Глава 1 Чайная лаборатория

Кофеин

Кофеин – один из важнейших компонентов чая, предмет постоянных вопросов и дискуссий. Взаимодействуя с некоторыми полифенолами, о которых пойдет речь ниже, он придает терпкий, иногда с легкой горчинкой вкус. Сочетание кофеина с аминокислотой L-теанин обеспечивает легкий стимулирующий эффект чая.

Кофеин – это основной алкалоид[3] чая. Легкий стимулирующий эффект напитку придают и другие пуриновые алкалоиды, такие как теофиллин и теобромин, но их содержание, а тем более экстракция, весьма незначительно.

В целом, алкалоиды – это природные яды, с помощью которых растения противостоят насекомым. С одной стороны, это защита и интоксикант, с другой – природный стимулятор, и алкалоиды могут приносить пользу человеку. Например, хинин долгое время использовали как средство против малярии благодаря его жаропонижающим и противовоспалительным свойствам. Или кофеин, который в разумных дозах значительно повышает работоспособность и помогает выдержать длительные физические нагрузки.

До 2004 года он входил в список запрещенных веществ Международного олимпийского комитета и сейчас находится в мониторинговом списке Всемирного антидопингового агентства WADA.

Алкалоид проникает через гематоэнцефалический барьер, на что способны далеко не все вещества. Попадая внутрь, кофеин не накапливается в организме – наша печень эффективно выводит его из организма.

Содержание кофеина меняется в зависимости от возраста листа: от 4,7 % в почке, к третьему листочку понижается до 2,9[4] и почти совсем исчезает у веточки. В стеблях растения кофеин почти не накапливается, поэтому японский стебельковый чай кукитя предлагают как напиток без кофеина. Точное следование стандартам сбора чайного листа помогает обеспечить требуемое содержание кофеина в настое.

По содержанию кофеина в разных видах чая принято считать, что в красном чае кофеина больше, чем в зеленом. Также свою роль в концентрации алкалоида играет продолжительность заваривания, в соотношении 2:200[5], она варьируется от 25 до 50 мг[6].

И не стоит забывать о растительном происхождении чая, поэтому огромное количество факторов, в том числе используемый культивар, сезон сбора, совокупность климатических условий и терруара могут влиять на количество кофеина в листе.

Кофеин составляет около 5–10 % массы растворимого твердого вещества, которое экстрагируется из чайных листьев в горячей воде[7]. Эксперименты с экстракцией показали, что процесс извлечения кофеина из чайного листа требует небольшого количества энергии и происходит довольно быстро, особенно в начале заваривания.

Содержание кофеина в чае взаимосвязано с положительными оценками, которые выставляют профессиональные титестеры[8].

Аминокислоты

Популярное мнение о том, что в чае содержится специальное вещество теин, которое по своим свойствам намного превосходит кофеин из зерен кофе, часто можно встретить в интернете. Действительно, эффект от чашки чая вызывает совершенно иные ощущения, чем от кофе, но эта разница не связана с типом кофеина.

Впервые теин был обнаружен в чае французским химиком Одри в начале 1827 года[9]. В 1838 году Геррит Ян Мульдер доказал, что кофеин и теин – это одно и то же вещество с одинаковой молекулярной формулой. Дело в том, что кофеин не единственный психоактивный элемент химической композиции чая, помимо кофеина чай обладает уникальной аминокислотой L-теанин. Благодаря действию этой аминокислоты напиток приобрел особые свойства, которые так высоко ценили в буддийских монастырях.

Впервые L-теанин выделил из листьев гёкуро и описал Ядзиро Сакато[10] в 1949 году. Эта аминокислота является тем самым эксклюзивным веществом, которое в избытке содержится почти только в чае, кроме небольшого количества в составе польского гриба (Xerocomus badius) и дерева гаюасе (Ilex guayusa).

Аминокислоты служат основным строительным материалом для белков, а те, в свою очередь, играют важную роль в жизнедеятельности растения. Белки многофункциональны, они:

• формируют структуру клеток растения;

• выполняют роль ферментов, которые катализируют биохимические реакции в растении;

• обеспечивают транспорт веществ через клеточные мембраны;

• участвуют в защитных реакциях растения и так далее.


Таким образом, аминокислоты представляют собой важнейший элемент для поддержания здоровья и развития живых организмов. Аминокислоты могут находиться в растении как в связанном состоянии, например, в составе белков, так и в свободном. В случае с L-теанином: он составляет до 50 % от общего количества аминокислот в чае.

В чайных растениях L-теанин формируется в корнях и затем транспортируется по стволу в листья. Содержание этой аминокислоты в корнях повышалось с увеличением внесения аммонийных удобрений. В зимние месяцы в состоянии покоя корни растений содержат максимальное количество теанина[11], поэтому первый сбор считают наиболее тонизирующим.

