Avances en la composición química y el valor medicinal de los granos de café Ⅰ

Resumen: El café es un suplemento dietético popular con un sabor único en el mundo. Los granos de café contienen componentes químicos complejos y extensas actividades biológicas. La investigación sobre los componentes químicos de los granos de café, como alcaloides, azúcares, ácidos orgánicos, ésteres, esteroles y diterpenos, había logrado avances significativos. Los efectos deneuroproteccion, defensa contra la hiperglucemia y la hiperlipidemia, contra el cáncer, antiinflamatorio,antioxidante, yprotección del hígadose encontraron en los granos de café. Este artículo revisó los componentes químicos y los métodos de descubrimiento en los granos de café, la biosíntesis de las principales sustancias activas y su valor medicinal potencial, y proporciona referencias para la investigación en profundidad y el desarrollo industrial de los granos de café.

Palabras llave: Café; Composición química; efectos farmacológicos; valor medicinal

El café (Coffea sp.) es una planta de café Rubiaceae, nativa del centro y norte de África, y ahora se cultiva ampliamente en América Latina, África y Asia Pacífico. Hay muchos tipos de café, hasta más de 90 tipos, que se dividen en cuatro categorías: grano grande (Coffea liberica), grano medio (Coffea robusta), grano pequeño (Coffea arabica) y excelsa (Coffea excelsa) . La mejor calidad de granos de café [1].

El café es la bebida vegetal más utilizada y tiene un gran valor económico. China introdujo por primera vez los cafetos en Taiwán en 1884, y actualmente Hainan y Yunnan son las principales áreas productoras de café en China. La medicina tradicional china cree que el café es ligeramente amargo, astringente y plano; El café contiene una variedad de componentes químicos como alcaloides, flavonoides, ácidos fenólicos, terpenos, etc., que tienen las funciones de bajar el azúcar en la sangre, bajar los lípidos en la sangre, antioxidante y neuroprotector. Tiene un gran valor medicinal y tiene amplias perspectivas de desarrollo. Este documento expone la composición química y el valor medicinal de los granos de café y proporciona una referencia para la investigación relacionada.

1 Composición química y método de descubrimiento

La composición química de los granos de café incluye principalmente dos categorías: sustancias no volátiles y sustancias volátiles. Los componentes no volátiles de los granos de café verde son mucho más altos que los de los granos de café tostados, y sus componentes no volátiles incluyen principalmente compuestos de nitrógeno, carbohidratos, compuestos ácidos y compuestos de éster. Entre ellos, los compuestos que contienen nitrógeno son principalmente alcaloides y aminoácidos, los carbohidratos son principalmente polisacáridos y una pequeña cantidad de oligosacáridos, los compuestos ácidos incluyen ácido clorogénico y ácidos orgánicos de pequeño peso molecular, y los ésteres son principalmente aceite de café, esteroles y diterpenoides.

1.1 Alcaloides

Los alcaloides del grano de café verde son principalmente cafeína, teofilina, teobromina, hipoxantina, matrina y trigonelina, de los cuales la trigonelina es la sustancia precursora para generar furano, pirazina y alquilpiridina.

La cafeína es el alcaloide más importante en los granos de café verde y la principal fuente de amargura. La sustancia representativa de la cafeína es la cafeína. Andrade et al. [3] utilizaron la extracción de fluidos supercríticos para extraer la cafeína de los granos de café verde y descubrieron que la mayor producción de cafeína se extraía con una mezcla de disolventes de CO2 e isopropanol. El investigador [4] utilizó cromatografía líquida de alta resolución (High perfarnance liquid chromdtograpny, HPLC) para estudiar los cambios en el contenido de cafeína en los granos de café de diferentes zonas productoras y altitudes. Shao Jinliang et al. [5] estudiaron el contenido de trigonelina y cafeína en granos de café verde, granos de café tostados y café en polvo, y encontraron que la cafeína es el índice de calidad característico de los granos de café. La cuenca es el segundo componente principal.

La trigonelina es un derivado de la piridina, que se desmetila en el proceso de tostado de los granos de café para generar niacina, que desempeña un papel en la promoción de la producción de compuestos aromáticos, y su contenido es alto en las variedades Arábica [6]

. Liu Hongcheng et al. [7] determinaron el efecto de diferentes métodos de extracción sobre el contenido de trigonelina por HPLC y encontraron que el método de extracción tenía poco efecto sobre el contenido de trigonelina.

