淺談綠原酸(下) 綠原酸的生理作用

淺談綠原酸(下) 綠原酸的生理作用

撰文/ Kevin Shao  圖表/鄭加宏 照片來源/ pixabay

近年來,許多流行病學的研究調查發現,適量的飲用咖啡可以預防或是延緩許多退化性的疾病,如第二型糖尿病、心血管疾病等。而這些飲用咖啡所帶來的好處可能是來自於咖啡的抗氧化物質,如咖啡酸、綠原酸等。本期筆者將針對綠原酸在沖煮咖啡中的含量以及與健康相關的研究報告為各位作整理。

沖煮咖啡中的含量

綠原酸在沖煮咖啡中的含量受到很多因素影響,雖在生豆以及烘焙階段含量就大致底定,但也會因沖煮方式有不同程度的影響――基本上可以提高咖啡萃取率的方式都會增加綠原酸的含量。因此以煮沸(boiling) 不加濾紙的方式沖煮,會比濾泡式(filtered)的方式萃取更多的綠原酸[1],這有可能是因為煮沸法中水比較能充分的與咖啡接觸之原故,也因此研磨的顆粒越細則綠原酸的萃取率越高。

此外,將咖啡以有壓力的Espresso 方式沖煮,其萃取出來的綠原酸也會比濾泡式的多[2]。至於確切綠原酸在咖啡飲品中的含量為何? 在2017 年有韓國的科學家以濾泡式沖煮法為基礎,調查不同產區咖啡以及烘焙度在沖煮後綠原酸的含量發現,若烘焙度為一爆及二爆、其沖煮後的濃度約在1466-1836mg/L,若是以一般馬克杯(1cup=235mL) 為基準,一杯咖啡將會約有329~423 毫克的綠原酸。另外該研究中並發現到一個普遍的現象,就是一次注水與分段(3 段)注水作比較,綠原酸的萃取率與分段注水的次數成正比[3]。

綠原酸在人體的吸收

食物在消化系統被分解吸收後,首先送至肝臟,之後再以血液循環系統送至全身,最終由泌尿系統排出。綠原酸也是依此模式進行,它由口腔進入人體,到最後只剩不到5% 會在尿液中出現,這代表著它在人體內會被充分的代謝。胃沒有可以分解綠原酸的酵素,因此在此不會被消化,但根據實驗動物的研究發現,約有不到1% 的綠原酸可以經由胃部直接吸收[4]。

三分之一的綠原酸在小腸中被腸酯酶(esterase) 水解成酚酸以及奎寧酸後被吸收,這可從攝入綠原酸後1 至2 小時即可在血液循環中測得咖啡酸以及阿魏酸等酚酸得知。而剩下的三分之二則是進入到大腸,由腸道的菌落分解。這些微生物除了有酯酶可以水解綠原酸以外,另外也有酵素將咖啡酸以及阿魏酸代謝成二氫咖啡酸DHCA(dihydocaffeic acid) 或是二氫阿魏酸DHFA(dihydoferulic acid), 此二種酚酸物質可在攝入綠原酸後約6 至8 小時於血液循環中測得[5,6]。

對人體的影響

在綠原酸被攝入、消化、吸收以至於被代謝的過程中,它的主要成分或是代謝產物在身體內展現了許多不同種影響。大致上分成以下幾個方向:

抑制血糖上升

食物中的葡萄糖在小腸內由腸細胞膜上的SGLT-1 蛋白運送,將它與鈉離子共同運進細胞內。進入腸細胞後的葡萄糖有兩種途徑可以進入血液循環,其中一種是透過與血管接觸的基底膜(basolateral membrane) 那一側細胞膜上的GLUT2 蛋白轉運到血液循環中;另一種方式則是葡萄糖在進入細胞以後,透過葡萄糖-6- 磷酸酶(Glucose-6-phosphatase,G6P) 以及葡萄糖-6-磷酸轉移酶(Glucose-6-phosphate translocase) 的作用,將葡萄糖透過內質網―高基氏體的運輸系統,以胞泌作用(exocytosis) 送到血液中[7]。(如圖1)

