咖啡提取物

咖啡提取物以茜草科咖啡属植物咖啡为原料提取，主要含有挥发性成分、生物碱、酚类和咖啡酸衍生物等，咖啡提取物绿草酸具有抗氧化、抑制和杀灭多种致病菌和病毒、抗肿瘤、抑制突变、保肝利胆 、降血压 、降血脂等功能。咖啡碱具有兴奋中枢神经系统、助消化、利尿、醒酒、松弛平滑肌、强心、调节人体代谢、消毒灭菌，抵御疾病、解热镇痛等药理作用，且在医药、食品、饮料等行业均有广泛的应用。

为茜草科咖啡属作物咖啡的果实。咖啡( Coffea spp.) ，早在2500多年前的阿拉伯就开始种植并作为饮品，9世纪传入也门，15世纪传入欧洲、亚洲，随后传入美洲，风靡全球。咖啡成为居世界三大饮料植物之首的生活必需品，促进了学者们对咖啡的研究，它是目前化学成分分析与功能鉴定最深入最广泛的经济作物之一。19～ 20世纪，咖啡种子被华侨带回台湾，有个别传教士将其试种在云南大理，从此我国才开始栽培咖啡。在中国经济快速发展的今天，咖啡不但成为大中城蓝领的主要饮品之一，其种植面积也有了巨大发展且形成规模产业。其中最为突出的是云南种植的小粒咖啡，因昼夜温差大，其内含物质积累丰富，具有口感浓而不苦，香而不烈，含油多，果味香等独特品质，从而成为雀巢等国际知名咖啡企业的必选原料之一。 茜草科咖啡属，常绿灌木，高3～5m。叶对生，卵状椭圆形。冬至春季开花，腋出，白色，花瓣5枚，具浓郁香气，花后结实累累，果实由绿转黄至艳红。本信息是由Chemicalbook的丁红编辑整理。

