Napredek pri kemični sestavi in ​​zdravilni vrednosti kavnih zrn Ⅰ

Povzetek: Kava je v svetu priljubljeno prehransko dopolnilo z edinstvenim okusom. Kavna zrna vsebujejo kompleksne kemične sestavine in obsežne biološke aktivnosti. Raziskave kemičnih sestavin kavnih zrn, kot so alkaloidi, sladkorji, organske kisline, estri, steroli in diterpeni, so močno napredovale. Učinkinevroprotekcija, obramba pred hiperglikemijo in hiperlipidemijo, proti raku, protivnetno,antioksidacija, inzaščita jeternašli v kavnih zrnih. Ta članek je pregledal kemične sestavine in metode odkrivanja v kavnih zrnih, biosintezo glavnih aktivnih snovi in ​​njihovo potencialno medicinsko vrednost ter nudi reference za poglobljene raziskave in industrijski razvoj kavnih zrn.

Ključne besede: kava; Kemična sestava; Farmakološki učinki; Zdravilna vrednost

Kava (Coffea sp.) je rastlina kavovca Rubiaceae, ki izvira iz osrednje in severne Afrike, zdaj pa jo pogosto gojijo v Latinski Ameriki, Afriki in azijsko-pacifiški regiji. Obstaja veliko vrst kave, do več kot 90 vrst, ki so razdeljene v štiri kategorije: debelozrnata (Coffea liberica), srednjezrnata (Coffea robusta), drobnozrnata (Coffea arabica) in excelsa (Coffea excelsa). . Najboljša kakovost kavnih zrn [1].

Kava je najpogosteje uporabljena rastlina za pijačo in ima veliko gospodarsko vrednost. Kitajska je leta 1884 prvič predstavila kavovec na Tajvanu, trenutno pa sta Hainan in Yunnan glavni območji za proizvodnjo kave na Kitajskem. Tradicionalna kitajska medicina meni, da je kava rahlo grenka, trpka in gladka; Kava vsebuje različne kemične sestavine, kot so alkaloidi, flavonoidi, fenolne kisline, terpeni itd., ki imajo funkcije zniževanja krvnega sladkorja, zniževanja lipidov v krvi, antioksidacije in nevroprotekcije. Ima veliko zdravilno vrednost in ima široke razvojne možnosti. Ta članek razlaga kemično sestavo in zdravilno vrednost kavnih zrn ter ponuja referenco za sorodne raziskave.

1 Kemična sestava in metoda odkrivanja

Kemična sestava kavnih zrn vključuje predvsem dve kategoriji: nehlapne snovi in ​​hlapne snovi. Nehlapne sestavine zelenih kavnih zrn so veliko višje kot v praženih kavnih zrnih, njihove nehlapne sestavine pa vključujejo predvsem dušikove spojine, ogljikove hidrate, kislinske spojine in estrske spojine. Med njimi so spojine, ki vsebujejo dušik, predvsem alkaloidi in aminokisline, ogljikovi hidrati so predvsem polisaharidi in majhna količina oligosaharidov, kisle spojine vključujejo klorogensko kislino in organske kisline z majhnimi molekulami, estri pa so predvsem kavno olje, steroli in diterpenoidi.

1.1 Alkaloidi

Alkaloidi zelenih kavnih zrn so večinoma kofein, teofilin, teobromin, hipoksantin, matrin in trigonelin, od katerih je trigonelin predhodna snov za tvorbo furana, pirazina in alkilpiridina.

Kofein je najpomembnejši alkaloid v zelenih kavnih zrnih in glavni vir grenkosti. Reprezentativna snov v kofeinu je kofein. Andrade et al. [3] so za ekstrakcijo kofeina iz zelenih kavnih zrn uporabili superkritično tekočinsko ekstrakcijo in ugotovili, da je bil največji izkoristek kofeina ekstrahiran z mešanim topilom CO2 in izopropanola. Raziskovalec [4] je uporabil tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti (High perfarnance liquid chromdtograpny, HPLC) za preučevanje sprememb vsebnosti kofeina v kavnih zrnih z različnih proizvodnih območij in nadmorskih višin. Shao Jinliang et al. [5] so preučevali vsebnost trigonelina in kofeina v zelenih kavnih zrnih, praženih kavnih zrnih in kavnem prahu ter ugotovili, da je kofein značilen indeks kakovosti kavnih zrn. Kotlina je druga glavna komponenta.