科學研究發現綠原酸在體內可抑制血糖的上升,它主要透過干擾葡萄糖的產生以及抑制葡萄糖的吸收這兩種途徑來完成;根據在豬隻的研究顯示綠原酸可以直接抑制小腸內alpha 澱粉酶的活性以阻止澱粉分解成麥芽糖,達到第一線的阻擋效果。一旦澱粉分解成葡萄糖,也有研究發現,綠原酸也可以干擾位在腸細胞表面的SGLT-1 蛋白的作用,進而影響葡萄糖的吸收、阻止葡萄糖進入腸細胞、使其在腸道堆積。如此便可以引發腸泌素(GLP-1) 分泌,並刺激胰島素釋放,使血中的葡萄糖進入肌肉細胞與肝臟儲存,同時也可以抑制胰臟內的α 細胞分泌昇糖素,減少肝糖分解成葡萄糖[8];綠原酸也被發現在小腸細胞內可以抑制葡萄糖-6- 磷酸酶以及葡萄糖-6- 磷酸轉移酶的作用阻止葡萄糖以胞泌作用被運送到血液[9]。此外,綠原酸抑制葡萄糖-6- 磷酸酶的作用如果發生在肝臟,則會阻斷肝臟分解肝醣釋放葡萄糖(醣質新生)到血液中,降低血糖含量。

綠原酸可以透過以上這些機轉達到降低(延遲)葡萄糖的攝取進而達到抗糖尿病以及抗肥胖的作用,因此品飲咖啡已被證實具有降低第二型糖尿病的發生機率,也因為如此,2015年美國膳食指南諮詢委員會(DGAC, Dietary Guidelines Advisory Committee) 所發表的飲食建議科學報告指出,每天攝入3 至5 杯咖啡可以降低2 型糖尿病和心血管疾病風險。但不建議加糖、加乳脂和加奶的咖啡,以免攝入過多的熱量。

抗氧化作用

人體細胞在進行代謝(如葡萄糖)以及免疫反應(如巨噬細胞吞噬細菌)時很容易產生活性氧以及活性氮物質(reactive oxygen/nitrogen species, ROS/RNS),這類物質的特色就是它們的反應性很高,在細胞內四處碰撞與其他分子起反應,很容易造成細胞結構(如蛋白質、細胞膜和基因)的損傷。常見的ROS/RNS 大致上分成兩大類,一是自由基(radicals) 另一則是非自由基(non-radicals) 類。

所謂的自由基就是原子或是原子團在它們的外圍會有多出一個未配對的自由電子,與正常的原子或是原子團相較之下少(外圍是一對配對電子)一個電子,自由基的未配對電子的標示通常在原子符號或者原子團旁邊加上一個「•」符號,常見自由基分子包含了超氧陰離子(O2•-, superoxide anion)、氫氧自由基(hydroxyl radical, •OH)、過氧化氫、一氧化氮自由基(nitric oxidase radical, •NO) 等。而非自由基類的活性物質則包括了過氧化氫( 又稱雙氧水,hydrogen peroxide, H2O2)、次氯酸( 漂白水的主成分,hypochlorous acid, HClO)、單重態氧(singlet oxygen, 1O2) 等。ROS/RNS 在人體生成很容易造成細胞損傷、破壞,甚至導致細胞死亡,也有許多文獻指出,這些物質是形成老化與疾病(如退化性疾病、癌症、心血管疾病、關節炎等)的重要原因之一。

雖然ROS/RNS 對身體會造成潛在性的危害,但是我們體內也會有一些機制可調節這些物質的存在,如酵素類的超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase, SOD)、過氧化氫酶(Catalase)、以及穀胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px) 等的存在可將這些回性物質降解成不具反應的狀態。另外有一群非酵素性的抗氧化物質(antioxidant) 又稱為自由基清道夫(free radical scavengers),它們可以藉由飲食來攝取,如維生素E( 又稱Tocopherol)、維生素C( 又稱Ascorbic acid)、β- 胡蘿蔔素(β-carotene)、穀胱甘肽(gultathione) 以及(多)酚類物質。

