Изучение пищевой ценности высушенных чайных листьев и настоев черного, зеленого и белого чая.

Введение

Доступный в нескольких вариантах и ​​сотнях брендов, уступающий только воде, чай является самым популярным напитком, потребление которого не подлежит никаким ограничениям из-за возраста или физиологического состояния. Лучшие сорта чая выращивают на возвышенностях, а горный воздух дополнительно способствует их уникальному аромату и вкусу. Дальнейшая обработка листьев зависит от сорта чая и требуемого качества конечного продукта. В случае высококачественных чаев большая часть технологических обработок выполняется вручную, и собираемые части растений включают молодые побеги и почки, нежные стебли и первые листочки древесных кустарников.

Обработка чайных листьев определяет содержание биологически активных веществ, следовательно следует ожидать, что каждый сорт чая (черный, красный или зеленый), будет представлять собой отдельный набор соединений, имеющих физиологическое значение. Свежезаваренные водные растворы, полученные из сушеных листьев Camellia sinensis, содержат смесь примерно 300 соединений, ответственных за характерные свойства и вкус чая.

Вкус и аромат, а также цена и торговая марка являются основными факторами, влияющими на предпочтения потребителей в отношении чая их выбора; с другой стороны, потребители реже обращают внимание на химический состав и пищевую ценность чая. В Польше наибольшей популярностью пользуются черные чаи, однако, как показывает отчет, зеленые чаи сейчас все чаще покупают из-за их прекрасного вкуса и благотворного воздействия на здоровье. Белые чаи, полученные из молодых почек и неразвитых листьев, являются самой эксклюзивной, изысканной и дорогой группой продуктов, поэтому они не являются легкодоступными или популярными в Польше.

По химическому составу чаи содержат дубильные вещества, флавонолы, белки и аминокислоты, ароматизирующие летучие вещества, ферменты, витамины, минеральные соединения и микроэлементы, а также алкалоиды. Значение чайных напитков в ежедневном рационе связано главным образом с их ценными минеральными компонентами, прежде всего такими элементами, как Ca, Na, K, Mg и Mn, а также физиологическими свойствами, обусловленными, например, содержащимся в них кофеином. Помимо полезных для здоровья микро- и макроэлементов, растения Camellia sinensis обладают способностью накапливать алюминий, содержание которого в сухих листьях может достигать уровня 1 г/кг. Хотя в целом этот элемент не представляет угрозы для живых организмов, в кислой среде он может быть высокотоксичным, что в свою очередь приводит к многочисленным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, поэтому его присутствие в продуктах вызывает много споров.

Хотя чай был объектом исследований на протяжении десятилетий, мнения, связанные с питательной ценностью и пользой от употребления чайных напитков, очень разнообразны и подкрепляются постоянно растущим объемом литературы, предоставляющей противоречивые доказательства.

Целью данного исследования было изучение содержания белка и кофеина, а также минеральных элементов в настоях в зависимости от сорта чая. Полученные результаты позволили оценить пищевую ценность настоев из высококачественных рассыпных чаев с точки зрения их минерального содержания и способности удовлетворять потребности организма в минералах, дополнительно принимая во внимание возможные опасности, возникающие в результате чрезмерного потребления.
 

Материалы и методы.

Материалом исследования послужили 18 высококачественных рассыпных листовых (рассыпных) чаев трех сортов: черного, зеленого и белого, произведенных на китайских плантациях, импортированных в Польшу. В ходе исследований оценивались как сушеные чайные листья, так и водные настои, приготовленные в стандартных лабораторных условиях.

Химический состав, такой как вода, летучие вещества и зольность* сухих чайных листьев, определяли с помощью анализатора TGA701 производства LECO. Для этого образцы чая гомогенизировали в базовой аналитической мельнице типа А 11 производства IKA и готовили к термогравиметрическому исследованию в соответствии со стандартом.
*Зольность (общая зола) – это остаток, полученный после сжигания продукта при температуре (525±25) °С. Общая зола включает водорастворимую и водонерастворимую золы.

