Advances On Chemical Components And Biological Activities Of Coffee

Abstrakt: Kaffe, en af ​​de tre bedste drikke i verden, tilhører Coffea (Rubiaceae), som kanreducere blodsukkeret, ogbeskytte leveren og neuron. De kemiske bestanddele i kaffe er rige, bl.aalkaloider, phenolsyre,flavonoider, terpen osv. De kemiske bestanddele er grundlaget for biologiske aktiviteter og danner kaffens karakteristiske smag. De vigtigste kemiske bestanddele og biologiske aktiviteter i kaffe blev grundigt gennemgået, hvilket ville give det relevante grundlag og teoretisk støtte til den videre udvikling af kaffeindustrien.

Nøgleord: Kaffe;Kemiske bestanddele;Biologiske aktiviteter; Anmeldelse

Kaffe er en plante af slægten Rubiaceae (Coffea), hjemmehørende i det centrale og nordlige Afrika, hovedsagelig udbredt i nogle få lande som Sydamerika, Mellemamerika, Afrika og Asien. Der er 66 kaffearter i 4 grupper, normalt omtalt som de storkornede arter (C. liberica), mellemkornede arter (C. robusta), småkornede arter (C. arabica) og ethelza af den ægte kaffe gruppe (Eucoffea). Art (C. excelsa), hvoraf små kaffe har en blød lugt og god kvalitet [1].

I 1892 introducerede franske missionærer kaffe i Binchuan County, Yunnan-provinsen til dyrkning, og det er fortsat med at udvide. På nuværende tidspunkt dyrkes Kinas kaffe hovedsageligt i Yunnan og Hainan, og mere end 99 procent distribueres i Yunnan [2], hvor Dehong, Pu'er, Baoshan, Xishuangbanna og Lincang er de vigtigste, og Yunnan småkornet kaffe har blevet vurderet som verdens højkvalitetskaffe af smagseksperter fra International Coffee Organisation. Derudover er kaffe ifølge optegnelserne fra "Chinese Materia Medica" let bitter, astringerende og flad;

På grund af manglende lyst bruges det ofte som en forfriskende, vanddrivende og mavemedicin. Ifølge forskningsrapporter omfatter de kemiske komponenter, der er indeholdt i kaffe, hovedsageligt alkaloider, phenolsyrer, flavonoider, terpener, sterollipider og flygtige komponenter osv., som har funktionerne insulinsensibilisering, forbedring af glukosemetabolisme, anti-diabetisk og leverbeskyttelse. og andre farmakologiske aktiviteter. Denne artikel gennemgår kilderne til kemiske komponenter i kaffe og deres biologiske aktiviteter med det formål at give teoretisk støtte til den videre udvikling af kaffeindustrien.

Cistanche kaffe rig påalkaloid komponent

1 Hovedingredienserne i kaffe

1.1 Alkaloider

Koffein (1,3,7-trimethylxanthin, koffein) er det vigtigstealkaloid komponenti kaffebær og kilden til kaffebitterhed. Det er udbredt til stede i te, kakao og kaffe, og er et meget brugt psykotropt stof. Undersøgelser har vist, at koffein kan lindre hukommelsestab fremkaldt af hukommelsestab hos ældre, og kan også reducere risikoen for neurodegenerative sygdomme som f.eks.Alzheimers sygdom(AD) [3],Parkinsons sygdom(PD) [4]. Studiet af Arendash et al. [5] viste, at moderat indtag af koffein kan hæmme hukommelsessvækkelse hos rotter; Zeitlin et al. [6] bekræftede, at koffein kan spille en rolle i AD ved at fremme overlevelsen af ​​striatale og kortikale celler i hjernen og hæmme apoptosevejen. Nakaso et al[7] bekræftede, at koffein kan reducere aktiviteten af ​​caspase-3 af cystein og reducere nuklear fragmentering gennem PD-modellen af ​​human knoglemarvsneuroblastomcellelinje (SH-SY5Y). og antallet af apoptotiske aggregater. Koffein kan også reducere lækagen af ​​blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​forårsaget af 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) og hæmme BBB dysfunktion [8]. Regelmæssige doser af koffein hjælper med at forbedre hemiparese slagtilfælde. Sun et al [9] rapporterede, at koffein opnåede beskyttende virkninger på slagtilfælde gennem dets antioxidante og anti-inflammatoriske egenskaber. Koffein har også været forbundet med kontrol af diabetes [10]. Trigonellin er et pyridinderivat, der fremmer dannelsen af ​​aromatiske forbindelser under kafferistning, såsom N-methylpyridin (NMP), som er et termisk nedbrydningsprodukt af trigonelline under kafferistning [11].