Trigonelin je derivat piridina, ki se demetilira v procesu praženja kavnih zrn, da nastane niacin, ki igra vlogo pri spodbujanju proizvodnje aromatičnih spojin, njegova vsebnost pa je visoka v sortah arabice [6]

. Liu Hongcheng idr. [7] so s HPLC ugotavljali vpliv različnih metod ekstrakcije na vsebnost trigonelina in ugotovili, da metoda ekstrakcije malo vpliva na vsebnost trigonelina.

Kliknite tukaj za več informacij o kavi Cistanche

1.2 Aminokisline

Kavna zrna vsebujejo različne beljakovine in proste aminokisline, kot so glutaminska kislina, asparaginska kislina, levcin, glicin in alanin. Nekateri znanstveniki uporabljajo metodo obarjanja, topnega v alkalijah, za ekstrakcijo beljakovin v kavnih zrnih in zaznavanje vsebnosti esencialnih aminokislin v njih. 67,02 odstotka vsebnosti beljakovin [6]. Dong et al. [8] so izvedli polkvantitativno identifikacijo 79 hlapnih spojin v kavi z uporabo mikroekstrakcije v trdni fazi (GC-MS) in odkrili esencialne aminokisline, kot so levcin, lizin in arginin v kavnih zrnih. .

1.3 Ogljikovi hidrati

Zelena kavna zrna imajo visoko vsebnost sladkornih spojin, ki predstavljajo približno 50 odstotkov suhe teže, predvsem oligosaharide in polisaharide, z zelo malo vsebnostjo monosaharidov. Med njimi so glavni polisaharidi arabinogalaktan, manan in celuloza [10], med peko pa se vsebnost polisaharidov zmanjšuje. Hu Shuangfang in drugi [9] so izmerili 7

Po testiranju kavnih zrn z različnih proizvodnih območij je bilo ugotovljeno, da imajo kavna zrna Golden Mandheling najvišjo vsebnost reducirajočega sladkorja, kar 11,2 mg/g. Metode ekstrakcije polisaharidov v kavnih zrnih vključujejo kontinuirano ekstrakcijo, kislinsko hidrolizo, ekstrakcijo z vročo vodo, encimsko ekstrakcijo itd., vendar je zaenkrat ekstrakcija z vročo vodo edini sprejet in najbolj izvedljiv postopek, s preprostim postopkom, nizkimi stroški in brez dodatki. [11], obstajajo tudi poskusi na kavni usedlini z namakanjem v etanolu, koncentracijo, deproteinizacijo, ekstrakcijo s petrol etrom itd., in uspešno ekstrahirali polisaharide iz kavne usedline [12]. Delgado et al. [13] so ugotovili, da so netopne sestavine v kavnih izvlečkih večinoma polisaharidi.

1.4 Organske kisline

Klorogenska kislina je pomembna fenolna spojina v zelenih kavnih zrnih. Po poročilih je kava eden najpomembnejših virov klorogenske kisline v človeški prehrani [14]. Monomer z najvišjo vsebnostjo klorogenske kisline je 5-kafeoilkininska kislina (5-CQA), ki predstavlja približno 70 odstotkov celotne vsebnosti klorogenske kisline [15]. Vsebnost klorogenske kisline v zelenih kavnih zrnih je razmeroma visoka, približno 6.7-12 odstotkov, vsebnost klorogenske kisline v praženih kavnih zrnih pa je močno zmanjšana in je vsebnost približno 2-3,1 odstotka. [16].

