咖啡果皮综合利用浅析

张佳欣, 韩泽邦, 吕玉兰, 何飞飞*

（1.云南大学农学院，昆明 650500；2.云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所, 云南保山 678000）

咖啡作为世界三大饮品之一，是咖啡种植国家及地区重要的经济作物和创汇作物。云南省咖啡种植面积和产量占全国的98%，是全国最大的种植生产基地。咖啡果皮约占咖啡鲜果的45%［1］。果皮中含有丰富的营养成分及抗氧化成分，在咖啡鲜果中占有较大的比重。咖啡初加工生产中，采用干法加工，每制成1 t 咖啡豆，附带得到0.12～0.18 t 咖啡果皮，而利用湿法加工，咖啡果皮的产量将达到 0.5 t［2］。

随着咖啡果皮相关地方标准的发布、绿色生产技术和农产品加工副产物综合利用理念的推广和实施，咖啡果皮综合利用是一个亟待解决的问题。若将咖啡果皮高效利用或形成产品，既有助于解决乡村环境治理问题，亦能使咖啡果皮变废为宝，延长产业链，提高产值。

1 咖啡果皮营养成分

1.1 主要营养成分

咖啡果皮含多种基本营养成分，主要成分是纤维素、蛋白质和总糖，分别占总含量的17.175%～18.585%、14.863%～15.916%和 16.459%～19.315%，含有17 种氨基酸和15 种脂肪酸，氨基酸TAA 含量为总含量的 4.952%～7.072%，SRC 介于 42.43～52.68［3］。

咖啡鲜果的初加工工艺主要有干法、湿法和半干法加工，前两种方法的应用较为广泛。产自巴拉那州库里蒂巴的小粒种咖啡欧巴塔，在干法加工下，果皮中糖类占35%、蛋白质占5.2%、纤维占30.8%、矿物质占10.7%和少量脂肪［4］；而哥斯达黎加小粒咖啡卡图拉，湿法加工下，果皮中蛋白质占（7.5%～15.0%）、脂肪占（2.0%～7.0%）、碳水化合物占（21.0%～32.0%）［5］。产地与品种的差异均会造成咖啡果皮营养成分含量不同。

1.2 膳食纤维

膳食纤维（dietary fiber，DF）是一类不为人体消化利用的非淀粉多糖，包括可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）两大类。目前，DF 提取方法有化学法、酶法和酶-化学法。胡荣锁等［6］利用响应面纤维素酶法优化了咖啡果皮可溶性膳食纤维的提取工艺，优化条件下的可溶性膳食纤维得率为9.72%。李雄［7］利用纤维素酶改性法制备咖啡果皮中水溶性膳食纤维，提取率8.164%，并对酶改法改性前后功能特性及结构表征变化进行了对比。李雄等［8］发现湿磨预处理的产品得率最高，为14.65%，并考察持水力、膨胀性等物理特性，且对产品的单糖组成、流变特性等进行表征。Amaia 等［9］从咖啡果皮中提取了具有抗氧化性的膳食纤维。Dong 等［10］发现剪切乳化辅助酶提取法是咖啡皮可溶性膳食纤维最合适的萃取方法。王丹丹等［11］采用响应面法优化剪切乳化辅助酶法提取咖啡果皮可溶性膳食纤维，得率为13.96%。此外，咖啡果皮可溶性膳食纤维热稳定性强，具备亚硝酸盐吸附能力［12］。

1.3 果胶

果胶是由α-1，4 糖苷键连接半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖等中性糖聚合而成的杂多糖，主要由原果胶、果胶酯酸和果胶酸组成，具有良好的生理和药理活性［13］。李晓娇等［14］采用正交试验优化小粒种咖啡果皮果胶的提取，得率为15.13%。林珊等［15］研究发现咖啡果皮中果胶的水解物可作为天然的防腐剂。李泽林等［16］采用响应面优化云南小种粒咖啡果皮果胶的提取工艺，提取率为（10.30±1.28）%，发现咖啡粗果胶含有典型的多糖结构。郎心茹［17］优化咖啡果皮中柠檬酸、草酸、苹果酸制备果胶的工艺，测定了其理化性质、结构，研究咖啡果皮果胶的特性。

