咖啡作為全球最受歡迎的飲料之一,其成分和生理作用一直是各國科學家們的關注熱點。中國作為全球最大的新興咖啡消費市場,吸引了大量投資者的目光,也促進了云南高原特色農業小粒咖啡的種植加工產業的快速發展。據不完全統計,2017/2018年度,云南小粒咖啡種植面積達到180萬畝,年產云南小粒咖啡總量達到16.47萬噸,占世界同期咖啡產量的1.7%,占我國咖啡產量的99%以上。與我國咖啡龐大的生產量和消費量不成比例的是云南咖啡中天然活性功能分子持續挖掘研究工作的缺乏,特別是云南小粒的化學成分及其功能的研究,除常規分析外尚屬空白。中國科學院昆明植物研究所天然藥物新藥研發團隊邱明華研究組對云南小粒咖啡果實及種子進行深入化學成分研究,建立了NMR快速分析咖啡化學成分的技術體系;從云南產區的各種咖啡樣品,發現了40多個新天然化學結構,為全球的咖啡化學成分研究開辟了一些新的咖啡分子資源;正在進行咖啡風味特征和化學成分的內在關聯性研究。
1. 云南小粒咖啡熟豆中的新型二萜苷
咖啡熟豆是指烘焙后的咖啡種子,經過研磨沖泡過濾即得到咖啡飲品。對普洱產云南小粒咖啡熟豆提取物的化學研究表明熟豆中的二萜成分多以糖苷形式存在,并從中發現了4個新對映-貝殼杉烷型(ent-kaurane)二萜苷。同時首次發現了自然界存在數量極少的對映-濱海孿生花烷型(villanovane)二萜苷類成分,豐富了人們對咖啡熟豆中二萜類成分的認識。但這些化學成分對HL-60, SMMC-7721, A-549, MCF-7, SW4805種腫瘤細胞株沒有抑制活性。研究結果以Characterization of diterpenoid glucosides in roasted Puer coffee beans 為題發表于Journal of Agricultural and Food Chemistry(2014, 62:2631-2637)。
2. 云南小粒咖啡中新型咖啡二萜內酯的發現
咖啡醇是咖啡中的二萜成分,一般是二萜的A環上含有一個四氫呋喃并環存在。而從云南小粒咖啡中發現了8個咖啡醇二萜的A環含有一個a,b不飽和g-內酯并環基團存在,首次從咖啡中分離得到一類新型咖啡醇二萜內酯(cafestolactone)。云南小粒咖啡生豆中存在大量新型咖啡二萜內酯的脂肪酸脂類化合物1-8 (圖2)。
化合物1-8中的脂肪酸除NMR技術鑒定外,通過GC分析確定。這些咖啡二萜內酯化合物中,化合物3,4和6表現出一定的體外激活血小板聚集活性,在0.4mg/ml濃度下,誘導率分別為11.4%,15.8%和 7.8%。這些化合物的結構和活性以Identification of new diterpene esters from green Arabica coffee beans, and their platelet aggregation accelerating activities 為題發表于Food Chemistry. 2018, 263, 251 257。
3. 云南小粒咖啡果實中新型二萜和咖啡二萜內酯的發現
從云南小粒咖啡DR132品種(黃果)的咖啡果(日曬豆)中,分離鑒定了37個化學成分,其中5個為新二萜化合物(圖3)。新化合物caffruenol A-B(1-2)是18和19位甲基重排為Δ(4,18)的新型二萜成分,從未見過報道。除新型咖啡二萜醇類化合物之外,再次從咖啡中分離得到6個新型咖啡醇二萜內酯(cafestolactone)化合物,包括3個新化合物(3-5),證實了云南小粒咖啡中二萜內脂類二萜的存在。咖啡醇二萜內酯(cafestolactone)化合物目前尚未見其他國家和地區的咖啡化學成分中報道,是否為云南小粒咖啡比較特征的一類成分,需要對比研究。以上研究成果以Ent-kaurane diterpenoids from the cherries of Coffea arabica 為題近期發表于Fitoterapia. 2019, 132:7-11(doi:10.1016/ j.fitote.2018.08.023)。
4. 云南小粒咖啡果實中新達瑪烷萜三萜
從云南德宏熱科所自主選育的黃皮小粒咖啡品種德熱132(DR 132)的干燥果實(日曬豆)中,還發現了4個新達瑪烷型(dammarane)三萜成分(caffruones A–D),這是首次在咖啡屬植物中發現四環三萜類成分(圖5),說明云南小粒咖啡中次生代謝成分結構多樣性及豐富的分子資源。研究結果發表于Natural Products and Bioprospecting, 2018, 8:413-418。
云南小粒咖啡的化學成分及其活性的研究項目得到國家自然科學基金(No.31670364)、云南省重點新產品計劃(2015BB002)、普洱市專項資金(2017)和邱明華專家工作站項目(2018)以及植物化學國家重點室開放基金項目(P2015-ZZ09)等的資助。這些研究成果為我國小粒咖啡化學成分及其功能的大量新發現,為我國咖啡產業的快速發展奠定了基礎。