Каротинойды в чае и зависимость их содержания от сорта и обработки чая

Определения и сокращения 

• СТС гранулированный чай
• HPLC высокоэффективная жидкостная хроматография, метод разделения сложных смесей веществ, широко применяемый в аналитической химии;
• ТОХ терминальная оксидаза;
• UV ультрафиолет. Электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями (длина волны от 10 до 400нм);
• VDE виолаксантин-деэпоксидаза;
• SD - standard deviation, "стандартное отклонение" измеряет разброс набора данных относительно его среднего значения;
• FW - fresh weight, "свежий вес" - это вес растения, когда вы его собираете, то есть с содержанием влаги;
• DW - dry weight, "сухой вес" - это вес обезвоженной растительной массы.

Что такое каротинойды?

Каротиноиды представляют собой тетратерпеноидные органические пигменты в хлоропластах и хромопластах чайного растения. Каротиноиды подразделяются на ксантофиллы и каротины. Первые молекулы, такие как лютеин (ксантофилл), виолаксантин, неоксантин и зеаксантин, содержат кислород, вторые же, такие как α-каротин, β-каротин, являются чисто углеводородными, и не содержат кислорода. Каротиноиды поглощают световую энергию для использования в фотосинтезе и защищают хлорофилл от фотоповреждения, и, таким образом, играют важную роль в чайном растении.

Каротиноиды оказывают воздействие на здоровье человека. β-каротин и α-каротин могут превращаться в ретиналь (основная часть зрительного пигмента родопсина, необходимого для сумеречного зрения) и обладать активностью витамина А, а другие каротиноиды могут действовать как антиоксиданты (Toomey et al., 2010). Лютеин и зеаксантин поглощают вредный синий (в видимом спектре) и ближний ультрафиолетовый свет (Maci, 2010), проявляя защитный эффект против глазных заболеваний, таких как возрастная макулярная дегенерация.

Каротиноиды являются важным фактором, определяющим качество чая, поскольку многие из вкусовых проявлений, связанных с качеством, образуются в результате их преобразования во время обработки чая (Ravichandran, 2002). Сладкие цветочные запахи, присутствующие в черном чае, обусловлены ароматическими соединениями, которые образуются в результате распада каротиноидов (Borthakur et al., 2008). Существует множество факторов, влияющих на уровень каротиноидов в чае, включая сорт чая (Wang et al., 2010), условия окружающей среды и обработку чая (Du et al., 2009).

В этой статье описываются различия в каротиноидах между разными типами, ботаническими сортами, а также влияние сезонов выращивания и обработки чая на уровни каротиноидов.

Различия в уровне каротинойдов между сортами чая и вегетационными периодами

Лютеин является наиболее распространенным каротиноидом в чайных побегах, далее следует β-каротин, неоксантин - самый нераспространенный, а виолоксантин находится между ними (таблица 1).

*Образцами служили побеги с двумя листьями и почкой первого весеннего сбора; SD - стандартное отклонение; FW - свежий вес

Состав и уровень каротиноидов значительно различается между сортами чая. В производстве используются два типа сортов чая, а именно: сорта чая, у которых зеленые побеги круглый год, и редкие сорта чаев-альбиносов, у которых обесцвеченные побеги появляются ранней весной, когда температура ниже 20°C (Du et al., 2009). Сорта чая с отсутствием пигмента, такие как Сяо Сюэ Я 小雪芽, имеют очень низкую концентрацию каротиноидов, поскольку в этих сортах-альбиносов экспрессия генов терминальной оксидазы (TOX) и виолаксантин-деэпоксидазы (VDE), которые участвуют в биосинтезе хлорофиллов и пигментов цикла ксантофиллов (окрашивают лист в зеленый цвет), подавляется при низкой температуре (Du et al., 2009). Попросту говоря, они выключаются. β-каротин не был обнаружен в раннем сборе сорта с альбинизмом 小雪芽 Сяо Сюэ Я (таблица 1). Чайные растения имеют два источника ТOX: ген ядерного цитохрома и ген пластиды. Ядерный цитохром TOX является альтернативной оксидазой и участвует в десатурации каротиноидов в хромопластах, в дополнение к своей роли во время раннего развития хлоропластов. Инактивация гена TOX приводит к фотообесцвечиванию растения. Виолаксантин биосинтезируется из зеаксантина путем эпоксидирования. Подавление экспрессии гена TOX отвечает за рост побегов альбиносов у сорта чая с отсутсвием пигмента при низких температурах (Du et al., 2009). VDE отвечает за ускорение де-эпоксирования виолаксантина до антераксантинов и зеаксантина в цикле ксантофилла. Подавление TOX и VDE в сорте чая с альбинизмом приводит к меньшему накоплению каротиноидов в ранних побегах. Однако зеленый чай, приготовленный с использованием чайных побегов альбиносов, обладает ярко выраженным приятным вкусом «Умами», потому что он содержит высокую концентрацию аминокислот, и, как следствие, нравится потребителям. 

