绿咖啡的功能特性及应用研究进展

杨 洋，高 航

（1.昆明雪兰牛奶有限责任公司，昆明 650217；2.云南省工业产品（乳制品）质量控制和技术评价实验室，昆明 650217）

绿咖啡与普通咖啡不同之处是，绿咖啡一般不经过烘焙或者烘培程度较低，可以最大限度地保留咖啡果中的生物活性物质，同时商业化利用还会脱出咖啡中部分或大部分咖啡因。世界范围除了南美洲、非洲等地区外，中国云南省西南部、海南省北部的热带亚热带山区的地理和气候环境比较适合种植咖啡，也是中国的咖啡主产区，其中云南省咖啡的总产量及总产值均占全国的98%以上［1］。近年来，咖啡的精深加工得到了大力发展，云南的咖啡产业发展势头良好。

纵观国外的绿咖啡相关研究，绿咖啡中的活性物质主要是绿原酸，而绿原酸具有显著的抗菌抗病毒作用［2］，大量应用于医药领域。近年来，肥胖及慢性病的激增已成为国家重大的公共卫生问题，而植物来源的绿咖啡具有调节血糖、血压，降脂、减肥的功效［3］，未来市场前景良好。本文综述了绿咖啡功能特性、应用及发展趋势，旨在给绿咖啡综合利用及产品开发提供参考。

1 绿咖啡的功效成分

绿咖啡中主要的功效化学成分是绿原酸。绿原酸是一类多酚化合物，具有多种构型，咖啡来源的绿原酸主要包括了3-咖啡酰奎宁酸（3-O-caffeoylquinic acid）、4-咖啡酰奎宁酸（4-O-caffeoylquinic acid）、5-咖啡酰奎宁酸（5-O-caffeoylquinic acid）、3-O-阿魏酰基奎宁酸（3-O-feruloylquinic acid）、4-O-阿魏酰奎宁酸（4-O-feruloylquinic acid）、5-O-阿魏酰奎宁酸（5-O-feruloylquinic acid）、3，4-二咖啡酰奎宁酸（3，4-di-O-caffeoylquinic acid）、3，5-二咖啡酰奎宁酸（3，5-di-Ocaffeoylquinic acid）、4，5-二咖啡酰奎宁酸（4，5-di-O-caffeoylquinic acid）［4-6］。

目前国内绿咖啡方面的标准有中国医药保健品进出口商会团体标准《植物提取物绿咖啡豆提取物》，于2017 年7 月1 日开始实施，规定了绿咖啡豆提取物中总绿原酸含量≥40%，绿原酸含量≥20%，部分企业也制定了相应的企业标准，但是关键指标绿原酸含量一般要低于中国医药保健品进出口商会团体标准。通过人体的药代动力学特征和表观生物利用度对绿咖啡来源绿原酸代谢试验发现，绿原酸化合物在人体中具有高度的生物利用度［7］。这表明了绿咖啡中的绿原酸可以被人体大量吸收及代谢。体外试验发现，绿咖啡来源的绿原酸具有一定的抗氧化能力和清除自由基能力［8］。绿原酸作为关键成分具有广泛的功能作用，因此，绿咖啡在国内外均是作为一种高附加值功效物质来利用。

