О влиянии микробиоты чайных листьев на состав красного чая

Интригующий заголовок, не правда ли? Даже начинающие любители чая знают, что бактерии и грибы – непосредственные участники процессов, протекающих при производстве хэйча. В том и суть этого вида чая: хэйча – это чай, преобразованный микробиологически. Но ферментация красных чаёв происходит без участия микроорганизмов: окисление и конденсация полифенолов осуществляется ферментами самих чайных листьев, гидролиз гликозидов – тоже, и так далее.

Существуют экспериментальные чаи, при производстве которых микробной постферментации подвергают не обычный маоча, фиксированный и смятый, а окисленный по «красному» типу чайный лист. Есть аналоги фучжуаней из такого сырья, есть и аналоги шу пуэра (на российском рынке такие чаи часто называют «красным пуэром», что, конечно, некорректно: пуэр – это чай, произведённый по строго определённой технологии, в которую такие эксперименты не вписываются). Но речь пойдёт не о них.

В 2021 году группа учёных Государственной ключевой лаборатории биологии и использования чайных растений Аньхойского сельскохозяйственного университета опубликовала в Журнале сельскохозяйственной и пищевой химии результаты необычного исследования — pubs.acs.org/doi/10.102… или sci-hub.ru/https://do… ; полный текст работы прикреплён к посту в формате pdf.

Из сырья, собранного с чайных кустов культивара Фудин Да Бай на чайной плантации Дунчжи, провинция Аньхой, были произведены зелёный и красный чай по обычным методикам. Но часть сырья после сбора стерилизовали погружением на пять минут в однопроцентный раствор гипохлорита натрия (с последующим тщательным промыванием стерильной водой). Затем сравнивали состав микробиома и химический состав стерилизованного и не стерилизованного сырья, зелёного чая и красного чая на этапах завяливания, сминания, ферментации и после сушки,

Было идентифицировано 320 родов бактерий, относящихся к 180 семействам 112 отрядов 45 классов 22 отделов (из 24 существующих отделов). Более 85% общего состава бактериальных сообществ в изученных образцах приходилось на отдел Protobacteria, за ними следовали Bacteroidetes (2.1−20.6%), Firmicutes (0.9−20.7%), Actinobacteria (0.7−10.3%) и Cyanobacteria (0.3−13.9%).

Разнообразие микроскопических грибов также было впечатляющим – 252 рода 155 семейств 72 отрядов 28 подклассов 8 классов. Правда, большинство из них присутствовали в незначительных количествах (0,01-2,3%). Преобладающим классом был Ascomycetes (83.1−96.9%), на втором месте оказались неустановленные грибы (2.1−8.6%), на третьем – Basidiomycetes (0.9−5.5%). Замечу, что в оригинале использовано слово «phylum» (тип), но аскомицеты и базидиомицеты – это классы; вообще же, систематика бактерий и грибов – отдельная непростая тема.

Состав бактериальных и грибковых сообществ существенно отличался как на разных стадиях обработки чайного сырья, так и в зависимости от стерилизации или её отсутствия (см. рис. 1). Так, без стерилизации самыми распространёнными родами бактерий были Sphingobium (28.85%), Sphingomonas (11.74%), Methylobacterium (11.04%) и роды, принадлежащие к семействам Comamonadaceae (4.19%) и Rhizobiaceae (3.94%). А в стерилизованных образцах доля Sphingobium увеличивалась до 46,12%, далее – Exiguobacterium (7.82%), Comamonadaceae (6.25%) и Sphingopyxis (4.70%). Авторы предполагают, что после поверхностной стерилизации преимущество получают бактерии-эндофиты, обитающие внутри тканей листа.

Численность бактерий рода Sphingobium уменьшалась во время завяливания, сминания и ферментации, но их доля восстанавливалась после сушки. А вот со Sphingomonas – наоборот: их доля во время завяливания, сминания и ферментации росла (в нестерилизованных образцах).

При обычной обработке ведущими родами грибов были Didymella (38.74%), Cladosporium (12.10%), Paraphaeosphaeria (8.93%), неустановленные грибы (8.71%) и Setophoma (5.62%). После стерилизации с большим отрывом лидировали Debaryomyces (>65%), гораздо меньше было представителей родов Cladosporium (6.40%), Candida (3.60%), Didymella (2.24%), и Trichophyton (1.71%). Причём в процессе обработки Debaryomyces сохраняются, а Trichophyton и Aspergillus – исчезают.

