绿色咖啡和烘焙咖啡作为康普茶发酵的新底物：对生物活性和酚类成分组成的调控

《Food Chemistry》：Green and roasted coffee as novel substrates for kombucha fermentation: Modulation of bioactivity and phenolic profile

　　本研究探讨了 symbiotic culture of bacteria and yeast (SCOBY) 发酵对绿、焦咖啡豆中阿拉比卡与罗布斯塔咖啡浸液化学成分及生物活性的影响。14天发酵后，酚类成分显著变化，提升抗氧化、抗炎、降糖及抗乙酰胆碱酯酶活性。绿罗布斯塔抗糖尿病和神经保护潜力最高，深烘咖啡抗氧化更强。多变量分析表明酚类转化与糖代谢及生物活性密切相关。结果表明，咖啡尤其是绿色形式可作为功能性饮料开发的原料。

　　

Piotr Dorawa | Joanna Kolniak-Ostek

波兰弗罗茨瓦夫环境与生命科学大学水果、蔬菜及植物营养保健品技术系，Chelmonskiego街37号，51-630弗罗茨瓦夫

摘要

利用细菌和酵母的共生菌群（SCOBY）对咖啡饮料进行发酵，是传统以茶为基础的康普茶的一种新兴替代品。本研究探讨了SCOBY发酵对Coffea arabica和Coffea canephora绿豆及烘焙豆制成的饮品化学成分和生物活性的影响。经过14天的发酵后，这些饮品的酚类物质组成发生了显著变化，同时其抗氧化、抗糖尿病、抗炎和抗胆碱酯酶活性也得到了提升。其中，C. canephora绿豆表现出最强的抗糖尿病和神经保护作用，而烘焙咖啡则具有更强的抗氧化效果。多元分析（PCA和皮尔逊相关性分析）显示，酚类物质的转化与糖代谢及生物功能之间存在密切关联。研究结果表明，咖啡，尤其是其未烘焙的形式，是SCOBY发酵的理想底物，有望用于开发具有特定健康促进作用的新功能饮品。