Cistanche Kaffe forhindrerAlzheimers sygdom

I de senere år er der foretaget flere og flere undersøgelser af trigonelline, og dets biologiske værdi er blevet mere og mere fremtrædende. Liu et al. [12] rapporterede, at trigonellin kan reducere blodsukkeret, øge ekspressionen af ​​insulinceller og regulere inflammatoriske reaktioner; ved at nedregulere ekspressionen af ​​caspase 3, hæmme partiel apoptose af celler og øge aktiviteten af ​​antioxidantenzymer og derved reducere type 1-diabetes hos mus. Ginsenosid Rb1 og trigonellin kan forhindre udviklingen af ​​diabetisk nyreskade ved at regulere ekspressionen af ​​mir-3550 og virke på Wnt/-catenin-signalvejen [13]. Trigonellin har en potentiel terapeutisk effekt på hjertevævet af colitis [14]. Trigonelline har neurobeskyttende virkninger og er et godt lægemiddel til behandling af neurodegenerative sygdomme [15]. Fahanik-Babaei et al. [16] rapporterede, at trigonelline kan forbedre kognition og lindre nervetab; det kan forhindre hepatisk lipidakkumulering og lipotoksicitet forårsaget af højt kolesterol og fedtholdig kost ved at genoprette leverautofagi[16]. 17]; hæmmer tarmens mikrobielle metabolisme af cholin og dets associerede kardiovaskulære risiko [18].

Derudover indeholder kaffe også theobromin (theobromin), theophyllin (theophylin) og nikotinsyre (nikotinsyre). Joseph et al. [19] rapporterede, at der er 1,3,7,9-tetramethylurinsyre (theacrin), liberin og methyllibetin i kaffeblade (tabel 1).

1.2 Phenolsyrer og deres derivater

På nuværende tidspunkt er p-hydroxybenzoesyre (phydroxybenzoesyre), vanillinsyre (vanillinsyre), p-coumarsyre (p-cumarsyre), ferulinsyre (ferulinsyre), chlorogensyre (chlorogensyre) blevet isoleret fra kaffe ), koffeinsyre, caffeoylquinic acid, dicaffeoylquinic acid, 3-O-feruloylquinic acid, 3-O-Feruloyl-4-O-caffeoylquinic acid (3-Oferuloyl-4-O- caffeoylquinic acid), 3-O-caffeoyl-4-O feruloylquinic acid (3-O-caffeoyl-4- O-feruloylquinic acid) og andre phenolsyrer og koffeinsyrederivater (tabel 2) ).

Chlorogensyre (CGA) er den vigtigste phenolsyreforbindelse med biologiske funktioner såsom hypolipidæmisk, antioxidant og antibakteriel. Nishi et al. [22] rapporterede, at chlorogensyre signifikant kunne reducere kolesterol, triglycerider, low-density lipoprotein og øge high-density lipoprotein; Xu et al. [23] bekræftede aktiviteten af ​​chlorogensyre og DNA-beskyttelse. Shi[24] rapporterede, at chlorogensyre kunne vende corticosteron (CORT)-induceret autofagi og apoptose i PC12-celler og også kunne regulere AKT/mTOR-vejen for PC12-celler; Su et al[25] rapporterede, at chlorogensyre kunne hæmme aeruginosa Pseudomonas P1-celler

intracellulær metabolisme for at udøve antibakteriel virkning. Chlorogensyre kan effektivt reducere absorption og akkumulering af Cd i jejunum og beskytte tarmbarrieren [26]. Blodglucosetesten af ​​human oral glucose i 2 timer bekræftede, at chlorogensyre og trigonellin har den virkning at reducere den tidlige glucose- og insulinrespons [27]. Samtidig fører den termiske nedbrydning af CGA i kafferistningsprocessen til dannelsen af ​​bitre phenolforbindelser og phenoliske aromatiske forbindelser. CGA kan også deltage i dannelsen af ​​kaffefarve ved at inkorporere skelettet af melanin, som er hovedårsagen til kaffepigmentering og astringens. grund.

