绿咖啡提取物（GCE）因富含生物活性成分且具有潜在健康益处而成为研究热点。本文系统综述了绿咖啡的组成、咖啡豆加工、提取方法、健康功效、GCE微胶囊化及其在食品中的应用。绿咖啡生豆中绿原酸（CGA）含量显著高于烘焙豆，文献报道生豆CGA含量为543.23 ± 8.92 mg L−1，而烘焙后降至90.53 ± 12.97至270.93 ± 10.76 mg L−1，印证了热加工过程中CGA的降解特性。在各类提取技术中，微波辅助提取（MAE）始终表现出最高得率，所得提取物中咖啡因含量为34.08%–40.06%，CGA含量为46.41%–61.87%。临床研究显示，超重及肥胖人群每日补充10–6000 mg GCE，持续4–12周，可显著降低体重指数（BMI）并改善循环胰岛素水平。此外，以龙舌兰果聚糖与阿拉伯胶复配为壁材的喷雾干燥微胶囊化工艺，包封率达94.36%。作为食品配料，GCE添加量为0.025%–12%时，可使产品在90天储存期内氧化稳定性提升，抗氧化能力增强，且在香气与质构方面获得更好的消费者接受度。上述研究结果共同表明，GCE凭借其在食品与健康领域的多重优势具备广阔应用前景，尽管目前尚缺乏针对GCE的体内临床试验，本综述仍为后续研究提供了有价值的参考。
可持续性焦点
本研究强调绿咖啡提取物的可持续发展潜力，主张采用环境友好型提取技术与负责任的自然资源利用方式。通过比较先进绿色提取工艺与传统方法，重点展示了可降低溶剂消耗、减少能源需求并提升工艺效率的技术路径。微波辅助提取、天然低共熔溶剂-超声辅助提取（NADES-UAE）及酶辅助提取分别仅需5分钟、30分钟和60分钟，而传统提取工艺耗时长达25小时且需使用部分有毒溶剂。此外，综述还强调了可持续微胶囊化技术，利用可生物降解的食品级载体保护生物活性成分。这些综合策略支持联合国可持续发展目标（SDGs），尤其是SDG 12（负责任消费与生产）、SDG 3（良好健康与福祉）以及SDG 9（产业、创新与基础设施）。
背景
咖啡属于茜草科，是全球仅次于石油的第二大贸易商品。虽然大多数商业咖啡产品源自烘焙豆，但未烘焙的绿咖啡生豆因其高含量的绿原酸（CGA）及其他酚类化合物而受到越来越多的关注。这些化合物已被证实具有多种健康益处，包括抗氧化、抗炎和降血压作用。过去二十年，将绿咖啡加工为新型食品配料的科学关注度显著上升，相关研究主要集中于绿咖啡提取物（GCE）的加工技术、植物化学成分谱及生物活性等方面。然而，从加工可持续性视角对不同提取技术进行比较评估的研究仍然有限，导致难以确定环境友好且可规模化生产GCE的工艺路线。因此，亟需一篇更新的综述来整合现有证据，指导开发更绿色、更可持续的GCE提取策略。此外，当前文献缺乏对健康证据的系统性梳理，以及对随机对照试验（RCT）、荟萃分析和动物研究等不同类型研究质量的批判性评估。研究设计、GCE剂量、干预周期和结局指标的差异增加了结果解读的难度。同时，多数关于GCE在食品中应用的研究仍处于概念阶段，尚未形成比较性和应用导向的综合分析。微胶囊化作为一种提升GCE来源抗氧化剂稳定性、生物利用度和感官相容性的策略具有广阔前景，但现有研究往往局限于特定方法，未能充分结合配方需求与最终用途。针对上述空白，本综述整合了四个通常独立讨论的关联主题：一是作为绿咖啡原料选择与加工条件基础的GCE生物活性成分组成；二是面向可持续性的绿咖啡豆提取方法比较评估；三是作为稳定性和递送增强策略的微胶囊化技术；四是侧重可行性与实际配方挑战的食品基质应用。通过将环境可持续性纳入评估框架，本综述不仅是对现有发现的归纳总结，更为GCE作为功能性食品配料的可持发展提供了更具实践性和前瞻性的路线图。
绿咖啡的化学组成：生物活性物质、变异性及加工效应
