說(shuō)起咖啡，大家肯定都已十分熟悉，有人愛(ài)它的香醇，有人靠它提神，而近年來(lái)，咖啡更成為健康話題中的“明星選手”——從抗氧化到防癌，從控制血糖到改善代謝，科研界對(duì)咖啡的探索從未停歇。

今天要解讀的這篇發(fā)表于《飲料植物研究》的論文，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所的科研團(tuán)隊(duì)，他們揪出了3種全新的咖啡二萜酯類化合物，并借助先進(jìn)的質(zhì)譜分子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，識(shí)別出另外3種微量活性成分。

令人興奮的是，這些成分均展現(xiàn)出抑制α-葡萄糖苷酶的潛力——這正是控制餐后血糖的關(guān)鍵酶之一。

研究意義與目標(biāo)

咖啡是全球最受歡迎的飲品之一，其化學(xué)成分復(fù)雜如迷宮。咖啡二萜是咖啡的特有成分，多以酯的形式存在于咖啡油中。此前研究已表明，咖啡二萜如咖啡醇和咖啡豆醇具有抗癌、降血糖等潛在活性。

然而，烘焙咖啡豆是一個(gè)高度復(fù)雜的混合物體系，傳統(tǒng)分離方法如同“大海撈針”，效率低、成本高、且容易遺漏微量成分。

本研究的目標(biāo)非常明確：建立一套高效、節(jié)能的活性成分挖掘流程，快速?gòu)暮姹喊⒗瓤Х榷怪墟i定具有α-葡萄糖苷酶抑制活性的新型二萜酯，并嘗試不經(jīng)過(guò)純化直接識(shí)別微量同類成分。α-葡萄糖苷酶是碳水化合物消化關(guān)鍵酶，抑制其活性可延緩葡萄糖吸收，有助于血糖控制——這也是目前糖尿病管理及健康飲食領(lǐng)域的熱門靶點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象與流程

研究團(tuán)隊(duì)以云南產(chǎn)阿拉比卡咖啡豆的烘焙豆為原料，經(jīng)石油醚提取后得到二萜酯粗提物。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為“三步走戰(zhàn)略”，兼顧效率與精準(zhǔn)度：

一、初篩
粗提物經(jīng)硅膠柱層析分為19個(gè)組分，每個(gè)組分同時(shí)進(jìn)行1H NMR檢測(cè)和α-葡萄糖苷酶抑制活性測(cè)試。通過(guò)聚類熱圖分析，研究者發(fā)現(xiàn)活性較高的組分集中在Fr.9–Fr.13（見(jiàn)下圖），且這些組分在1H NMR譜中共享一組特征信號(hào)（如醛基質(zhì)子信號(hào)δH 10.19），提示這類信號(hào)可能與活性相關(guān)。

二、精查
從活性組中選取代表組分Fr.9進(jìn)行13C DEPT NMR檢測(cè)，確認(rèn)其中存在醛基碳信號(hào)（δC 192.9）。接著通過(guò)半制備高效液相色譜分離，得到三個(gè)主要化合物（對(duì)應(yīng)色譜峰保留時(shí)間16、24、31分鐘），分別命名為caffaldehyde A (1)、B (2)、C (3）。

三、深挖
為避免遺漏微量成分，研究者將19個(gè)組分合并為4組，進(jìn)行LC-MS/MS分析，并基于碎片離子相似性構(gòu)建分子網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)化合物，相連節(jié)點(diǎn)表示它們具有相似的質(zhì)譜碎片模式——就像社交網(wǎng)絡(luò)中“興趣相近的人會(huì)被推薦在一起”。

基于1H NMR數(shù)據(jù)的咖啡二萜類餾分聚類熱圖找到了什么？它們有何本領(lǐng)？

結(jié)果部分詳細(xì)展開(kāi)如下：

經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)解析，化合物1–3均為全新的咖啡二萜酯，其共同特點(diǎn)是二萜骨架上連接一個(gè)長(zhǎng)鏈脂肪酸。具體來(lái)說(shuō)：

• Caffaldehyde A (1)：脂肪酸部分為棕櫚酸（16碳飽和脂肪酸）。

• Caffaldehyde B (2)：脂肪酸部分為硬脂酸（18碳飽和脂肪酸）。

• Caffaldehyde C (3)：脂肪酸部分為花生酸（20碳飽和脂肪酸）。

通過(guò)2D NMR（如HMBC相關(guān)信號(hào)）確定了酯鍵連接位置為二萜骨架的C-17位（下圖）。此外，ROESY相關(guān)提示OH-16為α構(gòu)型。這些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)如同為每個(gè)化合物繪制了“分子身份證”。

活性驗(yàn)證顯示：三者均具有顯著的α-葡萄糖苷酶抑制活性，IC??值分別為45.07±3.16 μM (1)、24.40±0.33 μM (2)、17.50±2.86 μM (3)。作為對(duì)照，常用降糖藥物阿卡波糖的IC??為60.71±16.45 μM。這意味著化合物2和3的活性甚至優(yōu)于阿卡波糖。

化合物1?3的結(jié)構(gòu)及其對(duì)α-葡萄糖苷酶的IC50值

更精彩的部分在于分子網(wǎng)絡(luò)的“云識(shí)別”。在構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)中，化合物1–3的節(jié)點(diǎn)緊密相鄰，且它們共享一組特征碎片離子（m/z 313、295、277、267）。在其附近，研究者注意到三個(gè)未被數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的節(jié)點(diǎn)，其準(zhǔn)分子離子峰分別為583.433、595.435、611.464，且碎片模式與1–3高度相似（見(jiàn)圖5a）。

由此推測(cè)它們應(yīng)為同一類二萜酯，只是脂肪酸鏈長(zhǎng)度不同，分別對(duì)應(yīng)十七碳、十八碳單烯、十九碳飽和脂肪酸酯，并命名為化合物4–6。盡管未實(shí)際分離，但通過(guò)質(zhì)譜數(shù)據(jù)與碎片推理，這些微量成分的“身份”已躍然紙上。

圖：(a) 含二萜的MN1；(b) 化合物1?6特征片段的可能形成途徑

總之，本研究成功展示了一種“多譜技術(shù)聯(lián)合去重復(fù)策略”的有效性。1H NMR快速掃描結(jié)合活性聚類，避免了傳統(tǒng)分離的盲目性；13C NMR進(jìn)一步確認(rèn)特征官能團(tuán)；而LC-MS/MS分子網(wǎng)絡(luò)則將結(jié)構(gòu)相似的化合物自動(dòng)歸類，實(shí)現(xiàn)微量成分的“虛擬分離”。這種方法不僅大大節(jié)省有機(jī)溶劑和時(shí)間，也為食品、中藥等復(fù)雜體系中活性成分的系統(tǒng)挖掘提供了新思路。

如果你覺(jué)得上文太復(fù)雜了，化為我們?nèi)粘Ｉ钪锌梢杂玫降木褪牵喝绻X(jué)得吃太撐了或是太油膩了，可以給自己來(lái)一杯黑咖啡，幫助控制血糖~當(dāng)然，咖啡雖好，亦須酌情飲用，均衡飲食與健康生活才是真正的“控糖良方”！

參考資料：

[1]Hu G, Quan C, Al-Romaima A, Dai H, Qiu M. 2025. Bioactive oriented discovery of diterpenoids in Coffea arabica basing on 1D NMR and LC-MS/MS molecular network. Beverage Plant Research 5: e004 doi: 10.48130/bpr-0024-0035

來(lái)源 | 生物谷

撰文 | 生物谷

編輯 | 木白

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