2 绿咖啡的功效作用

2.1 对糖尿病的干预作用

Song 等［9］研究表明，0.3%以上的绿咖啡提取物能显著减少小鼠内脏脂肪积累，同时可以改善胰岛素抵抗，其中主要功效成分是绿咖啡豆提取物中的5-咖啡酰奎宁酸（5-CQA）和其他多酚类物质，这些物质可以下调内脏脂肪组织中与脂肪形成和炎症相关的基因，逆转高脂肪饮食诱导的脂肪堆积和胰岛素抵抗。有研究揭示了绿咖啡提取物补充剂对机体空腹血液的影响，其纳入了14 个临床试验，总样本量为766 人，结果发现，与对照组相比，绿咖啡提取物补充剂能够显著降低空腹血糖（FBG）并改善机体胰岛素水平［10］。另一项系统综述也得出绿咖啡提取物能够降低空腹血糖（FBG）［11］。国内学者通过网络药理学方法分析咖啡酰奎宁酸类化合物治疗Ⅱ型糖尿病的作用机制，发现咖啡酰奎宁酸类化合物治疗糖尿病涉及调控葡萄糖代谢、调节相关蛋白质发挥作用的多条代谢通路及多个基因［12］。Kim 等［13］对包括71 527 名参与者的4 项前瞻性研究进行了汇总分析，发现咖啡的消费量与Ⅱ型糖尿病呈现明显负相关。基于14 578 名参与者的2012-2016年韩国国家健康和营养检查调查数据也发现，在韩国中年人群中，随着咖啡摄入量的增加，糖尿病患病率显著下降［14］。基于临床试验及流行病学调查综合分析，利用绿咖啡是可以起到糖尿病的干预作用的，出于健康考虑，要降低摄入过量咖啡因，可以考虑脱出咖啡因的绿咖啡提取物。

2.2 肥胖改善作用

有关绿咖啡提取物在体重管理方面的研究较多。通过对肥胖小鼠干预发现，绿咖啡豆提取物降低了小鼠脂肪组织生成相关基因的表达，调节了脂联素和瘦素水平，显著降低体重［15］。有研究报道，绿咖啡提取物能够降低肥胖大鼠的血清总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白和TNF-α 水平［16］。Hussein 等［17］研究证实，绿咖啡水提取物可降低肥胖大鼠的血清总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇、瘦素和血糖水平，提高血清胰岛素，显示了良好的减肥功效。一项针对64 名肥胖妇女的随机临床试验发现，配合限制能量饮食并接受400 mg 绿咖啡提取物干预8 周后发现，血清总胆固醇、低密度脂蛋白、瘦素和血浆游离脂肪酸显著降低（P<0.05），血清脂联素水平显著升高，显示绿咖啡提取物结合限制能量饮食可以调节人体脂质代谢，减少脂肪积累［18］。有针对16名超重的受试者为期22 周的线性交叉研究发现，绿咖啡提取物对超重成年人减肥效果良好，其中受试者平均体重减轻了8 kg，超过体重的10%，有6 名受试者的体重指数转为正常体重范围［19］。Yeon 等［20］研究结果发现，补充8 周的绿咖啡提取物能够减少超重/肥胖妇女机体脂肪及减轻内脏脂肪堆积。总的说来，绿咖啡提取物含有高浓度的绿原酸及其他多酚成分，其能够影响葡萄糖和脂肪的代谢，从而达到降脂减肥的功效。

2.3 改善代谢综合征作用

从利用绿咖啡干预高碳水化合物高脂肪饮食喂养大鼠的相关指标发现，绿咖啡能减轻大鼠体重、收缩压、心脏和肝脏的炎症水平，显示了绿咖啡中的绿原酸、胡芦巴碱和二萜类化合物可以减轻不良饮食引起的相关代谢指标异常［21］。有研究证实，轻度烘焙咖啡豆提取物（GCE）对代谢症候群（MS）大鼠干预7 周，能够改善大鼠脂联素水平、HOMA-IR 指数、血脂水平、空腹血糖水平和收缩压水平［22］。Lukitasari 等［23］利用绿咖啡和绿茶提取物干预患有代谢综合征大鼠，发现绿咖啡和绿茶提取物联合应用可通过影响过氧化物酶体增殖物活化受体α（PPAR-α）和AMP 活化蛋白激酶蛋白激酶（AMPK-α2）基因的表达，来改善代谢综合征的代谢状况和血压水平，绿咖啡提取物单独使用或绿咖啡提取物和绿茶提取物联用组都能够改善大鼠空腹血糖、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇及血压情况，综合分析，两者联合使用的效果更较明显。这提示我们绿咖啡提取物可以与其他功能物质协调增效来达到更好的干预效果。一项为期8 周的随机、双盲、安慰剂对照临床试验研究发现，与对照组相比，服用绿咖啡提取物人员的体重明显减轻，血液相关指标方面，丙二醛（MDA），胰岛素、糖化血红蛋白和稳态模型评估胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）也有明显改善，绿咖啡提取物能够减少碳水化合物的吸收和增强脂质代谢［24］。Roshan 等［25］研究了脱咖啡因咖啡豆提取物（GCE）对代谢综合征患者人体相关指标影响，受试者在遵循能量均衡的饮食前提下每天服用400 mg 咖啡豆提取物2 次，持续8 周后改善了胰岛素抵抗，同时空腹血糖（FBS）下降、腰围减小、食欲下降。

