Биохимия чая

Чайный лист состоит из воды и сухого вещества. В зеленых листьях чая, то есть в сырье, 73-81% составляет вода и лишь 19-27% - сухие вещества. В готовом чае, наоборот, на долю воды приходится 3-7%, а сухих веществ - 93-97%.

Вода. Вода по количественному составу является главной частью зеленого чайного листа. Ее содержание в двух- и трехлистных флешах колеблется от 75 до 82% в зависимости от сорта растения, места произрастания чайного куста, возраста, климатических и почвенных условий, а также других факторов. Содержание воды в молодых листьях высокое, с возрастом оно постепенно уменьшается. Наибольшее количество воды содержится в стебле; почка и первый лист содержат воды больше, чем второй и третий лист.

Вода в чайном листе является средой, в которой происходит взаимодействие растворенных веществ, она участвует в реакциях гидролиза и окисления-восстановления. В зеленом чайном листе вода представлена в двух формах - свободная и связанная. Содержание свободной воды во флеше составляет 20-22%, связанной - 78-80%. Связанная вода соединена с сухими веществами чая, ее содержание зависит от количества коллоидных веществ (фенолы, белки, гидропектин и др.), количество которых с увеличением возраста чайного листа уменьшается, что ведет к уменьшению количества связанной воды.

При переработке зеленого чайного листа вода претерпевает существенные количественные изменения. Во время процесса фиксации ее содержание уменьшается от 75-78 до 58-62%, а во время сушки - до 3-5%.

Состав сухого вещества чая. Наиболее важными составными частями сухого вещества чайного листа являются фенольные соединения, алкалоиды, эфирные масла, белки, углеводы, пектиновые вещества, пигменты, витамины, ферменты и минеральные вещества. Сухие вещества делятся на две группы: растворимые и нерастворимые в воде (табл. 1). Водорастворимую фракцию сухого вещества в технологии чая называют экстрактивными веществами, или экстрактом. Нерастворимая фракция - это балластные вещества, остающиеся в разваренном листе в виде остатка после заваривания. В технологии чая эту часть называют разваркой.

От количественного соотношения этих веществ в сырье зависит качество готовой продукции. Важно отметить, что при переработке зеленого чайного листа изменяется, главным образом, содержание экстрактивных (растворимых) веществ.

Высококачественное сырье и готовая продукция содержат больше экстрактивных веществ, чем низкокачественная. Их содержание зависит от сорта растения, возраста листа, времени сбора, агротехнических мероприятий, технологии переработки и других факторов. Почка и первый лист содержат этих веществ больше, чем второй и последующие листья, то есть с увеличением возраста чайного листа количество экстрактивных веществ уменьшается. Содержание экстрактивных веществ меняется также по периодам сезона: в начале и конце сезона оно минимальное, в середине, наоборот, - максимальное.

Фенольные соединения. Вопрос образования, превращения и условий накопления фенольных соединений - центральный в биохимии и физиологии чая, так как именно они обеспечивают наиболее ценные свойства чая.

В литературе о чае встречаются разные термины для определения этих веществ: фенольные соединения, полифенолы, дубильные вещества, танин и танино-катехиновый комплекс. Термин «дубильные вещества», или адекватный ему термин «танин», ввел французский исследователь Сеген, обозначив им фенольные соединения, которые находятся в значительных количествах в экстрактах многих растительных материалов и обладают способностью дубить кожу. Изначально в кожевенной промышленности для дубления кожи применялись настои дуба, поэтому от латинского слова tan (дуб) и образовано название вещества.

Чайный танин не представляет собой однородное вещество, а является смесью генетически близких веществ. Истинных дубильных веществ (танина) в чайных флешах почти нет, так как чайный лист содержит фенольные соединения, состоящие, в основном, из простых катехинов (и их производных), имеющих низкомолекулярную массу. Однако во время технологической переработки сырья фенольные соединения зеленого листа претерпевают значительные изменения, их молекулярная масса увеличивается, и они приобретают свойства дубильных веществ.

Долгое время ученым не удавалось выяснить состав чайного танина. Лишь разработав методы разделения дубильных веществ на фракции ученым удалось установить их две основные разновидности - катехиновую и танинную, которые отличаются между собой физическими, химическими и вкусовыми свойствами.

   катехин                                         танин                                  галлотанин

 Дубильные вещества образуются путем реакции присоединения и конденсации полифенолов и их производных. При старении листа, а также при его переработке катехиновая фракция (содержание которой в нежных листьях чая доходит до 70% от общего содержания дубильных веществ) постепенно переходит в танинную, а затем в связанный танин. Это происходит за счет окисления и уплотнения катехинов и их галловых эфиров, о чем можно судить по увеличению молекулярной массы дубильных веществ готового черного чая.

