Немного о биохимических механизмах ферментации чая

Уверен, все любители чая, хотя бы немного интересовавшиеся технологией чайного производства, знают, что ключевой процесс в производстве красных чаёв и улунов – это ферментация, и что применительно к чаю под ферментацией понимается окисление полифенолов чайного листа при участии ферментов-оксидаз самого же чайного листа.

Однако не все ясно представляют себе, что и как при этом окисляется, каков химизм этих явлений, какие вещества образуются при этом, и какое значение это имеет для формирования цвета, вкуса, аромата и прочих свойств готового чая. Давайте чуть подробнее рассмотрим эти вопросы вместе с Танакой Такаши и его коллегами из Лаборатории химии пищевых продуктов Университета Нагасаки (http://www.mdpi.com/1422-0067/11/1/14/htm).

Среди полифенолов свежего чайного листа, которые составляют до 25% его сухой массы, преобладают четыре мономерных катехина: эпигаллокатехингаллат (ЭГКГ), эпикатехингаллат (ЭКГ), эпигаллокатехин (ЭГК) и эпикатехин (ЭК). В структуре т.н. галлированных катехинов (ЭГК и ЭГКГ) имеется пирогаллоловое В-кольцо (3,4,5-тригидроксифенил), у них на одну гидроксигруппу больше по сравнению с аналогичными им негаллированными катехинами (ЭК и ЭКГ) с катехоловым В-кольцом (остатком 3,4-дигироксифенила). Галлаты – ЭКГ и ЭГКГ – этерифицированы галловой кислотой в положении 3 кольца С. Всё это наглядно представлено ниже на рисунке 1. Галлированных катехинов в чайном листе больше, чем негаллированных; галлатов – больше, чем ЭК и ЭГК.

При окислении катехоловое В-кольцо ЭК и ЭКГ превращается в ортохиноновое. Затем образовавшийся ортохинон сам выступает в роли окислителя и взаимодействует с пирогаллоловым В-кольцом ЭГК и ЭГКГ. Эти кольца конденсируются, как бы слипаясь друг с другом. Образуется промежуточный продукт, содержащий структуру бициклооктана, но она не стабильна и после декарбоксилирования превращается в семичленное бензотрополоновое кольцо. Так образуются теафлавины: собственно теафлавин и его моно- и дигаллаты (рисунок 2). Теафлавины придают чаю оранжево-жёлтую окраску.

Однако на этом процесс не заканчивается. Молекулы ЭГК взаимодействуют не только с ЭК-хиноном, но и, окисляясь, друг с другом. Когда ЭГК за счёт этого исчерпывается, и возникает избыток ЭК-хинона, последний начинает окислять бензотрополоновое кольцо теафлавинов с образованием теафлавин-хинонов, а те in vitro дают смесь дегидротеафлавина, бистеафлавинов А и В и теанафтохинона (рисунок 3). Но из готового красного чая эти вещества не выделены – в ферментирующемся чайном листе они реагируют с другими его компонентами.

В сравнении с В-кольцом, реакционная способность галлоильного остатка катехингаллатов ниже, но и он вступает в реакции оксидативной конденсации с ЭК-хиноном, а также с катехоловыми В-кольцами. В результате образуется несколько продуктов: теадибензотрополон А, теафлаваты А и С и бистеафлават А (рисунок 4).

Пирогаллоловые В-кольца способны также окисляться напрямую при участии ферментов-оксидаз, однако в присутствии ЭК-хинона и подобных ему соединений этот процесс идёт существенно быстрее.

При окислении и конденсации молекул ЭГКГ и ЭГК друг с другом образуются димерные хиноны – дегидротеазинензины, однако в готовом красном чае они не обнаруживаются. Дегидротеазинензин А нестабилен и медленно превращается в смесь теазинензинов А и D, галлоилулунтеанина и других веществ (рисунок 5), причём теазинензины – это продукты восстановления дегидротеазинензина, а галлоилулунтеанин и др. – окисления. Имеет место окислительно-восстановительная дисмутация дегидротеазинензина, но не только: в красном чае теазинензина А больше, чем других производных дегидротеазинензина – очевидно, последний отчасти восстанавливается другими присутствующими в чае веществами, например, аскорбиновой кислотой.

Основным продуктом окисления ЭГК является дегидротеазинензин С, распадающийся с образованием теазинензинов С и Е и улунтеанина – всё это безгаллоильные аналоги веществ, образующихся при окислении и дальнейших превращениях ЭГКГ. Но окисление ЭГК не полностью аналогично окислению ЭГКГ. При нём также образуется проэпитеафлагаллин, который даёт затем гидрокситеафлавин и эпитеафлагаллин – один из пигментов красного чая (рисунок 6).