2.4 改善血压作用

对24 名女性的初步研究显示，绿咖啡对个体静息能量消耗（REEs）有显著影响，这与绿咖啡中的咖啡因和绿原酸密切相关，同时绿原酸有治疗高血压的作用［26］。对16 名健康志愿者进行单盲交叉安慰剂对照研究发现，给予含有500 mg 的绿原酸的绿咖啡提取物持续7 d 后，受试者的舒张压和收缩压显著下降，体重指数（BMI）和体重也明显降低［27］。可见，绿咖啡提取物对健康人群的血压及体重也有一定的积极作用，值得深入研究。

对健康受试者进行为期2 周的随机交叉试验研究表明，绿咖啡干预后人群的收缩压和动脉弹性明显降低，体重指数和腹部脂肪指标也显著降低，绿咖啡的干预效果要好于黑咖啡，绿咖啡在减少心血管疾病有积极的作用［28］。一项采纳了9项研究的荟萃分析显示，绿咖啡补充剂每日服用剂量＜400 mg，持续4 周后，高血压患者收缩压和舒张压显著降低，综合分析，绿咖啡对高血压患者的血压指标有较好的改善作用［29］。一项采纳28 名受试者的随机、安慰剂对照的临床试验发现，每天摄入140 mg 绿咖啡来源绿原酸的受试者收缩压和舒张压明显下降，而且也没有发现明显的副作用，绿咖啡来源绿原酸用于治疗轻度高血压患者是有效和安全的［30］。

2.5 其他作用

有研究利用绿咖啡水提取物（GCBWE）来治疗高脂饮食（HFD）导致的糖尿病大鼠大脑皮层损伤，发现糖尿病导致的大鼠大脑皮层组织处于氧化应激状态并伴随着神经炎症和神经细胞的死亡，绿咖啡水提取物干预后可以缓解神经递质紊乱，减轻氧化应激，抑制组织炎症和细胞凋亡，从而恢复糖尿病引起的皮层损伤［31］。有研究也证实绿咖啡豆提取物（GCBE）能够减轻大鼠胰岛素抵抗和调节胰岛素信号级联反应，提高认知能力，减轻Tau 蛋白过度磷酸化，对胰岛素抵抗诱导的阿尔茨海默病具有神经保护作用［32］。因而，绿咖啡提取物可以作为一个潜在的治疗大脑皮层损伤及阿尔茨海默病的方法。有研究利用绿咖啡对非酒精性脂肪肝患者采用随机、双盲、安慰剂对照试验干预，发现每日补充400 mg 绿咖啡提取物改善了非酒精性脂肪肝患者血脂水平和体质指数，同时显著降低空腹血糖、胰岛素抵抗的稳态模型评估指数，进而对非酒精性脂肪肝患者起到健康促进作用［33-34］。有学者研究发现，绿咖啡提取物能够改善高脂肪饮食及链脲佐菌素（HFD/STZ）诱导的糖尿病大鼠持续性高血糖引起的肾脏损伤，对肾功能有明显的保护作用［35］。研究还发现，绿咖啡饮用和联合训练能有效改善焦虑和抑郁症状，但是将有氧耐力训练与绿咖啡摄入结合起来对改善焦虑和抑郁更高效［36］。对60名体重指数BMI>30 kg/m2的肥胖妇女的干预研究发现，通过弹力阻力带训练（ERBT）和摄入咖啡豆提取物（GCBE），可以改善高密度脂蛋白胆固醇和总胆固醇水平，降低心血管代谢风险评分［37］。

