咖啡作为全球交易量最大的饮品之一，其独特风味和健康效益源于丰富的生物活性物质[1]。阿拉比卡咖啡是主要的商业品种，约占全球咖啡市场的70%。咖啡的摄入对人体健康具有积极影响，其生物活性与多种酚类物质（如咖啡酸、阿魏酸、香豆酸和绿原酸）、咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸衍生物以及美拉德反应产物（如类黑素）密切相关[2-3]。基于这些生物活性化合物的抗氧化和抗炎特性，许多研究表明，经常饮用咖啡可以降低多种慢性疾病的风险，包括Ⅱ型糖尿病、心血管疾病、痛风、自身免疫性疾病以及某些类型的癌症[4-5]。绿原酸是咖啡中一类最主要的多酚类物质。绿原酸通常以多种异构体的形式天然存在于咖啡中，根据取代基的数量和位置不同可分为单咖啡酰奎宁酸（caffeoylquinic acids，CQA）和双咖啡酰奎宁酸（dicaffeoylquinic acids，diCQA）等[6]。
咖啡烘焙和萃取是咖啡加工的两个必经步骤。适当的烘焙和萃取有助于咖啡的芳香物质形成与感官品质的提高[7]。在咖啡烘焙过程中生咖啡豆发生复杂的物理化学变化，产生质量损失、体积膨胀、颜色变深和风味改变等现象。浅烘焙咖啡豆通常具有花果香气，而深烘焙咖啡豆具有奶油、焦糖、可可香气。热萃取是常用的咖啡萃取方法，具有萃取效率高的优势。然而，冷萃取可以获得风味更佳、口感更柔和、苦度更低的咖啡饮品，也被广泛使用[8]。萃取方法的不同直接导致了咖啡液中化学成分的差异。绿原酸的溶出量会受到提取条件的影响[9]。Angeloni 等[10]研究了8 种不同萃取方法对咖啡中生物活性物质的影响，发现不同的萃取方法对咖啡中生物活性物质含量影响较大。烘焙度与萃取方式存在显著交互作用。烘焙导致的多孔结构改变可能影响不同温度下溶质扩散动力学，而热降解产物的极性变化会进一步调节其溶出特性。这种双重调控机制使得生物活性物质的最终保留量呈现复杂的非线性响应。
本研究以阿拉比卡咖啡为对象，系统探讨浅烘焙、中烘焙、深烘焙3 个关键烘焙度下，热萃取和冷萃取对总酚、总黄酮及5 种绿原酸异构体（3-CQA、5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA）含量的影响，以期揭示加工工艺对特征生物活性物质的协同调控机制，为构建健康导向型咖啡加工体系提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
阿拉比卡咖啡生豆:奥唯咖啡有限公司，产自埃塞俄比亚耶加雪菲产区，处理法为水洗处理，等级为G1Q1；没食子酸、槲皮素、儿茶素、福林酚、碳酸钠、六水合氯化铝、乙酸钠、香兰素:上海麦克林试剂有限公司；绿原酸标准品（色谱纯）:武汉天植生物技术有限公司。除特殊标记外，所用试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
酶标仪（Infinite 200 Pro）:帝肯（上海）贸易有限公司；三豆客热风咖啡烘焙机（Q7）:北京三豆客科技有限公司；高效液相色谱仪（Agilent 1260）:安捷伦科技有限公司；手摇磨豆机（汉匠K6）:东莞市酷劲机械科技有限公司。
1.3 咖啡烘焙
称取50 g 阿拉比卡咖啡生豆，采用热风咖啡烘焙机进行烘焙，每个烘焙度的烘焙条件为浅烘焙:190 ℃、6 min；中烘焙:203 ℃、7 min；深烘焙:226 ℃、9 min。
1.4 咖啡液制备
1.4.1 热萃取咖啡液的制备
烘焙完成的咖啡豆使用手摇磨豆机，在固定刻度下粉碎处理，研磨完成后静置备用。扇形滤纸封口处折叠后放入梯形浸泡式咖啡滤杯中，用蒸馏水湿润。将15 g 磨碎的咖啡豆倒入滤杯中，随后加入240 g 温度为95 ℃的蒸馏水，将磨碎的咖啡样品浸入水中4 min，最后将咖啡液转入咖啡壶中静置至室温后，分装于10 mL 离心管，保存于-20 ℃待测。
1.4.2 冷萃取咖啡液的制备
将0.5 g 磨碎的咖啡豆加入10 mL 离心管中，加入8 mL 25 ℃蒸馏水后放入4 ℃冰箱冷藏18 h，萃取完成后取上层咖啡液于2 mL 离心管中，8 000 r/min 离心5 min 后取上清液，放入-20 ℃冰箱保存。不同烘焙度和萃取方式的咖啡液制备流程如图1 所示。