  галловая кислота

Механизм окислительной полимеризации катехинов

Цвет настоя, терпкость, аромат и другие свойства чая зависят от дубильных веществ и их соединений с другими веществами или от продуктов их изменения в процессе переработки. Горечь чайного настоя, в основном, связана с катехиновой фракцией дубильных веществ, в то время как терпкость, полнота вкуса, хорошая цветность и другие свойства - с танинной.

Содержание фенольных соединений в чае зависит от сорта растения, возраста листа, времени сбора, экологических факторов, системы агротехнических мероприятий и других факторов.

Общепризнано, что большее количество дубильных веществ в чайном листе позволяет получить продукт хорошего качества. Наиболее богаты танином молодые листья. В молодом сырье их содержание составляет 20-30%. Большое количество фенольных соединений содержит почка, первый и второй лист, в третьем и последующих их меньше. В огрубевшем листе запасы дубильных веществ резко снижаются.

В процессе переработки чайного листа в черный чай количество фенольных групп уменьшается примерно на одну треть. В лучших сортах готовой продукции содержание танина может доходить до 18%, причем уменьшается, в основном, катехиновая фракция зеленого листа, переходя в более сложные соединения танинной фракции, которая в дальнейшем, уплотняясь, образует вещества, нерастворимые в воде. Окисленные во время ферментации лимонно-желтые танины придают настою характерную темно-золотую окраску, дополняют аромат, сообщают напитку специфическую терпкость и крепость.

Для зеленого чайного листа характерно изменение содержания фенольных соединений в течение всего сезона сбора. Так, в начале (май-июнь) и в конце (сентябрь) сезона их содержание относительно низкое, а в середине (июль-август) достигает максимума.

Солнце и более высокая температура воздуха увеличивают количество фенольных соединений в чайном листе. На их содержание также влияют высота расположения плантации над уровнем моря и экспозиция склона. На северных склонах и более низко расположенных плантациях количество фенольных соединений ниже, чем в высокогорье и на южной, солнечной стороне.

Алкалоиды чая. Чайный лист содержит алкалоиды - физиологически активные вещества, которые в малых дозах стимулируют (возбуждают) работу нервной системы организма человека. Главными из их числа являются кофеин (триметилксантин), теофиллин (диметилксантин) и теобромин. Из пуриновых оснований, сопутствующих кофеину и содержащихся в чае в небольших количествах, следует также назвать аденин, гуанин.

 аденин                                          гуанин

      Основным алкалоидом является кофеин, содержание которого достигает 3-5% сухого вещества чая, в то время как содержание теофиллина и теобромина не превышает 0,6-0,8%. Содержание кофеина зависит от сорта растения, возраста листа, содержание азота в почве и других факторов. В нежных частях флеша его количество выше, и с ростом листа содержание кофеина уменьшается до 0,7-0,8%.Поэтому высококачественный чай получают из двух- и трехлистных флешей. В процессе переработки зеленого листа чая содержание кофеина изменяется незначительно. Однако постепенно уменьшается количество свободного (растворимого) кофеина в связи с тем, что он соединяется с другими веществами чая (например, с белками). Поэтому в зеленом слабоферментированном чае кофеина больше, чем в черном. В готовом чае кофеин находится в соединении с танином, образуя так называемый танат кофеина, придающий чаю характерные свойства (аромат, цвет) и вызывающий помутнение крепкого чая при остывании (образование так называемых «сливок»). При температуре 100°С кофеин претерпевает сублимацию (превращение), поэтому для его максимального сохранения в настое желательно, чтобы температура кипятка при заваривании чая не превышала 100 С.

Белковые вещества. Белковые вещества находятся в чайном листе в большом количестве и в некоторых случаях по содержанию в два раза превышают количество танина. Содержание общего азота в различных типах чая существенно отличается и составляет в индийском чае 4,42%сухого вещества, в китайском чае - 4,52%, в японском чае - 5,08%. В зеленом чайном листе белковые вещества представлены, в основном, в виде коллоидных растворов, водорастворимых белков в нем мало. В нежных частях флеша белков содержится больше на 3-5%, чем в грубых. Кроме того, оно меняется в течение сезона переработки: чайные листья наиболее богаты белком в мае, в остальные месяцы его содержание постепенно уменьшается.

