Химический состав чайного листа

Химический состав чайного листа

Качество сырья и полученной из него продукции во многом зависит от химического состава зеленого чайного листа. Во всем мире учеными ведутся большие работы по изучению зеленого чайного листа и тех превращений, которые протекают в нем при технологической переработке, проводятся систематические биохимические исследования, касающиеся сырья и технологии производства чая. Биохимики отмечают, что созревший чайный лист содержит более 130 различных веществ и соединений, определяющих главные достоинства чая — вкус, аромат и цвет.

Изучение химического состава зеленого листа и готового чая проводится потому, что при переработке чайного листа происходят значительные количественные и глубокие качественные изменения. Знание превращений, которые претерпевают вещества во время роста и развития зеленого листа, а также при его переработке, совершенно необходимо не только для улучшения качества сырья и направленного ведения технологических процессов при производстве чая, но также для правильного потребления готовой продукции (в том числе в лечебных целях).

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. Так, сырье, полученное с кустов сортов индийского чая, содержит больше экстрактивных веществ (до 50 %), чем с китайского (45 %) или японского (43 %). Почка и первый лист содержат этих веществ больше, чем второй и последующие листья, то есть с увеличением возраста чайного листа количество экстрактивных веществ уменьшается (рис. 5). Содержание экстрактивных веществ меняется также по периодам сезона: в начале и конце сезона оно минимальное, в середине, наоборот, — максимальное.

Фенолъные 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 катёхинов (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.

Образование дубильных веществ происходит, в основном, путем превращения Сахаров в полифенолы через промежуточное образование инозита. В дальнейшем путем реакции присоединения и конденсации полифенолы и их производные образуют дубильные вещества. 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.

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.

Сырье индийского чая содержит больше фенольных соединений, чем китайский или японский чайный лист, что учитывается при производстве различных видов готовой продукции. При производстве зеленого чая нужно помнить, что фенольные соединения легко окисляются действием ферментов. Поэтому в Индии зеленый чай вырабатывают в небольшом количестве, так как высокое содержание дубильных веществ в сырье ведет к получению продукта нежелательного качества, который характеризуется несколько горьковатым и излишне терпким вкусом, а также не свойственным зеленому чаю темно-красным цветом. В Японии и Китае для устранения накопления фенольных соединений прибегают к искусственным средствам (притенению плантаций, внесению больших доз азотных удобрений, снижению уровня подрезки куста), что ведет к получению высококачественного зеленого чая.

Общепризнано, что большее количество дубильных веществ в чайном листе позволяет получить продукт хорошего качества. Наиболее богаты танином молодые листья. В нежном 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, тетраметил-триоксипурин.

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. Индийская популяция чайного растения содержит большее количество кофеина, чем китайская и японская. 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 °C кофеин претерпевает сублимацию (превращение), поэтому для его максимального сохранения в настое желательно, чтобы температура кипятка при заваривании чая не превышала 10 °C.

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, глютамино-вая, 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.

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.

Углеводы. Углеводы, которые содержит чайный лист, можно условно разделить на две группы: растворимые в воде (глюкоза, фруктоза, сахароза, рафиноза, стахиоза, 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 фенольны-ми соединениями, образуя альдегиды ароматической природы.

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.

Пигменты. Пигменты придают окраску чайному листу. Среди них следует отметить хлорофилл, каротин и ксантофилл.

Хлорофилл — пигмент зеленого цвета. Его содержание в чайном листе составляет 0,6–0,8 %, причем с огрубением листа его количество увеличивается. Под действием высокой температуры при термической обработке чайного листа (фиксация, выдержка, сушка) хлорофилл разрушается. При недостаточном разрушении хлорофилла получается продукция низкого качества, обладающая отрицательными свойствами — зеленоватым цветом, травянистым привкусом, горечью.

Каротин — пигмент желтого цвета. В дву- и трехлистных флешах его содержание составляет 0,018-0,064 %. В отличие от хлорофилла его содержание в начале сезона больше, чем в конце. Наличие этого пигмента в готовой продукции также является отрицательным признаком.

Кроме перечисленных пигментов, в чае обнаружено более 10 флавоно-идов, которые имеют желтую окраску и представлены в растении в виде разнообразных гликозидов. Они в большом количестве (1,64 %) находятся в однолистных флешах. Генетическая близость к катехинам (дубильным веществам) чайного растения и обусловливает их свойства.

Витамины. Физиологическую ценность чая во многом определяет содержание витаминов. Среди водорастворимых витаминов в чайном листе обнаружены и изучены витамины Bi (тиамин), Вг (рибофлавин), Вз (пан-тотеновая кислота), С (аскорбиновая кислота), РР (никотиновая кислота) и Р (группа флавоноидов). Из жирорастворимых витаминов в листьях чая представлены А (ретинол), К (филлохинон) и Е (токоферол). Большое количество витаминов содержит нежная часть флеша, с огрубением чайного листа их содержание уменьшается. Однако содержание витамина С, которым весьма богат чайный лист, наоборот, увеличивается от почки к третьему листу.