Пример заваренного альбиноса. Чай "Белое молоко" Цзюань Е Найбай из культивара Дуншаньхуан 东山皇

Среди других культиваров чая с зелеными побегами состав каротиноидов варьируется в зависимости от ботанического вида. Фудин Да Бай 福鼎大白 (белые фудинские чаи), сорт Camellia sinensis с листьями среднего размера, имеет более высокие концентрации бета-каротина, виолаксантина и неоксантина, но более низкий уровень лютеина, по сравнению с широколистной Camellia sinensis var. assamica сорта Юйлань 玉兰 и мелколистной Camellia sinensis сорта Лунцзин-43 龙井-43 (Таблица 1).

Концентрация каротиноидов меняется по мере созревания чайного листа. (Wang et al. 2010) показал, что содержание лютеина составило 92,3 и 398,9 мкгр х гр^-1 (DW) во втором и третьем листьях на одном и том же побеге сорта Лунцзин-43 (❗️почти в четыре раза больше).

Уровень каротиноидов в чайных побегах также меняется в зависимости от сезона выращивания. Общая концентрация каротиноидов была самой высокой летом и самой низкой весной, а средние показатели прослеживались осенью (рис. 1). Концентрация каротиноидов в сорте чая с альбинизмом значительно повышается летом и осенью, но весной она низкая. Каротиноиды играют важную роль в фотосинтезе чайного растения, поглощая световую энергию и защищая хлорофилл от фотоповреждений. Увеличение содержания каротиноидов в летний и осенний период может быть наследственной характеристикой, приобретенной чайным растением при адаптации к жаркой и солнечной среде с избыточной инсоляцией.

Изменение общего количества каротиноидов в зависимости от вегетационного периода. Побеги с двумя листьями и почкой  первого цветения каждого сезона. На панели ошибок отображается стандартная ошибка (SEM), n = 3

Подавление экспрессии генов, связанных с накоплением каротиноидов, приобрело совершенно противоположное значение при повышении температуры выше 20°C у сорта чая с альбинизмом (Du et al., 2009), поэтому общая концентрация каротиноидов в чае-альбиносе Xiaoxueya значительно увеличилась в летний и осенний сезоны. Многие ароматические летучие вещества являются продуктами разложения каротиноидов (Ravichandran, 2002). Это означает, что чайные побеги, выращенные в летний и осенний сезоны, потенциально могут производить чаи с более интенсивными ароматами.

Изменение уровня каротинойдов при обработке чая

Изменение содержания каротиноидов зависит не только от типа используемых свежих чайных листьев и культивара, но и от процедуры обработки. Во время обработки чая уровень каротиноидов снижается.

При обработке зеленого чая машинным способом свежие чайные побеги помещают в машину с барабаном для фиксации чая (для прекращения энзимного окисления) и выдерживают при 200°C примерно 5 мин, скручивают в роллере в течение 30 мин и, наконец, финально сушат при 120°C до уровня влажности около 6% (Liang et al., 1990). Смотрите таблицу 3

Однако для обработки черного чая побеги сохнут при температуре около 30°C более 6 часов (процедура подвяливания чая), а затем скручиваются в роллере. Скрученные листья ферментируют в течение 2-3 часов при температуре около 30°C и, наконец, сушат. 

