咖啡果皮綜合利用淺析

張佳欣, 韓澤邦, 呂玉蘭, 何飛飛*

（1.云南大學(xué)農(nóng)學(xué)院，昆明 650500；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所, 云南保山 678000）

咖啡作為世界三大飲品之一，是咖啡種植國家及地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物和創(chuàng)匯作物。云南省咖啡種植面積和產(chǎn)量占全國的98%，是全國最大的種植生產(chǎn)基地?？Х裙ぜs占咖啡鮮果的45%［1］。果皮中含有豐富的營養(yǎng)成分及抗氧化成分，在咖啡鮮果中占有較大的比重?？Х瘸跫庸どa(chǎn)中，采用干法加工，每制成1 t 咖啡豆，附帶得到0.12～0.18 t 咖啡果皮，而利用濕法加工，咖啡果皮的產(chǎn)量將達(dá)到 0.5 t［2］。

隨著咖啡果皮相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布、綠色生產(chǎn)技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物綜合利用理念的推廣和實(shí)施，咖啡果皮綜合利用是一個(gè)亟待解決的問題。若將咖啡果皮高效利用或形成產(chǎn)品，既有助于解決鄉(xiāng)村環(huán)境治理問題，亦能使咖啡果皮變廢為寶，延長產(chǎn)業(yè)鏈，提高產(chǎn)值。

1 咖啡果皮營養(yǎng)成分

1.1 主要營養(yǎng)成分

咖啡果皮含多種基本營養(yǎng)成分，主要成分是纖維素、蛋白質(zhì)和總糖，分別占總含量的17.175%～18.585%、14.863%～15.916%和 16.459%～19.315%，含有17 種氨基酸和15 種脂肪酸，氨基酸TAA 含量為總含量的 4.952%～7.072%，SRC 介于 42.43～52.68［3］。

咖啡鮮果的初加工工藝主要有干法、濕法和半干法加工，前兩種方法的應(yīng)用較為廣泛。產(chǎn)自巴拉那州庫里蒂巴的小粒種咖啡歐巴塔，在干法加工下，果皮中糖類占35%、蛋白質(zhì)占5.2%、纖維占30.8%、礦物質(zhì)占10.7%和少量脂肪［4］；而哥斯達(dá)黎加小?？Х瓤▓D拉，濕法加工下，果皮中蛋白質(zhì)占（7.5%～15.0%）、脂肪占（2.0%～7.0%）、碳水化合物占（21.0%～32.0%）［5］。產(chǎn)地與品種的差異均會(huì)造成咖啡果皮營養(yǎng)成分含量不同。

1.2 膳食纖維

膳食纖維（dietary fiber，DF）是一類不為人體消化利用的非淀粉多糖，包括可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）兩大類。目前，DF 提取方法有化學(xué)法、酶法和酶-化學(xué)法。胡榮鎖等［6］利用響應(yīng)面纖維素酶法優(yōu)化了咖啡果皮可溶性膳食纖維的提取工藝，優(yōu)化條件下的可溶性膳食纖維得率為9.72%。李雄［7］利用纖維素酶改性法制備咖啡果皮中水溶性膳食纖維，提取率8.164%，并對酶改法改性前后功能特性及結(jié)構(gòu)表征變化進(jìn)行了對比。李雄等［8］發(fā)現(xiàn)濕磨預(yù)處理的產(chǎn)品得率最高，為14.65%，并考察持水力、膨脹性等物理特性，且對產(chǎn)品的單糖組成、流變特性等進(jìn)行表征。Amaia 等［9］從咖啡果皮中提取了具有抗氧化性的膳食纖維。Dong 等［10］發(fā)現(xiàn)剪切乳化輔助酶提取法是咖啡皮可溶性膳食纖維最合適的萃取方法。王丹丹等［11］采用響應(yīng)面法優(yōu)化剪切乳化輔助酶法提取咖啡果皮可溶性膳食纖維，得率為13.96%。此外，咖啡果皮可溶性膳食纖維熱穩(wěn)定性強(qiáng)，具備亞硝酸鹽吸附能力［12］。

1.3 果膠

果膠是由α-1，4 糖苷鍵連接半乳糖醛酸與鼠李糖、阿拉伯糖等中性糖聚合而成的雜多糖，主要由原果膠、果膠酯酸和果膠酸組成，具有良好的生理和藥理活性［13］。李曉嬌等［14］采用正交試驗(yàn)優(yōu)化小粒種咖啡果皮果膠的提取，得率為15.13%。林珊等［15］研究發(fā)現(xiàn)咖啡果皮中果膠的水解物可作為天然的防腐劑。李澤林等［16］采用響應(yīng)面優(yōu)化云南小種?？Х裙すz的提取工藝，提取率為（10.30±1.28）%，發(fā)現(xiàn)咖啡粗果膠含有典型的多糖結(jié)構(gòu)。郎心茹［17］優(yōu)化咖啡果皮中檸檬酸、草酸、蘋果酸制備果膠的工藝，測定了其理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)，研究咖啡果皮果膠的特性。