1.3 Flavonoider

Flavonoider er en klasse af aktive ingredienser, der i vid udstrækning findes i naturlige planter og har forskellige aktiviteter såsom antioxidanter, anticancer, antiinflammatoriske og antibakterielle [31-33]. Småkornet kaffe indeholder flavonoider såsom catechin, epicatechin og quercetin (tabel 3).

1.4 Terpener

Kaffe indeholder mange terpenoider, hovedsageligt p-kauran og cafestol diterpener, blandt hvilke cafestol, cafestol og 16-O-methyl cafestol har det højeste indhold. 16-O-Methylcaffeol er blevet brugt som en markør til at skelne småkornet kaffe fra mellemkornet kaffe. Gunning[38] brugte 600 MHz NMR og LC-MS til at detektere 16-O-methylcaffeol og 16-O-Methylcaffeicol. I de seneste år har Qiu Minghua et al. [39-42] isolerede og identificerede fire nye para-kauri-type diterpenoidglycosider (mascarosider I~II, paniculosid VI og cofarylosid I), en para-marina tvillingblomst fra småkornede kaffebønner. Alkan-type diterpenoid glycosider (villanovane I) og 7 p-kauri-type diterpene glycosider; 5 blev isoleret fra rå bønner og havde ingen effekt på HL60, A-549, SMMC-7721, MCF-7 og SW480 tumorcellelinjer. Inhiberende par-skaller

diterpener af grantype (mascarosid III~V og 20-nor-cofarylosid I~II), 8 nye kaffediterpenlaktoner (caffarolider A~H), hvoraf caffarolider C, D og F har en vis aktivitet til at aktivere blodpladeaggregation in vitro var induktionshastighederne på 310-4 g/mL (11,4±

5,5) procent, (15,8±5,6) procent og (7,8±3,3) procent; 4 para-kauri-type diterpener (caffruenol A, caffruenol B, caffruolide A og caffruolide B) blev isoleret fra solbønne, og den Lipopolysaccharid-inducerede NO-produktion i 264,7 makrofager blev hæmmet. Kaffe indeholder også triterpener. Wang et al. [43] først isolerede fire nye dammarane-type triterpener (caffruones A~D) fra den tørrede frugt af Yunnan små kaffe. Dette berigede i høj grad typerne af terpenoider i kaffe og gav en masse reference til den dybdegående undersøgelse af Yunnan småkornet kaffe. På nuværende tidspunkt fokuserer forskningen i terpenoid aktive komponenter i kaffe hovedsageligt på cafestol og kahweol. Hiroaki et al. [44] rapporterede, at kaffirylacetat og cafestol havde hæmmende virkninger på humane prostatacancerceller på en dosisafhængig måde. Suck et al. [45] rapporterede, at kahweol hæmmede brystkræftcelleproliferation og inducerede celledød ved at inducere en caspase-3-afhængig vej. Lima et al. [46] undersøgte effekten af ​​cafestol på NB4, K562, HL60 og KG1 leukæmi cellelinjer, og resultaterne viste, at cafestol har en effekt på leukæmi cellelinjer.

HL60- og KG1-celler var de mest cytotoksiske, hvilket reducerede proliferationen af ​​HL60-celler med 100 procent. Ferdrik et al [47] viste, at når koncentrationen af ​​cafestol var 10-8 og 10-6 mol/L, kunne den øge insulinsekretionen med henholdsvis 12 procent og 16 procent, og ved langtidseksponering kunne den stige med 34 procent og 68 procent, og ved 10-8 mol/L kan optagelsen af ​​glukose i menneskelige skeletmuskelceller øges markant med 8 procent. Seo et al. [48] ​​rapporterede, at kahweol kan reducere produktionen af ​​interleukiner 1, 1, 6 og tumornekrosefaktor induceret af lipopolysaccharid og kan hæmme lipopolysaccharid-induceret leverbetændelse.

