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 фи-

зиологии 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 связан-

ный 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 ко-

личество 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 °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, 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 усло-

вий 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 ° С активность ферментов увеличива­ется, при дальнейшем повышении, наоборот, уменьшается, а при темпе­ратуре выше 60 ° С 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.