Ekstrakcija s topili, ekstrakcija s superkritično tekočino, adsorpcijsko eluiranje in porazdelitvena kromatografija so pogosto uporabljene tehnike ekstrakcije in ločevanja za klorogensko kislino. Upadhyay et al. [17] so uporabili obdelavo z mikrovalovi, vodna faza je bila voda, faza topila pa 50-odstotna raztopina etanola in 50-odstotna raztopina metanola, da bi preučili postopek ekstrakcije klorogenske kisline in drugih snovi v zelenih zrnih kave Robusta, in ugotovili, da je optimalno stanje mikrovalovna pečica. Moč je bila 800 W, temperatura ekstrakcije je bila 50 stopinj, čas ekstrakcije pa 5 minut. Stopnja ekstrakcije klorogenske kisline je bila 7,25 odstotka, kar je bilo znatno višje kot pri enem samem topilu pod enakimi pogoji. Romero-González et al. [28] uporablja ločevanje

Ločevanje in ekstrakcija treh klorogenskih kislin, 5-CQA, 5-FQA in 3,5-diCQA v kavi, je bila izvedena s protitočno porazdelitveno kromatografijo. Stacionarna faza je bil etil acetat-n-heksan, mobilna faza pa klor z različnimi ionskimi gradienti. Ločitev treh klorogenskih kislin je bila dosežena v pogojih litijevega sulfida in amonijevega sulfata-kalijevega nitrata. Li Shasha in drugi [19] so uporabili HPLC za merjenje vsebnosti klorogenske kisline v kavnih zrnih različnih izvorov, Phenomenex Luna C18 je bil uporabljen kot kromatografska kolona, ​​metanol-0. 5-odstotna voda mravljinčne kisline je bila uporabljena kot mobilno kolono. fazi, valovna dolžina pa je bila 285 nm. Največja vsebnost orto kisline je bila 3,333 mg/g.

Kavna zrna poleg klorogenske kisline vsebujejo še kininsko kislino, jabolčno kislino in citronsko kislino. Shao Jinliang et al. [20] so zaznali 5- vsebnost CQA, 4-CQA, 1,3-CQA in drugih snovi ter vsebnost v zelenih kavnih zrnih višja kot v kavnih izdelkih. Nekateri tuji znanstveniki so s testiranjem komercialne instant kave v Španiji odkrili citronsko kislino, ocetno kislino, akrilno kislino in fumarno kislino [21]. Poleg zgoraj navedenih organskih kislin kavna zrna vsebujejo tudi jantarno kislino, citrakonsko kislino, eritronsko kislino, glukonsko kislino, glicerinsko kislino itd.

1.5 Estri

V kavnih zrnih je veliko vrst estrskih spojin, večina jih nastane s pretvorbo surove maščobe v kavnih zrnih. Ko so kavna zrna pražena do različnih stopenj, je tudi sestava estrskih spojin zelo različna, predvsem vključuje kavno olje, sterole in diterpenoide itd. [22].

