1.4. Химический состав чая

Биохимики во всем мире занимаются изучением химического состава чайного листа, в целях исследования процессов и химических превращений происходящих при его переработке. Ведь в процессе переработки чайного листа, происходят значительные количественные и качественные изменения его химического состава.

На сегодняшний день, в созревшем чайном листе обнаружено более чем 130 различных веществ и соединений, определяющих такие достоинства чая, как вкус, аромат и цвет. В зеленых листьях чая, 72—82% составляет вода и лишь 10-28% — сухие вещества. В готовом чае, наоборот, на долю воды приходится 3-7%, а сухих веществ — 94-97%.

Чай - это сложнейшее по своему химическому составу растение. Оно содержит более 300 химических веществ и соединений.

Вода в зеленом чайном листе:
Молодые листья чая имеют высокое содержание воды, с возрастом оно постепенно уменьшается. Наибольшее количество воды содержится в стебле; почка и первый лист содержат воды больше, чем второй и третий лист чайного побега.

Вода в чайном листе является средой, в которой происходит растворение и химические взаимодействия веществ, она участвует в реакциях гидролиза и окисления-восстановления.

В зеленом чайном листе, как и во всех живых организмах, вода представлена в двух формах — свободная и связанная. Содержание свободной воды во в верхней части чайного стебля составляет 20-22% , связанной — 78-80%. Связанная вода соединена с сухими веществами чая как правило с помощью водородных связей, ее содержание зависит от количества коллоидных веществ (фенолы, белки, гидропектин и др.). В процессе переработки зеленого чайного листа, содержание воды уменьшается от 72-82% до 3-7%.

В научной литературе существует много версий химического состава чая.

Наиболее точная версия представлена в таблице:

Тип химического соединения	Черный чай	Зеленый чай
1. Катехины (антиоксиданты)	9%	30%
2. Теофлавины (придают цвет чаю)	4%	0%
3. Алкалоиды (кофеин)	1,5 – 4%	2 – 3%
4. Аминокислоты	17 кислот	17 кислот + теанин (антиканцерогенное вещество, снижает давление)
5. Сахара	Содержится	Большее содержание
6. Витамины	С, В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), РР (никотиновая кислота), В3 (пантотеновая кислота), К (филлохинон), Е (токоферол).	Большее количество витамина С, Е.

Сухие вещества чайного листа можно разделить на две группы: водорастворимые (экстрактивные вещества, экстракт) и нерастворимые в воде. При переработке зеленого чайного листа, в значительной степени изменяется содержание экстрактивных веществ. Именно процентное содержание экстрактивных веществ определяет вкусовые качества чая - чем их больше, чем более качественным считается чай.

Содержание растворимых веществ зависит от сорта растения, возраста листа, времени сбора, агротехнических мероприятий, технологии переработки и других условий. Например, чай, полученный с кустов сортов индийского чая, содержит больше экстрактивных веществ (до 52%), чем с китайского (45%) или японского (43%).

Почка и первый лист содержат этих веществ больше, чем второй и последующие листья побега, то есть с увеличением возраста чайного листа количество экстрактивных веществ уменьшается. Содержание экстрактивных веществ меняется также сезонно: в начале и конце сезона оно минимальное, в середине — максимальное.

Важнейшими компонентами чайного экстракта являются дубильные вещества, кофеин и эфирные масла.

Дубильные вещества представляют собой сложную смесь полифенольных соединений, состоящую в основном из танина и катехинов, играют существенную роль в образовании цвета настоя, терпкого вкуса, аромата и других свойств готового чая.

Танин чая это танинокатехиновый комплекс кристаллических веществ, который называется катехинами, и является биохимической основой производства чая.

Чайный лист содержит алкалоиды — физиологически активные вещества, которые в малых дозах стимулируют работу нервной системы организма человека.

Главными из которых являются кофеин (триметилксантин), теофиллин (диметилксантин) и теобромин.

кофеин              теофиллин           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%. Индийская популяция чайного растения содержит большее количество кофеина, чем китайская и японская.

В нежных частях верхней части чайного побега его количество выше, и с ростом листа содержание кофеина уменьшается до 0,7-0,8%. Поэтому высококачественный чай получают из двух- и трехлистных побегов.

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. 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. При температуре 100 °С кофеин претерпевает химические превращения, поэтому для его максимального сохранения в настое желательно, чтобы температура кипятка при заваривании чая не превышала 100˚С.

Белковые вещества находятся в чайном листе в большом количестве и иногда, 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 побега, 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, глутаминовая, серии, аланин, лизин, аргинин и валин, в завяленном листе к ним прибавляется лейцин и фенилаланин.

аспарагиновая к-та глутаминовая к-та

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.

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.

Углеводы, содержащиеся в чайном листе, можно 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 вступают в реакцию с аминокислотами и фенольными соединениями, образуя альдегиды ароматической природы.

Пектиновые вещества определяют клейкость 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 побегов (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.

