光谱聚焦咖啡秘密：发现具有抗糖尿病潜力的新型阿拉比卡二萜类化合物

中国科学院的科学家发现，烘焙的阿拉比卡咖啡豆中含有此前未被描述的二萜酯类化合物，这种化合物能够抑制α-葡萄糖苷酶，而α-葡萄糖苷酶是碳水化合物吸收的关键促进剂。该团队将“快速”¹H-NMR 馏分成像技术、液相色谱串联质谱法 (LC-MS/MS) 与分子网络技术相结合，首先绘制出提取物中最具“生物活性”的区域，然后从中提取特定分子。最终，他们分离出三种具有中等α-葡萄糖苷酶抑制作用的新化合物，并通过质谱鉴定出另外三种相关的“痕量”候选化合物。

研究背景

咖啡是化学性质最复杂的食物基质之一：烘焙后的咖啡豆和咖啡饮品同时含有数百至数千种低分子量化合物——从酚酸、类黑素到咖啡油中的亲脂性二萜。其中，二萜（主要是咖啡醇和咖啡豆醇的衍生物）尤为引人注目：它们与代谢效应（包括对碳水化合物代谢的影响）和心脏标志物都息息相关。一个重要的细节是，它们在咖啡豆中几乎完全以脂肪酸酯的形式存在，这会增加咖啡的疏水性，影响咖啡在冲泡过程中的萃取以及在体内的潜在生物利用度。

从预防餐后高血糖的角度来看，一个合理的靶点是肠道中分解碳水化合物的酶，主要是α-葡萄糖苷酶。该酶的抑制剂（作用机制类似于阿卡波糖/伏格列波糖的“药物类”）可以减缓双糖的分解，并降低葡萄糖进入血液的速度。如果咖啡的天然成分中含有对α-葡萄糖苷酶具有中等活性的物质，它们就有可能“缓和”餐后血糖峰值，并补充血糖控制的饮食策略——当然，前提是它们在实际食物中的浓度足够，并且具有已确认的生物利用度。

天然来源的经典难题如同大海捞针：活性分子通常隐藏在“尾部”馏分中，且含量微量。因此，以生物活性为导向的去重复方法正日益受到重视：首先，使用快速核磁共振（NMR）对馏分进行“画像”，并行检测目标酶，然后使用高效色谱法专门捕获“热点”组分。分子网络液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）技术是对该方法的补充，该技术将碎片相关的化合物分组，即使没有完全分离也能发现稀有的类似物。这种串联分析加速了从“馏分中存在效应”到“这里有特定结构及其家族”的路径。

最后，技术和营养背景。咖啡二萜的成分和含量取决于品种（阿拉比卡/罗布斯塔）、烘焙程度和方式、提取方法（油/水介质）以及饮品的过滤。为了将实验室研究成果转化为实践，必须了解哪些产品以及采用哪些制备方法能够达到所需的化合物含量，它们如何代谢（酯类水解、转化为活性醇形式），以及它们是否与其他效应相冲突。因此，人们对那些并非简单地“采集光谱”，而是有针对性地寻找具有已验证生物学靶点的新型咖啡二萜的研究感兴趣——这是朝着证实功能性成分迈出的一步，而不是走向另一个“关于咖啡益处的迷思”。

做了什么（以及这种方法有何不同）

• 将烘焙后的阿拉比卡咖啡豆提取物分成数十个馏分，并使用¹H-NMR 评估其“特征”，同时测量每个馏分对 α-葡萄糖苷酶的抑制作用。在热图上，活性区域立即“浮”到顶部。
• 采用 HPLC 纯化“最热”级分，分离出三个主要峰（tR ≈ 16、24 和 31 分钟；UVmax ~218 和 265 nm）——这些是新的二萜酯（1-3）。
• 为了不丢失稀有相关分子，构建了分子 LC-MS/MS 网络：从碎片簇中发现了另外三种“微量”类似物（4–6），这些类似物无法分离，但可以通过 MS 特征可靠地识别。

