CC BY
80
УДК 663.95 (045)
Роль основных биохимических компонентов в формировании качества чая
Е. Н. Коржнев,
аспирант; М. Б. Мойсеяк,
канд. техн. наук, доцент; Н. Н. Котова,
канд. хим. наук, доцент Московский государственный университет пищевых производств
Д. Г. Титков
ЗАО «Компания «Май»
Чай — один из самых потребляемых пищевкусовых продуктов в мире. В зависимости от места происхождения, степени ферментации и классификации существует большое количество его видов. Сегодня на рынке присутствует множество торговых сортов и брендов, цена на которые колеблется в достаточно широких пределах [1, 2].
По степени ферментации сырья чай делят на четыре категории: не-ферментированный — зеленый, частично ферментированный — улун, полностью ферментированный — черный и постферментированный — пуэр. Частичная или полная инактивация фермента фенолоксидазы в процессе переработки сырья позво-
ляет получать различные категории чая. На рынке присутствует также белый китайский чай из типсов (чайных почек) и различные травяные чаи, получаемые из растений,отличных от чайного (Camellia sinensis). Разнообразие чайной продукции ставит вопрос определения ее качества. Основным использующимся на практике методом тестирования чая остается органолептический анализ по пяти качественным показателям — внешний вид, цвет настоя, аромат, вкус, цвет разваренного листа. Оценка производится специалистом-титестером, с присвоением образцу оценки по десятибалльной шкале [3]. Данный метод очень быстр, достаточно эффективен, практически не тре-
Таблица 1
Страна происхождения Содержание основных биохимических компонентов, мг/г Органолептическая оценка, балл
№ Класс галловая кислота кофеин Z катехинов К ЭК ЭКГ ЭГК ГКГ ЭГКГ
1 FTGFOP Китай 23,18 64,82 23,79 0,53 1,49 0,97 13,78 1,92 5,11 7,0
2 TGFOP Индия 8,64 35,14 83,26 6,23 8,48 1,80 19,61 3,95 43,19 6,5
3 TGFOP Китай 17,08 69,38 23,19 1,36 2,14 0,95 11,06 0,84 6,84 6,25
4 FTGOP 4,65 35,89 13,23 3,15 3,81 0,55 2,55 0,86 2,31 5,75
5 FTGOP 11,04 57,63 13,39 0,69 1,69 0,81 2,28 1,66 6,26 5,75
6 GFOP 8,52 53,88 14,08 0,60 1,08 0,87 6,92 0,66 3,95 5,25
7 FOP Кения 4,26 45,77 23,63 1,26 1,02 0,21 8,76 0,92 11,46 4,75
8 GFOP Китай 9,68 54,81 14,97 0,59 1,18 0,96 7,48 0,71 4,05 4,75
9 OP 1 Шри Ланка 7,31 29,58 20,77 2,19 3,72 0,55 5,11 0,82 8,38 4,5
10 FOP Китай 8,96 53,73 17,08 0,51 1,29 0,64 9,12 0,61 4,85 4,5
11 BOP Шри Ланка 2,93 36,71 16,81 0,84 0,62 1,04 4,42 0,96 8,83 3,5
12 F1 Кения 2,92 40,04 8,57 0,71 0,48 0,08 2,64 0,34 4,32 2,75
13 PF Китай 2,78 30,49 6,15 0,31 0,24 0,76 1,03 0,59 3,22 2,5
14 PS Вьетнам 2,18 26,46 4,41 0,65 0,88 0,12 1,21 0,41 1,14 2,25
15 BP Китай 2,76 26,34 6,60 0,42 0,32 0,68 1,16 0,20 3,82 2,0
16 PD Индия 0,00 44,19 5,84 0,00 0,31 0,15 0,00 0,26 5,12 2,0
17 BTF Вьетнам 0,00 23,98 2,83 0,28 0,58 0,06 0,98 0,22 0,71 1,75
30 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2013
ЧОНТРОЛЬКАЧЕСТВА
бует дополнительных затрат, однако его нельзя считать исчерпывающим без определения содержания ценных биохимических компонентов. Кофеин, теобромин, теофиллин, общее содержание катехинов, а также содержание некоторых из них служат важными показателями для понимания и прогнозирования полезных свойств того или иного сорта чая. Недавние исследования показали, что некоторые компоненты чая, обладающие антиоксидантными свойствами, препятствуют возникновению рака, избытку холестерина, церебральным повреждениям, снижают негативный эффект от курения и вредоносных бактерий [4]. Черный и зеленый чай содержат кофеин, стимулирующий нервную систему, диуретик и сосудорасширяющие теобромин и теофиллин. Таким образом, проблема взаимосвязи содержания биохимических компонентов чая и его качественных характеристик остается актуальной.