图1 不同烘焙度咖啡豆的萃取流程
Fig.1 Brewing process of coffee beans with different roasting degrees
1.5 总酚、总黄酮、总单宁含量测定
总酚、总黄酮和总单宁的含量参照Suleria 等[11]以及Wu 等[12]的方法测定，并略作调整。
1.5.1 总酚含量测定
取咖啡萃取液和福林酚试剂各25 μL，加入200 μL蒸馏水中，于25 ℃避光反应5 min 后加入25 μL 质量分数为10% 的碳酸钠溶液，再于相同条件反应50 min，测定反应物在762 nm 下的吸光度。根据没食子酸（0～200 μg/mL）的标准曲线计算总酚含量。标准曲线方程为y=0.006 1x-0.066 5，R2=0.993 1。
1.5.2 总黄酮含量测定
依次加入稀释4 倍的咖啡萃取液60 μL、4%（质量分数）六水合氯化铝60 μL 和5%（质量分数）乙酸钠90 μL，于25 ℃避光反应2.5 h。测定反应物在440 nm下的吸光度。根据槲皮素（0～50 μg/mL）的标准曲线计算总黄酮含量，标准曲线方程为y=0.010 1x+0.012 5，R2=0.999 0。
1.5.3 总单宁含量测定
咖啡萃取液20 μL、4%（质量分数）香兰素溶液120 μL 和32%（体积分数）硫酸20 μL 依次加入96 孔板，于25 ℃避光反应15 min。测定反应物在500 nm下的吸光度。根据儿茶素（0～1 mg/mL）的标准曲线计算总单宁含量，标准曲线方程为y=0.107 3x+0.002 1，R2=0.986 7。
1.6 咖啡中绿原酸的组成与含量测定
咖啡液注入0.22 μm 水系滤膜过滤，用高效液相色谱仪检测。色谱柱为ZORBAX Eclispe C18（4.6 mm×100 mm，3.5 μm），进样量10 μL，柱温30 ℃，流速1 mL/min。流动相A 为甲醇（0.1%甲酸），流动相B 为超纯水（0.1% 甲酸）。采用二极管阵列检测器检测信号，波长325 nm。采用梯度洗脱程序进行绿原酸的分离，具体如表1 所示。
表1 绿原酸分析的梯度洗脱程序
Table 1 Gradient elution program for chlorogenic acid analysis
时间/min 0 6 4 0 45 50 55 60流动相A/%10 10 40 50 70 10 10流动相B/%90 90 60 50 30 90 90
1.7 统计分析
数据的统计分析和绘图使用SPSS 25.0 和Origin 2019b 进行。所有试验重复3 次，结果以平均值±标准差表示。显著性差异分析采用单因素方差分析和t 检验。
2 结果与分析
2.1 烘焙度和萃取方法对咖啡总酚含量的影响
多酚是咖啡中重要的生物活性物质，主要包括绿原酸、咖啡酸及其衍生物（如阿魏酸、对香豆酸和奎宁酸）等[13]。植物多酚具有多种生理功能，包括抗氧化、抗炎、抗癌、抑菌和调节血糖等[14]。不同烘焙度的冷萃取与热萃取咖啡中总酚含量的变化如图2 所示。
图2 不同烘焙度和萃取方式咖啡总酚含量
Fig.2 Total phenol content of coffee at different roasting degrees and extraction methods
不同大写字母表示不同萃取方法间具有显著性差异（p＜0.05）；不同小写字母表示不同烘焙度间具有显著性差异（p＜0.05）。
由图2 可知，烘焙度对咖啡总酚含量有显著影响。热萃取与冷萃取咖啡中的总酚含量均随烘焙度的提高而下降，这与已有的研究结果一致[15-16]。浅烘焙热萃取与冷萃取咖啡中总酚含量均较高，分别为20.75 mg/g 和20.70 mg/g。深烘焙热萃取与冷萃取咖啡中总酚含量均较低，分别为10.31 mg/g 和14.80 mg/g。咖啡中的多酚类化合物具有较高的热不稳定性，导致其在烘焙过程中发生分解[15]。所以，为保留更多的多酚类化合物，应当采取浅烘焙。萃取方式对浅烘焙咖啡的总酚含量没有显著性影响。但相比热萃取，冷萃取可以提高中烘焙与深烘焙咖啡的总酚含量，分别提高了8.24% 和43.55%。一些咖啡经过浅烘焙加工并不能表现良好的风味，因此需要更深程度的烘焙。结果表明，冷萃取可以更好地提取烘焙度较深的咖啡豆中多酚类化合物。
