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云南咖啡化学及品质研究取得新进展

阿拉比卡豆作为咖啡饮料的原料,可以生产非常优质的咖啡饮料,使其成为最具经济价值的品种,在全世界范围内被广泛种植。咖啡主要种植范围介于南北回归线之间的热带国家,例如巴西、埃塞俄比亚、哥伦比亚、越南、印尼等。随着咖啡消费市场的不断扩大,中国云南也逐渐成为全国乃至全球阿拉比卡咖啡的重要原料生产基地而进入国内外市场。

阿拉比卡豆作为咖啡饮料的原料,可以生产非常优质的咖啡饮料,使其成为最具经济价值的品种,在全世界范围内被广泛种植。咖啡主要种植范围介于南北回归线之间的热带国家,例如巴西、埃塞俄比亚、哥伦比亚、越南、印尼等。随着咖啡消费市场的不断扩大,中国云南也逐渐成为全国乃至全球阿拉比卡咖啡的重要原料生产基地而进入国内外市场。

中国科学院昆明研究所邱明华团队一直致力于云南小粒咖啡中的生物活性成分的研究,在咖啡烘焙豆和鲜果中发现了一系列新的具有生物活性对映贝壳衫烷二萜及其衍生物(Journal of Agricultural and Food Chemistry 2014, 62: 2631-2637; Food Chemistry 2018, 263: 251-257; Fitoterapia 2019, 132: 7-11,Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2020, 68: 6112-6121),并从咖啡鲜果中首次鉴定出一系列达玛烷型三萜(Natural Products and Bioprospecting 2018, 8: 413-418)。对云南咖啡内涵物质丰富的独特品质给予了充分的揭示。

最近从云南咖啡的烘焙豆中发现十个新颖的(1-10)对映贝壳衫烷二萜衍生物。化合物1是C-20 (10→9)甲基迁移的咖啡二萜衍生物,其绝对构型通过X-单晶衍射实验确定;化合物2和3通过不同的C/D环系重排生成;化合物4和5则是C-17上带有罕见6-羟基己酰基的二萜酯。活性实验发现:化合物6、8、14和15对α-葡萄糖苷酶具有一定抑制作用,所有活性物质均为Δ15(16)二萜衍生物。咖啡特征主成分Cafestol (11)和Kahweol (12)对α-葡萄糖苷酶并不显示抑制作用,而其对应的C-16脱水产物Dehydrocafestol (14)和Dehydrokahweol (15)显示明显的α-葡萄糖苷酶抑制活性,表明双键Δ15(16)有利于产生α-葡萄糖苷酶抑制活性。同时通过分子对接计算,这类二萜衍生物可能起效作用机制得到了阐明。迄今为止,Δ15(16)类型的二萜衍生物都发现于烘焙豆中,表明烘焙咖啡可以产生活性更加突出的咖啡二萜衍生物,全面深入的实验值将会证实这一现象。该研究再次表明烘焙咖啡中的二萜类成分对于咖啡饮料具有降糖活性产生一定积极影响。研究结果已在线发表于Food Chemistry (2021, 45, 128823)。

尽管阿拉比卡种因其独特的口感和宜人的香气广受消费者欢迎,但其对病虫害抗性较低。罗布斯塔咖啡基因渗入可增加阿拉比卡咖啡对病虫害的抗性,但同时也会渗入不良基因,降低咖啡口感质量,因此普遍认为纯种原生品种的咖啡品质更高。近期邱明华团队从云南省德宏热带农业科学研究所(DTARI)的农业部咖啡种质资源圃收集的种质资源,对4个纯种(SL28、SL34、Catuai-Amarelo和Catuai-Vermelho)和8个基因渗入(Catimor 7963、HIBRIDO DE TIMOR、Ruiru 11、Castillo、DTARI 296、DTARI 366、DTARI 392和DTARI 585)小粒咖啡品种烘焙豆水溶性化合物和挥发性化合物进行表征。运用核磁共振氢谱(1H NMR)鉴定出20种水溶性成分,静态顶空气相色谱-质谱(SHS-GC/MS)鉴定出43种挥发性成分。结合主成分分析(PCA)将12个品种分为4组。结果表明因化学成分差异产生的4个品种分组不能反映传统的基于基因渗入分组,而反应出依据基因来决定咖啡质量是片面的。该研究揭示了不同咖啡品种的品质特性,对指导品种结构调整和新品种选育具有重要意义。该结果已在线发表于Food Research Inernational (2021, 147, 110544)。

以上两篇论文的第一作者分别为胡贵林和王彦兵,通讯作者均为邱明华研究员。研究工作得到国家自然科学基金项目(Nos.U1902206, 31670364),云南省科技入滇项目计划重大专项(202003AD150006), 普洱市咖啡专项资金(2017)和邱明华专家工作站项目(2018)和植物化学国家重点室开放基金项目(P2020-ZZ03)等项目资金的资助。

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