В последнее время для определения основных биохимических компонентов чая используют различные методы, предусматривающие различные условия экстракции и анализ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с различными детекторами или капиллярного электрофореза [5].
Анализ данных, полученных при различных условиях экстракции [6, 7], показал, что существует необходимость стандартизовать условия экстракции и определения основных биохимических компонентов, а также единицы их измерения. Наиболее предпочтительны могут быть миллиграмм на грамм навески чая или ми-лиграмм на литр для чайных настоев или напитков на основе чая. Задачи настоящего исследования — продемонстрировать и предложить ВЭЖХ методику одновременного определения 11 биохимических компонентов чая: количества галловой кислоты, шести катехинов, общего содержания катехинов и трех алкалоидов — кофеина, теобромина и теофиллина.
Определение антиоксидантной активности продуктов питания и напитков становится важным показателем качества продукции, так как антиокси-данты выполняют главную защитную функцию, выраженную в способности нейтрализовать негативное воздействие свободных радикалов. Следовательно, антиоксидантная активность может быть одной из характеристик
качества чая, отражающих его положительные потребительские свойства. Существует явная взаимосвязь между общим содержанием полифенолов и показателем антиоксидантной активности. Предполагается, что анти-оксидантная активность тесно связана с содержанием катехинов в чае [4]. В настоящей работе уровень анти-оксидантной активности чая определяли методом кулометрического титрования [8]. Одна из основных задач исследования — установить влияние содержания биохимических компонентов чая на его качественные характеристики — органолептическую оценку и антиоксидантную активность.
Образцы черного чая были предоставлены двумя местными чайными компаниями. Каждый образец — моносортовой чай из определенного чаепроизводящего региона, классифицированный в соответствии с международной классификацией. Галловая кислота, (+)-катехин, (-)-эпикате-хин, (-)-галлокатехингаллат и кофеин были приобретены у Sigma Aldrich Chemie GmbH (США); (-)-эпигалло-катехингаллат, (-)-эпикатехингал-лат, теобромин, теофиллин — у Fluke (США) и (-)-эпигаллокатехин — у Biochemica (США). 0,1 %-ный раствор ортофосфорной кислоты (p = 1,87 г/мл) готовили разбавлением в дистиллированной воде.
Образец чая массой 1,0 г помещали в круглодонную колбу, добавляли 100 см3 0,1%-ного раствора ортофос-форной кислоты и нагревали на водяной бане с обратным холодильником в течение 1 ч. Затем колбу помещали на 5 мин в ультразвуковую баню. Раствор охлаждали до комнатной температуры и фильтровали в мерную колбу вместимостью 100см3, доводили 0,1%-ной ортофосфорной кислотой до метки.
Анализ проводили методом ВЭЖХ на хроматографе Agilent 1100. Колонка: октадецилсиликагель 250x4,6 мм, 5 мкм [Phenomenex Luna 5мкм C18 (2)]; скорость подачи подвижной фазы — 1,0 см3/мин; УФ-детектирование, X = 275 нм; объем вводимой пробы — 10 мм3; подвижная фаза состояла из 96% (А)-трихлоруксусной кислоты (рН 2,5) и 4% (В)-ацетонитрила. Количество растворителя (В) увеличили до 20% через 30 мин и до 50% через 50 мин [9, 10].
Регрессионный анализ проводили для исследования влияния содержания определенных биохимических
компонентов чая на балл органо-лептической оценки, выставленный в соответствии с качеством образца. В результате анализа было выведено уравнение регрессии для оценки качества чая. Корреляционный анализ использовали для установления взаимосвязи между показателем антиок-сидантной активности и содержанием биологически активных веществ, определяли коэффициент корреляции. Статистическую обработку проводили в программе STATISTICA 8.0 (Statsoft Inc., США).