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1.2 Aminoácidos

Los granos de café contienen una variedad de proteínas y aminoácidos libres, como ácido glutámico, ácido aspártico, leucina, glicina y alanina. Algunos estudiosos utilizan el método de precipitación con ácido soluble en álcali para extraer la proteína de los granos de café y detectar el contenido de aminoácidos esenciales en ellos. 67.02 por ciento del contenido de proteína [6]. Dong et al. [8] llevó a cabo una identificación semicuantitativa de 79 compuestos volátiles en el café mediante el uso de microextracción en fase sólida-GC-MS con espacio de cabeza, y detectó aminoácidos esenciales como la leucina, la lisina y la arginina en los granos de café. .

1.3 Carbohidratos

Los granos de café verde tienen un alto contenido de compuestos de azúcar, que representan alrededor del 50 por ciento del peso seco, principalmente oligosacáridos y polisacáridos, con muy poco contenido de monosacáridos. Entre ellos, los principales polisacáridos son arabinogalactano, manano y celulosa [10], y el contenido de polisacáridos disminuye durante el proceso de cocción. Hu Shuangfang et al [9] midieron 7

Después de probar los granos de café de diferentes áreas productoras, se encontró que los granos de café Mandheling dorados tenían el mayor contenido de azúcar reductor, hasta 11,2 mg/g. Los métodos de extracción de polisacáridos en granos de café incluyen extracción continua, hidrólisis ácida, extracción con agua caliente, extracción con enzimas, etc., pero hasta el momento, la extracción con agua caliente es el único proceso aceptado y más factible, con un proceso simple, de bajo costo y sin adiciones [11], también hay experimentos en posos de café por remojo en etanol, concentración, desproteinización, extracción con éter de petróleo, etc., y extrajeron con éxito los polisacáridos de los posos de café [12]. Delgado et al. [13] encontraron que los componentes insolubles en los extractos de café eran principalmente polisacáridos.

1.4 Ácidos orgánicos

El ácido clorogénico es un compuesto fenólico importante en los granos de café verde. Según los informes, el café es una de las fuentes más importantes de ácido clorogénico en la dieta humana [14]. El monómero con el mayor contenido de ácido clorogénico es el 5-ácido cafeoilquínico (5-CQA), que representa alrededor del 70 % del contenido total de ácido clorogénico [15]. El contenido de ácido clorogénico en los granos de café verde es relativamente alto, alrededor del 6,7-12 por ciento, y el contenido de ácido clorogénico en los granos de café tostados se reduce considerablemente, y el contenido es de alrededor del 2-3,1 por ciento [dieciséis].

La extracción con solventes, la extracción con fluidos supercríticos, la elución por adsorción y la cromatografía de partición son las técnicas de extracción y separación comúnmente utilizadas para el ácido clorogénico. Upadhyay et al. [17] utilizó un tratamiento de microondas, la fase acuosa era agua y la fase solvente era una solución de 50 % de etanol y 50 % de metanol para estudiar el proceso de extracción de ácido clorogénico y otras sustancias en los granos verdes de café Robusta, y descubrió que la condición óptima era microondas. La potencia fue de 800 W, la temperatura de extracción fue de 50 grados y el tiempo de extracción fue de 5 min. La tasa de extracción del ácido clorogénico fue del 7,25 por ciento, que fue significativamente más alta que la de un solo solvente en las mismas condiciones. Romero-González et al. [28] separación utilizada

La separación y extracción de tres ácidos clorogénicos, 5-CQA, 5-FQA y 3,5-diCQA en café, se llevó a cabo mediante cromatografía de partición en contracorriente. La fase estacionaria fue acetato de etilo-n-hexano y la fase móvil fue cloro con diferentes gradientes iónicos. La separación de los tres ácidos clorogénicos se logró en condiciones de sulfuro de litio y sulfato de amonio-nitrato de potasio. Li Shasha et al[19] usaron HPLC para medir el contenido de ácido clorogénico en granos de café de diferentes orígenes, Phenomenex Luna C18 se usó como columna cromatográfica, metanol-0.5 por ciento de agua con ácido fórmico se usó como columna móvil fase, y la longitud de onda fue de 285 nm. El mayor contenido de ortoácido fue de 3,333 mg/g.

