Paula Gawryszewsla
Metabolity wtórne roślin obecne w liściach oraz w
trakcie fermentacji herbat
Wstęp
Substancje biologicznie czynne zawarte w roślinach mają charakter metabolitów
wtórnych, są one produktem wyspecjalizowanego organizmu. Charakteryzuje je duża
specyfika i wybiórczość w oddziaływaniu na organizmy zwierzęce. W zależności od dawki
mogą wywierać efekt leczniczy (mała dawka) lub mogą być toksynami (duża). Ich funkcje w
roślinach są różnorodne min. obrona przez pasożytami, grzybami, hamowanie wzrostu innych
gatunków roślin, sygnały dla owadów, jak i regulacja ekspresji genów.
Zawartość związków bioaktywnych w surowcach pochodzenia roślinnego uzależniona
jest od gatunku, odmiany, warunków uprawy, a także od położenia geograficznego.
Większość surowców, takich jak herbata, spożywana jest dopiero po przetworzeniu, co
niewątpliwie wpływa na zawartość, jakość, przyswajalność i aktywność biologiczną
substancji biologicznie czynnych. Przykładem mogą być liście krzewu herbacianego, które
zawierają w suchej masie nawet do 30% związków polifenolowych, głównie katechin. Jest to
o wiele więcej niż w zielonej czy czarnej herbacie. Wynikiem tego jest odmienny proces
wytwarzania obu herbat. Do związków biologicznie czynnych obecnych w herbacie oprócz
alkaloidów należy kofeina, teofilina czy teobormina jak i również flawonoidy oraz katechiny.
Herbata czarna i zielona
Herbata jest jednym z najczęściej spożywanych napojów na świecie. Uprawiana jest w
30 państwach. Głównymi odmianami herbaty są C. sinensis var. sinensis, pochodząca z
regionów na północ od Himalajów (małe liście i kilka centymetrów wzrostu) oraz C. sinensis
var. assamica z liśćmi 10-15cm lub większymi, pochodząca z regionu na południe od
Himalajów. Przykładami zmienności herbaty na świecie są: var. sinensis z Yunnan, bogatej
w galusan epikatechiny, var. Sinensis, stosunkowo bogatej w zmetylowany flawan-3-ol oraz
var. assamica x var. Sinensis, hybrydy używane do produkcji japońskich zielonych herbat z
niską zawartością flawon-3-oli (zwierają min. teaninę (N-ethyloglutaminę)).
Istnieje wiele podziałów herbat, ale zwykle są one spożywane w jednej z trzech form:
zielonej, ulung lub czarnej. Różnorodne odmiany herbat powstają w zależności od tego, jakie
liście zostaną użyte do jej przetwarzania oraz od samej metody tego procesu. Na świecie
produkowane jest ok. 4,7mln ton suszonej herbaty rocznie, z czego 20% to zielona, 2% ulung,
a reszta to czarna. We wszystkich przypadkach surowcem są młode liście. Jednak
najcenniejsze są te z największą zawartością flawan-3-oli, ponieważ odpowiadają za
podwyższoną zawartość aktywnych enzymów w liściach.
Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje zielonej herbaty. Rodzaj japoński,
wykorzystujący ciemno-brązową hybrydę liścia, ze stosunkowo niskim poziomem flawon-3-
oli i wysoką zawartością aminokwasów (min. teanin). Po żniwach liście te są szybko
poddawane działaniu pary by zatrzymać działanie min. oksydazy polifenolowej. Drugim
rodzajem jest chińska zielona herbata, która tradycyjnie używa wyselekcjonowane formy var.
sinensis. W porównaniu do japońskiego rodzaju, liście chińskiej herbaty są wpierw
nagrzewane (opalane), a potem poddawane działaniu pary otrzymując w ten sposób mniej
skuteczną denaturację enzymów (zapobiegając fermentacji) niż w przypadku zielonej herbaty
japońskiej i pozwalając na transformację niektórych flawan-3-oli.