Определение содержания основных биохимических компонентов чая и их органолептическая оценка
В табл. 1 представлены результаты определения основных биохимических компонентов методом ВЭЖХ-УФ (мг/г навески чая), за исключением содержания теофиллина и теобромина, поскольку они не участвуют в дальнейшем исследовании. Также отражены органолептическая оценка, страна происхождения и международная классификация образцов [2].
Очевидно, что образцы в нижней части таблицы (с № 12) содержат очень малые количества галловой кислоты (0-2,9 мг/г), катехинов (2,83-8,57 мг/г), за исключением образца BOP. Образцы № 13-15 и 17 содержат наименьшее количество кофеина, и органолептическая оценка также низкая (1,75-3,5). В сравнении с этим образцы №1-10 содержат большое количество биологически активных веществ и имеют высокий балл сенсорной оценки. Например, содержание галловой кислоты в лучшем китайском чае составляет 23,18 мг/ г, третий по орга-нолептической оценке чай содержит 17 мг / г, некоторые от 8 до 11 мг/г. Количество кофеина и суммарных катехинов также велико в образцах под номерами 1-10, за немногими исключениями. Больше всех катехинов (83,26 мг/г) содержит индийский образец TGFOP — Дарджи-линг. Все 17 образцов были выбраны для регрессионного анализа.
Для установления влияния биохимических компонентов на качество чая показатель органолептической оценки принимали за зависимую переменную, в качестве независимых — содержание галловой кислоты, кофеина и общее количество ка-техинов. Результаты регрессионного анализа представлены на рис. 1.
6•2013
ПИВО и НАПИТКИ 31
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВА"
Рис. 2. Бета-коэффициенты и статистическая значимость
Таблица 2
№ Размер листа Международная классификация сорта Антиоксидантная активность, мг аскорбиновой кислоты/ г сухого чая Органолептическая оценка
1 FTGFOP 277,8 7,0
2 TGFOP 261,8 6,25
3 Крупнолистовой FTGOP 242,9 5,75
4 GFOP 194,3 5,25
5 FOP 165,7 4,5
6 Ломаный BOP 149,2 3,5
7 Высевка F1 133,2 2,75
8 Пыль PD 98,2 1,75
9 Высевка PF 116,9 2,5
10 » BTF 108,9 2,0
Рис. 3. Корреляционный анализ
На рис. 2 изображены коэффициенты регрессии Бета, которые позволяют сравнивать относительный вклад каждой независимой переменной в предсказание зависимой переменной. В результате переменные галловая кислота и сумма катехинов являются статистически значимыми. Вклад в регрессию для галловой кислоты и суммы катехинов положителен, т. е. чем больше содержание в чае данных веществ, тем выше показатель органолептической оценки. Также с помощью данной взаимосвязи можно оценивать уровень качества чая в зависимости от содержания основных биохимических веществ. Уравнение регрессии имеет вид:
О = 0,14ГК + 0,04СК,
где О — показатель органолептиче-ской оценки; ГК — содержание галловой кислоты; СК — суммарное содержание катехинов.
Для определения антиоксидантной активности была сделана выборка из 10 образцов чая, содержащих наибольшие и наименьшие количества галловой кислоты, суммы катехинов и шести из них. Образцы были разделены на две группы в зависимости от качества и размера листа. Первая группа состояла из пяти крупнолистовых чаев с высоким показателем сенсорной оценки и высокой степенью по международной классификации. Вторая группа состояла из ломаных чаев, высевки и чайной пыли для пакетированного чая. Эта группа характеризовалась низким показателем сенсорной оценки и степенью международной классификации. Отобранные образцы и результаты оценки их антиоксидантной активности в сопоставлении со стандартной ор-ганолептической оценкой сортов чая представлены в табл. 2.
Поскольку антиоксидантная активность рассматривалась как один из параметров качества чая, также проведен корреляционный анализ (рис. 3).
