《食品科学》：肖瀛教授、叶琳高级实验师等：烘焙度对咖啡干预高脂膳食小鼠脂代谢与肠道菌群的影响

近年来咖啡市场呈现产品更新多样化加快与精品咖啡普及的趋势，咖啡消费者根据个人喜爱对咖啡烘焙度选择呈现明显的差异化。事实上，先前研究发现随着烘焙度的增加，咖啡中的活性成分例如酚类物质绿原酸的含量会降低，而美拉德产物类黑精的含量会显著增加。

上海城建职业学院食品与旅游学院的王春华、肖瀛*，上海应用技术大学香料香精技术与工程学院的叶琳*等探究不同烘焙度咖啡对高脂膳食小鼠的脂代谢异常与肠道菌群干预作用的差异。通过小鼠粪便菌群16S rRNA高通量测序，分析咖啡烘焙度对调节高脂小鼠肠道菌群结构的影响。同时，由于肠道菌群结构变化可影响结肠上皮细胞紧密连接蛋白Occludin和ZO-1等表达，进而影响肠道屏障与通透性，并与炎症发生有关，通过逆转录实时荧光定量聚合酶链反应（RT-qPCR）和酶联免疫吸附（ELISA）法探究咖啡烘焙度对小鼠结肠肠道屏障干预作用的影响，以期为合理选择健康的咖啡饮品提供参考依据。

1 咖啡色值和活性成分含量分析

由表2可知，随着烘焙度的加深，咖啡萃取液的L值由43.30显著降低至32.50（P＜0.05），活性成分多酚和绿原酸含量分别从501.29、152.33 mg/g显著降低到438.54、87.48 mg/g（P＜0.05），类黑精和5-羟甲基糠醛含量分别从0.40、53.25 μg/g显著增加到0.61、75.06 μg/g（P＜0.05）。这可能是高温促使烘焙豆中发生化学反应（如美拉德反应以及一些热解反应），从而产生类黑精和5-羟甲基糠醛等物质使得咖啡豆的颜色变深。然而，咖啡因的含量没有明显受到烘焙度的影响，同时葫芦巴碱含量虽然随着烘焙度增加显著降低（P＜0.05），但降低率仅为3.57%。

2 小鼠体质量、腹脂率、抗氧化和血脂指标的变化

如表3所示，饲养9 周后HFD组小鼠的体质量（42.63 g）显著高于CON组（25.32 g）（P＜0.05），表明高脂模型造模成功。同时，饲养9 周后HFD组小鼠体质量显著高于LC组（35.44 g）、MC组（33.76 g）和DC组（30.39 g）。HFD组小鼠经浅、中、深烘焙度的咖啡干预后，腹脂率从7.56%分别显著降低至5.51%、4.98%和4.09%（P＜0.05），表明不同烘焙度咖啡干预均可以改善高脂膳食导致的体质量与腹脂率增加，随着烘焙度增加干预效果呈现增强的趋势，且深烘咖啡的干预效果显著强于浅、中烘焙度咖啡。

高脂饮食会导致血脂异常。与CON组相比，HFD组小鼠的血清TC、TG和LDL-C浓度显著增加，HDL-C浓度显著下降（P＜0.05）。而咖啡干预组的TC、TG和LDL-C浓度均明显降低，HDL-C浓度明显增加，深烘咖啡对小鼠血清TC、TG的干预效果显著优于其他烘焙度咖啡，与HFD组相比，分别显著下降26.74%和40.49%（P＜0.05）。这表明咖啡可改善高脂膳食引起的血脂代谢异常，且烘焙度对其干预作用有影响。另外，HFD组较CON组小鼠腹部脂肪组织的抗氧化活性显著降低，氧化损伤标志物MDA含量显著增加，咖啡干预也能提高脂肪组织的抗氧化能力，且随着烘焙度增加呈现增强趋势，此外，深烘咖啡干预小鼠的MDA含量明显低于浅烘、中烘咖啡。

3 咖啡烘焙度对肝脏组织炎症因子的影响

如图1所示，与CON组相比，HFD组TNF-α、IL-1β、IL-6相对表达量分别显著增加82.23%、152.18%和178.03%（P＜0.05）；与HFD组相比，3 个咖啡干预组均能显著降低小鼠肝脏组织TNF-α、IL-1β、IL-6的相对表达量（P＜0.05）。深烘咖啡和中烘咖啡的干预效果显著强于浅烘咖啡（P＜0.05）。结果表明，不同烘焙度咖啡均能够缓解由高脂膳食引起的肝脏炎症，特别是深烘咖啡和中烘咖啡。