Для определения содержания воды взвешенные образцы массой 2 г помещали в тигли и подвергали непрерывной сушке при температуре 103°С до момента достижения постоянной массы на уровне ниже 0,05% при последовательных весовых измерениях. Зольность определяли с учетом разницы массы образца после сжигания при 550°С в атмосфере азота к исходной массе материала (примерно 2 грамма). Содержание летучих соединений в сухих чайных листьях определяли путем сжигания взвешенных образцов, помещенных в закрытые тигли, при температуре 950°С в течение 20 минут с момента достижения критической температуры. Содержание белка в гомогенизированных сухих чайных листьях определяли с помощью элементного анализатора TrueSpec Leco CHNS, а общее содержание белка рассчитывали с использованием адекватного множителя (6.25). Все анализы были повторены три раза.

Чайные настои готовили в конических колбах. К образцам массой 1 г добавляли 100 мл воды при температуре 100°С. Смесь накрывали крышкой и варили в течение 5 минут. По истечении этого времени настои через фильтровальную бумагу переливали в мерные колбы и оставляли охлаждаться. Перед анализом образцы фильтровали через мембранные фильтры MCE с диаметром пор 0,45 мкм и разбавляли перед анализом.

Анализы включали изучение высушенных чайных листьев на предмет их химического состава (содержание воды, белка, летучих веществ и золы), а также оценку чайных настоев на содержание кофеина и отдельных минеральных элементов, таких как: фосфор (P), кальций (Ca), калий (K), натрий (Na), магний (Mg), цинк (Zn), марганец (Mn), алюминий (Al).


 

Содержание кофеина в настоях исследуемых чаев определяли с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографической системы Thermo Dionex Ultimate 3000, состоящей из флакона реагента, соединенного с вакуумным фазовым дегазатором, модуля насосов со смесителем элюента низкого давления DGP-3600RS, автосамплера WPS-3000, термостатированной колонки TCC-3X00 и диодной матрицы детектирования DAD-3000 (RS) (ESA Chlemsford. MA. USA). Хроматографическое разделение проводили с использованием хроматографической колонки Cosmosil 5C18-MS-II 4,6 ID x 250 мм с предварительной колонкой SecurityGuard с картриджем C18. Оптимальные параметры были определены для хроматографического анализа. Изократический поток; состав подвижной фазы: вода:метанол 70:30 (в/в), скорость потока подвижной фазы: 0,6 мл/мин; объем впрыска: 100 мкл; температура внутри термостатированной колонки: 25ºC, продолжительность анализа 25 минут. Работа хроматографической системы и обработка полученных данных координировались программным обеспечением Chromaleon 7.2 (Dionex).

Анализ проводился с реагентами метанола аналитической чистоты производства J.T.Baker, Mallinckrodt Baker B.V. Holland, предназначенных для жидкостной хроматографии, а также деионизированной воды, полученной из деионизатора HLP 5P производства Hydrolab Poland.

Безводный кофеин (эталонный стандарт кофеина) от Sigma Aldrich растворяли для получения модельного раствора с концентрацией (1 г/л) и хранили при температуре 4°С. Этот раствор послужил основой для приготовления рабочих модельных растворов (2, 4, 6, 8, 10 мкг/мл). Были оценены основные параметры валидации применяемого аналитического метода. Специфичность метода была подтверждена модельными инъекциями кофеина. Выявлена линейность отклика детектора для запрограммированных концентраций модельных растворов на длинах волн UV1 271 нм и UV2 201 нм.

Среднее восстановление для чайных настоев составило 97%. Точность описанного выше аналитического метода была подтверждена путем трехкратного повторения инъекции моделей и каждого из образцов. Стабильность хроматографической системы контролировалась с помощью инъекций раствора кофеина известной концентрации каждые пять часов.

Содержание минеральных элементов в чайных настоях исследовали методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой с использованием многоэлементного анализатора ICP-OES iCAP Dual 6500 фирмы Thermo ScientificTM (США). Чайные настои разбавляли 1:3 деионизированной водой непосредственно перед измерением; слепое исследование проводилось с использованием деминерализованной воды, применяемой для приготовления настоев. Результаты измерений анализировались с учетом модельных кривых, построенных для каждого элемента, на основе трехбалльной шкалы для модельных решений, разработанных компанией Thermo ScientificTM. Коэффициент корреляции для каждой кривой находился в диапазоне, превышающем 0,99. Среднее восстановление для чайных настоев составило 96-98%. Точность аналитического метода проверялась путем трехкратного повторения измерений моделей для каждого образца. Стабильность системы контролировалась с помощью измерений модельного раствора известных концентраций после 9 измерений образцов чая.