Другим способом повлиять на содержание теанина является техника затенения чайных кустов перед сбором. Уменьшение количества прямого солнечного света приводит к замедлению фотосинтеза.

В результате растения стремятся компенсировать недостаток энергии, увеличивая синтез определенных химических соединений, в том числе теанина. В целом молодые чайные побеги (почка и первый лист) имеют более высокое содержание L-теанина, чем зрелые листья (второй, третий и четвертый листья[12]).

Эксперименты показали, что завяливание чайных листьев на солнце позволяет увеличить содержание L-теанина более чем в два раза. Такой процесс снижает количество катехинов на 20 % и хлорофилла на 25 %, но значительно повышает содержание свободных аминокислот в чае, тем самым заметно улучшает вкус напитка[13].

Теанин сам по себе имеет мягкий травянистый вкус и яркий умами.

Аминокислота помогает снизить терпкость катехинов и способствует выделению слюны – это усиливает восприятие вкуса и создает ощущение сладости.

Благодаря способности преодолевать гематоэнцефалический барьер[14]

L-теанин положительно воздействует на организм человека:

• способствует расслаблению;

• улучшает настроение;

• снижает стресс, не вызывая сонливости, благодаря своему воздействию на уровни нейротрансмиттеров[15];

• повышает активность альфа-волн в мозге, ответственных за приведенные выше эффекты.


Проведены исследования, подтверждающие положительное воздействие L-теанина на когнитивные способности[16]. Более того, сочетание L-теанина с кофеином приводит к синергетическому эффекту, благодаря которому усиливается концентрация и внимательность, а также улучшается кратковременная память[17]. L-теанин составляет 1–2 % от сухого веса листьев, чем выше качество чая, тем больше в нем аминокислоты.

Высоким содержанием L-теанина могут похвастаться маття, гёкуро, а также высокогорные улуны. Количество теанина падает с увеличением степени окисления и повышением температуры сушки[18]. Также L-теанин практически отсутствует в темном чае ускоренной ферментации (например, у Шу Пуэра).

Исследования на скорость экстракции L-теанина, показали, что теанин быстро растворяется, особенно от 80 до 90 ℃[19]. Концентрация теанина в настое сильно варьируется: от 10 мг на чашку до 25 мг (при соотношении заваривания 2:200).

Количество L-теанина, как и кофеина, связано не столько с типом чая, сколько с его качеством. В зеленом чае концентрация может быть в два или три раза выше, чем в красном, и наоборот.

Катехины

О лечебных свойствах чая знали задолго до изучения его вкуса, аромата и химического состава. Но в последнее время часто объясняют полезные свойства напитка его высоким содержанием антиоксидантов. Попробуем вместе разобраться, что это такое.

Кислород необходим для процесса клеточного дыхания, в ходе которого производится энергия для всех клеток. Кислород – это высокореактивный химический элемент, без него невозможна жизнь, и в то же время он опасен. Образно выражаясь, это олицетворение концепции добра и зла. Когда одни реакции кислорода в клетке производят энергию для поддержания организма, другие способствуют образованию свободных радикалов, которые могут повреждать ДНК, белки и липиды в клеточных мембранах, что приводит к клеточным повреждениям и смерти, ускоряя процессы старения. Организм умеет самостоятельно балансировать благодаря антиоксидантной защите, которая нейтрализует свободные радикалы, а также группе ферментов и нутриентам, таким как витамины С и Е.

Свободный радикал – это молекула, атом или ион, у которого есть неспаренные электроны, что делает его чрезвычайно реактивным. Каждый неспаренный электрон пытается найти парный и иногда отрывает его от других молекул, разрушая молекулярную связь. Это приводит к нестабильности обворованной молекулы, что в итоге фундаментально меняет ее структуру или превращает в новый свободный радикал. Например, взаимодействие со свободными радикалами может привести к изменению структуры белков или к повреждению ДНК и, как следствие, вызвать мутацию и нарушение в работе клеток.

В свою очередь антиоксиданты обладают уникальными способностями:

• отдавать электроны свободным радикалам, оставаясь стабильными;

• останавливать цепные реакции, инициируемые свободными радикалами;

• восстанавливать окисленные молекулы;

• регенерировать друг друга.


Несмотря на то, что организм сам способен вырабатывать антиоксиданты, с возрастом эффективность антиоксидантных систем снижается, что увеличивает уязвимость к оксидативному стрессу и способствует старению. Данный факт объясняет, почему диета, богатая антиоксидантами, считается важной для поддержания здоровья и предотвращения многих заболеваний. Одним из источников антиоксидантов являются полифенолы. Эти мощные растительные соединения в избытке содержатся в чае и придают ему характерный вкус и аромат.