1.4 灰分元素

灰分元素亦称矿质元素，包括 P、K、Ca、Mg、Fe、Si 等。罗白玲［18］采用 GB 5009.5—2016 测得咖啡果皮灰分含量为（6.78±0.04）%；李雄［7］采用GB 5009.4—2016 灼烧法，测得咖啡果皮粉的灰分含量为（3.27±0.08）%。经化学分析，咖啡果皮含有 氮 1.15% 、磷 990 mg/kg、钾 4.30% 、钙 3 563 mg/kg、镁 1 413 mg/kg、铁 59.8 mg/kg、锰 252 mg/kg、锌 5.90 mg/kg、铜 5.78 mg/kg、钠 65.3 mg/kg、硒 0.012 mg/kg 等矿质养分［19］。

2 咖啡果皮抗氧化成分

咖啡果皮还含抗氧化活性成分，如单宁、绿原酸、黄酮和花青素等［20］。

2.1 多酚

多酚又称鞣质、单宁，是多羟基酚类化合物的总称，主要分布在植物组织的皮、叶、根和果实中，是植物体在正常发育过程中或者在应激条件下合成的次生代谢产物［22］。植物多酚有多种生理功能，如预防心脑血管疾病［23］、抗癌［24］、降血糖［25］等生物活性。

咖啡果皮中含有花青素、绿原酸、咖啡酸和阿魏酸等多酚类物质［26］。国内外对咖啡果皮多酚及其抗氧化活性已有一些研究。陈小伟等［27］研究了咖啡果皮发酵前后多酚含量变化趋势，发现咖啡果皮经发酵后其多酚含量显著上升，对自由基的清除能力显著增强。Duangjai 等［28］探讨了不同前处理过程咖啡果皮多酚的含量、抑菌活性及抗氧化活性的差异。王彦兵等［29］采用单因素及响应面试验方法对超声辅助提取咖啡果皮多酚工艺进行优化及抗氧化活性的测定，优化条件下的多酚提取率为34.68 mg/g，清除DPPH、ABTS+、超氧阴离子自由基的IC50 值分别为2.10、314.97、322.02 μg/mL。

2.2 黄酮

黄酮类化合物是天然存在的多酚代谢产物，是植物次生代谢产物的重要组成部分，具有广泛的药理特性［30］。目前，黄酮类化合物在保健品、医药和化妆品领域发挥重要作用，是不可或缺的物质成分，具有抗氧化、治疗心脑血管疾病［31］、抗癌［32］等药理作用。

浆果类普遍富含黄酮类物质，其加工副产物是天然黄酮开发的原材料。刘鑫和高彦祥［33］研究了静态亚临界水提取脱脂咖啡渣中黄酮类物质的工艺，在最佳提取条件：提取温度170 ℃、时间 45 min、料 液 比 1∶50 下 ，黄 酮 提 取 率 为6.97 %。王彦兵等［34］咖啡果皮总黄酮提取工艺条件经优化后为：乙醇体积分数41 %、料液比1∶46（g/mL）、超声波时间44 min、超声波温度60℃，提取率（6.99±0.02）%。

2.3 花青素

花青素又称花色苷，多羟基2-苯基苯并吡喃阳离子结构，为类黄酮的次级代谢产物，是天然的水溶性色素［35］，具有多种生理功能，如抗氧化［36］、抗炎［37］等。

咖啡果皮中含有丰富的花青素，可以作为花青素的来源［1］。张云鹤等［38］采用高效液相色谱法（HPLC）和液相色谱质谱联用法（LC-MS）对云南小粒种咖啡果皮提取物中花青素的成分进行鉴定及含量测定，发现咖啡果皮中花青素主要为矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-芸香糖苷。罗娅婷等［39］采用响应面法对咖啡果皮中原花青素提取工艺进行优化，最佳提取条件为：乙醇体积分数80%、提取温度100℃、提取时间5 min、料液比 1∶69.97（g/mL），在此条件下，提取率为30.086 mg/g。