Además del ácido clorogénico, los granos de café también contienen ácido quínico, ácido málico y ácido cítrico. Shao Jinliang et al. [20] detectó 5- El contenido de CQA, 4-CQA, 1,3-CQA y otras sustancias, y el contenido en los granos de café verde es más alto que en los productos de café. Algunos académicos extranjeros han encontrado ácido cítrico, ácido acético, ácido acrílico y ácido fumárico al probar café instantáneo comercial en España [21]. Además de los ácidos orgánicos anteriores, los granos de café también contienen ácido succínico, ácido citracónico, ácido eritrónico, ácido glucónico, ácido glicérico, etc.

1.5 ésteres

Hay muchos tipos de compuestos de éster en los granos de café, la mayoría de los cuales son generados por la conversión de grasa cruda en los granos de café. Después de que los granos de café se tuestan en diferentes grados, la composición de los compuestos de éster también es muy diferente, incluyendo principalmente aceite de café, esteroles y diterpenoides, etc. [22].

1.5.1 Aceite de Café

El aceite de café es rico en ácidos grasos insaturados y ácidos grasos saturados. Los ácidos grasos insaturados son principalmente ácido linoleico y los ácidos grasos saturados son principalmente ácido palmítico. También contiene una pequeña cantidad de ácido mirístico, ácido esteárico y ácido araquídico. Además de los ácidos grasos esenciales, el aceite de café también contiene otras sustancias biológicamente activas, como tocoferol, sitosterol, estigmasterol, escualeno, etc. El aceite de café generalmente se extrae con éter, éter de petróleo o disolvente orgánico n-hexano. Dong et al. [23] compararon los efectos de diferentes métodos de extracción en el contenido de aceite de café en los granos de café y encontraron que el contenido de aceite de café de la extracción asistida por microondas ultrasónico fue el más alto, tan alto como 10.58 por ciento ±0.32 por ciento . Algunos académicos[24] probaron los componentes químicos de 7 tipos de granos de café en Hainan. Usando tecnología de medición química, análisis de componentes principales, análisis de conglomerados jerárquicos y análisis de heterogeneidad unidireccional, los principales ácidos grasos en el aceite de café se midieron como ácido linoleico, ácido linoleico, ácido palmítico y ácido oleico. Zeng Fankui [25] usó espectrometría de masas por cromatografía de gases (cromatografía de gases-espectrometría de masas, GC-MS) para analizar el contenido de ácidos grasos de aceite de café en los granos de café Arábica de Yunnan, los granos de café Robusta de Xinglong y los granos de café Robusta de Vietnam, y encontró que los granos de café Arábica los granos de café tenían el mayor contenido de ácidos grasos. Su contenido de mayor a menor es 36,77 por ciento ~ 46,12 por ciento de ácido linoleico, 29,27 por ciento ~ 31,62 por ciento de ácido palmítico y 18,835 ~ 25,20 por ciento de ácido oleico. Los tres tipos de ácidos grasos representan el 95 por ciento del total de ácidos grasos. Ácido behénico, este resultado es consistente con el resultado detectado por Chen Yiping [26] de los posos de café de los productos de café.

1.5.2 Esteroles

Los granos de café contienen una gran cantidad de esteroles, siendo el más abundante el -sitosterol, seguido del estigmasterol, el campesterol y el Δ5-avenasterol. Nzekoue et al. [27] recolectó 14 tipos de residuos de granos de café de 12 países y extrajo cuatro fitoesteroles, a saber, -sitosterol.

188,5~688,5 mg/kg, campesterol 48,6~214,5 mg/kg, estigmasterol 8,9~188,5 mg/kg.

1.5.3 Diterpenoides

Los diterpenoides en los granos de café son principalmente alcoholes diterpénicos pentacíclicos, con el mayor contenido de diterpenos enantio-kaurane y cafestol, entre los cuales cafestol, kahweol, 16- Representado por O-metil cafestol, cafestol y kahweol son resistentes al ácido,

La luz y el calor son muy sensibles, con cierta volatilidad y aroma especial [28]. Lima et al. [29] catalizaron la extracción de cafestol y cafestol de granos de café verde, utilizando catalizadores de platino (Pd/C, Pd/CaCO3, Pd/BaSO4 y Pd/Al2O3) y catalizadores de Pd, y la pureza del producto fue alta.

