《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Effects of Coffee Decaffeination on Beverage Bioactives, Antioxidant Activity, and Lipid Metabolism in Hyperlipidemic Rats
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本研究旨在评估化学脱咖啡因方法对两种咖啡（小果咖啡 *Coffea arabica* 与中果咖啡 *Coffea canephora*）过滤式咖啡饮料化学组成的影响，及其对饮食诱导高脂血症大鼠血脂谱和氧化应激的作用。将30只大鼠分为六组：标准饮食对照组和高胆固
本研究旨在评估化学脱咖啡因方法对两种咖啡（小果咖啡 *Coffea arabica* 与中果咖啡 *Coffea canephora*）过滤式咖啡饮料化学组成的影响，及其对饮食诱导高脂血症大鼠血脂谱和氧化应激的作用。将30只大鼠分为六组：标准饮食对照组和高胆固醇饮食对照组（均给予饮水），以及四个高胆固醇饮食处理组，分别接受全豆或脱咖啡因的 *C. arabica* 或 *C. canephora* 咖啡饮料干预42天（7.2 mL/kg/天）。在血液和肝脏样本中测定血脂谱及氧化应激生物标志物。脱咖啡因处理显著改变了咖啡饮料的生物活性成分组成，尤其是绿原酸、葫芦巴碱和二萜类化合物的含量。四个咖啡处理组之间的生物学结果未观察到显著差异。因此，基于咖啡处理组合并均值分析，饮用咖啡使非高密度脂蛋白胆固醇（non-HDL cholesterol）从高脂对照组（hyperlipidemic control）的94.0 ± 7.9 mg/dL降至72.0 ± 11.4 mg/dL（降幅23.5%）；甘油三酯（triacylglycerol）从80.0 ± 8.8 mg/dL降至44.6 ± 5.4 mg/dL（降幅44.3%）；肝脏脂质含量从10.8 ± 0.8%降至8.1 ± 0.8%（降幅25.2%）；肝脏脂质过氧化标志物从85.7 ± 7.7 nmol MDA/mg protein降至28.0 ± 4.6 nmol MDA/mg protein（降幅67.3%）。总体而言，咖啡的降血脂和抗氧化作用与咖啡品种及咖啡因含量无关。这些发现为基于二氯甲烷的脱咖啡因工艺对咖啡饮料生物活性成分组成及其生物学效应的影响提供了见解。
实际应用：在高脂血症大鼠模型中，脱咖啡因咖啡在脂质代谢和抗氧化保护相关标志物方面显示出与全豆咖啡相当的效果。这些发现可能支持开发和消费脱咖啡因咖啡产品，以满足希望减少咖啡因摄入的人群需求。
**论文解读：咖啡脱咖啡因对饮料生物活性成分及高脂血症大鼠脂质代谢与抗氧化功能的影响**
**一、研究背景与科学问题**
咖啡是全球消费最广泛的饮料之一，其独特的风味与刺激性主要源于咖啡因及多种生物活性化合物。已有大量证据表明，适量饮用咖啡与降低活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生和氧化损伤相关，并可能降低心血管疾病、肝脏疾病、代谢性疾病及部分癌症的风险。此外，咖啡摄入还与血脂谱改善有关，包括降低低密度脂蛋白胆固醇（LDL-c）、总胆固醇和甘油三酯水平。然而，咖啡因过量摄入可能引发失眠、头痛和血压升高等不良反应，因此越来越多的消费者选择脱咖啡因咖啡。
脱咖啡因是在烘焙前对生咖啡豆进行的技术处理过程，可采用有机溶剂提取（如二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙醇或乙醚）、瑞士水处理法、超临界CO