4 小鼠紧密连接蛋白基因mRNA表达水平的变化

紧密连接蛋白在上皮组织中的表达关乎细胞间屏障的形成和功能维持，对于上皮细胞的紧密连接起重要作用。如图2所示，与CON组相比，HFD组小鼠结肠组织的ZO-1和Claudin-1 mRNA相对表达量分别显著下降43.45%、26.82%（P＜0.05）。而不同烘焙度的咖啡干预均显著上调ZO-1和Claudin-1 mRNA相对表达量（P＜0.05）。DC组对Claudin-1 mRNA表达量的调节效果比LC组显著提高了48.23%（P＜0.05），表明咖啡干预可以改善高脂膳食造成的肠道屏障损伤，且干预作用会受到咖啡烘焙度的影响。

5 咖啡烘焙度对小鼠肠道菌群的影响

通过16S多样性测序探究咖啡烘焙度对高脂膳食小鼠菌群的影响，各组菌群的α多样性和β多样性分析结果如图3所示。与CON组相比，HFD组的ACE指数和Chao1指数均极显著降低（P＜0.01），表明高脂饮食显著降低小鼠的肠道菌群物种丰度与生物群落多样性。不同烘焙度咖啡干预均显著改善了高脂饮食导致的菌群丰富度下降（P＜0.01、P＜0.001）。主坐标分析（principal coordinates analysis，PCoA）结果显示，咖啡干预组与HFD组分离明显，且不同烘焙度咖啡干预组之间呈现分离趋势，表明咖啡干预能改变高脂膳食小鼠肠道菌群结构，且不同烘焙度咖啡对肠道菌群的调节作用具有差异。

进一步从门水平和属水平上探究咖啡对HFD小鼠肠道微生物相对丰度的影响。在门水平上，与CON组相比，HFD组的厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度增加，拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度下降，Firmicutes与Bacteroidetes相对丰度的比值（F/B值）显著升高（P＜0.05）。然而，不同烘焙度咖啡干预均有效降低了由高脂饮食引起的F/B值升高，并且随着咖啡烘焙度的提高，这一干预作用呈现出显著增强的趋势（P＜0.05）。在属水平上，与HFD组相比，咖啡干预组的norank_f_Muribaculaceae、norank_f_Oscillospiraceae相对丰度均增加，粪杆菌属（Faecalibaculum）、norank_f_Lachnospiraceae、罗氏菌属（Roseburia）的相对丰度均下降。不同烘焙度咖啡干预组对菌群相对丰度的促进作用也具有差异，浅烘咖啡干预上调了Roseburia和双歧杆菌属（Bifidobacterium）的相对丰度，中烘咖啡干预显著上调了Lachnospiraceae_NK4A136_group和norank_f_Muribaculaceae的相对丰度，深烘咖啡干预显著上调了Oscillospiraceae和Odoribacter的相对丰度。上述结果表明，不同烘焙度的咖啡尤其是深度烘焙的咖啡，能够改善由高脂饮食导致小鼠肠道菌群的失衡。

6 咖啡烘焙度对小鼠优势菌群的影响

利用线性判别分析（LDA）Effect Size（LEfSe）法筛选出不同组别小鼠肠道菌群中对组间差异具有显著影响的物种，结果如图4所示。HFD组主要富集Firmicutes的毛螺菌目（Lachnospirales）；咖啡干预组的优势菌群种类数量随着烘焙度增加而增加，其中DC组主要富集的是产丁酸菌颤螺菌目（Oscillospirales）；MC组主要富集的是梭菌纲（c_Clostridia）和颤螺菌科（f_Oscillospiraceae）；LC组主要富集的是g_GCA-900066575和g_norank_f_Oscillospiraceae。

7 咖啡烘焙度对SCFAs的影响

SCFAs是肠道菌群主要代谢产物，可以调节肠道免疫系统的功能，增强肠道屏障的完整性。如图5所示，与HFD组相比，不同烘焙度咖啡组的乙酸、丙酸、丁酸和异丁酸质量浓度均显著上升（P＜0.05）。DC组的乙酸、丙酸、异丁酸和丁酸的质量浓度与HFD组相比分别显著提高了94.28%、128.26%、123.40%和357.39%，且显著高于LC、MC组（P＜0.05）。