1.5 Smagsstoffer

I 1960'erne begyndte man at studere kaffebønnesmagsforbindelser, og i 1970'erne blev korrelationen mellem smagsforstadier i grønne kaffebønner og aromakomponenter i ristet kaffe rapporteret [53]. Cellevægspolysaccharider, lipider, proteiner, saccharose, chlorogensyre, koffein og trigonellin er de vigtigste lagringsforbindelser af modne kaffefrø, og disse stoffer danner kaffearoma hovedsageligt gennem Maillard-reaktion, Strecker-nedbrydning og karamelliseringsreaktion under ristningsprocessen. Der er hovedsageligt 28 slags karakteristiske smagsstoffer i kaffe [54], (1) aldehyder og ketoner er relateret til karamelsmag/sødme: isobutyraldehyd, 2-methylbutyraldehyd, isovaleraldehyd, 2,3-butyraldehyddiketon, 2,3-pentandion, 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanon, 5-ethyl-4-hydroxy -2-methyl-3(2H)-furanoner og vanilliner; (2) Svovlholdige forbindelser forbundet med svovl-/ristede lugte: 2-furfurylthiol, 2-methyl-3-furanthiol, 3-methylthiopropanal, 3-thiol-Butyl { {31}}methyl-1-carboxylat, 3-methyl-2-buten-1-thiol, methylmercaptan og dimethyltrisulfidforbindelser; (3) Pyrazinforbindelser er forbundet med jordagtige lugte: 2 -Ethyl-3,5-dimethylpyrazin, 2-vinyl-3,5-dimethylpyrazin, 2 ,3-diethyl-5-methylpyrazin, 2-vinyl-3- Ethyl-5-methylpyrazin og 2-methoxy-3-isobutylpyrazin; (4) Phenoler, aldehyder relateret til røg/phenoliske aromaer: guaiacol, 4-ethylguaiacol, 4-vinylguaiacol, acetaldehyd, propionaldehyd og (F)-beta-damascenon; (5) furanoner forbundet med skarphed: 3-hydroxy-4,5- Dimethyl-2(5H)-furanon og 3-hydroxy-4-methyl{ {65}}ethyl-2(5H)-furanon. Liste

Yi et al[55] identificerede aldehyder, furaner, phenoler, thiazoler, alkener, alkaner, estere, ketoner, pyrroler, thiophener, carboxylsyrer fra dampdestillationsdelen af ​​kaffeolie. , 12 typer af flygtige komponenter hovedsageligt sammensat af pyrazin. [56] identificerede 77 flygtige komponenter, herunder alkoholer, phenoler, ethere, aldehyder, ketoner, syrer, estere, kulbrinter og nitrogenoxider fra laotisk kaffe. Hafsah et al. [57] brugte gaskromatografi-massespektrometri (GC-MS) til at identificere 101 flygtige forbindelser fra mellemkornede kaffeblomster, og i alt 72 flygtige forbindelser blev identificeret fra kaffebønner.

1.6 Andre ingredienser

Derudover indeholder kaffe også anthronforbindelser mangiferin (mangiferin) og isomangiferin (isomangiferin), coumarinforbindelser scopoletin (scopoletin) og carotenoider og luteinforbindelser [28]. Små kaffebønner indeholder også serotoninforbindelser scorodocarpines D~F [58]. Kaffefrø indeholder -sitosterol, stigmasterol, campesterol, kolesterol, 5-avenasterol, 7-avenasterol (7-avenasterol), 7-stigmastenol (7-stigmastenol) og andre sterolkomponenter [59]; lipider omfatter hovedsageligt myristinsyre, palmitinsyre, stearinsyre, oliesyre, linolsyre, jordnøddesyreolie osv. [59].

2 Kaffes biologiske aktivitet

Kaffe indeholder en lang række biologisk aktive stoffer, som har forskellige biologiske aktiviteter såsom antioxidant, lipidsænkende, blodsukkersænkende og neurobeskyttelse.

2.1 Antioxidant

Yashin et al. [60] udførte en omfattende gennemgang af kaffens antioxidantaktivitet, herunder in vitro antioxidantundersøgelser og analysemetoder, og påpegede, at antioxidantaktiviteten og det samlede antioxidantindhold i brændt kaffe var sammenlignelige med dem i te, kakao og rødvin, og klorogensyre, den vigtigste antioxidant i kaffebønner, blev signifikant reduceret efter ristning.

2.2 Lipidsænkende effekt

Duangjai et al. [61] brugte 3T3-L1-adipocytter til at evaluere effekten af ​​kaffekirsebær i forskellige farver (grøn, gul og rød) på lipogenese og/eller lipolyse, og resultaterne viste, at grønne kaffekirsebær i forskellige farver var i 3T3-L1 adipocytter. Alle har lipogenese-hæmmende aktivitet, og rød tør kaffe kan reducere fedtophobningen med omkring 47 procent. Derudover øgede alle kaffeekstraktets hovedkomponenter (æblesyre, kininsyre og chlorogensyre) undtagen gul frisk kaffe glycerolfrigivelsen.