Все части эксперимента были выполнены в трех независимых повторениях. Полученные результаты были подвергнуты статистическому анализу с использованием программы Statistica ver. 10.0. Взаимосвязи конкретных составляющих в исследуемом материале оценивались с учетом коэффициента корреляции Пирсона. Результаты также были проанализированы статистически с помощью однофакторного ANOVA, а различия между средними значениями были оценены с помощью теста Дункана.
 

Результаты и обсуждение

В настоящем исследовании средние значения параметров, характеризующих исследуемые продукты, подтвердили большие различия между выбранными сортами чая. Конкретные значения физико-химических параметров не позволяют однозначно классифицировать марки чая по свойствам, характерным для каждого вида, поэтому невозможно определить единые характеристики выбранного вида. Тем не менее, в пределах каждой группы можно выделить продукты с наиболее благоприятным содержанием минералов и питательных веществ. В таблицах 1, 2 и 3* представлены средние результаты, связанные с химическим составом отдельных марок китайского белого, зеленого и черного чая, в то время как в таблицах 4, 5 и 6* показаны результаты, связанные с минеральными элементами и кофеином, идентифицированными в настоях отдельных марок китайского чая. 

По мнению товароведов, бренды белого чая являются самой эксклюзивной и изысканной группой продуктов. Этот вид чая производится из кустарников Camellia sinensis и, более конкретно, из молодых почек еще неразвитых листьев, покрытых серебристыми волосками, которые придают бледно-желтому напитку характерный серебристый оттенок и нежный аромат. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что содержание выбранных основных компонентов аналогично содержанию, выявленному в зеленых чаях. Содержание белка в сухом веществе колеблется от 23 до 35% в белых чаях и от 28 до 41% в зеленых. Несмотря на большее содержание воды (5,2-9%) по сравнению с продуктами других групп, в белых чаях было обнаружено высокое содержание летучих веществ и самое низкое содержание золы, что также подтверждается количественным содержанием отдельных элементов. Продуктом с самым высоким содержанием минеральных элементов среди белых чаев - China White Pearl (Китайская белая жемчужина), которую дистрибьютор чая причислил к брендам с особенно изысканным вкусом. Элементы, доминирующие в настоях на основе этого сорта чая, включали P, Mg и Ca, однако соответствующие значения были не так высоки, как в зеленых чаях, среди которых Yunnan Green (Юньнаньский зеленый) выделялся своим минеральным содержанием. Зеленые чаи характеризовались наиболее ценным составом минералов, в количественном отношении, однако в них также было обнаружено не менее высокое содержание алюминия, что отрицательно сказывается на здоровье. С другой стороны, черные чаи с содержанием белка примерно вдвое меньшим по сравнению с зелеными и белыми чаями были идентифицированы с более высоким содержанием кофеина, общей золы и летучих веществ, что подтвердило стимулирующий эффект и сильный аромат этого вида чая. В группе черных чаев наиболее ценный состав минералов был обнаружен в чае Keemun Mao Feng, который выделялся высоким содержанием P, Ca, K, Mg, Zn и Mn и низким содержанием Al; однако в отношении содержания таких элементов, как Ca, Na и Zn, значительно лучшие значения были обнаружены в настоях Юньнаньского зеленого чая (Yunnan  Green  tea).

В целом белые чаи не выделялись своими параметрами, улучшающими здоровье,  в то время как в среднем минеральный состав этих настоев и их низкое содержание кофеина, по сравнению с черными чаями, по-видимому, отражают успокаивающий эффект этого сорта чая. Зеленые чаи имеют значительно более высокую питательную ценность; в дополнение к более низкому содержанию кофеина, чем в черных чаях, они содержат очень полезные минералы, которые могут покрыть значительную часть суточного уровня потребления отдельных микроэлементов. Тем не менее, необходимо помнить о содержании алюминия, которое в зеленых чаях выше, чем в других группах продуктов.

