说起咖啡，大家肯定都已十分熟悉，有人爱它的香醇，有人靠它提神，而近年来，咖啡更成为健康话题中的“明星选手”——从抗氧化到防癌，从控制血糖到改善代谢，科研界对咖啡的探索从未停歇。
今天要解读的这篇发表于《饮料植物研究》的论文，来自中国科学院昆明植物研究所的科研团队，他们揪出了3种全新的咖啡二萜酯类化合物，并借助先进的质谱分子网络技术，识别出另外3种微量活性成分。
令人兴奋的是，这些成分均展现出抑制α-葡萄糖苷酶的潜力——这正是控制餐后血糖的关键酶之一。
研究意义与目标
咖啡是全球最受欢迎的饮品之一，其化学成分复杂如迷宫。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、降血糖等潜在活性。
然而，烘焙咖啡豆是一个高度复杂的混合物体系，传统分离方法如同“大海捞针”，效率低、成本高、且容易遗漏微量成分。
本研究的目标非常明确：建立一套高效、节能的活性成分挖掘流程，快速从烘焙阿拉比卡咖啡豆中锁定具有α-葡萄糖苷酶抑制活性的新型二萜酯，并尝试不经过纯化直接识别微量同类成分。α-葡萄糖苷酶是碳水化合物消化关键酶，抑制其活性可延缓葡萄糖吸收，有助于血糖控制——这也是目前糖尿病管理及健康饮食领域的热门靶点。
实验对象与流程
研究团队以云南产阿拉比卡咖啡豆的烘焙豆为原料，经石油醚提取后得到二萜酯粗提物。实验设计为“三步走战略”，兼顾效率与精准度：
一、初筛
粗提物经硅胶柱层析分为19个组分，每个组分同时进行¹H NMR检测和α-葡萄糖苷酶抑制活性测试。通过聚类热图分析，研究者发现活性较高的组分集中在Fr.9–Fr.13（见下图），且这些组分在¹H NMR谱中共享一组特征信号（如醛基质子信号δH 10.19），提示这类信号可能与活性相关。
二、精查
从活性组中选取代表组分Fr.9进行¹³C DEPT NMR检测，确认其中存在醛基碳信号（δC 192.9）。接着通过半制备高效液相色谱分离，得到三个主要化合物（对应色谱峰保留时间16、24、31分钟），分别命名为caffaldehyde A (1)、B (2)、C (3）。
三、深挖
为避免遗漏微量成分，研究者将19个组分合并为4组，进行LC-MS/MS分析，并基于碎片离子相似性构建分子网络。在网络中，每个节点代表一个化合物，相连节点表示它们具有相似的质谱碎片模式——就像社交网络中“兴趣相近的人会被推荐在一起”。
基于¹H NMR数据的咖啡二萜类馏分聚类热图找到了什么？它们有何本领？
结果部分详细展开如下：
经过结构解析，化合物1–3均为全新的咖啡二萜酯，其共同特点是二萜骨架上连接一个长链脂肪酸。具体来说：
Caffaldehyde A (1)：脂肪酸部分为棕榈酸（16碳饱和脂肪酸）。
Caffaldehyde B (2)：脂肪酸部分为硬脂酸（18碳饱和脂肪酸）。
Caffaldehyde C (3)：脂肪酸部分为花生酸（20碳饱和脂肪酸）。
通过2D NMR（如HMBC相关信号）确定了酯键连接位置为二萜骨架的C-17位（下图）。此外，ROESY相关提示OH-16为α构型。这些结构细节如同为每个化合物绘制了“分子身份证”。
活性验证显示：三者均具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性，IC₅₀值分别为45.07±3.16 μM (1)、24.40±0.33 μM (2)、17.50±2.86 μM (3)。作为对照，常用降糖药物阿卡波糖的IC₅₀为60.71±16.45 μM。这意味着化合物2和3的活性甚至优于阿卡波糖。
化合物1−3的结构及其对α-葡萄糖苷酶的IC50值
更精彩的部分在于分子网络的“云识别”。在构建的网络中，化合物1–3的节点紧密相邻，且它们共享一组特征碎片离子（m/z 313、295、277、267）。在其附近，研究者注意到三个未被数据库收录的节点，其准分子离子峰分别为583.433、595.435、611.464，且碎片模式与1–3高度相似（见图5a）。
由此推测它们应为同一类二萜酯，只是脂肪酸链长度不同，分别对应十七碳、十八碳单烯、十九碳饱和脂肪酸酯，并命名为化合物4–6。尽管未实际分离，但通过质谱数据与碎片推理，这些微量成分的“身份”已跃然纸上。
图：(a) 含二萜的MN1；(b) 化合物1−6特征片段的可能形成途径
总之，本研究成功展示了一种“多谱技术联合去重复策略”的有效性。¹H NMR快速扫描结合活性聚类，避免了传统分离的盲目性；¹³C NMR进一步确认特征官能团；而LC-MS/MS分子网络则将结构相似的化合物自动归类，实现微量成分的“虚拟分离”。这种方法不仅大大节省有机溶剂和时间，也为食品、中药等复杂体系中活性成分的系统挖掘提供了新思路。
如果你觉得上文太复杂了，化为我们日常生活中可以用到的就是：如果觉得吃太撑了或是太油腻了，可以给自己来一杯黑咖啡，帮助控制血糖~当然，咖啡虽好，亦须酌情饮用，均衡饮食与健康生活才是真正的“控糖良方”！
参考资料：
[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
来源 | 生物谷
撰文 | 生物谷
编辑 | 木白
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