酚類物質的抗氧化機轉是利用環形分子上的氫氧基(-OH) 和自由基作用,藉由一連串的反應提供一個電子給自由基上的未配對電子,讓它形成穩定的電子對,進而抑制自由基的破壞作用。而酚提供一個電子以後,換成自己形成自由基,但這未配對的電子可利用本身的環形結構產生共振內化,產生比較穩定的自由基,(活性較低、較無破壞性),或是形成醌(quinone)。(如圖2、3)綠原酸結構中的羥基肉桂酸就是酚酸,因此它具有酚類的抗氧化特性。咖啡中含有高量的綠原酸,是含多酚類最多的飲品之一,再加上咖啡是許多人的主要飲品,所以是攝取綠原酸的主要來源,因此而其抗氧化的功效也就被引起關注。

抗發炎作用

在發炎反應的過程中,位於發炎組織周圍的纖維母細胞,內皮細胞以及巨噬細胞會 增加細胞內的氧化壓力(oxidative pressure) 而產生許多ROS 物質,大量ROS 會刺激這些細胞釋放出一種稱之為介白素-8 的激素,這種激素可以吸引更多免疫細胞來發炎處參與發炎反應(稱之為趨化作用)。趨化作用可以加強發炎反應的進行。而根據研究指出,綠原酸以及咖啡酸可以有效的抑制由氧化壓力(或ROS)所引發的介白素-8的製造[10]。(如圖4)

除了病菌的感染以外,環境汙染、精神壓力、過度無氧運動、創傷、肥胖、藥物、不良的飲食習慣以及酗酒等,都會增加氧化壓力以及ROS的製造而引起發炎反應。造成慢性退化性疾病、老化甚至癌症。每日的飲食中若攝取適量的綠原酸,將可以幫助改善或降低氧化壓力所引起的發炎反應。

綠原酸在周邊血的作用

在人體中,脂質(三酸甘油酯、膽固醇等)的運送是靠脂蛋白來進行,而脂蛋白依照體積大小及密度可以分成乳糜微粒、極低密度脂蛋白( vLDL)、中間密度脂蛋白(IDL)、低密度脂蛋白(LDL) 以及高密度脂蛋白(HDL) 等。

其中低密度脂蛋白LDL 的功用,是由血液循環系統自肝臟運送膽固醇給全身細胞來做為細胞合成、細胞膜修復等各種用途使用,從這個角度來看,膽固醇對人體是極為重要的。但是如果飲食中攝取超過人體所需的膽固醇,血液將會有過量的LDL,長期下來它們將會穿越血管表面的內皮細胞,在動脈的內膜(tunica intima) 區域沉積。如此就很有機會被附近內皮細胞醣類代謝過程或是發炎過程中自然釋放的自由基氧化,形成氧化型LDL,進而引起發炎反應。發炎反應會吸引血管中的血球細胞來到此區域將其吞噬(由巨噬細胞負責)。大量的氧化型LDL 被吞噬後會在細胞質內產生脂肪的堆積,而這種滿載油脂的巨噬細胞則稱為泡沫細胞(foam cell),一旦出現就是動脈粥樣硬化(atherosclerosis) 的開始。

研究顯示綠原酸及其組成的酚酸除了可以阻止巨噬細胞的趨化作用(藉由抑制介白素-8 的製造來達成)外,還可以透過可抑制低密度脂蛋白LDL 的氧化作用來降低粥狀動脈硬化的風險[11],在一系列的多酚類物質的研究比較當中,綠原酸具有中等能力的抗氧化作用,功能比常見於紅茶當中的沒食子酸以及維生素還要強。而咖啡被發現有最強的抗氧化能力,也許是因為綠原酸與咖啡酸的加乘效果[12]。(如圖5)

益處雖多仍不宜過量

藉由這三期的分享,從不同的角度來看咖啡的綠原酸,希望讀者能對這個物質有一些初步的認識與了解。尤其在本期中綠原酸在降低第二型糖尿病的發病率以及抗氧化、抗發炎的作用上,確實對人體的健康有相當程度的助益。不過筆者仍要在此提醒讀者,雖然喝咖啡有這些好處,但有些成分仍然對人體有負面的影響,如咖啡因常會造成噁心、失眠、心跳加速,胃食道逆流等症狀;咖啡蠟質容易造成胃部不適;二萜類的咖啡醇以及咖啡豆醇會使血液總膽固醇提高,有可能增加心血管疾病的風險。因此,還是要在宣導品飲咖啡不宜過量、販售者更不能宣稱對疾病有任何的療效以免造成誤導。

文章出處:Vol.15《品嚐巧克力的風土之味》

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