Зеленый чай, очень популярный среди потребителей в Китае и Японии, значительно менее ценится в европейских странах. Листья зеленого чая не после первоначального испарения воды подвергаются процессу деликатной скрутки,  а затем дополнительной сушке. В результате зеленый чай имеет сходный химический состав со свежими чайными листьями и сохраняет больше полезных элементов, чем черный чай. Настои имеют более тонкий, слегка острый вкус и свежий пряный, или цветочный аромат.

Высушенные листья зеленого чая, неферментированные, но только подвергнутые паровой сушке, в конечном стандартизируемом продукте содержали наименьшее количество воды по сравнению с другими видами чая. Содержание летучих веществ и золы существенно не отличалось от значений этих параметров в черных и белых чаях. Интересно, что содержание белка было в два раза больше, чем в некоторых черных чаях. Юньнаньский зеленый чай, как и в случае с черными чаями, выделялся содержанием полезных минералов, таких как магний, калий, фосфор и цинк, со значительным количеством менее полезного элемента, т. е. алюминия. Аналогичные результаты были сообщены Ferrara с соавторами, которые исследовали содержание минеральных элементов и фенольных соединений в отдельных сортах чая. Содержание кофеина сильно варьировалось в группе зеленых чаев и было аналогично значениям, выявленным в белых чаях.



 

Несмотря на различные параметры основного состава в исследуемых видах чая, с точки зрения товароведения все продукты соответствуют стандарту, согласно которому содержание воды не должно превышать 8%, а диапазон содержания золы ниже 4% и не выше 8%.

Содержание специфических минеральных элементов в чайных настоях уже много лет является объектом исследований, главным образом из-за частого употребления чая, его популярности и отсутствия возрастных или физиологических ограничений для его потребления. Было даже проведено исследование, посвященное взаимосвязи между потреблением чая и степенью удовлетворения ежедневных потребностей организма в отдельных минералах.

Gallaher с соавторами подвергли сомнению гипотезу, утверждающую, что чайные настои являются хорошим источником микро- и макроэлементов в ежедневном рационе, и они продемонстрировали низкие скорости извлечения отдельных элементов (на уровне 24% Mg, 35% Zn, 43% P, 71% K) и плохую питательную ценность водных настоев, полученных из различных чаев. По мнению этих авторов, потребление целых 10 чашек чая не обеспечивает нижней суточной нормы, например, натрия.

Другие авторы, принимая во внимание аналитические характеристики зеленых чаев, обратили внимание на богатство таких минералов, как Ca, K, Na, Mn и Mg, и представили доказательства, противоположные тем, что были представлены ранее упомянутыми исследователями, показывающими, что из-за количества выбранных элементов, содержащихся в них, настои могут быть важным источником минералов, удовлетворяющих суточные потребности. Соответственно, Reto с соавторами показали, что содержание марганца в чашке чая (около 225 мл), принимая во внимание 40% биодоступность этого элемента, может удовлетворить 10% суточной диеты. Кроме того, содержание кофеина в исследованных зеленых чаях находилось в диапазоне 23-33 мг/100 мл, что согласуется с настоящими данными. Ferrara с соавторами также сообщили о более высоком содержании минеральных элементов в зеленом чае, чем в черном. Кроме того, на основании хроматографических исследований последние авторы также подтвердили более высокое содержание полифенольных соединений в зеленых чаях по сравнению с черными, что согласуется с данными Hilal и Engelhardt, которые сравнивали содержание биологически активных веществ в трех видах чая: белом, зеленом и черном. Различные результаты по сравнению с полученными в настоящем исследовании связаны с содержанием кофеина в трех видах чая, исследованных Hilal и Engelhardt с использованием метода ВЭЖХ. По данным этих авторов, белые чаи содержат наибольшее количество этого алкалоида, в то время как сопоставимые содержания были выявлены в черных и зеленых чаях. На основе анализа минералов и сортов сушеного чая Gajewskaс с соавторами обнаружили, что черный чай содержит больше минералов, чем зеленый чай, что также согласуется с настоящими выводами путем сравнения общего содержания золы в проанализированных чаях (Таблица 3*).