Синтез полифенолов в растениях происходит через несколько биохимических путей, основной из которых – фенилпропаноидный. Процесс начинается с аминокислоты фенилаланина, затем через цепочку превращений образуются полифенольные соединения.

В чае присутствует два основных типа полифенолов:

• флавоноиды (флавоны, антоцианы, катехины и так далее);

• фенольные кислоты (галловая кислота).


Полифенолы служат ключом к базовой системе классификации, основанной на методах обработки, то есть на изменении уровня окисления полифенолов. Она делит чай на шесть типов. Наиболее значимой группой полифенолов в чае являются катехины, их доля составляет 70–80 % от общего количества. Катехины принадлежат к классу флавоноидов, в чае выделено восемь основных видов: эпигаллокатехин (EGC), эпикатехин галлат (ECG), эпигаллокатехин галлат (EGCG), катехин (C) и так далее.

Свое название катехины получили в честь Акации катеху (Acacia catechu). Из ее сердцевины в Азии делали экстракт катеху, который использовали аналогично дубовой коре, для дубления кожи. Катехины содержатся во многих продуктах растительного происхождения: в какао, яблоках, грушах, персиках, винограде.

Основную долю катехинов в чае занимают галлат эпигаллокатехина и эпигаллокатехин. Антиоксидантная способность зеленого чая обусловлена главным образом этими видами катехинов. Галлат эпигаллокатехина составляет одну треть твердых веществ зеленого чая и экстрагируемых из него. Синтезированные галлаты эпигаллокатехина демонстрируют высокую способность к улавливанию свободных радикалов, а также эффективно тормозят избыточную активность некоторых ферментов.

Вяжущий и терпкий вкус придают чаю катехины за счет их способности связываться с белками слюны. Гидроксильные группы (-ОН) в молекулах катехинов образуют водородные связи с аминокислотами в белках, что приводит к образованию комплексов, уменьшающих способность слюны увлажнять поверхность рта. Это взаимодействие между катехинами и белками приводит к ощущению сухости и терпкости во рту.

Данную особенность связываться с белками успешно используют в напитках, именно поэтому чай с молоком кажется более мягким.

Когда в чай добавляют молоко, катехины связываются с белками молока, особенно с казеином, что иногда приводит к образованию осадка. Но обратной стороной этого эффекта является уменьшение способности катехинов предотвращать оксидативный стресс и бороться со свободными радикалами в организме. Поэтому, если сторонник здорового образа жизни ежедневно пьет маття латте исключительно из-за антиоксидантных свойств чая, то увы, несмотря на чудесный вкус напитка максимальной пользы от этого не будет.

В растениях катехины выполняют ряд важных функций:

• помогают доминировать, подавляя рост соседних растений;

• создают антимикробную и гербицидную защиту;

• подавляют атаки бактерий, грибков и вредителей, ингибируя их ферменты;

• помогают в защите от ультрафиолетового излучения, поглощая УФ-лучи и предотвращая повреждение растительных тканей.


Становится понятно, почему чайные листья, выросшие на открытом солнце, часто содержат больше катехинов. Такое накопление катехинов регулируется на генетическом уровне и связано с механизмами фотосинтеза. Интересно, что концентрация катехинов в молодых чайных листьях постепенно уменьшается по мере их взросления, сокращаясь примерно вдвое к двум-трем месяцам и до одной трети к десяти-двенадцати месяцам с момента появления листа.

Еще одной интересующей нас группой полифенолов являются флавоны, класс желтых пигментов из подгруппы флавоноидов. Эти антиоксиданты широко распространены в природе. Исследования показывают, что флавоны в изолированной форме могут оказывать защитное действие на нервную систему, временно улучшая когнитивные функции и потенциально снижая риск развития нейродегенеративных заболеваний. Флавоны влияют на восприятие чая, участвуют в образовании сложного вкусоароматического букета, включая терпкость.

Следующая подгруппа флавоноидов называется флавонолы, куда входит кемпферол, кверцетин и мирицетин. Флавонолы соединяются с сахарами и образуют флавоноидные гликозиды, которые составляют 3–4 % сухой массы чайного листа.

Флавоноидные гликозиды считаются важным компонентом вкуса чая. Они обладают легкой горечью и терпкостью, вызывают ощущение бархатистости настоя. Поскольку порог вяжущего действия флавоноидных гликозидов значительно ниже, чем у катехинов, их вклад в терпкий вкус считается выше, чем катехинов. Тем более что первые могут еще и усиливать ощущение горечи, терпкости EGCG и кофеина.