绿咖啡含有涵盖初生和次生代谢产物的广泛生物活性成分。次生代谢产物包括多酚、萜类、黄酮类和咖啡因等生物碱，以及皂苷和生物活性肽。此外，按药理活性分类时，某些氨基酸、维生素和色素也可视为绿咖啡的生物活性成分。其中，咖啡因、绿原酸（CGA）和葫芦巴碱被公认为绿咖啡的关键化学标志物，常用于咖啡品种表征，同时也是重要的香气前体，对整体咖啡品质具有重要影响。三种化合物的含量存在显著差异，主要驱动因素为遗传因素，尤其是物种差异，品种间差异次之。咖啡因（1,3,7-三甲基黄嘌呤）属于甲基黄嘌呤类生物碱，广泛存在于食品、饮料和药品中，其主要天然来源包括咖啡、茶等植物。在冲泡咖啡中，咖啡因是苦味的主要贡献者之一。除感官作用外，咖啡因还具有中枢神经系统刺激功能，其机制主要为拮抗腺苷受体，从而抵消促睡眠信号并提升警觉性。葫芦巴碱是一种吡啶类生物碱，属于烟酸相关化合物，具有苦味，可用作食品添加剂以增强食品的咖啡样香气和风味。由于其亲水性和极性特征，葫芦巴碱易于在水系体系中配制，用于食品和制药应用。在商业层面，葫芦巴碱主要从植物中提取，在烘焙或热处理过程中可能降解为烟酸，因而具有一定营养价值。此外，葫芦巴碱还被报道具有抗偏头痛、抗癌、抗糖尿病、神经保护和降胆固醇等多种生物活性。
绿咖啡的化学组成存在显著变异性，除主要生物活性成分外，还含有不溶性多糖（约占干重50%）、少量蔗糖、果糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖，以及油脂和蜡质（8%–18%干重）、蛋白质（9%–12%干重）和矿物质（3%–5%干重）。绿咖啡中矿质元素含量最高的为钾（3.37 ± 0.03%）和钙（0.45 ± 0.04%），其具体组成受种植地域、农艺措施和采后处理等多因素影响。
加工过程对绿咖啡的化学组成具有决定性影响。水分含量是其关键质量属性，阿拉比卡生豆的水分含量通常不超过12.5%，湿法加工后一般为9.83%–11.75%，若水分偏高可通过日晒或机械方式复烘。后续的蒸豆和烘焙步骤会引发显著的理化变化。蒸豆对咖啡因含量影响极小，仅轻微降低约0.4%；而烘焙则会导致大幅转化，通常分为脱水和烘焙两个阶段。脱水阶段水分从生豆的10%–12%降至烘焙豆的约2.5%，为后续反应提供条件。烘焙阶段通常在空气中进行，按豆色可分为浅度、中度和深度烘焙。伴随视觉变化的是明显的物理改性，包括体积增加近一倍、重量损失15%–25%以及色泽持续加深。在高温（可达300℃）下可能发生油脂迁移，油体破裂使脂质渗出并产生理想香气，但过度烘焙可能导致结构开裂、膨胀及不良感官特性。值得注意的是，烘焙过程中的内部环境实质上是热解环境，大量二氧化碳释放有助于保护挥发性风味物质，减少氧化降解。烘焙还会驱动酚类组分的显著变化，包括CGA在内的多酚类物质含量随烘焙时间延长而显著下降，降幅可达7.3%–32.1%。CGA首先分解为咖啡酸和奎尼酸，后者可进一步生成酚类、二氢苯醌、愈创木酚等化合物。绿咖啡中CGA含量通常为干重的6%–10%，常规烘焙后的咖啡饮品和商业咖啡粉中仍可检测到可观的CGA。随着烘焙程度加深，CGA和奎尼酸总体呈下降趋势，而咖啡酸、没食子酸等酚类物质有所增加。抗氧化能力与烘焙程度的关系在不同研究中并不完全一致，但总体而言，浅度至中度烘焙咖啡往往保留更高的总酚含量和抗氧化特性，是营养角度更优的选择。咖啡因的行为则有所不同，其在浅度和中度烘焙时可能因质量损失产生浓缩效应而含量上升，深度烘焙时才可能出现热降解导致的下降。
GCE对人体健康的影响
人体临床证据表明，绿咖啡提取物主要在体重管理和心脏代谢结局方面开展研究，包括血糖控制、血压和血脂谱。多项随机对照试验和系统评价显示，超重或肥胖成人补充GCE可显著降低BMI，但体重和腰围的总体变化未达到统计学显著性，且干预周期短于4周时几乎未观察到效果，基线BMI≥25 kg m−2 的人群获益更为明显。在心脏代谢结局方面，针对代谢综合征、2型糖尿病和非酒精性脂肪肝患者的小型随机对照试验显示，GCE可改善收缩压、空腹血糖相关指标和部分血脂参数，但对肝脏特异性指标的影响尚不明确。然而，现有研究存在明显的异质性，不同试验中GCE的CGA谱、咖啡因含量和加工方式（包括脱咖啡因或水提工艺）差异较大，加之样本量普遍偏小、随访时间多为8–10周，限制了结果的临床推断价值。特别需要注意的是，目前已发表的临床研究均未提供CGA或其主要代谢物的药代动力学数据，包括最大血浆浓度（Cmax ）、达峰时间（Tmax ）和药时曲线下面积（AUC），这阻碍了对剂量-效应关系的明确解析。由于CGA在体内容易发生广泛的首过代谢和结肠代谢，产生异质性较高的酚类代谢物池，未来临床研究应优先整合药代动力学终点与疗效结局，以支撑GCE类产品的科学设计。