Кофеин, который относится к группе метилксантинов, встречается во многих растениях. Благодаря своим физиологическим эффектам он относится к числу природных стимуляторов, а наличие кофеина в многочисленных пищевых продуктах, таких как кофе, чай, какао и энергетических напитках, говорит о необходимости ограничить его потребление. Высокое потребление кофеина или продуктов, содержащих его, может повлиять на людей, которые особенно чувствительны к стимулирующему действию этого алкалоида и вызывают головные боли, мигрень, тремор конечностей, бессонницу или способствуют обезвоживанию из-за его мочегонных свойств. Кофеин также является компонентом многих обезболивающих и фармацевтических стимуляторов, производимых во всем мире, и в связи с этим его потребление регулируется Федеральным управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами, которое налагает требование предоставлять соответствующую информацию на этикетках продуктов. К сожалению, обязательство по маркировке относится к продуктам, содержащим кофеин экзогенного происхождения, и регулирование не распространяется на продукты с естественным кофеином, такие как чай.

Содержание кофеина в белых чаях, использованных в настоящем исследовании, находилось в широком диапазоне от 12 мг до 38 мг/100 мл. По мнению многих авторов, содержание метилксантинов, в том числе кофеина, в чайных настоях представляет собой стабильный физико-химический параметр, и не было получено единодушных доказательств влияния технологий переработки на содержание этих веществ в сухих чайных листьях или в чайных настоях. Наиболее важные параметры в этом случае включают условия экстракции, то есть приготовление настоя, температуру воды и время заваривания, а также перемешивание и встряхивание образцов во время экстракции.  Белый чай марки Paklum I, как и в случае с другими физико-химическими показателями, отличался самым низким содержанием кофеина, в три раза меньшим по сравнению с остальными продуктами этой группы; с другой стороны, самое высокое содержание кофеина, в диапазоне 31-43 мг/100 мл, было выявлено в настоях черного чая, в частности Keemun Mao Feng, который дополнительно имел самое высокое содержание цинка, фосфора и калия. По мнению дистрибьютора исследуемых китайских чаев, этот продукт входит в число наиболее важных китайских чаев, а его утонченное качество является результатом тонкой ручной обработки листьев после сбора урожая. Тот факт, что черные чаи пользуются популярностью у потребителей, связан с их стимулирующими свойствами, обусловленными высоким содержанием метилксантина (кофеина), подтвержденным в настоях выбранных продуктов этой группы. Содержание кофеина в черных чаях в среднем было на 20% выше, чем в белых и зеленых чаях.


 

Согласно Jarosz с соавторами, содержание кофеина в черном и зеленом чаях сопоставимо друг с другом. С другой стороны, Iso с соавторами сообщили, что содержание кофеина в настоях на основе черного чая было в два раза выше, чем в настоях зеленого чая, что согласуется с настоящими данными.

Как правило, трудно выбрать продукты, которые являются новыми для рынка; например, в случае чайных напитков можно удивиться их вкусу и аромату, а также их физиологическому эффекту. В таблице 8 представлены коэффициенты корреляции для исследуемых групп продуктов, чтобы можно было сравнить связи между отдельными составляющими чайных напитков.

 

Оценка материала на предмет совместного присутствия отдельных компонентов, имеющих наибольшее диетическое значение, была сосредоточена на сравнении соотношений между белком в сушеных чайных листьях и кофеином, а также минеральным составом чайных настоев. Цель этого сравнения состояла в том, чтобы доказать, существует ли какая-то связь между минералами, которые извлекаются в чайный настой, когда они имеют, например, высокую концентрацию белка в сухих листьях чая или кофеина в чайных настоях. Выявлена сильная положительная корреляция между содержанием кофеина в настоях на основе черных чаев и отдельными минеральными элементами, такими как фосфор, калий, цинк и марганец. Аналогичная корреляция была обнаружена и в случае белка в черных чаях.