肥胖、高血脂症是一种复杂的代谢性疾病，易发生胰岛素抵抗、白色脂肪和肝脏脂质堆积、炎症等，因此，对于脂代谢异常的营养干预成为研究热点之一，过往关于咖啡与健康的研究主要关注咖啡饮用量与其中某种单一成分的活性功能。然而，实际生活中，人们饮用的咖啡饮料是混合了多种活性组分的饮品，随着咖啡饮品的多样化发展，其干预效果可能会受到包括烘焙度等多种因素影响。因此，本研究比较分析了不同烘焙度咖啡干预脂代谢异常和肠道菌群结构的作用，为合理选用更有助于健康的烘焙度咖啡提供参考依据。本研究发现咖啡烘焙度对高脂膳食小鼠的脂代谢异常与肠道菌群干预作用存在差异。相较于中烘、浅烘咖啡，深烘咖啡对高脂饮食诱导的肥胖小鼠体质量增加、脂质积累、肠道菌群结构失衡、肠道屏障损伤和炎症反应有更好的改善效果。

咖啡中某些组分如咖啡因、多酚、绿原酸、美拉德反应产物等单一成分或提取物干预脂代谢异常已有一定的研究报道。研究发现咖啡因不仅可以更好地抑制HFD小鼠的体质量增长，减少内脏脂肪，同时也能降低小鼠血液中血脂与胆固醇水平，减轻肝脏氧化损伤，促进脂肪氧化分解基因和抑制脂肪合成基因的表达，改善肝脏内脂肪变性。另外，植物多酚能够与肠道菌群发生相互作用，通过直接调节或产生代谢产物间接刺激对肠道微生物的菌群结构进行正向调节，在稳定血糖血脂、改善胰岛素敏感性、改善肠道功能以及调节糖脂代谢方面发挥重要作用。绿原酸可以降低非酒精性脂肪肝小鼠升高的肝脏转氨酶和血脂水平，改善肝脏组织脂质沉积，降低炎症因子水平。此外，咖啡中的类黑精被认为是人类饮食中类黑精的主要来源之一，在咖啡豆的烘焙过程中美拉德反应产物类黑精含量显著增加。有研究发现，一些美拉德反应产物可以调节过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ）的活性，抑制脂肪细胞的过度分化，减少脂肪的储存，它们也可以激活PPAR-α，促进脂肪酸在肝脏和肌肉等组织中的氧化分解，改善脂代谢异常。某些美拉德反应产物（酪蛋白和乳糖反应）被发现可降低高脂高胆固醇饮食喂养大鼠肝脏中的TG，减少肝脏和主动脉组织中脂质蓄积，并降低细胞间黏附分子-1和血管细胞黏附分子-1的表达水平。值得注意的是，本研究首次发现咖啡烘焙度在小鼠脂代谢异常干预方面具有差异，与浅度烘和中度烘相比，深度烘咖啡对肥胖干预效果更强。尽管绿原酸、多酚、咖啡因等活性成分对脂代谢异常具有干预作用，但随着烘焙度的增加除了咖啡因含量无显著变化，多酚和绿原酸含量显著大幅降低，同时，美拉德反应产物类黑精和5-羟甲基糠醛含量显著增加，因此，推测深度烘焙咖啡干预脂代谢作用更强可能与美拉德反应产物含量的增加有关。先前的研究也发现云南小粒咖啡中类黑精可以改善高脂饮食大鼠的脂代谢异常，这也部分印证了本研究的推测。

另一方面，肠道菌群与肥胖密切相关，饮食成分与肠道菌群的相互作用决定了肠道菌群的组成，从而对宿主代谢异常产生影响。在门水平上，F/B值被普遍认为与肥胖倾向密切相关，当F/B值偏高时，表明个体可能存在较高的肥胖风险。本研究发现，高脂膳食诱导的小鼠肠道菌群F/B值会显著升高，咖啡干预显著降低了F/B值，这与Bhandarkar等对咖啡渣对小鼠肠道菌群影响结果类似。更重要的是，本研究还发现，深度烘焙咖啡对F/B值的干预作用显著强于中、浅度烘焙咖啡（P＜0.05）。进一步对属水平分析发现，咖啡干预不仅增加了产SCFAs菌株的相对丰度，而且增加了有益菌属的水平，特别是深度烘组的Oscillospirales和Odoribacter的相对丰度显著高于其他烘焙度咖啡干预组。研究发现，Oscillospirales和Odoribacter可以促进丁酸合成，调节肝脏和脂肪组织中与脂肪代谢相关基因的表达，从而改善脂代谢异常。

深度烘焙咖啡干预肠道菌群作用更强也可能与美拉德反应产物的增多有关，这可以从已有的研究结果中得到支持。如类黑精能够在体外肠道模型中改变肠道菌群的组成和多样性，增加双歧杆菌和乳酸菌等益生菌的数量，并减少有害菌的生长。另外，研究报道5-羟甲基糠醛也可以调节肠道菌群，促进乳杆菌、肠杆菌和链球菌的生长，可抑制肠道条件致病菌拟杆菌属和志贺菌属。