2萃取及超声辅助萃取等方式。尽管脱咖啡因工艺旨在选择性去除咖啡因，但也可能同时影响咖啡中其他成分，如糖类、蛋白质、脂质、风味前体物质及其他生物活性化合物，进而可能改变咖啡的化学特征并影响其感官和生物学性质。当前研究对全豆咖啡饮料的化学成分和抗氧化活性已有较多报道，但关于脱咖啡因如何影响咖啡饮料的组成及其生物学效应——特别是氧化应激和高脂血症相关方面——仍存在明显的研究空白。因此，本研究旨在评估脱咖啡因处理对来自小果咖啡（*Coffea arabica*）和中果咖啡（*Coffea canephora*）两种咖啡 specie 过滤式饮料化学成分的影响，并研究其对饮食诱导高脂血症大鼠脂质代谢和氧化应激的作用。
**二、主要技术方法概述**
研究人员采用多种分析技术对咖啡饮料的化学成分进行了系统表征。使用Folin–Ciocalteu比色法测定总酚含量；采用高效液相色谱法（high-performance liquid chromatography, HPLC）配二极管阵列检测器测定咖啡因、绿原酸（chlorogenic acids, CGA）、葫芦巴碱和烟酸含量；采用HPLC测定二萜类化合物咖啡醇（cafestol）和咖啡豆醇（kahweol）；采用正相HPLC结合荧光检测测定生育酚；通过高分辨气相色谱-火焰离子化检测器分析脂肪酸组成。动物实验方面，研究使用30只雄性Wistar大鼠（体重350 ± 50 g，来源于巴西拉夫拉斯联邦大学动物房），随机分为六组，每组5只，通过口服灌胃方式给予咖啡饮料（7.2 mL/kg体重/天），持续42天。肝脏组织学分析采用苏木精-伊红（hematoxylin and eosin, H&E）染色，按无（?）、轻度（+）、中度（++）和重度（+++）分级评估病理改变。
**三、结果与讨论**
**3.1 咖啡饮料成分分析**
研究结果表明，全豆中果咖啡饮料的咖啡因浓度最高，其次为全豆小果咖啡。脱咖啡因饮料中咖啡因含量符合巴西法规允许的限度，小果咖啡和中果咖啡饮料的咖啡因去除率分别为94%和97%。脱咖啡因处理后，两种咖啡饮料的总酚浓度均升高。HPLC定量分析显示，脱咖啡因咖啡饮料中绿原酸（特别是5-CQA、4-CQA和3-CQA）含量显著高于相应全豆咖啡饮料，其中脱咖啡因中果咖啡（DC）含量最高。绿原酸含量升高可能归因于二氯甲烷脱咖啡因过程中其他可溶性成分的共萃取导致豆质量降低、豆孔隙率增加以及烘焙过程中热效应敏感性的改变。脱咖啡因小果咖啡（DA）的葫芦巴碱含量显著高于全豆小果咖啡（WA），脱咖啡因中果咖啡（DC）也显著高于全豆中果咖啡（WC），这与脱咖啡因豆所需烘焙时间较短、葫芦巴碱降解较少有关。烟酸含量方面，脱咖啡因小果咖啡显著降低，而脱咖啡因中果咖啡相对升高，说明烟酸形成并非仅取决于残余葫芦巴碱含量，还受种属特异性基质组成和烘焙条件影响。
脱咖啡因导致总二萜含量显著降低，DA降低59%，DC降低32%，这可能归因于二萜类脂溶性化合物在二氯甲烷中的溶解性导致加工过程中损失。生育酚方面，脱咖啡因饮料中总生育酚浓度低于相应全豆饮料，进一步支持二氯甲烷脱咖啡因可能部分去除亲脂性成分的假设。脂肪酸分析共鉴定出8种脂肪酸，以亚油酸和棕榈酸为主，其次为硬脂酸和油酸；但全豆与脱咖啡因饮料之间的总脂肪酸含量无显著差异（WC与DC除外），表明脱咖啡因对脂质组分的影响因化合物类别而异，二萜和生育酚比脂肪酸更易受影响。
**3.2 动物实验研究结果**
**3.2.1 血脂谱**
高胆固醇饮食显著升高了阳性对照组（C+）的甘油三酯、总胆固醇和非高密度脂蛋白胆固醇水平，确认高脂血症模型诱导成功。所有咖啡处理组（WA、DA、WC、DC）的甘油三酯水平均显著低于C+组，降幅为41.3%–48.8%；非高密度脂蛋白胆固醇降幅为17.0%–30.9%；总胆固醇降幅为15.7%–25.9%。高密度脂蛋白胆固醇在各组间无显著差异。不同咖啡品种之间以及全豆与脱咖啡因咖啡之间均未观察到显著差异，表明咖啡的降血脂作用与咖啡因含量无关。咖啡的降脂机制可能涉及多种生物活性化合物的协同作用，包括调节消化、肠道吸收和脂质转运，以及影响脂肪酸β-氧化、脂肪分解和脂肪生成等通路。