图1为咖啡植物 咖啡是化学成分研究最多的经济作物之一，从中发现的各类化学成分已经超过1500个。
1.挥发性成分
挥发性成分是影响咖啡风味的核心物质，生豆并不含咖啡的特殊香气，经过焙炒后才能生成大量风味物质。咖啡香气成分已经分析出800 种以上，咖啡挥发性物质种类繁多，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; 也有组成成分间的反应，较为典型的是氨基酸、有机酸、酚类及糖类之间作用产生咖啡风味。咖啡挥发性成分多为含氧含氮或含硫的杂环化合物，如呋喃、噻吩、吡嗪、噻唑、吡咯、吡啶等，还有部分萜烯羰基与酚基化合物。
2.生物碱成分
小果咖啡、中果咖啡果实中最主要的生物碱成分是咖啡碱( caffeine) ，其次为可可豆碱( theobromine)和茶碱( theophylline) 。咖啡因的代谢过程主要发生C-1、C-3、C-7 上的去甲基和C-8氧化成羟基的反应，从而提供了咖啡因衍生物的生物或化学合成的可能结构。
咖啡因及其衍生物主要具有中枢神经兴奋和利尿功能，不同的衍生物由于结构差异活性强弱有所差别。除此之外，葫芦巴碱( trigonelline) 和烟酸( nicotinic acid) 也是咖啡生物碱的主要组成成分，它们的生物活性作用也是极其重要的。大果咖啡叶中还发现1，3，7，9-四甲基尿酸( theacrine) 、大果咖啡碱( liberine，O( 2)，1，9-trimethyluricacid ) 、甲基大果咖啡碱( methyllibetine，O( 2)，1，7，9-tetramethyluric acid) 。
3.酚类和咖啡酸衍生物
小粒咖啡植物中含有东茛菪素( scopeletin) 、对-羟基苯甲酸( ρ-hydroxybenzoic acid) 、香草酸( vanillic acid) 、对-香豆酸( ρ-coumaric acid) 、阿魏酸( ferulicacid ) 、绿原酸( chlorogenic acid ) 、咖啡酸( caffeic acid) ，其叶中还含有熊果酸( ursolicacid) 。中粒咖啡种子中含有咖啡酸、阿魏酸、3-O，4-O-和5-O-咖啡酰奎宁酸( caffeoylquinicacid) 、3，4-O-3，5-O-和4，5-O-二咖啡酰奎宁酸( dicaffeoy1quinic acid ) 、3-O-阿魏酰奎宁酸( 3-O-feruloylquinic acid ) 、3-O-阿魏酰-4-O-咖啡酰奎宁酸( 3-O-feruloyl-4-O-caffeoylquinic acid ) 、3-O-咖啡酰-4-O-阿魏酞奎宁酸( 3-O-caffeoyl-4-Oferuloylquinicacid) 等。果实中的这些酚类物质及咖啡衍生物含量丰富，是咖啡风味的来源和功能功效的活性成分。
4.其他化合物
咖啡种子含油，其中甾醇成分有β-谷甾醇( β-sitosterol) 、豆甾醇( stigmasterol ) 、菜油甾醇( campesterol) 、胆甾醇( cholesterol) ，以及微量5-燕麦甾-烯醇( Δ5-avenasterol) 、7-燕麦甾烯醇( Δ7-avenasterol ) 、7-豆甾-烯醇( Δ7-stigmasterol); 油脂类脂肪酸成分包括肉豆寇酸( myristicacid) 、棕桐酸( palmitic acid ) 、硬脂酸( stearicacid) 、油酸( oleic acid) 、亚油酸( linoleic acid) 、花生酸( arachidic acid) 等。咖啡中还含有Kahweol 类二萜化合物等。 咖啡提取物化学成分众多，其生物活性研究介绍也只能是挂一漏万，难于用少量篇幅描述详尽。本文仅对咖啡主要成分最近几年的前沿学术研究进展，做简要点评。
1.咖啡因及衍生物生物活性
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。咖啡因、茶碱等甲基黄嘌呤类化合物对循环系统有明显的促进作用，过量则会引起心动过速并致心律失常; 对脑血管有收缩作用，可造成脑血管阻力上升，使脑血流量和脑氧张力下降; 还具有舒张各种平滑肌，尤其对气管平滑肌的舒张作用，茶碱是最为有效的平滑肌舒张药。咖啡因和茶碱均可提高人膈肌的收缩力，减轻膈肌疲劳。
2.葫芦巴碱生物活性
对自发性糖尿病大鼠饲喂葫芦巴碱( trigonelline，TＲG) 后发现，TＲG 能够改善模型大鼠的氧化应激作用。
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咖啡中一个神奇的植物雌激素。
3.绿原酸生物活性
绿原酸是酚类抗氧化剂, 研究表明, 它能快速地消除羟基自由基。除了抗氧化性外, 绿原酸还具有抑制和杀灭多种致病菌和病毒、抗肿瘤、抑制突变、保肝利胆、降血压、降血脂等功能。
4.咖啡酸生物活性
咖啡酸具有抗炎、抗菌、抗病毒、升高白细胞及血小板等多种药理作用，因而可能用于多种与氧化应激、炎症反应、病毒感染相关的疾病，如心血管疾病、脑组织损伤、人免疫缺陷病毒( HIV) 感染的预防和治疗以及白细胞减少症和血小板减少症。