1.5.1 Kavno olje

Kavno olje je bogato z nenasičenimi maščobnimi kislinami in nasičenimi maščobnimi kislinami. Nenasičene maščobne kisline so predvsem linolna kislina, nasičene maščobne kisline pa palmitinska kislina. Vsebuje tudi majhno količino miristinske kisline, stearinske kisline in arahidne kisline. Kavno olje poleg esencialnih maščobnih kislin vsebuje tudi druge biološko aktivne snovi, kot so tokoferol, sitosterol, stigmasterol, skvalen itd. Kavno olje se običajno ekstrahira z etrom, petroletrom ali organskim topilom n-heksan. Dong et al. [23] so primerjali učinke različnih metod ekstrakcije na vsebnost kavnega olja v kavnih zrnih in ugotovili, da je bila vsebnost kavnega olja pri ekstrakciji z ultrazvočno mikrovalovno pečico najvišja, kar 10,58 odstotkov. ±0,32 odstotka. Nekateri učenjaki [24] so testirali kemične sestavine 7 vrst kavnih zrn v Hainanu. Z uporabo kemijske merilne tehnologije, analize glavnih komponent, analize hierarhičnih grozdov in analize enosmerne heterogenosti so bile glavne maščobne kisline v kavnem olju izmerjene kot linolna kislina, linolna kislina, palmitinska kislina in oleinska kislina. Zeng Fankui [25] je s plinsko kromatografsko masno spektrometrijo (Gas chromatograob-mass spectrometel, GC-MS) analiziral vsebnost maščobnih kislin kavnega olja v kavnih zrnih Yunnan Arabica, Xinglong Robusta kavnih zrnih in Vietnam Robusta kavnih zrnih ter ugotovil, da Arabica kavna zrna so imela najvišjo vsebnost maščobnih kislin. Njegova vsebnost od visoke do nizke je 36,77 % ~ 46,12 % linolne kisline, 29,27 % ~ 31,62 % palmitinske kisline in 18,835 ~ 25,20 % oleinske kisline. Tri vrste maščobnih kislin predstavljajo 95 odstotkov vseh maščobnih kislin. Behenska kislina, ta rezultat je skladen z rezultatom, ki ga je zaznal Chen Yiping [26] iz kavne usedline kavnih izdelkov.

1.5.2 Steroli

Kavna zrna vsebujejo veliko količino sterolov, med katerimi je največ -sitosterola, sledijo pa mu stigmasterol, kampesterol in Δ5-avenasterol. Nzekoue et al. [27] je zbral 14 vrst ostankov kavnih zrn iz 12 držav in ekstrahiral štiri fitosterole, in sicer -sitosterol.

188,5~688,5 mg/kg, kampesterol 48,6~214,5 mg/kg, stigmasterol 8,9~188,5 mg/kg.

1.5.3 Diterpenoidi

Diterpenoidi v kavnih zrnih so v glavnem pentaciklični diterpenski alkoholi, z najvišjo vsebnostjo enantio-kaurana in kafestol diterpenov, med katerimi so kafestol, kahveol, 16- ki jih predstavlja O-metil kafestol, kafestol in kafestol sta odporna na kislino,

Svetloba in toplota sta zelo občutljivi, z določeno hlapnostjo in posebno aromo [28]. Lima et al. [29] so katalizirali ekstrakcijo kafestola in kafestola iz zelenih kavnih zrn z uporabo platinastih katalizatorjev (Pd/C, Pd/CaCO3, Pd/BaSO4 in Pd/Al2O3) in Pd katalizatorjev, čistost produkta pa je bila visoka.

Tsukui et al. [30] je s pomočjo mikrovalovne pečice izvedel ekstrakcijo 13 zelenih kavnih zrn, da bi zbral kavno olje, kar je bilo šestkrat učinkovitejše od tradicionalne metode Soxhlet. Da bi preučil spremembe bioaktivnih snovi v kavnem olju med shranjevanjem, je Hong Qidi [31] ekstrahiral kavno olje iz kavnih zrn Hainan Xinglong in uporabil metodo HPLC za preučevanje kave v kavnih zrnih, shranjenih pri 60 stopinjah 36 dni v pospešenem skladiščenju. Spremembe biokemičnih indeksov olja so pokazale, da je bila začetna vsebnost kafestola 23,44±0,52 mg/g in kafestola 21.01±0,31 mg/g ter se znižala na 8,99± 0,02 mg/g in 8,21±0,10 mg/g po 24 dneh. Vsebnost biološko aktivnih komponent se je v različnih stopnjah zmanjšala, kar kaže, da je kavno olje med skladiščenjem podvrženo oksidacijski reakciji.

1.6 Hlapne snovi

Vsebnost hlapnih snovi v zelenih kavnih zrnih je zelo majhna, saj zapletene reakcije v kavnih zrnih med postopkom praženja povzročijo nastanek velikega števila hlapnih aromatičnih snovi [32], vključno z Maillardovo in Streckerjevo reakcijo ter beljakovinami. , sladkor, trigonelin in stročji fižol. Razgradnja orto kislin [33]. Med hlapne snovi kavnih zrn sodijo predvsem alkoholi, aldehidi in ketoni, karboksilne kisline, estri, pirazini, piroli, piridini, alkalije, sulfidi, furani, fenoli itd. Najpogostejši so furani in pirazini, največji vpliv pa imajo pirazinske spojine. na okus kave [34].