引言

随着人们对饮食对健康影响的认识日益增强，功能性食品市场（包括发酵饮品）也呈现出快速发展势头。康普茶是一种传统上使用Camellia sinensis浸泡液并通过细菌和酵母共生菌群（SCOBY）发酵制成的饮品，因其抗氧化、抗炎及整体健康促进作用而受到全球广泛关注（de Miranda等人，2022年；Mohd Ariff等人，2023年）。为满足消费者对新口味和功能性变体的需求，人们正在探索使用咖啡及其副产品作为替代发酵底物（Bueno等人，2021年；Phan Van等人，2023年；Sales, Cunha等人，2023年）。咖啡因其富含咖啡因、葫芦碱和绿原酸等生物活性成分而成为理想的发酵底物，这些成分具有抗氧化、抗炎和降低血糖的作用（Watawana, Jayawardena, Ranasinghe, & Waisundara，2015年；Sales, Iriondo-DeHond等人，2023年）。 最近在咖啡化学领域的进展表明，未烘焙和烘焙咖啡豆在酚类和生物碱成分上存在显著差异。烘焙过程会引发美拉德反应，导致绿原酸降解，并生成具有抗氧化特性的棕色高分子聚合物——黑色素素（Ayar-Sümer等人，2024年；Hong等人，2024年）。未烘焙咖啡富含绿原酸、葫芦碱和二萜类化合物，而烘焙会减少这些成分，但同时产生具有新生物活性的化合物（Anh-Dao等人，2024年）。这些结构和成分上的差异可能显著影响发酵过程中微生物群落的行为，以及最终饮品的代谢和感官特性。 SCOBY发酵咖啡可显著改变其化学成分，提高多酚的利用率，并改善其生物活性，如抗氧化能力和抑制老化相关酶的作用（Nizio?-?ukaszewska等人，2020年；Saito等人，2024年）。基于卡斯卡拉（cascara）的发酵饮品也表现出类似的好处，具有高抗氧化含量及抗菌和益生元特性（Le等人，2023年；Phan Van等人，2023年）。文献指出，原材料类型（如阿拉比卡咖啡与罗布斯塔咖啡、未烘焙咖啡与烘焙咖啡）和发酵参数（时间、温度、糖浓度）都会影响康普茶的最终化学成分和生物活性（Bueno等人，2021年；Karyantina等人，2024年）。 此外，使用SCOBY或乳酸菌（LAB）进行发酵可增加酚类化合物的释放和生物利用度，改变有机酸组成，并提升饮品的感官接受度（Yildirim，2025年）。研究表明，轻度烘焙的咖啡底物通常能更好地保留绿原酸和总酚类化合物，而深度烘焙则能增强与黑色素素相关的抗氧化活性（Hong等人，2024年；Yildirim，2025年）。 尽管这一领域的研究兴趣日益浓厚，但目前关于发酵如何影响不同咖啡品种（包括Coffea arabica和Coffea canephora）的生物活性化合物成分和生物活性的信息仍有限。对于常用冲泡法制备的咖啡饮品，发酵过程的影响也尚未得到充分研究。此外，目前尚缺乏关于未烘焙咖啡与烘焙咖啡在康普茶发酵过程中的系统比较。咖啡成分、烘焙程度与微生物代谢之间的复杂相互作用仍有许多未知之处，构成了重要的知识空白。 本研究旨在评估SCOBY发酵对两种咖啡品种（C. arabica和C. canephora）绿豆及烘焙豆制成的饮品的化学成分和功能特性的影响。研究重点关注了糖分、有机酸及多酚化合物的变化，并对其抗氧化、抗炎、抗糖尿病和抗胆碱能活性进行了体外评估。据我们所知，这是首次深入分析SCOBY发酵对绿豆和烘焙咖啡饮品影响的报道。本研究首次描述了咖啡烘焙引起的成分变化如何影响康普茶发酵过程中的生物化学和功能转变。我们假设SCOBY发酵会以品种和烘焙程度为依据调节咖啡饮品的酚类和糖分组成，从而通过微生物对酚类化合物和次级代谢产物的生物转化增强其生物活性。

原材料与样品制备

本研究使用了100%的C. arabica（阿拉比卡咖啡）和100%的C. canephora（罗布斯塔咖啡）豆，包括未烘焙和经过中等程度烘焙的形式。未烘焙和烘焙咖啡豆均来自波兰的认证商业供应商Explosia。未烘焙的罗布斯塔咖啡来自印度的卡纳塔克邦、喀拉拉邦和泰米尔纳德邦的种植园，而未烘焙的阿拉比卡咖啡则来自巴西。本研究使用的烘焙条件为典型中等程度烘焙。

基本化学成分

在发酵过程中，所有测试的康普茶样品的pH值均系统性下降。新鲜咖啡饮品的初始pH值范围为5.4（烘焙阿拉比卡咖啡 – RA）至6.9（未烘焙阿拉比卡咖啡 – GA和未烘焙罗布斯塔咖啡 – GR）。随着发酵的进行，饮品逐渐酸化，最终pH值降至3.0至3.4之间（表1）。未烘焙咖啡饮品的pH值下降最为显著。

结论

本研究首次证明，利用细菌和酵母的共生菌群（SCOBY）对咖啡饮品进行发酵可显著改变其化学成分，并增强多种生物活性。这一过程显著改变了酚类化合物的组成，增加了绿原酸和阿魏酰衍生物的含量，从而提升了抗氧化、抗炎、抗糖尿病和抗胆碱酯酶活性。 在所分析的样品中……

作者贡献声明

Piotr Dorawa：撰写初稿、进行实验研究、进行正式数据分析。 Joanna Kolniak-Ostek：撰写、审稿与编辑、数据可视化、结果验证、项目监督、软件使用、资源管理、方法设计、实验设计、资金申请、数据整理、概念构思。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本文时，作者使用了Writefull工具进行语言编辑和优化。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对发表文章的内容负全责。

资金支持

本研究由弗罗茨瓦夫环境与生命科学大学资助。

未引用参考文献

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。