3 绿咖啡产品的开发现状及发展前景

云南省是中国最大的咖啡种植地，2019 年咖啡种植面积达10.45 万hm2，占全国九成以上，种植地域集中分布在德宏、西双版纳、普洱、临沧、保山等地区［38］。虽然云南咖啡小有名气，但是产品附加值低，咖农及初加工咖啡的议价能力弱，严重制约了云南咖啡产业的良性发展。在云南省政府打造世界一流绿色食品牌的产业政策推动下，云南咖啡种植面积还在不断扩大，咖啡精深加工也在提速，同时重点在提升品质、打造知名品牌，除了发展精品咖啡以外，绿咖啡提取物是一个值得考虑的深加工方向。

绿咖啡一般使用罗布斯塔种中粒咖啡，该咖啡品种在海南种植较多，而中粒咖啡在云南也早已种植成功［39］，绿咖啡深加工在中国或大有可为，国内早已经有多家植物提取物企业成功开发了绿咖啡粉、绿咖啡提取物。但查询国家市场监管总局保健食品注册备案信息发现，目前含有咖啡及咖啡因的保健食品有40 个，暂时没有含有绿咖啡的相关保健食品，可见绿咖啡的商业应用在国内才开始，还需要大力拓展。而欧美市场对于绿咖啡的研究开发较早，相关产品及剂型较多，基于消费者对减肥功能的需求旺盛，市场上的绿咖啡产品主要聚焦在减肥功能上。目前有主导减肥功能的绿咖啡胶囊及片剂，还有代餐的绿咖啡蛋白粉、主打运动辅助功效的绿咖啡粉剂及片剂产品、绿咖啡固体饮料等膳食补充剂。欧美主流的绿咖啡提取物是Svetol®，该产品也有试验文献支撑其调节血糖、降脂减肥的功能，该绿咖啡绿原酸含量≥45%，以5-咖啡酰奎宁酸为关键成分［40-42］。

国内现阶段围绕绿咖啡的产品开发主要还是在固体饮料、膳食补充剂及代餐粉方面，其他系列产品也在陆续开发过程中。通过对国内专利文献分析发现，有运动营养品公司以绿咖啡粉和柑橘幼果提取物、苹果幼果提取物为主要材料，开发了一种减肥组合物，适用剂型为片剂、胶囊或颗粒剂，利用了绿咖啡豆提取物具有加速身体新陈代谢提高身体脂肪燃烧的功效［43］，同时该公司还开发了一种可管控体重和提升运动能力的组合物，配料为牡蛎蛋白肽、绿茶提取物、藤黄果提取物和绿咖啡豆提取物［44］。某知名饮品公司将绿咖啡豆提取物、绿茶提取物、左旋肉碱、阿拉伯糖、荷叶提取物、聚葡萄糖按特定比例进行复配，形成了一款减肥功能食品［45］。某药品研发机构公布了由绿咖啡提取物、桑叶提取物和L-阿拉伯糖组成的一种含有绿咖啡提取物的食药产品，主打辅助降血糖、辅助降血脂功效［46］。某健康管理公司开发了一款含有桑叶提取物、肉桂提取物、绿咖啡豆提取物降低血糖的膳食补充剂［47］。某知名保健品公司也利用绿咖啡作为功能原料之一开发了一款具有养胃美容功能的减肥代餐粉［48］。也有公司以绿咖啡为核心原料开发了中链脂肪酸甘油三酯咖啡复合固体饮料，提供体重控制、血糖调节等功能［49］。绿咖啡作为一款调节血糖、减肥降脂的功能原料，可以开发系列保健食品、健康饮品、复合代餐粉等产品。综上可以预见，随着研究深入及国人对绿咖啡的认知提升，国内的绿咖啡产品及市场也会稳步增长。

4 结论

近年来，随着我国经济水平的提高和居民生活节奏的加快、饮食习惯及食物构成的改变，肥胖、糖尿病、高血压等慢性代谢疾病患病率激增，已经成为目前重大的公共卫生问题。我国约有1.14 亿糖尿病患者，约占全球糖尿病患者的27%，已成为世界上糖尿病患者最多的国家［50］。科学合理的膳食是预防和控制慢性疾病的关键，天然植物来源的绿咖啡提取物在预防和治疗各种慢性疾病方面已经有大量临床证据，其应用价值较高，绿咖啡系列产品应有很大的市场开发潜力。