此外，本研究发现咖啡干预可增加肠道紧密连接蛋白ZO-1和Claudin-1 mRNA表达水平，特别是深度烘焙咖啡。肥胖通常伴随着慢性炎症的产生，这与肠道菌群失调会导致肠道屏障功能受损，使得细菌内毒素（如脂多糖）进入血液循环引发炎症反应有关。这些内毒素可以激活免疫细胞，释放炎症因子，干扰胰岛素信号通路，导致胰岛素抵抗，进而促进脂肪的积累。因此，咖啡对脂代谢异常的改善作用可能与调节肠道菌群紧密相关。此外，深烘咖啡对肠道菌群代谢物乙酸、丙酸和丁酸的促进合成作用也显著高于其他烘焙度咖啡。SCFAs是结肠细胞的主要能量来源之一，有助于维持肠道屏障正常功能。肠道屏障完整性可以防止内毒素进入引发炎症反应。同时，正常的肠道屏障环境可以为肠道菌群提供稳定的生存环境，有利于肠道菌群产生更多的SCFAs等有益代谢产物，进一步调节宿主的能量代谢，减少肥胖风险。研究表明，有益肠道菌群、SCFAs对降脂、控制肥胖之间存在显著的正相关关系。因此，不同烘焙度咖啡调节肠道菌群及其代谢物SCFAs作用的差异也可能是导致其对高脂膳食小鼠脂代谢异常的干预作用产生差异的原因。

综上所述，本研究发现深烘咖啡可以增加产丁酸菌Oscillospirales和Odoribacter的相对丰度，调节肠道菌群，并增加SCFAs的含量。同时，美拉德反应产物如类黑精等大分子物质和糠醛等小分子可以调节肠道菌群，上调乙酸和丁酸盐的水平。SCFAs又是维持肠道生理功能的重要肠道菌群代谢产物，与预防多种肥胖及代谢相关疾病的发展紧密相关。因此，可以推测深烘咖啡可能是通过增加如类黑精和5-羟甲基糠醛等美拉德反应产物含量，调节肠道菌群，促进SCFAs水平上调，从而改善脂代谢异常和维持肠道健康。然而，由于咖啡中活性组分复杂，本研究未能进一步证实咖啡调节脂代谢异常与肠道菌群的关键活性成分以及多种活性组分相互作用的影响，同时，咖啡干预脂代谢异常作用的原因涉及多种途径，烘焙度导致咖啡干预作用差异的原因与机制还需要后续研究进一步明确。

结 论

本研究发现咖啡烘焙度对高脂膳食小鼠脂代谢异常及其肠道菌群结构的干预作用有影响。深度烘焙咖啡对脂代谢异常的干预作用强于中、浅度烘焙咖啡。此外，深度烘焙咖啡可以调节Oscillospirales和Odoribacter等肠道菌群结构，促进SCFAs代谢物的富集，可能从而干预脂代谢异常，并且可能与深度烘焙咖啡富含更多类黑精和糠醛等美拉德反应产物有关。本研究结果有助于进一步理解咖啡对肥胖等疾病的干预作用，也为消费者合理选择有助于健康的咖啡饮品提供了参考依据。

作者简介

通信作者：

肖 瀛 教授

上海城建职业学院食品与旅游学院 副院长

肖瀛，男，博士（江南大学食品营养与安全专业），教授，硕士生导师， 上海城建职业学院食品与旅游学院食品营养与检测专业带头人 ，兼任全国食品产业行指委食品营养专委会委员、民盟上海市委高等教育专委会委员、上海食品学会儿童营养食品专委会委员、乳酸菌专委会委员，曾任上海应用技术大学食品科学与工程系主任。主要研究方向：分子与应用营养学、肠道菌群与营养健康、咖啡科学、食品生化、功能性食品等。主持完成国家自然科学基金青年项目，承担或参与多项国家自然科学基金、省部级项目研究与横向项目。相关研究论文先后发表在

Food Chemistry X

Food and Chemical Toxicology

Journal of Functional Foods

Frontiers in Pharmacology

Foods

本文《烘焙度对咖啡干预高脂膳食小鼠脂代谢与肠道菌群的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第14期197-206页，作者：王春华，肖瀛，孙斌，潘亮，刘捷影，姜咏莹，周一鸣，叶琳，刘小杰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241129-203。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：陈丽先；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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