Tsukui et al. [30] realizó la extracción asistida por microondas de 13 granos de café verde para recolectar aceite de café, que fue seis veces más eficiente que el método Soxhlet tradicional. Para estudiar los cambios de sustancias bioactivas en el aceite de café durante el almacenamiento, Hong Qidi [31] extrajo aceite de café de los granos de café Hainan Xinglong y utilizó el método HPLC para estudiar el café en granos de café almacenados a 60 grados durante 36 días bajo almacenamiento acelerado. Los cambios de los índices bioquímicos del aceite mostraron que los contenidos iniciales de cafestol y cafestol fueron 23.44±0.52 mg/g y 21.01±0.31 mg/g, respectivamente, y disminuyeron a 8.99± 0,02 mg/g y 8,21±0,10 mg/g después de 24 días. El contenido de componentes biológicamente activos disminuyó en diversos grados, lo que indica que el aceite de café sufrió una reacción de oxidación durante el almacenamiento.

1.6 Sustancias volátiles

El contenido de sustancias volátiles en los granos de café verde es muy pequeño, porque las reacciones complejas dentro de los granos de café durante el proceso de tostado conducen a la producción de una gran cantidad de sustancias aromáticas volátiles [32], incluidas las reacciones de Maillard y Strecker, así como proteínas. , azúcar, trigonelina y judías verdes. Degradación de ortoácidos [33]. Las sustancias volátiles de los granos de café incluyen principalmente alcoholes, aldehídos y cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, pirazinas, pirroles, piridinas, álcalis, sulfuros, furanos, fenoles, etc. Los más abundantes son los furanos y las pirazinas, siendo los compuestos de pirazina los de mayor impacto. sobre el sabor del café [34].

1.6.1 Furanos

El furano es la sustancia volátil más abundante en los granos de café y el sabor del furano es más evidente en los granos de café tostados. El proceso de generación de furanos es relativamente complejo. Hay cinco vías para la generación de furanos: (1) la degradación térmica de carbohidratos como glucosa, lactosa y fructosa; (2) la reacción de Maillard de aminoácidos específicos y azúcares reductores bajo calentamiento; (3) ácido ascórbico y sus derivados Se produce una reacción de degradación térmica; ④ reacción de oxidación de ácidos grasos insaturados; ⑤ oxidación de carotenoides

reacción [35]. Los furanos volátiles exhiben aromas tostados dulces y de malta.

1.6.2 Pirazinas

La pirazina también es un compuesto volátil rico en los granos de café, y los compuestos de alquilpirazina pueden formarse por la condensación de aminoácidos generados en la reacción de Strecker [35]. En general, los compuestos de pirazina exhiben sabores a nuez, terrosos y tostados. Los estudios han encontrado que la etilpirazina y la vinilalquilpirazina exhiben principalmente aromas terrosos [36], mientras que la 2-etil-3,5-dimetilpirazina y la 2,3-dietil-5-metilpirazina también es un importante compuesto de pirazina en el café [37].

1.6.3 Fenoles

Durante el proceso de tostado, los granos de café generarán compuestos fenólicos, especialmente guayacol, y el 4-etilguayacol es la principal sustancia portadora del aroma especiado del café [36]. Los compuestos fenólicos se generan principalmente por la degradación del ácido clorogénico en los granos de café para formar ácido cafeico, quinina, ácido ferúlico, lactona, etc., y luego se generan por degradación térmica [35].

1.6.4 Furanonas

El sabor principal de la furanona es el aroma a caramelo[35], que incluye principalmente 4-hidroxi-2,5-dimetil-3(2H)-furanona, 4-hidroxi{ {8}}etil-5-metilo v3 (2H)-furanona y 4-hidroxi-5-metil-3(2H)-furanona, etc. [38]. Las furanonas se forman a partir de monosacáridos y aminoácidos libres a través de la reacción de Maillard después de la enolización, degradación, isomerización, ciclación y deshidratación [35].

1.6.5 Compuestos que contienen azufre

El contenido de compuestos que contienen azufre es relativamente bajo, pero el fuerte olor tostado del azufre también es uno de los aromas clave de los granos de café. La cisteína, el acetaldehído, el metilmercaptano, etc. en los granos de café experimentan una reacción de Strecker con sulfuro de hidrógeno para formar compuestos que contienen azufre [35], incluidos 2-metil-3-furantiol, 3-metil{{ 6}}butano alqueno-1-tiol, 2,4-dimetil-5-etiltiazol, etc. [38].