1.6.1 Furani

Furan je najbolj razširjena hlapna snov v kavnih zrnih, okus po furinu pa je najbolj očiten v praženih kavnih zrnih. Proces nastajanja furana je razmeroma zapleten. Obstaja pet poti za nastanek furana: (1) toplotna razgradnja ogljikovih hidratov, kot so glukoza, laktoza in fruktoza; (2) Maillardova reakcija specifičnih aminokislin in reducirajočih sladkorjev pri segrevanju; (3) askorbinska kislina in njeni derivati ​​Pojavi se reakcija toplotne razgradnje; ④ reakcija oksidacije nenasičenih maščobnih kislin; ⑤ oksidacija karotenoidov

reakcija [35]. Hlapni furani imajo aromo po sladu in sladkem praženju.

1.6.2 Pirazini

Pirazin je tudi bogata hlapna spojina v kavnih zrnih, alkilpirazinske spojine pa lahko nastanejo s kondenzacijo aminokislin, ki nastanejo v Streckerjevi reakciji [35]. Na splošno imajo pirazinske spojine okus po orehih, zemeljski okus. Študije so pokazale, da imata etilpirazin in vinilalkilpirazin predvsem zemeljske arome [36], medtem ko 2-etil-3,5-dimetilpirazin in 2,3-dietil-5-metilpirazin pirazin je tudi pomembna spojina pirazina v kavi [37].

1.6.3 Fenoli

Med postopkom praženja bodo kavna zrna ustvarila fenolne spojine, zlasti gvajakol, 4-etilgvajakol pa je glavna nosilna snov za pikantno aromo kave [36]. Fenolne spojine nastajajo predvsem z razgradnjo klorogenske kisline v kavnih zrnih, da se tvori kofeinska kislina, lakton kinin ferulne kisline itd., nato pa nastanejo s toplotno razgradnjo [35].

1.6.4 Furanoni

Glavni okus furanona je aroma karamele[35], ki vključuje predvsem 4-hidroksi-2,5-dimetil-3(2H)-furanon, 4-hidroksi{ {8}}etil-5-metil v3 (2H)-furanon in 4-hidroksi-5-metil-3(2H)-furanon itd. [38]. Furanoni nastanejo iz monosaharidov in prostih aminokislin z Maillardovo reakcijo po enolizaciji, razgradnji, izomerizaciji, ciklizaciji in dehidraciji [35].

1.6.5 Spojine, ki vsebujejo žveplo

Vsebnost žveplovih spojin je razmeroma nizka, vendar je močan vonj po praženem žveplu tudi ena ključnih arom kavnih zrn. Cistein, acetaldehid, metil merkaptan itd. v kavnih zrnih podležejo Streckerjevi reakciji z vodikovim sulfidom, da nastanejo spojine, ki vsebujejo žveplo [35], vključno s 2-metil-3-furantiolom, 3-metil{{ 6}}butan alken-1-tiol, 2,4-dimetil-5-etiltiazol itd. [38].

1.6.6 Ekstrakcija in določanje hlapnih sestavin v kavnih zrnih. Kavna zrna so bogata s hlapnimi sestavinami. Zhan Jiafen idr. [39] so uporabili ultrazvočno ekstrakcijo in destilacijsko ekstrakcijo za analizo hlapnih sestavin v lao kavnih zrnih. GC-MS je identificiral skupno 77 hlapnih komponent, vključno s 25 dušikovimi oksidi, 12 ketoni, 12 estri, 10 fenoli, 6 kislinami, 6 ogljikovodiki in aldehidi. 3 vrste, 2 vrsti etrov, 2 vrsti alkoholov. Wu et al. [40] je za obdelavo kavnih zrn uporabil metode ekstrakcije, kot sta neposredna ekstrakcija s topilom in pomožno izhlapevanje arome. Z uporabo plinske kromatografsko-olfaktivne metode, metode analize redčenja z ekstrakcijo arome in metode plinske kromatografije-masne spektrometrije, skupaj 46 hlapnih spojin, vključno s 3-hidroksi-4, 5-dimetil{{22} }(5H)-fulanon, 2-metilpropan, 3-metilbutan itd. Dong et al. [41]

