一种植物基咖啡组合物及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于咖啡制品领域，具体涉及一种植物基咖啡组合物及其制备方法与应用。


背景技术：

2.咖啡作为世界三大饮料之一，与可可、茶同为流行于世界的主要饮品。据《中华本草》记载，咖啡性味微苦、涩、平；利尿、健胃，主精神倦怠、食欲不振，其主要有效成分咖啡因及与其结构类似物茶碱有很强的中枢兴奋作用。人服用85
‑
250mg咖啡因可使长时间脑力劳动工作能力增强，反应时间缩短，但涉及精巧肌肉协调和准确计时或算术的工作能力有所下降；同时，也会表现出心率稍有增加，收缩压和舒张压上升等情况。尽管近几十年，越来越多的研究证实，长期适量饮用咖啡对改善体脂、ⅱ型糖尿病、肿瘤等慢性代谢疾病以及阿尔兹海默症等神经系统疾病有一定的预防及改善作用，但服用后出现的失眠、不安、激动、呼吸加快以及心动过速等常见表现仍让大多数人对咖啡望而却步。并且，咖啡中含有的单宁酸会促进可溶性类黑素沉积在牙齿上，留下不想要的“咖啡牙”。又由于咖啡是酸性的，喝完后立即刷牙可能会削弱牙釉质，导致牙齿着色。另外，咖啡的浓郁香气会极大地随着放置时间延长而消退，影响其风味。因此，对于希望保持健康状态的咖啡嗜好者或者对咖啡因敏感却又喜欢咖啡风味的人来说，亟需一款天然、健康、安全且咖啡风味保留较高的日常饮品。
3.人参，如《中国药典》中所言，味甘、微苦、微温；归脾、肺、心、肾经。能大补元气，复脉固脱，补脾益肺，生津养血，安神益智，可用于体虚欲脱，肢冷脉微，脾虚食少，肺虚喘咳，津伤口渴，内热消渴，气血亏虚，久病虚赢，惊悸失眠，阳痿宫冷。人参早已于2012年被卫生部批准人参(人工种植)为新食品原料。人参皂苷是人参主要的活性成分，具有与咖啡因类似的兴奋中枢神经、抗疲劳的作用，亦有安神、改善记忆与学习能力、增强心肌功能等可弥补咖啡因“不适症”的突出生物学活性。
4.刺梨，据《中华本草》记载，性味甘、酸涩；归经脾、肾、胃经。功能主治健胃、消食、止泻。主食积饱胀、肠炎腹泻。自90年代初期，以贵州学者领衔的刺梨研究兴起，发现刺梨中含有维生素、黄酮、超氧化物歧化酶、多糖、氨基酸、有机酸、微量元素、多酚等各种活性成分，具有一定的抗氧化、解毒、抑菌等生物学活性。
5.专利文献cn201910466342.5公开了一种低因人参速溶咖啡，但该方案仍存在一定的缺点，如咖啡生豆长时间浸提，严重破坏了咖啡的香味及风味，同时，并未用功效成分指导人参的提取工艺，较难说明其是否能替代咖啡因起到提神的作用，而且该咖啡还添加了植脂末、食用香精等食品添加剂，与目前市面上的咖啡饮料配方相似度高。
6.基于目前咖啡饮料的现状，有必要对其配方及制备工艺进行改进，开发一种具有提神醒脑及改善代谢健康的植物基咖啡，避免咖啡因可能导致的失眠，不安、激动、心动过速等常见表现以及咖啡渍沉积带来的牙齿不美观，突破了市面上功能食品药品形象重、产品同质化、科学依据不充分的现状。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种植物基咖啡组合物及其制备方法与应用，该组合物原料简单、天然、健康，具有提神醒脑及改善代谢健康的功能。
8.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种植物基咖啡组合物，包括可食用药用植物a提取液、可食用药用植物b提取液和咖啡萃取液，可食用药用植物a提取液、可食用药用植物b提取液以及咖啡萃取液的植物原料质量比为可食用药用植物a：可食用药用植物b：咖啡豆＝(1～2)：(6～10)：(4～6)，其中，可食用药用植物a提取液中人参皂苷含量为4～6wt％，可食用药用植物b提取液中维生素c含量为16～21mg/g，咖啡萃取液中可溶性固形物含量为0.70～1.38wt％。
9.本文中，可食用药用植物a提取液的植物原料是可食用药用植物a，可食用药用植物b提取液的植物原料是可食用药用植物b，咖啡萃取液的植物原料是咖啡豆。