Существуют исследования, которые показывают, что нагревание регулирует окислительно-восстановительные реакции клеток и снижение уровня каротиноидов (Achir et al., 2010; Song et al., 2010). Поскольку многие компоненты каротиноидов чувствительны к температуре, процедуры нагрева, такие как финальная сушка как для зеленого, так и для черного чая, а также фиксация для зеленого чая, оказывают большое влияние на уровни в них каратинойдов (рис. 17.2). Окисления, включая ферментативное окисление и спонтанное окисление, также могут быть факторами снижения содержания каротиноидов. Листья зеленого чая и улунов фиксируют нагреванием перед скручиванием, и во время этого процесса ферменты оксидазы, включая полифенолоксидазу и каротиноидоксидазу, инактивируются, что приводит к замедлению дальнейшего ферментативного окисления. Скручивание зеленого чая и улуна направлено на то, чтобы сделать чай более плотным и позволить химическим веществам, содержащимся в клетках чайного листе, легко извлекаться во время приготовления напитка. Однако скручивание красного/черного чая повреждает чайные листья, разрушая их клетки и позволяя чайным полифенолам вступать в контакт с полифенолоксидазой и кислородом, что способствует окислению чайных полифенолов и образованию красных пигментов (теарубигинов) и желтых пигментов (теафлавинов) (Li et al., 2010). Во время скручивания черного чая может происходить как ферментативное окисление, так и спонтанное окисление каротиноидов, поскольку ферменты листьев, включая каротиноидоксидазу, не инактивируются. Именно по этой причине концентрация каротиноидов в черном чае снижается быстрее, чем в зеленом. Окисление каротиноидов также происходит во время ферментации (контролируемого окисления) красного чая. Это говорит о том, что следует избегать сильного скручивания и высокотемпературной финальной сушки, чтобы поддерживать высокую концентрацию каротиноидов в готовом сухом красном чае.

Концентрация каротиноидов в чае увеличивается со зрелостью чайного листа (Wang et al., 2010). Свежие чайные листья для улунов всегда представляют собой зрелые побеги с четырьмя листьями и закрытой почкой, а концентрация каротиноидов в них выше, чем в побегах с двумя листьями и почкой, которые используются для производства зеленого и черного чая (рис. 17.2). Во время обработки сырья для улунов, собранные листья частично сушат на солнце в течение 10 минут, а затем сушат при комнатной температуре около 12 часов, в течение которых листья переворачивают вручную в течение 1 минуты каждые 2 часа. Высохшие листья помещают в фиксирующую машину барабанного типа при температуре 200°C на 5 минут. Обжаренные листья скручивают в прокатной машине в течение 30 мин и, наконец, сушат при 120 °C до уровня влажности около 6% (Chen et al., 2011). Процедура обработки улунов аналогична процедуре обработки зеленого чая. Разница в зрелости чайных побегов является основным фактором, придающим улунам более высокий уровень каротиноидов, чем зеленым или черным сортам.

Изменения в различных компонентах каротиноидов могут быть связаны с их чувствительностью к температуре и окислительным условиям. Когда одну и ту же партию свежих чайных побегов с двумя листьями и почкой сорта Camellia sinensis Zhenong-139 перерабатывали для получения зеленого и черного чая соответственно, снижение уровня неоксантина было минимальным, а уровень бета-каротина был высоким, исходя из процентного содержания остаточных каротиноидов. Более 98% виолаксантина в свежих листьях разлагается при обработке зеленого и черного чая (таблицы 2-3). Поскольку концентрация лютеина и бета-каротина в свежих листьях выше, чем виолоксантина и неоксантина, они являются основными компонентами каротиноидов в сухом чае (таблицы 2-3).

Изменение уровня каротинойдов в различных сортах чая 

Концентрация каротиноидов в приготовленном чае зависит от культивара, сезона производства, зрелости чайного побега и процедур обработки (типа приготовленного чая). Эти факторы варьируются между различными сортами чая, что приводит к различиям в уровнях каротиноидов в конечных чаях. Как правило, улун, который обрабатывается с использованием зрелых чайных побегов, имеет самый высокий уровень каротиноидов, полностью ферментированный черный чай имеет самый низкий уровень, а зеленый чай находится между ними (таблица 4). Однако Да Хун Пао, разновидность улунов, производимый в горах Уишань на севере провинции Фуцзянь в Китае, имеет очень низкий уровень каротиноидов, даже несмотря на то, что он обрабатывается с такими же зрелыми чайными побегами, как и Те Гуань Инь, и Фэн Хуан Дань Цун (из провинции Гуандун). Это может быть связано с его специальной процедурой сушки, при которой чай прогревается в течение многих часов на углях (процедура называется хунбэй 烘焙). Это согласуется с выводом о том, что процедура обработки, особенно температурная сушка, оказывает большое влияние на уровень каротиноидов. В образцах зеленого чая концентрация каротиноидов в японском Сенча, зеленом чае, приготовленном на пару (тип зеленого чая чженцин 蒸青), в два раза выше, чем в китайских зеленых чаях Хуаншань Маофэн (тип хунцин 烘青) и Лунцзин (тип 炒青).