Рис. 3 отражает значимые корреляции между шестым и восьмым показателями. Количество галловой кислоты, общее количество катехи-нов, ЭГК, ЭК, ГКГ и ЭСП имеют тесную взаимосвязь с показателем анти-оксидантной активности. Интересно, что содержание одного из наиболее мощных и эффективных антиокси-
32 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2013
ЧОНТРОЛЬКАЧЕСТВА
дантов — ЭГКГ не влияет на уровень антиоксидантной активности чая.
Рис. 4, 5 и 6 демонстрируют диаграммы рассеяния наиболее коррелированных величин.
В действительности не только кате-хины влияют на антиоксидантную активность, но также и количество галловой кислоты, так как корреляция для этого вещества самая высокая. Эпикатехин отличается наибольшей корреляцией среди катехинов. Полученные результаты выявили тройную взаимосвязь между содержанием основных химических компонентов, сортом чая, его антиоксидантной активностью и органолептической оценкой, позволяющую определять сорт чая (табл. 3).
Таким образом, определено содержание 11 основных компонентов в 17 образцах черного чая из разных чаепроизводящих регионов с помощью ВЭЖХ-УФ. Установлена анти-оксидантная активность выборки из 10 образцов чая. Высокосортный чай подтвердил высокий показатель антиоксидантной активности. Проведенный регрессионный анализ продемонстрировал, что основной вклад в органолептический показатель качества вносят два биохимических компонента — содержание галловой кислоты и суммарного количества катехинов, в результате чего было получено уравнение регрессии. Вместе с тем была установлена корреляционная зависимость между содержанием галловой кислоты, суммарного количества катехинов, а также отдельных катехинов (ЭГК, ЭК, ГКГ, ЭКГ) и уровнем антиоксидантной активности чая. Коэффициенты корреляции равны 0,95; 0,86; 0,78; 0,91; 0,83 и 0,67 соответственно. Полученные результаты выявили тройную взаимосвязь между содержанием основных химических компонентов, сортом чая, его анти-оксидантной активностью и органо-лептической оценкой, позволяющую определять сорт чая. Таким образом, взаимосвязи, установленные в данном исследовании, могут широко использоваться в оценке качества чая.
Авторы выражают благодарность С. Б. Мстиславскому, Юлии Малышевой и Марии Лункиной (компания «ТД Сергеев & Ко») за предоставленные образцы высококачественного моносортового китайского чая, а также Н. К. Зайцеву и О. А. Жариковой (компания ООО «Эконикс-Эксперт») за по-
Рис. 4. Диаграмма рассеяния для галловой кислоты, г = 0,95
Рис. 5. Диаграмма рассеяния для ЭК, г = 0,91
Рис. 6. Диаграмма рассеяния для суммы катехинов, г = 0,86
6 • 2013 ПИВО и НАПИТКИ 33
Таблица 3
№ Размер листа Международная классификация Галловая кислота, мг/г Сумма катехинов, мг/г Антиоксидантная активность, мг аскорбиновой кислоты/г сухого чая Органолептиче-ская оценка Сорт
1 FTGFOP
2 3 Крупнолистовой TGFOP FTGOP 8-24 17-23 190-280 5-10 Букет
4 GFOP
5 FOP 3-7,9 10-16,9 145-198,9 3,5-4,75 Высший
6 Ломаный BOP
7 Высевка F1 100-144,9 2,75-3,25 Первый
8 » PF 0-2,9 2-9,9 100-144,9 2,0-2,5 Второй
9 » BTF »
10 Пыль PD 80-99,9 1,0-1,75 Третий
мощь в анализе антиоксидантной активности.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 1937—90 «Чай черный байховый нефасованный. Технические условия».
2. ISO 11286:2004 «Tea — Classification of grades by particle size analysis».
3. ISO 3103:1980 «Tea — Preparation of liquor for use in sensory tests».
4. Федосеева, A. A. Антиоксидангная активность настоев чая/А. А. Федосеева [и др.] // Химия растительного сырья. — 2010. — № 3. — С. 123-127.
5. Friedman, Mendel. Distribution of Catechins, Teaflavins, Caffeine and Theobromine in 77 teas consumed in the United States/M. Friedman [et al.] // J. of Food Science. — 2009. — V. 70. — № 9. — P. 550-559.
