)鍵步驟。首先，通過(guò)天冬氨酸在天冬氨酸氧化酶（aspartateoxidase，AO）和喹啉酸合成酶（quinolinatesynthase，QS）催化下，形成喹啉酸（quinolinicacid）；其次，喹啉酸通過(guò)喹啉酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（quinolinate phosphoribosyl transferase，QPT）催化，最終轉(zhuǎn)化為煙酰胺單核苷酸（nicotinicacidmononucleotide，NaMN）;最后，經(jīng)過(guò)2個(gè)酶促步驟，煙酰胺單核苷酸轉(zhuǎn)化為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）[57-59]。此外，煙酰胺可經(jīng)過(guò)植物特異性煙酰胺酶（nicotinamidase，NIC）轉(zhuǎn)化為煙酸（nicotinicacid，NA）[]，最終由煙酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶（nicotinicacidN-methyltransferase，NANMT）催化將煙酸轉(zhuǎn)化為葫蘆巴堿]。葫蘆巴堿生物合成途徑詳見(jiàn)圖4。

注：NaMN—煙酸單核苷酸;NaAD—煙酸腺嘌呤二核苷酸;NAD—煙酰胺腺嘌呤二核苷酸;NADP—煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸;NMN—β -煙酰胺單核苷酸；PRPP—5-磷酸核糖- ?1α -焦磷酸;PPi—蛋白質(zhì)交互作用;ATP—三磷酸腺苷;ADP—二磷酸腺苷;AMP—腺苷一磷酸；SAM—S-腺苷蛋氨酸;SAH—S-腺苷高半胱氨酸。

Note：NaMN—Nicotinicacidmononucleotide；NaAD—Nioinicacidadeninedinucleotide；NAD—Nicotinamideadeninedinucleotid；A Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate；NMN一 β -nicotinamide mononucleotide；PRPP—Phosphoribosyl pyrophosphate；PPi—Protein-protein interations；ATAdenosiersphate；Ddeosinedipohate；AAdosineooospateA—S-adeosyene； S-adenosylhomocysteine.

圖4葫蘆巴堿生物合成途徑[45]

Fig.4Biosynthetic pathway of Trigonelline[45]

葫蘆巴堿與煙酸密切相關(guān)，它既是煙酸甲基化的產(chǎn)物，同時(shí)也是煙酸的儲(chǔ)存物質(zhì)。葫蘆巴堿來(lái)源于植物體內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的代謝或轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生[3]。喹啉酸首先在喹啉酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化下轉(zhuǎn)變?yōu)闊燉０穯魏塑账幔缓笸ㄟ^(guò)2條途徑生成葫蘆巴堿[5]。第1條途徑是煙酰胺單核苷酸在5'-核苷酸酶（5'-nucleotidase）和嘌呤核苷酸分解酶（purinenucleosidase）連續(xù)作用下轉(zhuǎn)化為煙酸，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為煙酸N-糖苷（nicotinicacidN-glucoside）和葫蘆巴堿；第2條途徑是煙酰胺單核苷酸經(jīng)過(guò)煙酰胺嘌呤核昔轉(zhuǎn)移酶作用轉(zhuǎn)化為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸[57-59]，最終生成煙酸N-糖苷和葫蘆巴堿[57]。葫蘆巴堿代謝途徑詳見(jiàn)圖5。

在葫蘆巴堿的合成代謝中，起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄因子主要包括bHLH和TCP轉(zhuǎn)錄因子。bHLH轉(zhuǎn)錄因子在許多植物中活性成分的生物合成中起重要作用，特別是生物堿、類黃酮、萜類等。TCP轉(zhuǎn)錄因子是一類具有保守的非典型螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)域的植物特有轉(zhuǎn)錄因子家族，與bHLH轉(zhuǎn)錄因子在結(jié)構(gòu)上類似，且在植物體內(nèi)共同參與調(diào)控多個(gè)生物學(xué)過(guò)程[65-66]。此外，在干旱和鹽脅迫條件下，葫蘆巴堿含量會(huì)增加，幫助植物在逆境下保持細(xì)胞內(nèi)的水分，從而維持細(xì)胞的正常生理功能]。Liang等[研究表明，葫蘆巴堿在大鼠體內(nèi)的主要代謝產(chǎn)物包括N-去甲基、N-去甲基環(huán)氧化產(chǎn)物及其甘氨酸軛合物，這些代謝產(chǎn)物的形成可能涉及特定的酶系統(tǒng)和代謝途徑，這些途徑可能與植物體內(nèi)的代謝機(jī)制相似。葫蘆巴堿的生物合成途徑可能涉及多個(gè)層面的調(diào)控機(jī)制，包括但不限于化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化、與植物滲透調(diào)節(jié)機(jī)制的關(guān)聯(lián)以及轉(zhuǎn)錄因子對(duì)相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控。未來(lái)可進(jìn)一步探索轉(zhuǎn)錄因子在植物遺傳改良、次生代謝產(chǎn)物合成和生物學(xué)功能方面的作用，以期更好地理解和利用葫蘆巴堿在植物生長(zhǎng)和環(huán)境適應(yīng)中的作用。

圖5葫蘆巴堿代謝途徑[64] Fig.5Metabolic pathway of Trigonelline[64]

4咖啡中生物堿類主要活性成分及生理作用

生物堿類化合物是一類廣泛存在于植物中的次生代謝產(chǎn)物，具有多種生物活性9]。例如，咖啡堿具有清熱止痛的功效，葫蘆巴堿能用來(lái)治療糖尿病7]。除此之外，生物堿還具有抗菌活性、抗氧化活性、抗癌活性以及抗腫瘤活性等，其生物活性和藥理價(jià)值極具開(kāi)發(fā)前景[20]。