本质上发现了什么

• 三种来自阿拉比卡咖啡的新型二萜酯（1-3）对α-葡萄糖苷酶表现出中等活性（IC₅₀在微摩尔范围内；n=3）。这是碳水化合物代谢的重要“机制”信号。
• 另外三个类似物（4-6）经HRESIMS/MS谱图分析，其共用片段m/z分别为313、295、277、267——这是咖啡二萜的典型“家族”特征。化合物的分子式经HRMS确证（例如，化合物1的分子式为C₃₆H₅₆O₅）。
• 背景：咖啡中的咖啡二萜（主要是咖啡醇和咖啡豆醇衍生物）几乎全部（≈99.6%）以脂肪酸酯的形式存在于咖啡油中；它们在阿拉比卡咖啡中的含量通常高于罗布斯塔咖啡。

为什么这很重要？

• 功能性咖啡≠仅含咖啡因。二萜类化合物长期以来一直被“怀疑”具有抗糖尿病和抗肿瘤作用；咖啡醇已在体内和体外实验中显示出刺激胰岛素分泌和改善葡萄糖利用的数据。新型酯类化合物扩展了这一化学家族，并为营养保健品提供了新的“诱饵”。
• 方法论加速发现。¹H-NMR“宽谱”+LC-MS/MS 网络的组合，可以快速去除已知分子的重复，专注于新分子，从而节省数月的常规分析时间。

显微镜下的咖啡：究竟测量了什么

• 带有叠加 α-葡萄糖苷酶活性 (IR, 50 μg/ml) 的 ¹H-NMR 级分热图 → 突出显示“顶部级分”。
• 结构解析 1-3：完整的 1D/2D NMR + HRMS 集；显示关键相关性 (COSY/HSQC/HMBC)。
• 用于“邻居搜索”4-6的分子网络（MN-1）；节点1-3彼此相邻 - “一个化学家族”的额外确认。

“在厨房”是什么意思（实验室运行时要小心）

• 咖啡不仅是能量来源，还是一种可能调节血糖峰值的生物分子（通过α-葡萄糖苷酶）。但其外推作用有限：该活性是在酶和细胞分析中测量的，而非临床随机对照试验。
• 通往“功能性成分”的道路在于标准化、安全性、药代动力学和人体证据。目前，谈论化学候选成分是正确的，而不是“药用咖啡”。

供好奇者参考的详细信息

• 新酯的紫外光谱：218±5 和 265±5 nm；HPLC 保留时间~16/24/31 分钟。
• HRMS 公式 (M+H)⁺：例如 C₃₆H₅₆O₅ (1)、C₃₈H₆₀O₅ (2)、C₄₀H₆₄O₅ (3)；对于 4-6 - C₃₇H₅₈O₅、C₃₈H₅₈O₅、C₃₉H₆₂O₅。
• 这些物质存在于咖啡豆的哪里？主要存在于咖啡油中，以棕榈酸/亚油酸为主的酯类物质。

局限性和下一步

• 体外≠临床效果：α-葡萄糖苷酶抑制仅是一项指标测试。需要进行生物利用度、代谢、动物模型以及人体随机对照试验。
• 烘焙会改变化学性质。二萜的组成和比例取决于品种、加热方式和提取方法——对于真正的产品，需要进行技术优化。
• 该工具本身具有通用性。同样的“核磁共振+分子网络”可以用于茶叶、可可、香料等任何含有复杂提取物并需要寻找微量成分的物质。

结论

研究人员同时用两台设备“照射”阿拉比卡咖啡豆，从咖啡油中提取出六种新的二萜酯，其中三种被分离出来并被证实具有抗α-葡萄糖苷酶活性。这还不是“咖啡药丸”，而是对控制碳水化合物代谢的功能性成分进行了令人信服的化学追踪——同时也是一个清晰的例子，表明智能分析方法正在加速我们日常产品中有益分子的发现。

来源：Hu G. 等。基于一维核磁共振和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分子网络，发现阿拉比卡咖啡中具有生物活性的二萜类化合物。 饮料植物研究(2025), 5: e004。DOI : 10.48130/bpr-0024-0035。