Kavna zrna so sušili na pet različnih načinov: sušenje pri sobni temperaturi, sušenje na soncu, sušenje s toplotno črpalko, sušenje na vročem zraku in liofilizacijo, pri čemer so odkrili 62 hlapljivih snovi. Med njimi je metoda sušenja z vročim zrakom pridobila največ hlapnih komponent, metoda sušenja z zamrzovanjem pa največ hlapnih komponent. najbolj hlapne komponente.

2 Biosinteza glavnih učinkovin v kavnih zrnih

V kavnih zrnih je veliko kemičnih sestavin, presnovni proces v rastlinah in kavnih zrnih pa je izjemno zapleten. Poročil o raziskavah je malo. Zlasti je malo kemičnih reakcij in materialnih sprememb v kavnih zrnih med predelavo in le kofein ima jasno biosintetično pot. , trigonelin in klorogenska kislina.

2.1 Biosinteza kofeina

Kofein je ena najpomembnejših učinkovin v kavnih zrnih in spada med metamfetaminske alkaloide. Biosintezna pot kofeina v kavnih zrnih je v glavnem sestavljena iz štirih korakov: metilacije ksantina v 7-metilksantin, N-metil nukleotidne sintaze, da nastane 7-metilksantin, in nato v 7-metilksantin. Teobromin sintaza reagira tako, da tvori teobromin, ki končno reagira s kofeinsko sintazo in tvori kofein. Čeprav so raziskovalci v poznejšem obdobju odkrili druge sintetične poti za kofein, je ta še vedno glavna pot za biosintezo kofeina [42].

2.2 Trigonelin

V kavi trigonelin predstavlja 2 odstotka njene suhe teže. Trenutna študija kaže, da obstajata dve sintetični poti za trigonelin v kavnih zrnih: prva je de novo sintezna pot, ki se začne iz asparaginske kisline in fosfotrisaharida: asparaginska kislina-kinolinska kislina-nikotinat mononukleotid - nikotinska kislina adenin nukleotid - nikotin adenin dinukleotid - nikotinamid mononukleotid - nikotinamid ribozid - nikotinamid - nikotinska kislina - trigonelin [43].

V tem procesu sinteze lahko nikotinska kislina regenerira nikotinat mononukleotid pod delovanjem fosforiboziltransferaze nikotinske kisline in tako tvori amfetaminski nukleotidni cikel [44]; druga sintezna pot je sredina de novo sintezne poti. Produkt nikotinat mononukleotid neposredno generira ribozid nikotinske kisline za proizvodnjo nikotinske kisline, prekurzorja trigonelina [45].

2.3 Biosinteza klorogenske kisline

Klorogenska kislina je fenilpropanoidna spojina, ki nastaja v kavnih zrnih iz cimetove in kininske kisline po poti šikimske kisline: fenilalanin-cimetova kislina-p-kumaroilkininska kislina-kumaroil-CoA- p-kumaroilkininska kislina—5-CQA , 4-CQA, 3-CQA—5-FQA, 4-FOA, 3-FQA in p-kumaroilkininska kislina lahko tudi medsebojno delujejo s katehol-O-metilom Reakcija bazne transferaze ustvari kofeinsko kislino in ferulinsko kislino, nato pa reagira s koencimom A ligazo, da nastane 5-CQA, 4-CQA, 3-FQA itd. [46].

Podpora:wallence.suen@wecistanche.com 0015292862950