Это лишь несколько примеров – в статье аньхойцев информации гораздо больше. Но для нас как любителей чая важно другое: сказывается ли это на химическом составе и потребительских свойствах чая.

В процессе обработки сырья при производстве красного чая содержание неокисленных мономерных полифенолов – катехинов – неуклонно снижается. Однако в стерилизованных образцах оно снижается гораздо сильнее! И эта разница статистически достоверна на всех этапах обработки. На стадии сминания и скручивания в контрольных образцах терялось около 36% катехинов, а в стерилизованных – около 55%. После ферментации в контрольных образцах сохранялось 23% катехинов, а в стерилизованных – лишь 14%. Хотя сам процесс стерилизации не влияет на содержание катехинов – в стерилизованном и нестерилизованном сырье оно почти одинаковое (см. рис. 2A).

А вот содержание теанина падает сразу после стерилизации сырья вдвое (см. рис. 2B). Затем оно немного увеличивается на стадии завяливания и снижается при последующей обработке, оставаясь более высоким в контрольных образцах.

На содержание кофеина стерилизация практически не влияет (см. рис. 2C).

Вкус чая в этой работе не изучался. Можно было бы сделать осторожное предположение, что красный чай из стерилизованного сырья будет менее терпким за счёт сниженного содержания катехинов. Но теанин, отвечающий за умами и отчасти за сладость, уравновешивает терпкость катехинов – а его уровень после стерилизации также снижается.

Корреляционный анализ показал, что бактерии Firmicutes связаны с катехинами и, в частности, с ЭГКГ, а Bacteroidetes, Actinobacteria и Cyanobacteria – с галловой кислотой и кофеином; общее содержание катехинов положительно коррелирует с численностью бактерий Firmicutes, но отрицательно – с Actinobacteriota, Deinococcota, Bdellovibrionota, Chloroflexi и Gemmatimonadota. Содержание теанина отрицательно коррелирует с Gemmatimonadota, но положительно – с Verrucomicrobiota. Среди грибов только Ascomycota достоверно коррелировали с уровнем теанина, Olpidiomycota и Basidiomycota – с общими катехинами и ЭГКГ.

Что же касается зелёного чая, то в нём больших различий в уровнях метаболитов между стерилизованными и нестерилизованными образцами выявлено не было (см. рис. 3). Общее содержание катехинов в зелёном чае из стерилизованного сырья было ниже, но ненамного.

Механизмы влияния бактерий и грибов на содержание катехинов в красном чае пока неясны. Микроорганизмы то ли стимулируют синтез катехинов, то ли каким-то образом мешают им окисляться.

Стерилизация сырья едва ли приведёт к повышению качества красного чая. Потенциальное применение результатов таких исследований в другом. Поскольку разные отделы, классы, семейства и т.д. бактерий и грибов по-разному влияют на состав чая, то изменяя микрофлору, можно управлять вкусом чая. И если в случае хэйча это самоочевидно, то для красного чая это нечто новое и неожиданное. Практические перспективы оценить трудно (и я бы сказал, что вряд ли они велики), но всегда приятно узнавать, что всё устроено немного сложнее, чем мы привыкли считать.

Можно также немного пофантазировать на тему вклада региональных различий микрофлоры в терруарность чая. Это сейчас модно.

Black Tea Quality is Highly Affected during Processing by its Leaf Surface Microbiome.pdf

Рис. 1. Различия в бактериальном и грибковом составе нестерилизованных и стерилизованных образцов.

A – бактериальный микробиом (как я понимаю, усреднённо) нестерилизованных (левый столбик) и стерилизованных (правый столбик) образцов.
C – то же для грибов.
B – бактериальный микробиом на разных этапах обработки чайного сырья.

TCF – нестерилизованное сырьё.
TSF – стерилизованное сырьё.
GCD – готовый зелёный чай из нестерилизованного сырья.
GSD – готовый зелёный чай из стерилизованного сырья.
BCW – нестерилизованное сырьё после завяливания.
BCR – нестерилизованное сырьё после сминания и скручивания.
BCO – нестерилизованное сырьё после ферментативного окисления.
BCD – готовый красный чай из нестерилизованного сырья.
BSW, BSR, BSO, BSD – те же стадии для стерилизованного сырья.

D – то же для грибов.

Рис. 2. Различия в содержании катехинов, теанина и кофеина между нестерилизованными и стерилизованными образцами на разных этапах производства красного чая.