Кроме того, это различие может быть связано с особенностью свежего чайного  листа и процессом фиксации. Японская Сенча обрабатывается с использованием чайных побегов с тремя или четырьмя листьями и почкой, которые являются более зрелыми, чем те, которые используются для обработки Хуаншань Маофэн и Лунцзин. Во время процедуры фиксации японская Сенча фиксируется паром (тип зеленого чая чженцин 蒸青) примерно 10 секунд, в то время как фиксация Хуаншань Маофэн и Лунцзин длится около 5 минут или дольше и имеет другой способ температурной обработки.

Красный чай Цимэнь Хунча (кимун) и черный чай Шри-Ланка Конгоу - это листовые чаи, в то время как брокенированый черный чай Ассам - это ломаный чай типа CTC (гранулированный), который сильно измельчается, разрывается и скручивается на стадии прокатки, чтобы ускорить ферментативное окисление листьев. Окисление каротиноидов в ломаном черном чае может быть более существенным, чем в листовом красном чае. Это объясняет, почему брокенированый Ассам содержит меньше каротиноидов, чем Цимэнь Хунча и Шри-Ланка Конгоу. 

Виолаксантин был наименее распространенным каротиноидом в готовом чае (таблица 4), хотя изначально в свежем листе он присутствует в более высоких концентрациях, чем неоксантин (первые строчки таблиц таблицы 2-3), что говорит от том, что во время обработки чая виолаксантин более легко разлагается, чем неоксантин.

Список использованной литературы 

Na-Na Li¹, Jian-Liang Lu², Yue-Rong Liang¹,
¹ Научно-исследовательский институт чая Университета Чжэцзян, Ханчжоу, Китай.
² Ключевая лаборатория выращивания, развития и биотехнологии садоводческих растений Министерства сельского хозяйства Китая, Ханчжоу, Китай

•     Achir, N., Randrianatoandro, V.A., Bohuon, P., et al., 2010. Kinetic study of b-carotene and lutein degradation in oils during heat treatment. Eur. J. Lipid Sci. Tech. 112, 349-361.
•     Borthakur, D., Lu, J.L., Chen, H., et al., 2008. Expression of phytoene synthase (psy) gene and its relation with accumulation of carotenoids in tea [Camellia sinensis (L) O Kuntze]. Afr. J. Biotechnol. 7, 434-438.
•      Chen, Y.L., Duan, J., Jiang, Y.M., et al., 2011. Production, quality, and biological effects of oolong tea (Camellia sinensis). Food Rev. Intl. 27, 1-15.
•      Du, Y.Y., Shin, S., Wang, K.R., et al., 2009. Effect of temperature on the expression of genes related to the accumulation of chlorophylls and carotenoids in albino tea. J. Hort. Sci. Biotechnol. 84, 365-369.
•       Li, Y., Shibahara, A., Matsuo, Y., et al., 2010. Reaction of the black tea pigment theaflavin during enzymatic oxidation of tea catechins. J. Nat. Prod. 73, 33-39.
•      Liang, Y.R., Liu, Z.S., Xu, Y.R., Hu, Y.L., 1990. A study on chemical-composition of two special green teas (Camellia sinensis). J. Sci. Food Agric. 53, 541-548.
•      Maci, S., 2010. Lutein and Zeaxanthin in the eye. From protection to performance. Agro Food Ind Hi-Tech 21 (5), 18-20.
•       Ravichandran, R., 2002. Carotenoid composition, distribution and degradation to flavor volatiles during black tea manufacture and the effect of carotenoid supplementation on tea quality and aroma. Food Chem. 78, 23-28.
•       Song, Z.P., Li, T.S., Zhang, Y.G., et al., 2010. The mechanism of carotenoid degradation in flue-cured tobacco and changes in the related enzyme activities at the leaf-drying stage during the bulk curing process. Agric. Sci. China. 9, 1381-1388.
•      Toomey, M.B., Butler, M.W., McGraw, K.J., 2010. Immune-system activation depletes retinal carotenoids in house finches (Carpodacus mexicanus). J. Exp. Biol. 213, 1709-1716.
•      Wang, X.C., Chen, L., Ma, C.L., et al., 2010. Genotypic variation of beta-carotene and lutein contents in tea germplasms Camellia sinensis (L.) O. Kuntze. J. Food Comp. Anal. 23, 9-14.