Samtidig bekræftede undersøgelsen også, at små kaffemasser kan reducere kolesterol in vitro og in vivo ved at hæmme intestinal kolesterolabsorption ved at nedregulere LXR aktivitet moduleret af NPC1L og dannelsen af ​​micellære komplekser.

Alkoholens rolle [62].

2.3 Hypoglykæmisk

Diabetes mellitus (DM) er en kronisk sygdom med forhøjede blodsukkerniveauer forårsaget af relativ eller absolut mangel på insulin. Behandlingen af ​​diabetes er hovedsageligt baseret på lægemiddelbehandling og diætstyring. Koffein, chlorogensyre, trigonelline og andre hovedkomponenter i kaffe har alle blodsukkersænkende effekter. Sake et al. [63] gennemførte en undersøgelse af den hypoglykæmiske effekt af små kaffe og dens bladethanolekstrakt, og kaffeekstrakten kunne signifikant reducere blodsukkerindholdet i mus. Cafetol har potentielle antidiabetiske virkninger, hvilket øger glukose-stimuleret insulinsekretion og øger glukoseoptagelsen af ​​humane skeletmuskelceller [64].

2.4 Neurobeskyttelse

Epidemiologiske undersøgelser tyder på, at sædvanligt kaffeforbrug kan reducere risikoen forAlzheimers sygdom[65], og at kaffeindtag hos mandlige patienter med primærParkinsons sygdomer omvendt forbundet med tremors sværhedsgrad [66]. I en APP/PS2 transgen musemodel afAlzheimers sygdom, blev det bekræftet, at chlorogensyre i kaffe kan forhindre kognitiv svækkelse. Immunhistokemisk analyse viste, at kaffepolyfenoler signifikant reducerede antallet af plaques i amyloid beta (A) hippocampus.

2.5 Andre funktioner

Det rå ekstrakt af pericarp af Yunnan small coffee har visse beskyttende og helbredende virkninger på beskadigede humane navlevene-endotelceller [67]. Den kombinerede brug af kaffeekstrakt og Vc kan udøveanti-tumor effekt[68]. Det methanoliske ekstrakt af grønne kaffebønner har en vis antiinflammatorisk aktivitet [69]. Kaffe harhepatobeskyttende virkninger, og kaffeforbruget reducererrisiko for recidiv af hepatocellulært karcinomogøger chancen for overlevelse efter ortotopisk levertransplantation[70]. Kaffe er omvendt forbundet med risikoen for ikke-alkoholisk fedtleversygdom [71].

3 Outlook

Som en af ​​de tre store drikkevarer i verden er kaffe tæt forbundet med vores daglige liv. Forskningen i kaffens kemiske sammensætning er et vigtigt led til at videreudvikle og forbedre udnyttelsen af ​​kaffe. På nuværende tidspunkt er de største problemer, som mit lands kaffeindustri står over for, mangel på mærkeeffekt og lav merværdi. For at løse dette dilemma, som mit lands kaffeindustri står over for, udforsker mit lands kaffeforarbejdningsvirksomheder aktivt kaffens dybe forarbejdningsteknologi og stræber efter at omsætte ressourcefordele til økonomiske fordele. Ændringen af ​​denne situation skal imidlertid baseres på den dybdegående undersøgelse af kaffe i mit land.

(1) Kaffe er rig på kemiske komponenter, som er nøglen til at påvirke kaffens biologiske aktivitet og smag. Derfor vil forskning i dets kemiske komponenter være grundlaget for yderligere at forbedre og fremme kaffeforskningen, såvel som nøglen til at forbedre kaffesmag.

(2) Gennem omfattende og dybtgående forskning i kaffe vil en omfattende udnyttelse være en vigtig del af videreudvikling og udnyttelse af kaffe, såsom kaffeblomster, kaffeblade, kafferester mv. Kaffeblomster indeholder aktive stoffer som phenoler, koffein og trigonellin, som har antioxidantkapacitet og har potentiale til at blive omdannet til biologiske sukkerarter. For det andet indeholder kaffeblade mindre koffein og kan bruges som teerstatning.

(3) Kvaliteten af ​​Yunnan småkornet kaffe er god, og dens diterpenoider er unikke. Derfor er det meget vigtigt at bestemme forholdet mellem dets kemiske komponenter og smag for at forbedre kaffekvaliteten.

Support: wallence.suen@wecistanche.com 0015292862950