a)将生咖啡豆在温度100°C-180°C下热处理至少5分钟，并保持水分含量在咖啡豆总重量的6%-50%之间；和

b)将步骤a)的处理过的咖啡豆进行提取，以制备液体咖啡提取物；

其中所述咖啡豆和/或咖啡提取物不经过烤制。

1.超临界CO2萃取法
超临界流体萃取技术有对有机物溶解度大、传质速率高、操作条件温和等优点，由于CO2的临界值低，安全且方便，用超临界CO2流体作为萃取溶剂更显优势。超临界CO2萃取法在茶叶深加工中的应用，始于脱除成品茶中的咖啡碱。 采用超临界CO2处理茶叶，使茶叶中咖啡碱含量由原来的 3%降低到0.07%。用超临界萃取技术分离提取茶叶中的咖啡碱，再用CH2Cl2萃取分离，得到纯度为95.16%的咖啡碱，萃取率和得率分别为 16.85%、0.55%。超临界CO2萃取工艺选择性强、效率高、产品质量好、得率高，但生产成本较高，难以为生产厂家所接受，尚处于实验室研究阶段，可以通过综合提取茶叶同时获得茶多酚和咖啡碱两种药用材料来降低成本。
2.吸附法
常用吸附剂有氧化铝、硅藻土、活性碳或XAD2大孔吸附树脂等。由于存在茶多酚污染树脂导致再生较困难等未能解决的问题，离子交换树脂分离茶叶中的咖啡碱至今在实际生产中未能发挥作用。为了使洗脱剂能浸润到树脂内部并置换出咖啡碱，常采用与水混溶的氨-乙醇或 Na OH-乙醇等洗脱剂洗脱部分水溶性杂质，还需要用有机溶剂萃取纯化，工艺繁琐重复。在使用CO2气提法脱除植物中的咖啡因时，常被用作吸附CO2中咖啡因的吸附剂。从活性炭中回收咖啡因的方法已申请了专利，是用70％的醋酸洗脱，洗脱温度不低于100℃。
3.升华法
利用咖啡碱可在 235℃～238℃大量升华的性质设计出各种升华装置来提取咖啡碱。陈友仁等设计了新的咖啡因提取装置，该装置是一种直接从茶叶中升华制备咖啡碱的方法。升华罐与冷凝罐直接连接，升华罐底部用远红外加热炉加热，冷却分离罐由分离罐体、收集网、环形集水槽、水冷却夹套进出水管、烟道和搅拌驱轴组成。该装置不仅可以完成从茶中提取咖啡因的加热升华，而且能直接将升华物冷却，分离出咖啡因结晶，提取时间短，产量高，纯度好。该装置提高了咖啡因的提取率，避免了污染。
4.溶剂法
在咖啡碱的生产中应用比较普遍，产品得率较之升华法来得高。这种方法常在茶多酚的工业生产工艺中配合使用。目前国内使用最广泛的方法是有机溶剂萃取法。其方法主要有两种：第一种是先用热水抽体茶叶，再用氯仿等有机溶剂萃取，浓缩有机相，使咖啡碱得以纯化结晶。成锦遥等将茶叶放入浸提塔中加水蒸煮 2 h，通过沉淀池沉淀过滤、离心分离出提取液，进入清液池，蒸发浓缩至 40％～60％，并按 3∶1～6∶1 的比例加入氯仿或二氯甲烷，混合均匀后送入萃取塔中萃取，萃取液在 0℃～4℃下静置 30 min～60 min,然后蒸馏、回收溶剂，罐中粗咖啡因取出后置≤100℃下恒温 60 min～70 min,最后放入升华罐中升华，即得纯咖啡因。第二种是加石灰水和碱使茶叶变性，然后用氯仿等卤代碳氢化合物提取，蒸去溶剂后用热水抽提、纯化、结晶获得产品。 上述这两种方法具有简便易操作、成本低廉、产量高等特点。但是由于二氯甲烷或三氯甲烷的使用与残留而影响产品质量，同时如果用 Mg O 或 Ca O 等碱水浸润茶叶，有机溶剂不易进去，需要多次重复提取，不仅有机溶剂消耗大，效率也比较低。
5.微波辐射法
微波辐射法提取茶叶中的咖啡碱：在250ml 锥形瓶中放入粉末状干茶样10.0g，加入一定量、一定配比的98%乙醇和水的混合液，置于火力级设为“高”的微波炉中，辐射至一定时间后取出抽滤，滤液用水浴蒸除乙醇，残余液倒入蒸发皿加生石灰搅拌成浆状，在蒸汽浴上蒸干成粉状，分 3 次装入干燥且洁净的坩埚中用大火加热，冷却后进行提取。该法操作简便、节能省时、提取率高、产品纯度高。
6.萃取升华综合法
该方法重要流程为：茶叶→预处理→升华→杂质处理→升华→无水咖啡因。
7.其他制备方法
选用 PA 树脂和 XDA 大孔吸附树脂二级吸附法生产茶多酚和咖啡碱，该法避免使用有毒溶剂，无外添加物质，工艺简单易操作、耗能低、污染少、选择性高等特点。以中、低档绿茶为原料，采用微波水提结合乙酸乙酯萃取应用于茶叶咖啡碱的提取，该工艺短时、高效、无毒、产品纯度高。

1.咖啡中的咖啡碱主要应用在食品、饮料行业领域，如咖啡碱可以明显增添碳酸饮料诸如可乐型饮料的风味和提高人的精神活力，已被 160 多个国家准许在饮料中作为苦味剂使用，并且在冰淇淋和一些食品中也有加入，大大刺激消费者的热情。
2.另外，咖啡碱在医药上多用作兴奋剂、强心剂、利尿剂和麻醉剂，也被广泛用于临床上的镇痛、止血领域。
3.咖啡碱在日用化工行业也有应用，广州欣达生物科技有限公司，利用咖啡碱脂肪的局部沉积的功能，开发减肥产品；利用其舒张血管，促进局部血液循环，改善代谢更新的功用开发紧肤、淡化黑眼圈、祛眼袋等系列产品。
4.咖啡碱还可用于复印纸、摄影、绘图、油漆等工业，是化工、建材的重要原料。