С другой стороны, увеличение содержания белка и кофеина отрицательно коррелировало с содержанием алюминия, что может свидетельствовать о большей пищевой ценности и безопасности потребления этих продуктов. В зеленых чаях выявлена отрицательная корреляция между содержанием белка и содержанием калия и марганца, а также между содержанием кофеина и содержанием фосфора, кальция и натрия, то есть элементов высокой пищевой ценности. Точно так же при более высоком содержании кофеина были обнаружены зеленые чаи с более низким содержанием кальция, фосфора и натрия, а также с более высоким содержанием магния и марганца. Полученные результаты для белых чаев показали сильную положительную корреляцию между всеми исследованными минеральными элементами, включая алюминий.

С другой стороны, содержание белка положительно коррелировало с натрием и цинком и крайне отрицательно - с калием и магнием, содержащимися в этих продуктах. Положительная корреляция по содержанию алюминия отрицательно влияет на диетическую оценку высококачественных белых чаев, единственных, которые можно идентифицировать с положительной корреляцией в случае этого элемента. Приведенные в литературе данные о конкретных минеральных элементах, содержащихся в чаях, свидетельствуют о том, что наибольшую озабоченность вызывает алюминий, поскольку неоднократно было показано, что его миграция из чайных листьев в настои происходит легко и эффективно практически в любых условиях приготовления чайных напитков. Более того, другие авторы сообщают, что минеральный состав высушенных чайных листьев, помимо почв и климата, зависит от возраста листьев и порядка их развития на кусте. Кроме того, было показано Matsuuraet с соавторами, что эффективность экстракции в процессе заваривания значительно ниже в случае некоторых элементов, например Fe по сравнению с Cu, Zn и Mn, поэтому, несмотря на относительно высокое содержание таких элементов в свежих или сушеных чайных листьях, напитки, приготовленные из них, не обязательно являются хорошим источником таких элементов. Анализ минерального состава с точки зрения питания должен быть в основном сосредоточен на элементах, которые требуются человеческому организму только в небольших количествах, но они также редко встречаются в других продуктах, таких как, например, Mn. Анализ корреляций между выбранными минеральными элементами, кофеином и белком в трех видах чая показал взаимосвязь, в частности, в случае зеленого чая, который следует признать ведущим продуктом с точки зрения его минерального состава. Наибольшее содержание было обнаружено в случае цинка, марганца, магния, калия и кальция. Значения этих параметров в черных чаях для цинка и кальция были ниже примерно на 66-70%, в случае марганца и магния - почти вдвое, а для калия - ниже на 15%.

Подводя итог анализу средних значений показателей, характеризующих три вида чайных настоев, можно сделать вывод, что подавляющее большинство из них, в частности настои зеленого чая, улучшают минеральный баланс организма. Зеленые чаи являются ценным источником белка, а белые чаи представляют собой широкий спектр летучих веществ, которые могут отражать богатые ароматы. Черные чаи определенно доминируют с точки зрения содержания кофеина, но этот параметр все еще является объектом исследований, и никаких явных доказательств этой связи не было продемонстрировано.
 

Выводы

•  Было обнаружено, что высококачественные китайские зеленые чаи имели наиболее ценный состав минералов, то есть самое высокое содержание Zn, Mn, Mg, K, Ca и Al, и, по сравнению с другими исследованными продуктами, самое высокое содержание белка, в среднем на уровне 37,03% в сухом веществе.
•  Китайские черные чаи имели самое высокое содержание общей золы и кофеина, около 35,1 мг/100 мл настоя, и самое низкое содержание белка, около 20.2%.
• Белые чаи с китайских плантаций характеризовались высоким содержанием летучих веществ, сходным с черными чаями, и самым высоким содержанием воды, самым низким содержанием общей золы, в среднем на уровне 4,82% и кофеина около 29,6 мг/100 мл настоя. 
  
  Maria Czernicka  1 , Grzegorz Zaguła  1 , Marcin Bajcar  1 , Bogdan Saletnik  1 , Czesław Puchalski  1 
  1. Жешувский университет, факультет биологии и сельского хозяйства, кафедра биоэнергетики и анализа пищевых продуктов, Жешув, Польша
  Оригинал статьи:  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28895389/ Rocz Panstw Zakl Hig. 2017;68(3):237-245.