10.本文中“人参皂苷含量”指的是人参皂苷rg1、re、rf、rb1、rb2、rc和rd的含量之和。
11.本发明选用含有人参皂苷的可食用药用植物a、含有维生素c等抗氧化成分的可食用药用植物b与咖啡配伍，原料简单、天然、健康，得到的植物基咖啡组合物具有提神醒脑及改善代谢健康的功能。
12.优选地，所述可食用药用植物a包括人参、红参、丹参、三七中的至少一种(这里“至少一种”指的是一种、两种、三种或四种)。进一步优选地，所述可食用药用植物a为人参。
13.优选地，所述可食用药用植物b包括柠檬、茶叶、刺梨中的至少一种(这里“至少一种”指的是一种、两种或三种)。进一步优选地，所述可食用药用植物b为刺梨。
14.优选地，所述可食用药用植物a为人参，所述可食用药用植物b为刺梨。
15.人参：就功能而言，其安神、改善记忆与学习能力、增强心肌功能等可弥补咖啡因引发的“不适症”；就风味而言，其口感回甘，作为甜味来源，可替代糖等甜味剂，更加天然健康。
16.刺梨：就功能而言，其富含的维生素、黄酮、超氧化物歧化酶等成分具有抗氧化、解毒、抑菌等功能，可改善咖啡渍沉积带来的牙齿不美观；就风味而言，这些活性成分能最大程度地维持货架期内咖啡的浓郁风味，同时，带来刺梨清香的气味和口感，有助于维持口腔健康。
17.咖啡：风味来源。
18.本发明以人参为君、刺梨为臣、咖啡为使，配伍出具有提神醒脑及改善代谢健康的植物基咖啡组合物，通过成分协同作用，避免了咖啡因可能导致的失眠，不安、激动、心动过速等常见表现以及咖啡渍沉积带来的牙齿不美观影响，同时，最大程度地保留了货架期内咖啡的浓郁风味，突破了市面上功能食品药品形象重、产品同质化、科学依据不充分的现状。
19.优选地，所述可食用药用植物a提取液和咖啡萃取液分别通过水煎煮法加工而成；所述可食用药用植物b提取液通过水浸提法加工而成。
20.第二方面，本发明还提供了上述植物基咖啡组合物在制备具有提神醒脑和/或改善代谢健康功能的制剂中的应用。
21.优选地，所述制剂的剂型包括饮料、口服液、片剂或胶囊。
22.所述制剂为饮料时，其还包括水、牛奶、豆奶、奶粉、果汁、巧克力、糖、糖醇中的一
种或两种以上，丰富饮料口感。
23.第三方面，本发明还提供了一种上述植物基咖啡组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
24.(1)按1g:(8～10)ml的料液比在可食用药用植物a中加入水，在微沸状态下提取1～2次，单次提取时间为40～60min，得到可食用药用植物a提取液；
25.(2)按1g:(10～20)ml的料液比在可食用药用植物b中加入水，在40～60℃下浸提1～2次，单次提取时间为10～60min，得到可食用药用植物b提取液；
26.(3)将焙炒咖啡豆制成咖啡粉末，按1g:(10～20)ml的料液比加入水，在微沸状态下提取2～4min，得到咖啡萃取液；
27.(4)将可食用药用植物a提取液、可食用药用植物b提取液和咖啡萃取液混合，即得所述植物基咖啡组合物。
28.优选地，所述步骤(1)中，按1g:10ml的料液比在人参中加入水，在微沸状态下提取2次，单次提取时间为60min，合并、过滤提取液，得到人参提取液，即得所述可食用药用植物a提取液。在本工艺下提取到的人参提取液含有高含量的人参皂苷(6wt％)，该剂量不仅能发挥提神醒脑的生物学活性，还能安神、增强心肌功能，弥补咖啡因引发的不适症状。
29.优选地，所述步骤(2)中，选取成熟刺梨果实，粉碎后按1g:20ml的料液比加入水，在40℃下浸提2次，单次提取时间为60min，合并、过滤提取液，得到刺梨提取液，即得所述可食用药用植物b提取液。在本工艺下提取到的刺梨提取液，具有抗氧化、调节血糖、调节血脂、促进新陈代谢、促进训练后的肌肉恢复、抑制口腔细菌滋生等的活性成分(包括多甲氧基黄酮、木犀草素、槲皮素、原花青素、儿茶素、木脂素、缬氨酸、维生素c等)，且经实验证实，刺梨提取液体外清除氧自由基的抗氧化能力与等质量浓度的维生素c标准品相当，因此，刺梨提取液在本发明配方中与人参提取液协同，发挥了改善代谢健康的作用。