GCE的生产
提取是GCE生产的核心步骤，直接决定最终CGA和咖啡因谱、工艺效率及产品的安全性与可持续性。传统溶剂法虽简单易放大，但普遍存在耗时长、溶剂用量大、环境与职业健康负担高等问题，推动了绿色提取策略的发展。微波辅助提取（MAE）在食品级溶剂（水或乙醇）条件下可在5分钟内实现咖啡因得率34.08%–40.06%、CGA得率46.41%–61.87%，远高于其他方法，但其工业推广需解决加热均匀性和工程放大问题。以水为基础的常规水提（AEP）和酶辅助水提（EAEP）在50℃、中性pH条件下操作，不使用有机溶剂，环境友好且易于工业化，是目前食品级GCE最具潜力的工艺路径，主要挑战在于下游的澄清和水分去除。亚临界水提取（SWE）和亚临界水解（SCWH）利用高温高压水替代有机溶剂，但能耗和设备投资较高，适合在有热集成条件的工厂中应用。超临界二氧化碳（scCO2 ）提取技术成熟，适用于脱咖啡因和组分分离，但单独用于富集CGA时竞争力不足。天然低共熔溶剂结合超声辅助提取在实验室阶段表现良好，但黏度高、溶剂回收难等问题仍待解决。总体而言，不存在普适的最优提取技术，未来应从得率、生物活性稳定性、溶剂安全性、能耗和下游效率等多个维度构建统一的可持续性评估框架。
GCE的微胶囊化
载体选择是决定微胶囊微观结构和功能的核心因素。麦芽糊精因溶解性好、黏度低和成膜性佳而被广泛使用，其高分子量和较高玻璃化转变温度可降低喷雾干燥过程中的粉末黏性，提高产率。研究显示，以麦芽糊精为壁材时包封效率超过70%，且能有效降低吸湿性、改善表面形态和溶解度，延长货架期。将麦芽糊精与脱脂乳复配可进一步提升总酚含量和抗氧化活性。其他载体体系也各具优势：龙舌兰果聚糖与阿拉伯胶复配可实现94.36%的CGA包封率；乳清蛋白浓缩物（WPC）可有效掩蔽不良风味并保持生物活性；β-环糊精（β-CD）则通过分子包合作用限制CGA与膳食蛋白的结合，提升酚类的消化后可用性。
喷雾干燥是最常用的微胶囊化技术，兼具连续生产能力强、载体兼容性好、操作灵活和成本较低等优势，但需优化工艺参数以减少热敏性成分的降解。冷冻干燥条件更温和，可获得更低的含水量和水活度，但成本较高，不利于大规模生产。纳米喷雾干燥可制备粒径约82纳米的颗粒，实现肠道靶向释放和高储存稳定性。β-环糊精包合则是一种非干燥的分子封装策略，主要用于调控分子间相互作用。总体而言，微胶囊化可显著提升GCE的储存稳定性、食品基质相容性和消化生物可及性，但需结合成本和应用场景进行选择。值得注意的是，尽管微胶囊化改善了CGA的胃肠道释放，但由于其本身口服生物利用度较低，大部分需在结肠经肠道菌群代谢为咖啡酸、阿魏酸等小分子酚酸后才能进入体循环，因此技术层面的稳定性提升并不直接等同于原生CGA的系统暴露量增加。
绿咖啡提取物在食品中的应用
GCE在食品中的应用可按基质类型归纳为烘焙制品、乳制品及饮料、肉制品、脂质食品等几大类。在烘焙制品中，GCE可显著提升抗氧化活性，并在油炸甜甜圈中降低7%–9%的丙烯酰胺含量，但高热加工会导致20%–40%的酚类损失，且高浓度添加易引发绿色外观和异味，通常3%左右的添加量可在功能性与感官可接受性之间取得平衡。乳制品中，GCE与酪蛋白的相互作用可减少酸奶的乳清析出，改善质地，微胶囊化则能进一步降低直接感官冲击，提升接受度。在豆奶和可可饮料等液态体系中，GCE可增加总酚含量和抗氧化能力，但绿色调可能影响色泽接受度，微胶囊化和深色基质的掩蔽作用可支持更高水平的强化。在鲭鱼糜和山羊肉块等肉制品中，GCE表现出良好的脂质抗氧化和抑菌效果，延长冷藏和冷冻货架期。在蛋黄酱和人造奶油等脂质丰富的乳化体系和涂抹食品中，GCE可延缓过氧化值升高，其微胶囊化制剂在90天储存期内维持稳定的抗氧化活性，感官表现与合成抗氧化剂相当。此外，GCE中的酚类与蛋白质的水解产物还可促进呋喃和吡嗪类挥发性物质的形成，正向影响焙烤食品的香气特征，但过度封装可能会抑制这种相互作用，构成配方设计中的权衡点。综上，GCE在食品中的应用需综合考虑基质特性、加工强度、载体选择和感官影响，构建兼顾稳定性、功能性和可持续性的定制化方案。
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