Белковые вещества играют важную роль в образовании чайного аромата, который зависит от тех или иных аминокислот, образующихся в процессе производства чая при распаде белков. В чайном листе обнаружены следующие свободные аминокислоты: аспарагиновая, глютаминовая, серии, аланин, лизин, аргинин и валин, в завяленном листе к ним прибавляется лейцин и фенилаланин. При переработке чайного листа, в особенности во время ферментации и сушки, в результате взаимодействия аминокислот с сахарами возникают альдегиды, которые и участвуют в синтезе аромата. Однако следует упомянуть, что большое содержание белковых веществ при малом содержании танина неблагоприятно отражается на вкусовых и ароматических достоинствах готового чая. В процессах переработки белковые вещества соединяются с танином, образуя нерастворимые в воде вещества, в связи с чем уменьшается количество экстрактивных веществ.

Углеводы. Углеводы, которые содержит чайный лист, можно условно разделить на две группы: растворимые в воде (глюкоза, фруктоза, сахароза, рафиноза, мальтоза) и нерастворимые в воде (крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза). Содержание водорастворимых углеводов достигает 4%, а водонерастворимых - 7,5-19% и зависит от возраста чайного листа, времени сбора, географического расположения плантаций и др. Общее количество углеводов в чайном листе увеличивается с начала сезона (май) до его окончания. С огрубением (увеличением возраста) чайного листа увеличивается количество нерастворимых углеводов и уменьшается количество растворимых, что отрицательно влияет на качество чая, так как при термической обработке чайного листа именно растворимые углеводы входят в реакцию с аминокислотами и фенольными соединениями, образуя альдегиды ароматической природы.

Эфирные масла. Эфирные масла придают характерный специфический аромат зеленому чайному листу и готовому чаю, обусловливают определенный вкус напитка и усиливают выделение пищеварительных соков, что повышает усвояемость пищи.

Многие исследователи считают, что качество готовой продукции зависит от количества эфирного масла. Содержание эфирных масел в зеленом чайном листе ничтожно и достигает 0,007-0,009% сухого вещества. Их количество зависит от сорта растения, возраста листа, экологических факторов и др. Максимальное количество эфирных масел содержится в нежных частях флеша - почке и первом листе и постепенно уменьшается с возрастом. Исключение составляет стебель, который отличается высоким содержанием эфирных масел. В процессе производства чая в результате термического воздействия на сырье улетучиваются те компоненты эфирных масел, которые обусловливают запах зеленого листа, и образуются новые компоненты с приятным запахом. В процессе переработки зеленого листа содержание эфирных масел значительно меняется, достигая в готовом чае 0,02%. Максимальное накопление эфирных масел наблюдается во время ферментации, что связано с их постепенным высвобождением из связанного состояния.

В результате исследования химического состава летучих веществ чая обнаружено более 130 соединений, куда входит значительная группа альдегидов (ацетальдегид, ацетон, изомасляный, изовалериановый и капроновый альдегиды), свободные кислоты (уксусная, масляная, валериановая, капроновая, каприловая и др.), терпеновые и ароматические спирты (коричный спирт, бензиловый спирт, фенилэтиловый спирт, гераниол, цитронеллол, линалоол и др.), фенолы и другие соединения. Несмотря на одинаковый качественный состав комплекса эфирного масла различных частей флеша (первого листа с почкой, второго, третьего листа и стебля), в них обнаруживаются значительные различия в количественном соотношении отдельных компонентов, что влияет на аромат чая, а значит и на качество готовой продукции.

Помимо эфирных масел, важную роль в получении чайного аромата играют смолистые вещества, которые, сами обладая приятным ароматом, являются растворителями и фиксаторами ароматических начал. Содержание компонентов смол (резенов, смоляных спиртов и эфиров) увеличивается с улучшением качества сырья. При переработке чайного листа содержание смолистых веществ уменьшается вследствие их постепенного окисления.

Пектиновые вещества. Пектиновые вещества определяют клейкость фиксированного листа, а в готовом чае - сладковатый вкус и его гигроскопичность.

Чайный лист содержит три группы пектиновых веществ: нерастворимые в воде (протопектин), растворимые в воде (гидропектин) и пектиновую кислоту. Растворимый пектин в большом количестве находится в нежных частях флеша (в почке и первом листе), с огрубением листа его содержание постепенно уменьшается. В начале и конце сезона в чайном листе растворимого пектина отмечается минимальное количество, а в середине сезона (август) - максимальное. В процессе переработки чайного листа содержание пектиновых веществ постепенно уменьшается.