2.2 烘焙度和萃取方法对咖啡总黄酮含量的影响
咖啡中富含黄酮类化合物，如儿茶素、表儿茶素、槲皮素、芦丁等[13]。不同烘焙度的冷萃取与热萃取咖啡中总黄酮含量如图3 所示。
图3 不同烘焙度和萃取方式咖啡的总黄酮含量
Fig.3 Total flavonoid content of coffee at different roasting degrees and extraction methods
不同大写字母表示不同萃取方法间具有显著性差异（p＜0.05）；不同小写字母表示不同烘焙度间具有显著性差异（p＜0.05）。
由图3 可知，随着烘焙度的增加，热萃取咖啡中总黄酮含量下降。这与总酚含量的变化一致。浅烘焙的热萃取和冷萃取咖啡中总黄酮含量均较高，分别为0.74 mg/g 和0.65 mg/g。烘焙会造成黄酮类化合物的分解，从而使总黄酮含量降低。而冷萃取咖啡中总黄酮含量先下降后趋于平稳。冷萃取的中、深烘焙与热萃取的中烘焙咖啡中总黄酮含量没有显著性差异（p＞0.05）。这可能是因为在烘焙后期单宁降解为低分子质量的黄酮类化合物，从而稳定了游离总黄酮含量[15]。另外，萃取方式对咖啡总黄酮含量的影响因烘焙度不同而有所差异。对于浅、中烘焙咖啡而言，热萃取有利于提高咖啡中总黄酮含量。对于深烘焙咖啡而言，冷萃取有利于提高总黄酮含量。这与总酚含量的结果一致。这可能与咖啡在烘焙中发生的物理变化有关。烘焙度越浅，咖啡豆细胞壁结构越紧密，具有连续紧密分布的充满了脂质和蛋白的细胞层[17]。烘焙度加深则会破坏这种紧密结构。
2.3 烘焙度和萃取方法对咖啡总单宁含量的影响
单宁是一类结构较为复杂的多酚类化合物，天然存在于咖啡、茶等植物中。不同烘焙度的冷萃取与热萃取咖啡中总单宁含量如图4 所示。
图4 不同烘焙度和萃取方式咖啡的总单宁含量
Fig.4 Total tannin content of coffee at different roasting degrees and extraction methods
不同大写字母表示不同萃取方法间具有显著性差异（p＜0.05）；不同小写字母表示不同烘焙度间具有显著性差异（p＜0.05）。
由图4 可知，随着烘焙度的增强，两种萃取方法中总单宁含量皆增高。其他研究也观察到同样的趋势[15，18]。这可能是由于与咖啡细胞壁结合的不溶性单宁在烘焙过程中转化为游离态可溶性单宁，且单宁具有较高的耐热性，在烘焙过程中不易损失[19]。对于浅烘焙咖啡而言，热萃取咖啡的总单宁含量较高。而冷萃的中、深烘焙咖啡的总单宁含量高于热萃取。如果咖啡液中单宁含量过高，可能会影响咖啡的感官品质。
2.4 咖啡中绿原酸的组成
绿原酸是奎宁酸和一个反式肉桂酸残基经脱水缩合形成的一类酯。依据保留时间对照标准品与咖啡液的色谱图如图5 和图6 所示。
图5 绿原酸标准品的高效液相色谱图
Fig.5 High-performance liquid chromatogram of standards of chlorogenic acids
图6 热萃取浅烘焙咖啡的高效液相色谱图
Fig.6 High-performance liquid chromatogram for light roast coffee by hot extraction
由图5 和图6 可知，咖啡中存在的5 个绿原酸分别为绿原酸（3-CQA）、新绿原酸（5-CQA）、异绿原酸A（3，5-diCQA）、异绿原酸B（3，4-diCQA）和异绿原酸C（4，5-diCQA）。未检测到1-CQA 和1，3-diCQA。这与文献报道基本相符[6，20]。
采用外标法对烘焙咖啡中的5 种绿原酸进行定量，5 条标准曲线的回归方程及相关系数（R2）见表2。
表2 绿原酸的定量标准曲线
Table 2 Quantitative standard curve for chlorogenic acids