Do produkcji czarnej herbaty wykorzystuje się dwa główne procesy, są to: tzw. proces
ortodoksyjny i rozwinięty CTC cut-tear-curl (ciąć-rozrywać-zwijać). W obu procesach
celowo poddaje się liście fermentacji. Dzięki czemu osiąga się wydajny proces rozerwania
przegród komórkowych, doprowadzając do kontaktu związków fenolowych z oksydazami
polifenolowymi i tym samym aktywowaniu innych enzymów. W procesie fermentacji, czyli
w dokładnym przyrządzeniu liścia czarnej herbaty (znanym jako  miażdżenie ), w
okreÅ›lonym czasie jak i temperaturze (60-120min w 40°C) uzyskuje siÄ™ relatywnie stabilny
produkt.
Przed procesem fermentacji, czyli podczas żniw, świeże liście herbaty są niezwykle
bogate w polifenole ( ~ 30% suchej wagi). Przemysłowy wyrób zielonej herbaty zmienia się
w czasie. Nawet w procesie półfermentacji można uzyskać wystarczająco dobrej jakości
czarną herbatę. Głównymi polifenolami w świeżych liściach herbaty są flawan-3-ole. Wśród
nich zwykle dominuje galusan (-)-epigalokatechiny, okazjonalnie drugie miejsce zajmuje
galusan (-)-epikatechiny razem z mniejszą ilością (-)-epigalakatechin, (+)-gallokatechin, (+)-
katechin, (-)-epikatechin oraz (-)-epiafzelchin. W mniejszych ilościach występuje również
sam galusan i (-)-epigalokatechina, które mogą występować jako digalusany, estryfikowane z
kwasem p-kumarynowym lub kwasem kofeinowym.
Rys.1. Niektóre związki fenolowe obecne w esencji zielonej herbaty (Camellia sinensins); proantocyjanidyny
mogące hydrolizować taniny. Przeważającym alkaloidem jest kofeina ze śladowymi ilościami teobrominy.
Istnieje co najmniej 15 glikozydów flawonowych obejmujących mono-, di- i tri-
glikozydy. Ich struktura opiera się min. na: kemferolu, kwercetynie, mirycetynie oraz różnych
kombinacjach glukozy, galaktozy, ramnozy, arabinozy i rutynozy. Również glikozydy C-
apiegniny, kilka kafeoli, kwasy p-kumaroilo-chinowe (kwasy chlorogenowe), kwasy
galochinonowe (kwasy teogalusowe) i co najmniej 27 pronatocyjanindyn (tj. polimerów
flawan-3-oli) włączając w to kilka jednostek epiafzelchin, wszystkie ww. można spotkać w
glikozydach flawonowych. Niektóre z tych form zawierają hydrolizujące taniny jak np.
striktyniny, być może wskazujące na pokrewieństwo pomiędzy C. japonica, C. sasanqua i C.
oleifera. Podczas gdy inne zawierają dimery flawanów chalkanowych znanych jako
asamicjany. Odpowiednio struktury pokazane na Rys.1.
W zielonych herbatach, zwłaszcza produkcji japońskiej, większość tych
zróżnicowanych polifenoli przeżywa. Można je znalez
ć w produktach sprzedawanych w
supermarkecie. Natomiast w chińskich zielonych i półfermentowanych herbatach np. ulung,
niektóre transformacje prowadzą do produkcji biflawanoli (dimery flawan-3-ol połączone
2 2 ), ulunghomo-bis-flawanoli (połączone 8 8 lub 8 6 ), ulungteanin i galusanów 8C-
ascorbylo-epigallakatechin (na Rys.2.).
Rys.2. Produkty transformacji w chińskich zielonych herbatach i półfermentowanych herbatach np. ulung.
Przy produkcji herbaty czarnej, transformacja jest bardziej rozległa z 90%
zniszczeniem flawan-3-oli w procesie ortodoksyjnym, a nawet większym w procesie cut-tear-
curl. Część związków nieobecnych w liściach tworzy się w trakcie fermentacji. To włącza
dwa 8C zamienione z flawan-3-olami; pueryny A i B oraz dwa typy fenoli cynochonanowych
epikatechin-[7,8-bc]-4-(4-hydroxylphenyl)-dihydro-2(3H)-pyranon: cynochonaniny Ib oraz
2,2 ,6,6 -tetrahydroxydifenyl.