30.优选地，所述步骤(3)中，料液比为1g:20ml，提取时间为2min。
31.本发明通过优化人参、刺梨和咖啡的提取工艺，并科学调整三种提取液的配比，三者协同，发挥了改善代谢健康的作用，得到的组合物口感层次鲜明，风味轮廓饱满，具备咖啡的坚果香、硫香、巧克力香、花香、水果香等特征香气与口味，同时，能体会到人参的回甘以及刺梨的清香。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的组合物植物基咖啡组合物原料简单、天然、健康，通过科学配比，成分协同，具有提神醒脑及改善代谢健康的功能，避免了咖啡因可能导致的失眠、不安、激动、心动过速等常见表现以及咖啡渍沉积带来的牙齿不美观的影响。
附图说明
33.图1为人参提取液的hplc图谱；
34.图2为刺梨提取液的总离子流图。
具体实施方式
35.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明。
36.实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
37.实施例1人参提取条件的优化
38.人参提取液的制备方法：在5年以下人工种植的人参或人参不定根中加入8～10倍体积的水(即料液比为1g:(8～10)ml，其他类似描述同理)，在微沸状态下提取1～2次，单次提取时间为40
‑
60min，得到人参提取液。
39.采用正交设计试验，在微沸状态下，对加水量、提取次数、提取时间进行条件优选(见表1)，考察指标为提取率及人参皂苷含量，结果如表2。人参皂苷检测方法参考《中国药典》，采用外标法进行测定，具体处理如下，鉴别图谱如图1。
40.1、液相色谱的条件
41.检测波长：203nm；
42.流速：1.0ml/min；
43.色谱柱：c18，150
×
4.6mm，5μm；
44.流动相：a水，b 50vol％乙腈；
45.梯度程序见下表。
46.时间(min)0355570100105120120b比例(％)38385858803838stop
47.2、对照品测定
48.精密称取人参皂苷rg1、人参皂苷re、人参皂苷rf、人参皂苷rb1、人参皂苷rb2、人参皂苷rc、人参皂苷rd对照品适量，置于50ml棕色容量瓶中，加入甲醇，超声溶解放冷至室温，定容，摇匀，配制成含各对照品0.2mg/ml的对照品溶液。过0.45μm滤膜，10μl进样。
49.3、样品测定
50.精密称取提取物适量，置10ml棕色容量瓶中，加入甲醇，超声溶解30min，放冷至室温，定容，摇匀，过0.45μm滤膜，10μl进样。
51.4、计算
[0052][0053]
其中，c0：对照品浓度；a0：对照品峰面积；c1：样品浓度；a1：样品相应成分峰面积；
[0054]
人参皂苷re、人参皂苷rf、人参皂苷rb1、人参皂苷rb2、人参皂苷rc以及人参皂苷rd含量的计算公式同上。
[0055]
提取物中人参皂苷含量％＝人参皂苷rg1、re、rf、rb1、rb2、rc、rd七个成分含量之和。
[0056]
表1因素水平表
[0057][0058]
表2正交实验结果表
[0059][0060]
确定人参提取液的最优提取条件为：料液比为1g:10ml，提取次数为2次，单次提取时间为60min。在此工艺条件下，所得人参提取液中人参皂苷的含量为6wt％。
[0061]
实施例2刺梨提取条件的优化
[0062]
刺梨提取液的制备方法：选取成熟刺梨干果，粉碎后加10～20倍体积的水，在40～60℃浸提1～2次，单次提取时间为10～60min，得到刺梨提取液。
[0063]
采用正交设计试验，对加水量、提取次数、提取时间、提取温度进行条件优选(见表3)，考察指标为提取率及维生素c含量，结果如表4。
[0064]
表3因素水平表
[0065][0066]