Антоцианы – это разновидность природных водорастворимых пигментов пурпурно-фиолетового цвета, широко распространенных в растениях. Образование гликозидов происходит в процессе конденсации антоцианов с глюкозой, галактозой и рамнозой. В среднем массовая доля антоцианов в листьях чая составляет около 0,01 % от сухой массы, однако в некоторых культиварах пурпурного чая, таких как Ye Sheng, Zi Ya или кенийский TRFK 306/1, содержание достигает 0,5–1,0 %. Популярный тизан Клитория тройчатая также отличается высоким содержанием антоцианов, благодаря чему настой ее цветов обладает ярким фиолетовым цветом. Когда этот настой смешивается с молоком, напиток приобретает привлекательный светло-голубой оттенок.

Антоцианы обладают интересной способностью изменять свой цвет в зависимости от уровня pH. В кислой среде (низком pH) они окрашивают напиток в ярко-красные или розовые оттенки, в то время как в более нейтральной или щелочной среде приобретают синие или фиолетовые цвета. Это изменение цвета объясняется структурными изменениями в молекулах антоцианов, которые происходят при изменении ионной среды вокруг них. Это свойство антоцианов часто используют бармены, бариста и кондитеры для создания эффектных напитков и десертов.

И, наконец, уделим внимание фенольным кислотам – класс ароматических соединений, которые содержат в своей молекуле карбоксильные и гидроксильные группы. Они являются широко распространенными вторичными метаболитами в растениях, а также производными бензойной или коричной кислоты. Фенольные кислоты встречаются в виде свободных кислот и их эфиров, гликозидов и связанных комплексов. Чай содержит разнообразные фенольные кислоты, в том числе: теогаллин, галловую, кофейную, хлорогеновую, эллаговую и прочие. Фенольные кислоты составляют около 5 % сухой массы чайных листьев. Среди них наибольшее содержание приходится на галловую кислоту (1–2 %). Далее по убыванию следуют кофейная (0,5–1,4 %) и хлорогеновая (около 0,3 %) кислоты[20].

Полифенолы представляют факторы, которые определяют органолептические и питательные качества чая. Доля полифенолов составляет около 18–36 % от сухой массы чайных листьев.

Если сравнивать шесть видов чая по количеству антиоксидантов на единицу объема приготовленного напитка, то самое высокое их содержание будет в зеленом чае. Только 28 % этого же количества содержится в сопоставимой чашке белого чая, около 25 % – в чашке улуна, 17 % – в настое желтого чая, 11 % – в красном чае и всего 4 % – в чашке заваренного ферментированного чая[21].

В среднем одна чашка зеленого чая содержит около 200 мг полифенолов в форме катехинов. Их количество зависит от используемого культивара и условий выращивания.

Скорость растворения катехинов при заваривании чая зависит не только от концентрации катехинов, но и от количества молекул воды, доступных для растворения. Скорость растворения катехинов значительно возрастает с повышением температуры воды, что способствует более эффективному извлечению этих полифенолов. Однако это также объясняет необходимость тщательного подбора температуры воды для получения сбалансированного напитка.

Растворимость полифенолов сильно зависит от кислотно-щелочного баланса – полифенолы успешно растворяются в условиях с pH от 3 до 6, но в более щелочной жидкости показатели растворимости снижаются. Это свойство можно использовать при разработке напитков на основе чая.

Теафлавины и теарубигины

Красный чай имеет уникальные цвет, вкус и аромат, но органолептические свойства этого вида чая также зависят от катехинов, сильно изменившихся в процессе окисления. Во время окислительной реакции катехины подвергаются полимеризации, то есть соединяются друг с другом под действием фермента оксидазы. Это приводит к формированию новых, более крупных молекул. На ранних стадиях окисления из катехинов образуются теафлавины, которые во многом определяют терпкость красного чая и являются важным компонентом его аромата. С продолжением окисления теафлавины могут преобразовываться в теарубигины – более крупные полимеры, которые окрашивают напиток в густой темно-коричневый или рубиновый цвет. Теарубигины обогащают чай мягкостью вкуса и сложностью аромата.

Теафлавины образуются в результате окисления эпигаллокатехина (EGC) и галлата эпигаллокатехина (EGCG), их синтез зависит от pH среды, влажности, температуры и времени окисления, а также от количества ферментов полифенолоксидазы. Основными теафлавинами-пигментами красного чая являются: теафлавин (TF), теафлавин-3-моногаллат (TF2), теафлавин-3’-моногаллат (TF3) и теафлавин-3,3’-дигаллат (TF4). Последний демонстрирует наиболее сильную антиоксидантную активность.

Теафлавины были впервые обнаружены в 1930-х годах при исследованиях биохимических составляющих чая и механизмах их взаимодействия в процессе окисления. Во всех окисленных и полуокис-ленных чаях с разной концентрацией присутствуют теафлавины.