Kluczowym enzymem w procesie fermentacji produkujÄ…cej czarnÄ… herbatÄ™ jest
oksydaza polifenolowa, która ma co najmniej trzy izoformy. Istnieją również dowody na to, iż
ważny wkład w tym procesie odgrywają również peroksydazy, z niezbędnym nadtlenkiem
wodoru generowanym przez oksydazÄ™ polifenolowÄ…. Pierwotnymi substratami oksydazy
polifenolowej są flawan-3-ole przekształcające się w benzochinony. Reagują one dalej i mogą
się redukować z powrotem do fenoli, takich jak kwas galusowy, glikozydy flawonolowe oraz
teaflawiny, które nie są bezpośrednimi substratami dla oksydazy polifenolowej.
Najbardziej znanymi produktami transformacji czarnej herbaty sÄ… katechiny
przekształacjące się w teaflawiny (redukują ilość cholesterolu we krwi) oraz tearubiginy
(pobudzajÄ… perystaltykÄ™ jelit), charakteryzujÄ…ce siÄ™ czerwonawym kolorem. Tworzone sÄ… one
przez dodawanie Michaela czyli dodanie B-pierścienia galusana trihydroksy(epi)
gallakatechiny do B-pierścienia galusana dihydroksy(epi)katechinowego uprzednio dodanego
do grupy karbonylowej na krzyż pierścienia i póz
niejszej dekarboksylacji. Obecnie
teasinensiny tworzą się szybciej i mogą być prekursorami teaflawin.
Sprzężone utlenienie wolnego kwasu galusowego lub estru galusowego prowadzi do
powstania benzochinonów, które mogą następnie zastępować (epi)gallokatechiny prowadząc
do powstania kwasów (epi)teaflawin oraz różnych teaflawanów (Rys.3). Interakcja ta może
doprowadzić do produkcji teaflaginin zawierających bezotropolon lub żółtawe teacitryny. W
przypadku teaflawin łączone utlenienie galusanu benztropolonu może prowadzić do
powstania teadibenzotropolonów (Rys.3.).
Tearubiginy są prawdopodobnie głównymi fenolowymi składnikami czarnej herbaty.
Badania wykazały, że właśnie one są polimerycznymi proantocyjanidami powstałymi poprzez
wykrycie proantocyjanidyn po fermentacji, które przeszły ze świeżego liścia niezmienione.
Rys.3. Produkty transformacji poprzez fermentacjÄ™ w czarnej herbacie.
Pierwszym produktem zawierającym N-ethyl-2-pyrrlidinone był 8 -
ethylpyrrolidinonyl-theasinesin A (Rys.4.), został wyizolowany z czarnej herbaty w 2005.
Prawdopodobnie tworzy się z teasinensyny i aldehydu benzochinonu powstałego w wyniku
dekarboksylacji teaniny.
Rys.4. Polimeryczne fenole czarnej herbaty zostały połączone z produkcją tearubigin.
Konsumenci czarnej herbaty spożywają polifenole ~ 100mg na szklankę co bardzo
przekracza maksymalną dawkę spożycia tych chemicznie utworzonych polifenoli takich jak
flawonoidy. Polifenole wpływają pozytywnie na organizm człowieka np. zapobiegając
zawałom serca, lecz tylko w ograniczonych ilościach, po przedawkowaniu tych związków
mogą uszkadzać wątrobę i nerki.
Wodne esencje liści herbaty zawierają również alkaloidy kofeiny i śladowe ilości
teobrominy. Zielona i półsfermentowana herbata zachowują istotne ilości flawon-3-oli.
Stopniowy spadek tych związków spowodowany podwyższoną fermentacją powoduje, iż
ilości flawan-3-oli są najniższe w procesie cut-tear-curl przy tworzeniu czarnych herbat.
Napoje z zielonych, półfermentowanych i czarnych herbat również mają istotną zawartość
glikozydów flawonoli i mniejsze ilości kwasów chlorogenowych, glikozydów C-
flawonowych oraz teogallin, na które mniej wpływa przetwarzanie, ale mogą się wyraz
nie
różnić od oryginalnego świeżego liścia herbaty. Napój z czarnej herbaty wyjątkowo zawiera
teaflawiny i w ogromnym stopniu duże ilości tearubigin, które są odpowiedzialne za cierpki
smak czarnej herbaty i charakterystyczny czerwono-brÄ…zowy kolor. Tearubiginy sÄ… trudne do
analizy, ponieważ ani się one nie wymywają, ani nie są rozkładane na kolumnie HPLC z
odwróconą fazą. Oszacowania wskazują, że stanowią one ok. 80% z fenolowych składników
esencji czarnej herbaty.