表4正交实验结果表
[0067][0068]
以vc含量为主要决定因素，其次以提取率为参考，确定刺梨提取液的最优提取条件为：料液比为1g:20ml，提取温度为40℃，提取次数为2次，单次提取时间为60min。
[0069]
使用agilent 6546超高效液相色谱
‑
四级杆
‑
飞行时间质谱(uhplc
‑
q
‑
tof
‑
ms)对得到的刺梨提取液进行分析。在esi正离子质谱分析模式下进行，参数设置如下，鞘气体温度为250℃，鞘气流量11l/min，气流干燥气体温度为150℃，干燥气流量为15l/min，喷雾器气压25psi，毛细管电压4000v，碰撞单元能量(ce)20ev。所得色谱如图2，目前，已从几千种分析到的成分中鉴定出40种活性成分，列举部分结果如表5。
[0070]
表5从刺梨提取液中鉴定到的部分成分
[0071]
[0072]
[0073][0074]
以维生素c标准品为对照，通过体外dpph自由基清除实验验证刺梨提取液的体外抗氧化能力。实验结果如表6所示，其中刺梨提取液样品浓度是将最优提取条件得到的刺梨提取液稀释后的浓度，以刺梨提取液样品浓度为0.0004mg/μl时为例，是将0.0004mg最优提取条件得到的刺梨提取液稀释至1μl后的浓度。
[0075]
表6刺梨提取液、维生素c dpph自由基清除率
[0076][0077]
由表6可知，本发明所得刺梨提取液与维生素c具有等效的清除自由基的功效。
[0078]
实施例3咖啡萃取条件的优化
[0079]
咖啡萃取液的制备方法：选取焙炒咖啡豆制成咖啡粉末，料液比1g:(10～20)ml，用微沸饮用水萃取2～4min，得到咖啡萃取液。
[0080]
采用正交设计试验，对料液比、萃取时间进行条件优选(见表7)，考察指标为可溶性固形物含量，结果如表8。可溶性固形物含量可以反映咖啡香气与味道的“强度”。国际精品咖啡协会通过咖啡杯测及接受度分析等试验，认为可溶性固形物含量在0.70～1.38％时，咖啡风味的平衡性最好，并常作为评定咖啡液品质标准之一。
[0081]
表7因素水平表
[0082][0083]
表8正交实验结果表
[0084][0085]
由上述结果可知，当料液比为1g:20ml，萃取时间为2min时，所得咖啡萃取液中可
溶性固形物含量为1.2wt％，咖啡风味的平衡性最好，且处理效率非常高，因此认为该工艺条件为最优提取条件。
[0086]
实施例4：咖啡与其他植物组合
[0087]
为探究改善咖啡导致的“不适症”，将咖啡与其他植物进行组合，形成组合物，各组合物的组成见表9。
[0088]
表9配方一和配方二
[0089][0090]
将人参、刺梨、咖啡分别按实施例1～3所得最优提供工艺进行提取，再将所得人参提取液、刺梨提取液和咖啡萃取液进行混合，得到植物基咖啡组合物，其中配方一所得人参提取液、刺梨提取液以及咖啡萃取液的质量比约为2：11：9，配方二所得人参提取液、刺梨提取液以及咖啡萃取液的质量比约为1：7：6。
[0091]
实施例5：植物基咖啡组合物提神醒脑作用评价
[0092]
(1)实验目的
[0093]
探讨配方一的人参、刺梨、咖啡组合物对疲劳模型小鼠提神醒脑的促进作用。
[0094]
(2)实验方法与检测指标
[0095]
购买7周龄spf级balb/c雌性小鼠，动物合格证号为1103242011015894。检疫后动物随机分为空白组5只，模型组5只，配方一低剂量组5只，配方一中剂量组5只，配方一高剂量组5只，人参提取液组5只，刺梨提取液组5只，咖啡萃取液组5只。
[0096]
造模方法：除空白组小鼠外，其他小鼠每天进行游泳训练，具体条件为：游泳在圆形游泳池中进行，泳池直径为100cm、深度为60cm，水温为30
±
2℃，小鼠每周游泳6d，休息1d，游泳时间60min/d，持续造模2周。造模前2周，各组给予不同受试物，具体见表10，造模期间持续灌胃，各小鼠每天灌胃次数相同。
[0097]
表10剂量设计与分组情况表