**3.2.2 血清SOD和GPx酶活性**
高胆固醇饮食显著提高了血清超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）活性（较C?增加15.6%）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GPx）活性（较C?增加259.0%），这可能与ROS增加激活Nrf2–ARE通路有关。咖啡处理组动物的血清SOD和GPx活性与C?组相当，且显著低于C+组，各咖啡组间无显著差异。这表明咖啡饮料（无论品种或脱咖啡因状态）可有效控制高脂血症动物的系统性氧化应激，其抗氧化潜力主要归因于非咖啡因生物活性成分（酚类化合物和类黑精）。
**3.2.3 血浆脂质过氧化**
血浆丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平在各组间无显著差异。尽管阳性对照组SOD和GPx活性升高，但MDA浓度在各组间保持相似。SOD和GPx活性的升高可能代表机体对高胆固醇饮食所致氧化挑战的适应性反应，而MDA浓度无差异提示在实验条件下脂质过氧化保持受控状态。咖啡处理组动物的MDA水平与两个对照组相当，表明咖啡品种和脱咖啡因状态均未对氧化状态产生不利影响。
**3.2.4 肝脏脂质含量**
高胆固醇饮食显著增加了肝脏重量与体重之比（提示出现肝肿大）和肝脏总脂质含量。所有咖啡饮料均减轻了肝脏重量增加（较C+降低25.0%），并显著降低肝脏脂质含量（较C+降低约25%），但未能恢复至C?水平。各咖啡组间无显著差异。咖啡的保肝机制可能包括抑制脂肪生成、刺激脂肪酸氧化、下调SREBP-1c、上调PPAR-α和酰基辅酶A氧化酶1、通过降低FAT/CD36表达减少肠道脂肪酸吸收，以及通过增强LXR-α介导的胆固醇外排等途径。
**3.2.5 肝脏SOD和GPx酶活性**
与血清不同，肝脏SOD活性在各组间无显著差异。肝脏GPx活性方面，C+组显著高于C?组，而所有咖啡处理组的GPx活性均显著低于C+组且各咖啡组间无显著差异。咖啡生物活性化合物可能增强非酶抗氧化防御，减少了对酶活性的需求；而高胆固醇饮食诱导的脂质氧化损伤则促进氧化应激状态。SOD和GPx的细胞内亚型与细胞外形式存在差异，器官特异性的氧化/抗氧化平衡变化可能解释了对ROS的不同抗氧化反应。
**3.2.6 肝脏脂质过氧化**
C+组动物肝脏MDA水平显著高于C?组，表明单独增加的GPx活性不足以防止脂质过氧化。咖啡处理组高脂血症动物的肝脏MDA水平较C+组显著降低（降幅67.2%–70.1%），且低于C?组水平，提示GPx与咖啡来源的抗氧化剂之间存在协同效应。咖啡还减少了肝脏脂质堆积，可能降低了过氧化敏感性。42天咖啡摄入有效降低了肝脏脂质过氧化，支持咖啡对细胞膜氧化损伤的保护作用。该保护效应可能来源于绿原酸等酚类化合物、美拉德反应产物等多种咖啡衍生化合物的综合作用，与咖啡因含量无关。
**3.2.7 组织学分析**
组织病理学分析显示，C+组大鼠出现重度脂肪变性，门静脉周围区和中间区可见大量脂质空泡，中央静脉周围区轻度受累。各咖啡处理组较C+组肝脏损伤减轻，提示保肝作用，其中脱咖啡因咖啡显示更明显的肝脏保护倾向（小果咖啡以轻度病变为主，中果咖啡以轻中度病变为主）。但文献指出，咖啡的肝脏保护作用受品种、化学组成、加工方式和制备方法的影响，且组织学评估具有固有主观性。
**四、结论**
本研究结果表明，脱咖啡因处理改变了过滤式咖啡饮料的化学成分，特别是降低了脂质组分（包括总脂肪酸、总生育酚和总二萜）的含量。与此同时，脱咖啡因咖啡样品中绿原酸和葫芦巴碱浓度升高。在体内实验中，咖啡饮料对高胆固醇饮食大鼠的降血脂和抗氧化作用不依赖于咖啡品种和脱咖啡因状态。唯一的例外是组织病理学分析，该分析提示某些脱咖啡因组和品种依赖组的肝脏保护作用有所减弱；但需要指出的是，组织学评估本身具有主观性，依赖于观察者的解释。因此，本研究表明咖啡因的去除不会降低咖啡饮料的抗氧化潜力，脱咖啡因咖啡表现出与全豆咖啡相当的抗氧化和降血脂活性。这些发现为二氯甲烷脱咖啡因工艺对咖啡饮料生物活性组成和生物学效应的影响提供了重要的科学依据，也对开发适合减少咖啡因摄入人群消费的脱咖啡因咖啡产品具有实际参考价值。