В процессе производства готовой продукции витамины претерпевают количественные изменения и оказывают существенное влияние на ход биохимических превращений веществ чая, содержащихся в зеленом листе. Так, токоферол (витамин Е), являясь сильным антиоксидантом, защищает от окисления ряд соединений при производстве чая, что оказывает положительное влияние на аромат и вкус чайного настоя, так как обогащает чай веществами, не подвергшимися окислению. Установлено также, что содержание аскорбиновой кислоты во время переработки листа значительно снижается, что связано с высокой температурой при сушке, при которой витамин легко разрушается, и с окислительными процессами во время скручивания и ферментации. Поэтому содержание витамина С в зеленом чае примерно в два раза больше, чем в черном.

Исследователями было также установлено, что сильным Р-витамин-ным действием обладает чайный танин, представляющий собой смесь катехинов и их галловых эфиров. При производстве зеленого чая феноль-ные соединения претерпевают слабое окисление, и их содержание в готовой продукции больше, чем в черном чае. Поэтому Р-витаминные свойства у зеленого чая проявляются сильнее, что говорит о его более высокой физиологической активности.

Минеральные вещества (зольные элементы). Содержание минеральных веществ в зеленых листьях и готовом чае варьирует в пределах 4–7 % от общего количества сухих веществ.

Золы делят на две группы: растворимые и нерастворимые в воде, причем водорастворимая часть минеральных веществ составляет 50–60 % их общего количества. По последним данным в золе готового чая было обнаружено более 20 элементов: К (калий), Са (кальций), Mg (магний), Fe (железо), Si (кремний), Na (натрий), А1 (алюминий), Мп (марганец), Sr (стронций), Ni (никель), Си (медь), Zn (цинк), Ва (барий), Rb (рубидий), Ti (титан), Сг (хром), Sn (олово), Ag (серебро), V (ванадий), J (йод) и др. Некоторые из них присутствуют в чае в очень небольших количествах

Содержание зольных элементов зависит от возраста листа и влияет на качество готовой продукции. Установлено, что в грубом (старом) листе и чае низкого качества содержание минеральных веществ больше, чем в нежных листьях и чае высокого качества. Однако содержание отдельных элементов по-разному отражается на качестве чая. Так, более высокие сорта содержат калия и фосфора больше, чем низкие, одновременно в более низких сортах чая выше содержание натрия, кальция и магния.

Влияние каждого элемента на качество и процесс производства чая изучено не до конца. Однако известно, что при производстве чая некоторые элементы (например, марганец и железо) играют определенную роль в процессе ферментации.

Ферменты. Ферменты играют важную роль в обмене веществ, протекающем в клетках растения. Они обеспечивают непрерывную цепь превращений: продукт, образованный одним ферментом, является объектом действия для другой группы ферментов. Если в цепи этих превращений выключился один из каких-либо ферментов (из-за неподходящих условий активности), процессы приостанавливаются или не доводятся до желаемого уровня, что действует на характер превращения веществ.

Ферменты образуются только в живой клетке, характеризуются катализирующей активностью и высокой специфичностью. Их активность и действие в процессе переработки растительного сырья регулируется влиянием различных факторов: температуры, кислотности, влажности, радиации, давления, действия активаторов и ингибиторов.

По химической природе все ферменты — белки. В чайном листе содержится довольно большое количество ферментов разных групп. Большое значение для чайного сырья имеют окислительные ферменты (фенолок-сидаза, пероксидаза, каталаза, цитохромоксидаза) и гидролитические (инвертаза, амилаза, протопектиназа, протоиназа, протоилаза).

Качество чая во многом зависит от содержания в листе окислительных ферментов, которые изменяют свою активность в течение сезона и претерпевают количественные изменения в зависимости от возраста листа и сорта чайного куста. Так, при вегетации чая активность окислительных ферментов достигает максимума в августе, уменьшается с возрастом листа и перемещением растения к северу.

Действие окислительных ферментов в сырье по-разному влияет на качество готовой продукции. При производстве черного чая они оказывают положительное влияние, так как при их помощи протекает процесс ферментации и вырабатываются основные свойства чая — вкус, аромат и цвет настоя. Наоборот, при производстве неферментированного чая действие окислительных ферментов отрицательно сказывается на конечный результат. Большое значение здесь имеет термолабильность (чувствительность ферментов к высокой температуре), так как установлено, что при повышении температуры до 40–50 °C активность ферментов увеличивается, при дальнейшем повышении, наоборот, уменьшается, а при температуре выше 60 °C их действие прекращается. Поэтому в процессе переработки сырья при производстве неферментированного чая проводят инактивацию ферментов путем воздействия высокой температурой.

Из гидролитических ферментов, встречающихся в чайном листе, можно указать на амилазу, производящую осахаривание крахмала, инверта-зу, расщепляющую сахарозу, Р-глюкозидазу, разлагающую гликозиды, протеазы, действующие на белки.