Моносахара особенно фруктоза, взаимодействуя с катехиновым комплексом чайного листа в условиях высокой температуры, образуют альдегиды, которые дают, целую гамму запахов: цветочный, фруктовый, розовый, медовый и так далее.

Аромат чая слагается из эфирных масел зеленого чайного листа и специфического аромата, образующегося при переработке сырья, в процессе которой количество эфирных масел примерно удваивается и в готовом продукте достигает 0,02%.

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.

Содержание эфирных масел в зеленом чайном листе ничтожно и достигает 0,007-0,009% сухого вещества. Максимальное количество эфирных масел содержится в нежных частях чайного побега — 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 100 соединений, куда входит значительная группа альдегидов, свободные кислоты (уксусная, масляная, валериановая, капроновая, каприловая и др.), терпеновые и ароматические спирты, фенолы и другие соединения.

уксусная к-та       масляная к-та            валериановая к-та

Несмотря на одинаковый качественный состав комплекса эфирного масла различных частей побега, 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.

В чае обнаружены витамины С, В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), РР (никотиновая кислота),В3 (пантотеновая кислота), К (филлохинон), Е (токоферол), которые представлены широкой гаммой.

Каротин – провитамин А, обеспечивает нормальное состояние слизистых оболочек, важен для сохранения хорошего зрения.

Витамин В1 отвечает за нормальное функционирование нервной системы.

Витамин В2 придает эластичность и здоровый цвет коже, при недостатке этого витамина развиваются дерматиты, конъюнктивит, наблюдается выпадение волос.

Витамину С принадлежит значительная роль в поддержании сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям. При его недостатке повышается проницаемость капилляров, нарушается обмен веществ, развивается цинга.

Количество витамина С в чашке зеленого чая колеблется в среднем от 3 до 7 миллиграммов в зависимости от сорта. Это где-то 5-10% от нормы рекомендованного потребления. По результатам исследования, проведенного в Японии, 100 граммов сухого зеленого чая содержат примерно 280 миллиграммов витамина С.

Японские чаи по технологии изготовления несколько отличаются от привычных нам китайских, в которых, опять же ориентировочно, количество этого витамина несколько меньше. Это также зависит от свежести листьев — чем больше времени прошло с периода сбора, тем меньше содержание витамина.

Витамин Р укрепляет стенки кровеносных сосудов. Его содержание в чае таково, что, выпивая 3–4 чашки напитка хорошей крепости, можно обеспечить организм необходимой суточной дозой этого витамина.

Витамин РР играет важную роль в обменных процессах.
При его недостатке развивается болезнь пеллагра.


Витамин K участвует в процессах свертывания крови. Его недостаток приводит к снижению свертываемости крови и проявляется внутренними кровоизлияниями и кровотечениями.

Количество зольных веществ (минеральных веществ) в зеленом листе и готовом чае колеблется от 4 до 7%. Среди них важное значение имеет калий, фосфор, натрий, кальций, магний. Чай высокого качества содержит больше калия и фосфора, с ухудшением качества увеличивается содержание натрия, кальция, частично магния.

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.

Калий. Его содержание в чайном листе составляет 50-60% от массы минеральных веществ. Калий играет огромную роль в жизнедеятельности чайного растения. Ему отводится большое значение как в общем обмене веществ, так и в синтезе углеводов и белковых соединений.

Фосфор. Содержание фосфора в чайном листе составляет 15-20% от массы всех минеральных веществ. В почке и в первом листе этого элемента больше, чем в нижних и грубых листьях чайного побега.

Магний входит в состав молекулы хлорофилла.

Медь и железо. Несмотря на незначительное содержание этих элементов, они входят в состав некоторых физиологически важных органических соединений, таких, как ферменты ортодифенолоксидазы (медь) и пероксидазы (железо).

Марганец. Существенная роль в окислительно-восстановительных процессах принадлежит марганцу, содержание которого составляет 1-4% от общей массы минеральных веществ.

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.

Известно, что при производстве чая некоторые элементы (например, марганец и железо) играют определенную роль в процессе ферментации.

Пигменты, входящие в состав чая, придают чайному настою самую различную окраску и оттенки. Пигмент хлорофилл, которого содержится более всего в зеленом чае. А также пигменты ксантофилл и каротин, содержащиеся обычно в моркови и преобладающие в черных чаях.

Но цвет чайного настоя более всего определяют две группы красящих веществ – теарубигены и теафлавины. В готовом сухом чае теарубигены составляют около 10% и придают чаю при заваривании красно – коричневые тона, а теофлавины около 1 – 2% и дают золотисто – желтую гамму.

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

Хлорофилл C35H30O5N4Mg — 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 С40H56 — пигмент желтого цвета. В дву- и трехлистных побегах 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 флавоноидов, которые имеют желтую окраску и представлены в растении в виде разнообразных гликозидов. Они в большом количестве (1,64%) находятся в однолистных побегах. Генетическая близость к катехинам (дубильным веществам) чайного растения и обусловливает их свойства.