化合物3-CQA 5-CQA 3，4-diCQA 3，5-diCQA 4，5-diCQA回归方程y=20 490x+669.86 y=1 4456x-38.287 y=7 818.3x+2.328 1 y=12 003x-2.076 3 y=9 557x-26.481相关系数（R2）0.992 7 0.998 2 0.994 0 0.996 7 0.984 2
由表2 可知，5 种绿原酸标准曲线的R2 均大于0.98，表明标准曲线定量可靠。
不同烘焙度与萃取方法咖啡液中5 种绿原酸异构体的含量如图7 所示。
图7 不同烘焙度和萃取方式咖啡液的绿原酸含量
Fig.7 Chlorogenic acid content of coffee at different roasting degrees and extraction methods
A.3-CQA；B.5-CQA；C.3，4-diCQA；D.4，5-diCQA；E.3，5-diCQA。不同大写字母表示不同萃取方法间具有显著性差异（p＜0.05）；不同小写字母表示不同烘焙度间具有显著性差异（p＜0.05）。
由图7 可知，所有绿原酸异构体中含量最高的是3-CQA，占咖啡萃取液中绿原酸总量的59%～72%。其中，冷萃取的浅烘焙咖啡中3-CQA 含量最高（24.50 mg/g）。热萃取的深烘焙咖啡中3-CQA 含量最低（2.12 mg/g）。无论是热萃取还是冷萃取，与同一萃取方法的浅烘焙咖啡豆制作的咖啡相比，使用深烘焙咖啡豆制作的咖啡中3-CQA 的含量下降了91%，用中烘焙咖啡豆制作的咖啡中3-CQA 的含量下降了54%。但是3-CQA 仍然是烘焙咖啡中主要的绿原酸异构体。这与其他的研究一致[21-22]。本研究中，绿原酸含量的大小关系为3-CQA＞5-CQA＞3，4-diCQA＞4，5-diCQA＞3，5-diCQA。与已有文献报道的3-CQA 含量最高，以及CQA 含量大于diCQA 含量的结果一致[22]。咖啡豆的烘焙度对咖啡中5 种检出的绿原酸含量都有显著影响（p＜0.05）。随着烘焙度的加深咖啡中的绿原酸损失逐渐增大[23]。有研究将这归因于绿原酸参与了美拉德反应，有助于咖啡中类黑素的产生[24]。还有文献报道高温烘焙会将绿原酸转化为风味化合物，或者通过至少5 种不同的反应途径（差向异构作用、脱羧作用、酰基迁移作用、内酯化作用和脱水作用）与咖啡豆或冲泡中的其他化学成分发生反应[22]。
不同的萃取方式会影响咖啡液中绿原酸的含量。热萃取浅烘焙咖啡的3-CQA 含量显著低于冷萃取，5-CQA 则不显著。热萃取的中、深烘焙咖啡中的3-CQA和5-CQA 均显著低于冷萃取。冷萃取深烘焙咖啡液中3-CQA 和5-CQA 含量是热萃取的2.15 倍和1.81 倍。这说明冷萃取更有利于3-CQA 和5-CQA 的提取，尤其是针对深烘焙咖啡。然而，冷萃取提高浅、中烘焙咖啡中绿原酸含量的幅度有限。热萃取的浅、中烘焙的咖啡中3，4-diCQA 和4，5-diCQA 含量显著大于冷萃取（p＜0.05）。热萃取浅烘焙的咖啡中3，4-diCQA 和4，5-diCQA 含量是冷萃取的1.78 倍和2.09 倍。热萃取中烘焙的咖啡中3，4-diCQA 和4，5-diCQA 含量是冷萃取的1.57 倍和2.33 倍。而在深烘焙的咖啡中未检出4，5-diCQA 和3，5-diCQA。深烘焙咖啡中的3，4-diCQA 受萃取方式影响不显著（p＞0.05）。总之，热萃取能更有效地提取diCQA，而冷萃取有利于CQA 的提取。这可以归因为diCQA 具有较强的疏水性。
3 结论
本研究揭示了烘焙度与萃取方式对阿拉比卡咖啡生物活性物质的协同调控规律。随着烘焙度的增加，总酚和总黄酮含量显著下降，而总单宁因结合态向游离态转化显著升高，5 种绿原酸异构体含量均随着烘焙度的提高而下降。冷萃取可有效缓解深烘焙咖啡中绿原酸（尤其是3-CQA 与5-CQA）的损失，但热萃取更利于双咖啡酰奎宁酸（diCQA）的溶出。对于浅、中烘焙的咖啡，冷萃取能略微提高3-CQA 与5-CQA 含量，但不利于3，4-diCQA、4，5-diCQA、3，5-diCQA 的提取。为获取具有更多生物活性物质的咖啡，应该尽量降低烘焙的强度。对于深烘焙的咖啡可以采取冷萃取的方法提高其中的生物活性物质含量。通过优化烘焙和萃取工艺可以实现定向调控咖啡中特定生物活性成分，兼顾风味与健康效益。但本研究仅聚焦于单一产区的阿拉比卡咖啡，未考虑品种、产地和处理方法的影响。本研究相关结论可为功能性咖啡产品开发及工艺标准化提供科学指导。