[0098][0099]
检测指标：造模期满后，对所有小鼠进行疲劳转棒实验，转速设置为25r/min，记录每只小鼠从转棒掉落的时间。利用金正均法计算人参、刺梨、咖啡组合物是否具有协同促进效应作用，具体计算方法：计算联合用药的q值：q＝e
a+b+c
/(e
a
+e
b
+e
c
‑
e
a
×
e
b
×
e
c
)。e
a+b+c
表示合用的数据，e
a
表示单用a的数据，e
b
表示单用b的数据，e
c
表示单用c的数据用抑制率或提高率数据进行计算。q值小于0.85表明两药合用后产生拮抗作用；q值大于0.85，小于1.15表明两药合用后产生效应相加作用；q值大于1.15表明两药合用后产生协同促进效应作用。
[0100]
(3)试验结果
[0101]
造模2周后对所有小鼠进行转棒疲劳实验，记录小鼠在转棒上掉落的时间，实验结果如表11所示。
[0102]
表11转棒疲劳实验结果
[0103][0104]
注：与模型对照组比较，*p<0.05，**p<0.01。
[0105]
由表11可以看出，空白组与模型组对比，小鼠掉落时间有极显著差异(p<0.01)，说明小鼠疲劳模型建模成功。本发明配方一中、高剂量组与模型组对比，均极显著提高小鼠停留在转棒时间的效果(p<0.01)。且在同样给药总量下，配方一低、中、高剂量组小鼠比单纯给药人参、刺梨、咖啡提取液的小鼠停留在转棒的时长更长，按照金正均法计算得出q
配方一中剂量
＝e
配方一中剂量
/(e
人参
+e
刺梨
+e
咖啡
‑
e
人参
×
e
刺梨
×
e
咖啡
)＝1.1526，其中中剂量组q值大于1.15，表明人参、刺梨、咖啡组合物达到一定剂量对疲劳小鼠的提神醒脑功效具有协同促进作用。
[0106]
实施例6：植物基咖啡组合物改善代谢健康评价
[0107]
(1)实验目的
[0108]
肝脏是人体中最大的消化腺，也是新陈代谢最旺盛的器官。肝脏功能正常能一定程度地反应机体正常的代谢能力。建立长期酗酒动物模型，评价2种人参、刺梨、咖啡组合物对肝功能评价生化指标的影响，探讨人参、刺梨、咖啡组合物是否具有改善代谢健康的活性。
[0109]
(2)实验方法与检测指标
[0110]
购买spf级c57bl/6雄性小鼠，体重为15.6～18.9g，动物合格证号为44007200082958。按体重随机分为阴性对照组、模型对照组、配方一低、中、高剂量组、配方二中剂量组，6只/组。
[0111]
造模方法：模型对照组、配方一低、中、高剂量组、配方二中剂量组小鼠饲喂5％(v/v)酒精含量的液体饲料，阴性对照组小鼠饲喂等热量的对照液体饲料，至试验结束。各组小鼠灌胃给予相应的受试样品，给药频率为1次/天，连续11天。末次给药后4h，模型对照组、配方一低、中、高剂量组、配方二中剂量组按5g/kg体质量的剂量灌胃乙醇，阴性对照组灌胃等体积去离子水。剂量设计与分组见表12。
[0112]
表12剂量设计与分组情况表
[0113][0114]
检测指标：测血清ast、alt活力。
[0115]
(3)试验结果
[0116]
具体试验结果见表13。
[0117]
表13试验样品对小鼠代谢指标的影响
[0118][0119]
注：阴性对照组与模型对照组比较，采用独立样本t检验；各给予受试物组与模型对照组比较，采用单因素方差分析。与阴性对照组比较，“▲▲”p<0.01。与模型对照组比较，“##”p<0.01，“#”p<0.05。
[0120]
与阴性对照组比较，模型对照组小鼠血清alt、ast活力升高，具有统计学差异(p<0.01)。与模型对照组比较，配方一低、中、高剂量组小鼠、配方二中剂量组alt、ast活力均降低，具有统计学差异(p<0.01或0.05)。
[0121]
结论：在本试验条件下，人参、刺梨、咖啡组合物对长期酗酒小鼠模型具有一定的肝脏保护作用，提示该组合物能一定程度地改善代谢健康。
[0122]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。