4.1咖啡堿生物活性及生理作用

咖啡因的化學(xué)式為 C₈H₁₀N₄O₂ ，屬于生物堿類化合物，是咖啡中重要的生物堿成分，也是咖啡苦味的主要來(lái)源，廣泛存在于茶葉、可可和咖啡等植物組織及果實(shí)中，是各種食物、飲料的組成部分[1]。咖啡因?qū)θ梭w健康的影響存在雙重性，適度攝人咖啡因能刺激中樞神經(jīng)系統(tǒng)，提高人的警覺(jué)性和注意力，增強(qiáng)大腦的反應(yīng)速度以及認(rèn)知能力，還能抑制腺苷受體活性，從而延緩疲勞的發(fā)生，增加肌肉爆發(fā)力、耐力和持久力。同時(shí)，咖啡因能促進(jìn)糖原分解，增加血糖水平，提高人體體能，提升運(yùn)動(dòng)能力等[72-77]。但若長(zhǎng)期或過(guò)量攝入咖啡因，則可能會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害，如神經(jīng)衰弱、戒斷癥狀以及引發(fā)心悸等突發(fā)性疾病和高血壓等慢性疾病[80-81]。除上述外，咖啡因還具有多種藥理功能。研究發(fā)現(xiàn)，咖啡因能夠調(diào)節(jié)血管舒張，改變血管緊張狀態(tài)[82]；經(jīng)常攝入咖啡因還能降低心腦血管疾病的死亡風(fēng)險(xiǎn)[83-85];；減緩因年老記憶力衰退所引發(fā)的健忘癥，降低阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生概率8；促進(jìn)新陳代謝，提高血清胰島素水平，降低糖尿病發(fā)病率[87-89]

4.2葫蘆巴堿生物活性及生理作用

葫蘆巴堿的化學(xué)式為 C₇H₇NO₂ ，是一種普遍存在于植物界中的吡啶衍生物，與咖啡堿同為咖啡中最重要的生物堿類化合物[]。葫蘆巴堿是部分傳統(tǒng)中藥的主要活性成分，如葫蘆巴半夏、使君子2等。在中醫(yī)典籍中，葫蘆巴堿具有祛寒止痛的功效，可用于治療腎臟冷虛、小腹冷痛、寒濕腳氣等病癥7]。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療中，葫蘆巴堿可有效抑制炎癥，降低心血管疾病發(fā)生的可能性94，同時(shí)具有提高認(rèn)知和緩解神經(jīng)丟失的作用[9]，能有效降低血糖水平，增強(qiáng)胰島素β細(xì)胞表達(dá)，抑制β細(xì)胞部分凋亡，降低糖尿病的發(fā)生，當(dāng)其與和氨基胍聯(lián)合使用時(shí)，可以顯著減輕糖尿病腎病腎功能不全的癥狀，減少尿微量白蛋白，預(yù)防糖尿病腎損傷的發(fā)生[6-97]。除上述外功效外，葫蘆巴堿在抵抗癌癥方面也有著顯著效果，它能夠隔絕 Nrf2（nuclear factor erythroid 2-relatedfactor2）信號(hào)的傳遞，有效抑制癌細(xì)胞的侵襲[98-99]。因此，葫蘆巴堿在醫(yī)用領(lǐng)域的潛在價(jià)值引起許多研究學(xué)者廣泛關(guān)注和重視。

5 結(jié)語(yǔ)

咖啡是省高原特色現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一，除具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及生態(tài)價(jià)值外，在醫(yī)療領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用前景。本研究主要從咖啡中生物堿類物質(zhì)的提取測(cè)定方法、主要化合物的合成代謝途徑及生物活性等方面進(jìn)行總結(jié)和分析，主要存在以下問(wèn)題： ① 咖啡中的生物堿類化合物種類較少，目前已報(bào)道的化合物僅有8種，其中對(duì)于大果咖啡堿和甲基大果咖啡堿的相關(guān)研究鮮有報(bào)道； ② 對(duì)咖啡堿和葫蘆巴堿的生物合成途徑及代謝途徑相關(guān)的基礎(chǔ)研究不夠深入，多組學(xué)研究相對(duì)較少； ③ 咖啡堿的生物活性及生理作用研究集中在提神醒腦、消除疲旁，降低心腦血管、神經(jīng)退行性、糖尿病等疾病的發(fā)病率，而葫蘆巴堿生物活性及生理作用的研究則集中在神經(jīng)保護(hù)、抑制炎癥、抵抗癌細(xì)胞、治療糖尿病及肝損傷方面，其擁有轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)的潛質(zhì)，但相關(guān)活性轉(zhuǎn)換方面的研究不足。

針對(duì)以上的問(wèn)題，未來(lái)應(yīng)在以下幾方面展開(kāi)深入研究 ① 加強(qiáng)對(duì)咖啡中生物堿類化合物多樣性的研究； ② 通過(guò)優(yōu)化提取工藝、選擇合適的提取溶劑、改進(jìn)提取設(shè)備等方式，提高咖啡生物堿的提取效率； ③ 研究咖啡中生物堿類主要化合物的生物合成及代謝途徑，以開(kāi)發(fā)新的咖啡豆品種，滿足市場(chǎng)需求的同時(shí)為咖啡合理化種植提供指導(dǎo)； ④ 在咖啡加工與產(chǎn)品研發(fā)方面，挖掘調(diào)控關(guān)鍵酶，通過(guò)調(diào)控其基因表達(dá)優(yōu)化咖啡豆品質(zhì)。

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