[1] ŞEMEN S,MERCAN S,YAYLA M,et al. Elemental composition of green coffee and its contribution to dietary intake[J]. Food Chemistry,2017,215: 92-100.
[2] HONDA S,MIURA Y,MASUDA A,et al. Identification of cryptoand neochlorogenic lactones as potent xanthine oxidase inhibitors in roasted coffee beans[J]. Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,2014,78(12): 2110-2116.
[3] WANG X,PENG X R,LU J,et al. New dammarane triterpenoids,caffruones A-D,from the cherries of Coffea arabica[J]. Natural Products and Bioprospecting,2018,8(6): 413-418.
[4] PARK K Y,KIM H J,AHN H S,et al. Effects of coffee consumption on serum uric acid: Systematic review and meta-analysis[J].Seminars in Arthritis and Rheumatism,2016,45(5): 580-586.
[5] CHANDRASEKARAN K,KARUNASAGAR D. Determination of trace elements in the Pb-Bi-eutectic system by inductively coupled plasma-quadrupole mass spectrometry after sequential removal of the matrix by precipitation[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2014,29(9): 1720-1725.
[6] LIANG N J,XUE W,KENNEPOHL P,et al. Interactions between major chlorogenic acid isomers and chemical changes in coffee brew that affect antioxidant activities[J]. Food Chemistry,2016,213: 251-259.
[7] 李发彩,李晨曦,李龙,等. 冷萃咖啡烘焙工艺优化及滋味成分的测定[J]. 农产品加工,2024(3): 73-78.LI Facai,LI Chenxi,LI Long,et al. Optimization of baking process and determination of flavor components of cold coffee[J]. Farm Products Processing,2024(3): 73-78.
[8] 杨傲林,张哲婷,姜可欣,等. GC-MS 结合基于表情符号的消费者测评分析冷萃与热萃咖啡风味特征[J]. 食品科学技术学报,2024,42(6): 121-132.YANG Aolin,ZHANG Zheting,JIANG Kexin,et al. Analysis of flavor characteristics of cold brew and hot brew coffee by GC-MS and consumer test with emoticons[J]. Journal of Food Science and Technology,2024,42(6): 121-132.