1.6.6 Extracción y determinación de componentes volátiles en granos de café. Los granos de café son ricos en componentes volátiles. Zhan Jiafen et al. [39] utilizaron extracción ultrasónica y extracción por destilación para analizar los componentes volátiles en los granos de café de Laos. La GC-MS identificó un total de 77 componentes volátiles, incluidos 25 óxidos de nitrógeno, 12 cetonas, 12 ésteres, 10 fenoles, 6 ácidos, 6 hidrocarburos y aldehídos. 3 tipos, 2 tipos de éteres, 2 tipos de alcoholes. Wu et al. [40] utilizaron métodos de extracción como la extracción directa con solventes y la evaporación asistida del sabor para procesar los granos de café. Usando el método olfativo de cromatografía de gases, el método de análisis de dilución de extracción de aromas y el método de espectrometría de masas de cromatografía de gases, un total de 46 compuestos volátiles, incluidos 3-hidroxi-4,5-dimetil{{22} }(5H)-fulanona, 2-metilpropano, 3-metilbutano, etc. Dong et al. [41]

Los granos de café se secaron de cinco maneras diferentes: secado a temperatura ambiente, secado solar, secado con bomba de calor, secado con aire caliente y secado por congelación, y se detectaron 62 sustancias volátiles. Entre ellos, el método de secado por aire caliente obtuvo los componentes más volátiles y el método de liofilización obtuvo los componentes más volátiles. los componentes más volátiles.

2 Biosíntesis de las principales sustancias activas en los granos de café

Hay muchos componentes químicos en los granos de café, y el proceso metabólico en las plantas y los granos de café es extremadamente complejo. Hay pocos informes de investigación. En particular, hay pocas reacciones químicas y cambios materiales en los granos de café durante el procesamiento, y solo la cafeína tiene una vía biosintética clara. , trigonelina y ácido clorogénico.

2.1 Biosíntesis de cafeína

La cafeína es uno de los ingredientes activos más importantes de los granos de café y pertenece a los alcaloides de la metanfetamina. La ruta biosintética de la cafeína en los granos de café consta principalmente de cuatro pasos: metilación de xantina a 7-metilxantina, N-metil nucleótido sintasa para formar 7-metilxantina y luego a 7-metilxantina. La teobromina sintasa reacciona para formar teobromina, que finalmente reacciona con la cafeína sintasa para formar cafeína. Aunque los investigadores han descubierto otras vías sintéticas para la cafeína en un período posterior, esta vía sigue siendo la vía principal para la biosíntesis de la cafeína [42].

2.2 trigonelina

En el café, la trigonelina representa el 2 por ciento de su peso seco. El estudio actual muestra que hay dos vías sintéticas para la trigonelina en los granos de café: la primera es la vía de síntesis de novo que comienza con el ácido aspártico y el fosfotrisacárido: ácido aspártico-ácido quinolínico-mononucleótido de nicotinato - nucleótido de adenina del ácido nicotínico - dinucleótido de adenina de nicotina - mononucleótido de nicotinamida - ribósido de nicotinamida - nicotinamida - ácido nicotínico - trigonelina [43].

En este proceso de síntesis, el ácido nicotínico puede regenerar el mononucleótido de nicotinato bajo la acción de la fosforribosiltransferasa del ácido nicotínico, formando así el ciclo del nucleótido de la anfetamina [44]; la segunda vía de síntesis es el medio de la vía de síntesis de novo. El producto mononucleótido de nicotinato genera directamente ribósido de ácido nicotínico para producir ácido nicotínico, el precursor de la trigonelina [45].

2.3 Biosíntesis del ácido clorogénico

El ácido clorogénico es un compuesto fenilpropanoide, que se produce en los granos de café a partir del ácido cinámico y el ácido quínico a través de la vía del ácido shikímico: fenilalanina-ácido cinámico-ácido p-cumaroilquínico-cumaroil-CoA- ácido p-cumaroilquínico—5-CQA , 4-CQA, 3-CQA—5-FQA, 4-FOA, 3-FQA y el ácido p-cumaroilquínico también pueden interactuar con catecol-O-metil La reacción de la base transferasa genera ácido cafeico y ácido ferúlico, y luego reacciona con la coenzima A ligasa para generar 5-CQA, 4-CQA, 3-FQA, etc. [46].

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