2.4 绿原酸

绿原酸类物质是指由奎尼酸与咖啡酸通过酶促酯化反应脱水缩合而成的缩酚酸类天然成分，为植物体在有氧呼吸过程中经莽草酸途径产生的一种苯丙素类化合物，具备抗氧化［40］、抑癌抗肿瘤［41］、抑菌消炎［42］等多种生物活性，广泛应用于食品和医药、医美领域。另外，绿原酸也是很多中药的消炎成分。

有关咖啡豆中绿原酸提取方法优化、抗氧化活性及稳定性的研究较多，与之相比，咖啡果皮绿原酸研究和数据相对较少。Rodrigues 等［43］从咖啡中发现CGA 是主要清除活性氧和活性氮的活性物质。唐薇等［44］采用响应面法和超声波法优化咖啡生豆中绿原酸的提取工艺，以表面活性剂聚乙二醇400（PEG400）为提取剂，最佳工艺条件下绿原酸得率达到12.15 mg/g。曹卓松等［45］证实了绿咖啡豆绿原酸具有抗氧化能力和清除自由基能力，并研究了绿咖啡豆绿原酸稳定性。孙岳等［46］优化了咖啡果皮茶冲泡条件，认为绿原酸溶出量可达（17.86±0.03）ug/mL，并对其风味进行了感官评价。

3 咖啡果皮综合利用

3.1 饮品

咖啡果皮可制作咖啡果皮茶及咖啡果酒等产品。对咖啡果皮茶茶汤进行8 种不同处理方法，发现咖啡果皮蒸90 s 后做成的茶汤最适合食用［47］。何飞飞等［48］进一步明确了咖啡果皮茶加工方法。何红艳等［49］对咖啡果皮进行加糖、加酸处理，确定咖啡果茶的制作工艺及品质影响因素。胡荣锁等［50］利用咖啡果皮酿造咖啡果酒，并对其感官风味进行了详细评价。匡钰等［51］筛选出安琪果酒酵母作为发酵菌种，咖啡果酒酒度可达14°，并对其香气成分进行了分析。添加氨基酸可改善咖啡果皮酒风味和口感［52］；加热时长20 min 和初始糖含量50%可更好确保果酱品质和贮存稳定性［53］。咖啡果皮粉可以考虑作为一种饼干的配料来增加消费者对膳食纤维、抗氧化性物质和低糖化淀粉的摄入［54］。

3.2 肥料

咖啡果皮含有氮、磷、钾等养分，可作为潜在的肥料［55］。施用咖啡果皮，土壤养分含量增加、酶活性提高，从而促进咖啡幼苗生长［56］；但咖啡果皮直接还田，产生“烧苗”现象，影响作物生长［57］。可将腐熟的咖啡果皮应用于农业种植生产中，以减少化肥用量，促进绿色高效种植［58］。李孙洋等［59］明确了咖啡果皮有机肥料制备方法。

3.3 饲料

石磊［60］报道了咖啡果肉可用于牲畜饲料，其对牲畜生长性能具有一定的促进作用。果皮可按20%～40%添加作为奶牛饲料；添加其它动物饲料宜控制在20%以内，推荐在猪饲料中添加量为16%［19］。经黑曲霉发酵的咖啡果皮有利于牲畜消化，目前已应用于鸡饲料中［61］。

3.4 其他

果皮燃烧可移除大气中有害的温室气体，可将其用作比其他化石燃料更清洁的燃料［62-64］。果皮可通过化学方法提取其中有用的物质，如果胶、果胶酶、膳食纤维等，可用于医美、制药及其它食品工业。

4 结语

近年来国内针对咖啡果皮成分提取方法较多，国外学者从咖啡果皮中提取到活性成分，并延伸至燃料等生物性能，但均未进行系统的成分含量研究，这给进一步发掘咖啡果皮的潜在价值带来一定困难。后续研究中，应注意咖啡果皮成分与应用研究紧密结合，明确各产地的咖啡果皮成分含量，针对不同需求制作相应产品，挖掘咖啡果皮价值及实用性，助力云南咖啡产业多元化、高附加值发展。