1.4 灰分元素

灰分元素亦稱礦質(zhì)元素，包括 P、K、Ca、Mg、Fe、Si 等。羅白玲［18］采用 GB 5009.5—2016 測得咖啡果皮灰分含量為（6.78±0.04）%；李雄［7］采用GB 5009.4—2016 灼燒法，測得咖啡果皮粉的灰分含量為（3.27±0.08）%。經(jīng)化學(xué)分析，咖啡果皮含有 氮 1.15% 、磷 990 mg/kg、鉀 4.30% 、鈣 3 563 mg/kg、鎂 1 413 mg/kg、鐵 59.8 mg/kg、錳 252 mg/kg、鋅 5.90 mg/kg、銅 5.78 mg/kg、鈉 65.3 mg/kg、硒 0.012 mg/kg 等礦質(zhì)養(yǎng)分［19］。

2 咖啡果皮抗氧化成分

咖啡果皮還含抗氧化活性成分，如單寧、綠原酸、黃酮和花青素等［20］。

2.1 多酚

多酚又稱鞣質(zhì)、單寧，是多羥基酚類化合物的總稱，主要分布在植物組織的皮、葉、根和果實(shí)中，是植物體在正常發(fā)育過程中或者在應(yīng)激條件下合成的次生代謝產(chǎn)物［22］。植物多酚有多種生理功能，如預(yù)防心腦血管疾病［23］、抗癌［24］、降血糖［25］等生物活性。

咖啡果皮中含有花青素、綠原酸、咖啡酸和阿魏酸等多酚類物質(zhì)［26］。國內(nèi)外對咖啡果皮多酚及其抗氧化活性已有一些研究。陳小偉等［27］研究了咖啡果皮發(fā)酵前后多酚含量變化趨勢，發(fā)現(xiàn)咖啡果皮經(jīng)發(fā)酵后其多酚含量顯著上升，對自由基的清除能力顯著增強(qiáng)。Duangjai 等［28］探討了不同前處理過程咖啡果皮多酚的含量、抑菌活性及抗氧化活性的差異。王彥兵等［29］采用單因素及響應(yīng)面試驗(yàn)方法對超聲輔助提取咖啡果皮多酚工藝進(jìn)行優(yōu)化及抗氧化活性的測定，優(yōu)化條件下的多酚提取率為34.68 mg/g，清除DPPH、ABTS+、超氧陰離子自由基的IC50 值分別為2.10、314.97、322.02 μg/mL。

2.2 黃酮

黃酮類化合物是天然存在的多酚代謝產(chǎn)物，是植物次生代謝產(chǎn)物的重要組成部分，具有廣泛的藥理特性［30］。目前，黃酮類化合物在保健品、醫(yī)藥和化妝品領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，是不可或缺的物質(zhì)成分，具有抗氧化、治療心腦血管疾?。?1］、抗癌［32］等藥理作用。

漿果類普遍富含黃酮類物質(zhì)，其加工副產(chǎn)物是天然黃酮開發(fā)的原材料。劉鑫和高彥祥［33］研究了靜態(tài)亞臨界水提取脫脂咖啡渣中黃酮類物質(zhì)的工藝，在最佳提取條件：提取溫度170 ℃、時(shí)間 45 min、料 液 比 1∶50 下 ，黃 酮 提 取 率 為6.97 %。王彥兵等［34］咖啡果皮總黃酮提取工藝條件經(jīng)優(yōu)化后為：乙醇體積分?jǐn)?shù)41 %、料液比1∶46（g/mL）、超聲波時(shí)間44 min、超聲波溫度60℃，提取率（6.99±0.02）%。

2.3 花青素

花青素又稱花色苷，多羥基2-苯基苯并吡喃陽離子結(jié)構(gòu)，為類黃酮的次級(jí)代謝產(chǎn)物，是天然的水溶性色素［35］，具有多種生理功能，如抗氧化［36］、抗炎［37］等。

咖啡果皮中含有豐富的花青素，可以作為花青素的來源［1］。張?jiān)弃Q等［38］采用高效液相色譜法（HPLC）和液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）對云南小粒種咖啡果皮提取物中花青素的成分進(jìn)行鑒定及含量測定，發(fā)現(xiàn)咖啡果皮中花青素主要為矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷。羅婭婷等［39］采用響應(yīng)面法對咖啡果皮中原花青素提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，最佳提取條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、提取溫度100℃、提取時(shí)間5 min、料液比 1∶69.97（g/mL），在此條件下，提取率為30.086 mg/g。