Интересно, что окисление ЭГК и его стереоизомера (+)-галлокатехина протекает по-разному (рисунок 7). Окисление ЭГК идёт быстро с преимущественным образованием дегидротеазинензина С и меньшим – проэпитеафлагаллина. Окисление (+)-галлокатехина идёт медленнее и аналог проэпитеафлагаллина становится основным продуктом. Разная стереохимия С-кольца обуславливает региоселективность соединения молекул друг с другом.

Из промежуточных бициклооктановых соединений образуются также жёлтые чайные пигменты теацитрины А, В и С (рисунок 8). Ещё несколько жёлтых пигментов, относящихся к теазинензинам, получены при окислении ЭГК и ЭГКГ in vitro (рисунок 9); подтверждено наличие дегидротеазинензина AQ и ЭГКГ-димера А в красном чае.

Далее авторы работы указывают, что, рассуждая об антиоксидантной активности полифенолов чая и об их возможном положительном влиянии на состояние здоровья, надо помнить о том, что окисленные димерные, тримерные и т.д. полифенолы хуже всасываются из желудочно-кишечного тракта, нежели мономерные катехины зелёного чая. С другой стороны, эти окисленные полифенолы ингибируют пищеварительные ферменты, расщепляющие жиры и углеводы и таким образом могут снизить вред от нерациональной диеты, чрезмерно богатой жирами и углеводами. Как по мне, это немного наивно и в любом случае требует клинического подтверждения; лучше бы японские учёные не выходили за рамки чистой биохимии.

Упоминаются в работе и теарубигины – пигменты, придающие чаю красный цвет. Это большая группа веществ, по-видимому, также относящаяся к продуктам окисления и конденсации полифенолов, однако точную их структуру ещё предстоит установить.

В улунах присутствуют продукты взаимодействия полифенолов с другими органическими веществами – в частности, аскорбил-ЭГКГ, образующийся при реакции ЭГКГ с дегидроаскорбиновой кислотой (рисунок 10), и улунгомобисфлаваны и их аналоги, образующиеся при димеризации ЭГКГ с формальдегидом и ацетальдегидом (рисунок 11 в первом комментарии).

ЭК-хиноны могут взаимодействовать с аминокислотами чая, в том числе с главной чайной аминокислотой L-теанином, с образованием штрекеровских альдегидов, а те, в свою очередь, вступают в реакцию с теазинензинами, и продукты этой реакции выделены из красного чая (рисунок 12 в первом комментарии).

Если нужны какие-то выводы, то они состоят в том, что окислительная ферментация чая – сложный процесс, состоящий из множества химических реакций, идущих как последовательно, так и параллельно и одновременно, промежуточные продукты которых разными способами взаимодействуют друг с другом. Окисление катехинов под действием ферментов-оксидаз – обязательная начальная фаза этого процесса, но к ней этот процесс не сводится. Имеет место и соединение молекул одинаковых и разных полифенолов друг с другом, и, в отдельных случаях, их восстановление. В этих реакциях участвуют не только полифенолы, но и другие вещества чайного листа – органические кислоты, аминокислоты и т.д. Направление и характер реакций зависят как от исходного состава чайного сырья, так и от условий, и даже финальный прогрев при сушке не просто останавливает ферментацию, а вызывает определённые химические реакции, способствующие формированию конечного цвета, вкуса и аромата чая.

Во втором комментарии прикреплён полный текст публикации. Помимо ферментации чая, в ней освещается также трансформация полифенолов какао, кофе, корицы, процессы, протекающие при выдержке виски, созревании фруктов, и это всё также весьма интересно. Не лишним будет также найти и прочесть хотя бы несколько работ из списка литературы в конце статьи.

Рисунок 1. Основные катехины чайного листа.


Рисунок 2. Образование теафлавинов при конденсации окисленных ЭК/ЭКГ (ЭК-хинонов) с ЭГК/ЭГКГ.


Рисунок 3. Окисление теафлавина до теафлавин-хинона и дальнейшие превращения теафлавин-хинона.


Рисунок 4. Продукты, образующеся при окислении галлоильного кольца катехингаллатов.


Рисунок 5. Окисление и димеризация ЭГКГ с образованием дегидротеазинензина А и дальнейшие его превращения.


Рисунок 6. Окисление и димеризация ЭГК с образованием проэпитеафлагаллина и его дальнейшие превращения.


Рисунок 7. Сравнение окисления ЭГК и (+)-галлокатехина.


Рисунок 8. Образование теацитрининов.


Рисунок 9.


Рисунок 10. Образование аскорбил-ЭГКГ.

02 декабря 2017 г.
Источник: Самая домашняя чайная «Сова и Панда» https://vk.com/club47905050
Автор: Антон Дмитращук https://vk.com/id183549038


Понравилась статья? Поделись с друзьями!


Обсуждение закрыто.