6. Amarowicz, R. Polyphenolics extracts from legume seeds: correlation between total antioxidant activity, total phenolics content, tannins content and astringency/R. Amarowicz, A. Troszyska, N. Baryko-Pikielna // J. of Food Lipids. — 2012. — V. 11. — № 4. — P. 278.
7. The cupric ion reducing antioxidant capacity and polyphenolic content of some herbal teas/R. Apak [et al.] // International Journal
of Food Sciences and Nutrition. — 2010. — V. 57. — № 5. — Р. 292-304.
8. Определение антиоксидантной активности вин кулонометрическим методом: научно-методическое пособие /А. А. Лапин [и др.]. — М.: РАЕН, 2009. — 64 с.
9. Методы оценки качества чайного сырья и готовой продукции/Е. Н. Коржнев [и др.] // Пиво и напитки. — 2013. — № 4. — С. 69-71.
Ю.Методы анализа минорных биологически активных веществ пищи/Под ред. В. А. Ту-тельяна и К. И. Эллера. — М.: Издательство «Династия», 2010. — 160 с. <£?
Роль основных биохимических компонентов в формировании качества чая
Ключевые слова
антиоксидантная активность; ВЭЖХ-УФ; катехины; качество чая; чай. Реферат
В статье рассмотрено влияние содержания основных биохимических компонентов чая, таких как галловая кислота, кофеин и катехины, на формирование качественных показателей черного чая. Сделан обзор различных аналитических методов определения данных веществ и выбран способ одновременного определения одиннадцати компонентов чая. Регрессионный анализ, проведенный на основании полученных данных, показал, что наибольшее влияние на органолептический показатель качества чая имеют содержание галловой кислоты и общее количество катехинов, в результате чего было получено уравнение регрессии. Корреляционный анализ позволил установить тесную взаимосвязь между показателем антиоксидантной активности образцов чая и количеством галловой кислоты, общим содержанием катехинов, а также содержанием определенных катехинов: эпигаллокатехина (ЭГК), эпикатехина (ЭК), галлокатехингаллата (ГКГ) и эпикатехингаллата ЭКГ.
Авторы
Коржнев Евгений Николаевич, аспирант,
Мойсеяк Марина Борисовна, канд. техн. наук, доцент,
Котова Наталья Николаевна, канд. хим. наук, доцент
Московский государственный университет пищевых производств
125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, [email protected]
Титков Дмитрий Георгиевич
ЗАО «Компания «Май»
120246, Московская обл., г. Фрязино, ул. Озерная, д. 1А, [email protected]
The role of main biochemical substances in tea quality evaluation
Key words
antioxidant activity; HPLC-UV; catechins; tea quality; tea. Abstracts
The role of main biochemical tea components such as Gallic acid, caffeine, total and individual catechins in the formation of black tea quality parameters was studied. The observation on different kinds of analytical methods was made and HPLC-UV method was applied and validated for the analysis of 11 tea compounds (Gallic acid content, 6 catechins, catechin total amount, 3 alkaloids — caffeine, theophylline, theobromine) for 17 tea samples from different world regions in a single run. Regression analysis was performed to show that the amount of Gallic acid and total catechins has significant impact on the sensory evaluation rate according to tea quality. The experimental regression formula for tea quality evaluation was developed. Correlation analysis reflected that the amount of Gallic acid, total catechins, epigallocatechin (EGC), epicatechin (EC), gallocatechin gallate (GCG) and epicatechin gallate (ECG) is closely related to the antioxidant activity rate, the correlation factors were 0,95; 0,86; 0,78; 0,91; 0,83 and 0,67 correspondingly.
Authors
Korzhnev Evgeniy Nikolaevich, Post-graduate Student;
Moiseyak Marina Boiisovna, Candidate of Technical Science, Associate Professor;
Kotova Nataliya Nikolaevna, Candidate of Chemical Science, Associate Professor
Moscow State University of Food Production,
11 Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080, Russia, [email protected]
Titkov Dmitriy Georgievich
Kompaniya May, ZAO
1A Ozernaya St., Fryazino, Moscow oblast, 141190, Russia, [email protected]
34 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2013