2.4 綠原酸

綠原酸類物質(zhì)是指由奎尼酸與咖啡酸通過酶促酯化反應(yīng)脫水縮合而成的縮酚酸類天然成分，為植物體在有氧呼吸過程中經(jīng)莽草酸途徑產(chǎn)生的一種苯丙素類化合物，具備抗氧化［40］、抑癌抗腫瘤［41］、抑菌消炎［42］等多種生物活性，廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥、醫(yī)美領(lǐng)域。另外，綠原酸也是很多中藥的消炎成分。

有關(guān)咖啡豆中綠原酸提取方法優(yōu)化、抗氧化活性及穩(wěn)定性的研究較多，與之相比，咖啡果皮綠原酸研究和數(shù)據(jù)相對較少。Rodrigues 等［43］從咖啡中發(fā)現(xiàn)CGA 是主要清除活性氧和活性氮的活性物質(zhì)。唐薇等［44］采用響應(yīng)面法和超聲波法優(yōu)化咖啡生豆中綠原酸的提取工藝，以表面活性劑聚乙二醇400（PEG400）為提取劑，最佳工藝條件下綠原酸得率達(dá)到12.15 mg/g。曹卓松等［45］證實(shí)了綠咖啡豆綠原酸具有抗氧化能力和清除自由基能力，并研究了綠咖啡豆綠原酸穩(wěn)定性。孫岳等［46］優(yōu)化了咖啡果皮茶沖泡條件，認(rèn)為綠原酸溶出量可達(dá)（17.86±0.03）ug/mL，并對其風(fēng)味進(jìn)行了感官評(píng)價(jià)。

3 咖啡果皮綜合利用

3.1 飲品

咖啡果皮可制作咖啡果皮茶及咖啡果酒等產(chǎn)品。對咖啡果皮茶茶湯進(jìn)行8 種不同處理方法，發(fā)現(xiàn)咖啡果皮蒸90 s 后做成的茶湯最適合食用［47］。何飛飛等［48］進(jìn)一步明確了咖啡果皮茶加工方法。何紅艷等［49］對咖啡果皮進(jìn)行加糖、加酸處理，確定咖啡果茶的制作工藝及品質(zhì)影響因素。胡榮鎖等［50］利用咖啡果皮釀造咖啡果酒，并對其感官風(fēng)味進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)價(jià)?？镡暤龋?1］篩選出安琪果酒酵母作為發(fā)酵菌種，咖啡果酒酒度可達(dá)14°，并對其香氣成分進(jìn)行了分析。添加氨基酸可改善咖啡果皮酒風(fēng)味和口感［52］；加熱時(shí)長20 min 和初始糖含量50%可更好確保果醬品質(zhì)和貯存穩(wěn)定性［53］?？Х裙し劭梢钥紤]作為一種餅干的配料來增加消費(fèi)者對膳食纖維、抗氧化性物質(zhì)和低糖化淀粉的攝入［54］。

3.2 肥料

咖啡果皮含有氮、磷、鉀等養(yǎng)分，可作為潛在的肥料［55］。施用咖啡果皮，土壤養(yǎng)分含量增加、酶活性提高，從而促進(jìn)咖啡幼苗生長［56］；但咖啡果皮直接還田，產(chǎn)生“燒苗”現(xiàn)象，影響作物生長［57］。可將腐熟的咖啡果皮應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)中，以減少化肥用量，促進(jìn)綠色高效種植［58］。李孫洋等［59］明確了咖啡果皮有機(jī)肥料制備方法。

3.3 飼料

石磊［60］報(bào)道了咖啡果肉可用于牲畜飼料，其對牲畜生長性能具有一定的促進(jìn)作用。果皮可按20%～40%添加作為奶牛飼料；添加其它動(dòng)物飼料宜控制在20%以內(nèi)，推薦在豬飼料中添加量為16%［19］。經(jīng)黑曲霉發(fā)酵的咖啡果皮有利于牲畜消化，目前已應(yīng)用于雞飼料中［61］。

3.4 其他

果皮燃燒可移除大氣中有害的溫室氣體，可將其用作比其他化石燃料更清潔的燃料［62-64］。果皮可通過化學(xué)方法提取其中有用的物質(zhì)，如果膠、果膠酶、膳食纖維等，可用于醫(yī)美、制藥及其它食品工業(yè)。

4 結(jié)語

近年來國內(nèi)針對咖啡果皮成分提取方法較多，國外學(xué)者從咖啡果皮中提取到活性成分，并延伸至燃料等生物性能，但均未進(jìn)行系統(tǒng)的成分含量研究，這給進(jìn)一步發(fā)掘咖啡果皮的潛在價(jià)值帶來一定困難。后續(xù)研究中，應(yīng)注意咖啡果皮成分與應(yīng)用研究緊密結(jié)合，明確各產(chǎn)地的咖啡果皮成分含量，針對不同需求制作相應(yīng)產(chǎn)品，挖掘咖啡果皮價(jià)值及實(shí)用性，助力云南咖啡產(chǎn)業(yè)多元化、高附加值發(fā)展。