[9] 孙岳,周地娇,何飞飞,等. 咖啡果皮茶冲泡条件研究[J]. 食品研究与开发,2021,42(12): 97-101.SUN Yue,ZHOU Dijiao,HE Feifei,et al. The brewing methods of coffee pericarp tea[J]. Food Research and Development,2021,42(12): 97-101.
[10] ANGELONI G,GUERRINI L,MASELLA P,et al. What kind of coffee do you drink? An investigation on effects of eight different extraction methods[J]. Food Research International,2019,116:1327-1335.
[11] SULERIA H A R,BARROW C J,DUNSHEA F R,et al. Screening and characterization of phenolic compounds and their antioxidant capacity in different fruit peels[J]. Foods,2020,9(9): 1206.
[12] WU H J,LIU Z Y,LU P Y,et al. Bioaccessibility and bioactivities of phenolic compounds from roasted coffee beans during in vitro digestion and colonic fermentation[J]. Food Chemistry,2022,386:132794.
[13] 段仪,刘秦明,卢开华,等. 咖啡生物活性物质及其健康功效研究进展[J]. 食品工业科技,2025,46(7): 11-21.DUAN Yi,LIU Qinming,LU Kaihua,et al. Progress in the study of bioactive substances in coffee and health effects[J]. Science and Technology of Food Industry,2025,46(7): 11-21.
[14] 邰振甲,王欣卉,宋雪健,等. 植物多酚的生物合成、非生物胁迫调控与生理功能研究进展[J]. 食品工业科技,2025,46(15):425-434.TAI Zhenjia,WANG Xinhui,SONG Xuejian,et al. Research progress of the biosynthesis,abiotic stress regulation and physiological functions in plant polyphenols[J]. Science and Technology of Food Industry,2025,46(15): 425-434.
[15] KRÓL K,GANTNER M,TATARAK A,et al. The content of polyphenols in coffee beans as roasting,origin and storage effect[J]. European Food Research and Technology,2020,246(1): 33-39.
[16] SOMPORN C,KAMTUO A,THEERAKULPISUT P,et al. Effects of roasting degree on radical scavenging activity,phenolics and volatile compounds of Arabica coffee beans (Coffea arabica L. cv.Catimor)[J]. International Journal of Food Science and Technology,2011,46(11): 2287-2296.
[17] ANASTÁCIO L M,DE CÁSSIA SOARES DA SILVA M,DEBONA D G,et al. Relationship between physical changes in the coffee bean due to roasting profiles and the sensory attributes of the coffee beverage[J]. European Food Research and Technology,2023,249(2): 327-339.
[18] ODŽAKOVIĆ B,DŽINIĆ N,KUKRIĆ Z,et al. Effect of roasting degree on the antioxidant activity of different Arabica coffee quality classes[J]. Acta Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria,2016,15(4): 409-417.
[19] AHMAD N,ALAM M,NAUSHAD M,et al. Thermal decomposition and kinetic studies of tannic acid using model free-methods[J].Journal of the Chilean Chemical Society,2018,63(1): 3824-3828.
[20] LIANG N J,KITTS D D,LIANG N J,et al. Role of chlorogenic acids in controlling oxidative and inflammatory stress conditions[J].Nutrients,2015,8(1): 16.
[21] TFOUNI S A V,CARREIRO L B,TELES C R A,et al. Caffeine and chlorogenic acids intake from coffee brew: Influence of roasting degree and brewing procedure[J]. International Journal of Food Science ＆ Technology,2014,49(3): 747-752.
[22] WU H J,LU P Y,LIU Z Y,et al. Impact of roasting on the phenolic and volatile compounds in coffee beans[J]. Food Science ＆ Nutrition,2022,10(7): 2408-2425.
[23] LIU Y Z,KITTS D D. Confirmation that the Maillard reaction is the principle contributor to the antioxidant capacity of coffee brews[J].Food Research International,2011,44(8): 2418-2424.
[24] PERRONE D,FARAH A,DONANGELO C M. Influence of coffee roasting on the incorporation of phenolic compounds into melanoidins and their relationship with antioxidant activity of the brew[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2012,60(17): 4265-4275.