咖啡与可可副产物提取物的代谢组成及生物活性潜力：一项系统综述

《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》：Metabolic composition and bioactive potential of extracts from cocoa and coffee by-products: a systematic review

　　

摘要专业翻译 咖啡和可可加工会产生大量未被充分利用的残渣，如外壳（husks）、果肉（pulps）和废渣（spent grounds），占果实总质量的80%–90%。这些材料的不当处置带来了环境和社会经济挑战，推动了与联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）相契合的循环经济策略的研究兴趣。尽管已有研究描述了咖啡和可可副产物提取物的代谢物组成，但尚无研究全面考察其代谢组学多样性、生物活性潜力及共享代谢特征。作为一项关键贡献，本综述提供了迄今为止最前沿的、关于咖啡和可可农工业残渣中已报道代谢物的精选数据集，总结了用于代谢物鉴定的分析方法，并讨论了注释挑战。重要的是，本综述评估了现有关于生物活性的证据，并识别了可能支持未来增值策略的共享代谢特征。

论文主体内容总结

1. 引言

咖啡和可可作为全球消费量最大的商品之一，具有深远的文化、经济和营养重要性。据国际可可组织（ICCO）数据，2024年全球可可产量约达438.2万吨；国际咖啡组织（ICO）报告显示，2022/2023年度全球咖啡产量总计1.655亿袋。然而，这两种作物的加工过程每年产生大量未被充分利用的残渣，包括外壳、果肉、豆壳和废渣。据估计，仅有约5%的咖啡樱桃和10%–20%的可可果实被典型利用，其余生物质作为农业废弃物被丢弃。不当处置这些农业残渣引发了温室气体排放、土壤和水体污染、资源枯竭等环境与社会经济挑战。为此，研究人员和产业界正探索将这些残渣转化为生物能源、动物饲料、功能食品、营养补充剂以及制药和营养保健品活性成分等有价值资源的创新策略。这些残渣富含生物活性化合物，如绿原酸类（chlorogenic acids）、酚类化合物、果胶、生物碱、碳水化合物、木质素、肽类、蛋白质、矿物质和纤维等。然而，残渣提取物中特定代谢物的存在并不自动转化为生物活性，因为生物活性在很大程度上取决于化合物丰度、提取方法、化学稳定性、协同相互作用和生物利用度。尽管已有若干综述总结了咖啡和可可残渣提取物的代谢物组成，但缺乏整合两种作物工业副产物代谢多样性和生物活性潜力的跨基质综合分析。

2. 方法学

本综述限定于2019年至2025年间发表的主要研究文章，聚焦于可可和咖啡提取物的化学表征及生物活性评价。研究遵循PRISMA（系统综述和荟萃分析优先报告条目）指南，在Scopus、Dimensions和Web of Science三个主要科学数据库中进行文献检索，最终检索日期为2025年3月1日。检索策略结合了作物和副产物术语，共纳入14种副产物（可可和咖啡各7种）。纳入标准包括：（1）聚焦于可可或咖啡副产物的化合物提取；（2）包含提取物的化学表征；（3）评估了体外或体内生物活性。非英文出版物、会议摘要、社论材料及未满足全部纳入标准的研究被排除。数据处理和可视化采用Microsoft Excel、Microsoft PowerPoint及RAWGraphs等专业软件工具完成。

3. 可可和咖啡生产链中副产物的产生

咖啡和可可产业在地理分布和加工流程上具有显著重叠和相似性。咖啡果实最内层为咖啡豆，由银皮覆盖，外层依次为内果皮、中果皮和外果皮/外皮，分别对应羊皮纸、果肉和果皮。湿法加工产生咖啡果肉（CP），干法加工产生咖啡樱桃壳（CCH）。干燥后的咖啡羊皮纸经脱壳产生咖啡羊皮纸（CPA），绿色咖啡豆经分选产生缺陷绿色咖啡豆（DGC），烘焙过程中产生咖啡银皮（CS），最终冲泡后留下咖啡废渣（SCG）。这些残渣合计约占果实总质量的90%。类似地，可可加工从打开豆荚分离可可豆荚壳（CPH）开始，部分加工系统在发酵前引入脱果肉步骤，产生可可果肉（CCP），该果肉可压榨获得可可蜜（CH）。发酵、干燥、烘焙和脱壳后产生可可豆壳（CBS）。值得注意的是，仅有5%–10%的可可果实质量用于巧克力制造，其余90%–95%被丢弃或未充分利用。

4. 咖啡和可可副产物提取物获取与分析的主要提取和分析方法

最常报道的提取方法是浸渍法，其次是超声辅助提取（UAE）、索氏提取、微波辅助提取（MAE）、超临界流体萃取（SFE）、酶辅助提取（EAE）、加压方法、脉冲电场（PEF）、低温真空（LTV）、蒸馏和渗滤。主要分析平台包括核磁共振（NMR）、气相色谱（GC）、液相色谱（LC）、傅里叶变换（FT）、高效体积排阻色谱（HPSEC）和紫外-可见光谱（UV-Vis），并配备多种检测器。质谱（MS）分析仪如三重四极杆（QqQ）、四极杆飞行时间（QTOF）、四极杆离子阱（QTRAP）和Orbitrap通常与LC和GC系统联用。吸光度测量通常使用UV-Vis、二极管阵列检测器（DAD）或光电二极管阵列检测器（PDA），而荧光检测器（FLD）用于具有固有荧光的化合物。GC常与火焰离子化检测器（FID）联用。提取和分析方法的差异可能影响所报道的代谢物谱，但这种方法学异质性也可作为互补信息的宝贵来源。

5. 咖啡副产物

文献分析共鉴定出590种个体代谢物，其中129种为多种基质间共享，461种仅在单一咖啡副产物中报道。CP中158种，CS中152种，SCG中121种，CCH中22种，CPA中7种，DGC中1种。CS-CP共享化合物数量最多，达31种。共享代谢物中 predominant 的化学家族为羧酸、酚类和脂肪酸。绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸、香草酸、没食子酸、咖啡因、表儿茶素和儿茶素被一致鉴定为主要代谢物。SCG是研究最广泛的基质，其次是CS和CP，而CCH、CPA和DGC仍严重缺乏研究。水性和水-乙醇提取物在研究占主导地位。已报道的生物活性主要包括抗氧化、抗菌、抗炎、细胞保护和酶抑制活性。

6. 可可副产物

综合分析显示，CPH独有131种化合物，CBS独有103种，两者共享82种，共316种化合物。这些成分主要属于黄酮类、醇类、酮类、生物碱和萜烯类等主要化学家族。水-乙醇和水性提取系统是可可副产物研究最广泛的体系。已报道的生物活性以抗氧化测定为主，其次是抗菌、抗癌和酶抑制活性。CPH提取物中，可可碱是最常报道的代谢物，其次是饱和及不饱和脂肪酸、黄酮类和羧酸。CBS提取物中，表儿茶素是最常被引用的代谢物（20次引用），其次是儿茶素（16次）、可可碱（15次）、咖啡因（14次）和原儿茶酸（8次）。值得注意的是，部分研究在CPH和CBS提取物中检测到非内源性化学物质，如邻苯二甲酸酯类塑化剂和衍生化过程中产生的分析伪影，这强调了严格区分内源植物代谢物与外源污染物及分析伪影的必要性，以防止错误的生物学解释。