Rys.5. Podczas parzenia i produkcji napojów herbaty flawan-3-ols jak np. (+)-katechiny, (-)-epikatechiny i (+)-
gallakatechiny mogą epimeryzować.
 Szczegóły jak niektóre związki fenolowe obecne w zielonej herbacie są
modyfikowane w procesie fermentacji do produkcji czarnej herbaty umieszczono w Tabeli 1.
Flawan-3-ole mogą epimeryzować, produkując np. (+)-epikahiny i (-)-katechin, galusany (+)-
epigallokatchin itp. (Rys.5.).
Tabela 1. Koncentracja głownych fenoli w esencji zielonej i czarnej herbaty z liści Camellia sinensis.
Maté
Maté kupowana jako Yerba Maté to zioÅ‚owa herbata przygotowywana z liÅ›ci Ilex
paraguariensis zawierających kofeinę i teobrominę. Oryginalnie, napój ten był konsumowany
przez Indian Guarini w lasach Paragwaju i zwyczaj jej picia został zaadoptowany przez
osadników na ziemiach rolnych południowej Ameryki. Uważano wtedy iż zapewnia ona
zdrowie, witalność i długowieczność. Obecnie spożywana jest na całym świecie, być może
dlatego, że uważa się ze ma właściwości podobne do wiagry.
Rys.6. Maté to zioÅ‚owa herbata zawierajÄ…ca kwasy chlorogenowe, saponiny oraz Å›ladowe iloÅ›ci querctin-3-O-
rutinoside.
Maté, inaczej niż Camellia sinensis, jest bogata w kwasy chlorogenowe. Zawiera duże
ilości kwasów 3-, 4-, 5-, kawoilochinowych (Rys.6.) oraz izomeryczne kwasy
dikawoilochinowe. Liście herbaty mate zawierają trzy saponiny nazywane odpowiednio 2, 3 i
4 metasaponinami. Zostały one scharakteryzowane chemicznie oraz metodami nmr jako
ursolic acid 3-O-[²-D-glucopyranosyl-(1 3)- [Ä…-L-rhammopyranosyl-(1 2)]]-Ä…-
L0arabinopyranosyl]-(28 1)-²-D-glucopyranosyl ester (Rys.6.), ursolic acid 3-O-[²-D-
glucopyranosyl-(1 3)-Ä…-L-arabinopyranosyl]-(28 1)-[²-D-glucopyranosyl- ( 1 6)- ²-D-
glucopyranosyl] ester i 3-O-[²-D-glucopyranosyl-(1 3)- [Ä…-L-rhammopyranosyl-(1 2)]]-
Ä…-L-arabinopyranosyl]-(28 1)-²-D-glucopyranosyl-(1 6)- ²-D-glucopyranosyl] ester.
Esencja herbaty również zawierają querecetin-3-O-rutinoside (Rys.6.) i zglikozylowaną
luteolinÄ™ oraz kwas kofeinowy.
Tradycyjna metoda parzenia i konsumpcji daje trochę suchości, (czasami pieczącej) u
jamie ustnej. Liść zalewa się wrzątkiem w tykwie. Aby zapobiec gotowaniu cieczy pieczącej
usta, używa się specjalnej słomki. Cykl redoks dihydroksyfenoli takich jak kwasy
kawoilochinowe mogą odgrywać pewną rolę w leczeniu karcenogenezy spowodowanym np.
paleniem. Ostatnie badanie wykazują iż kwas kamoilochinowy prawdopodobnie może
hamować wirusową integrazę i zapobiegać rozmnażaniu się wirusów, w tym również wirusa
HIV.
Podsumowanie
Metabolity wtórne roślin pełnią bardzo ważną rolę jako składniki niezbędne w naszej
codziennej diecie. Odpowiednio przygotowane (temperatura, czas, odpowiednie naczynia)
napary z ziół mogą wpłynąć bardzo korzystnie na nasze zdrowie. Herbaty są bogatym
z
ródłem witamin, przeciwutleniaczy, np. teaflawiny, które nie tylko neutralizują wolne
rodniki, ale również mogą obniżać ryzyko wystąpienia chorób krążenia w naszym
organizmie. Napoje te usprawniajÄ… procesy trawienne, poprawiajÄ… koncentracjÄ™ i wiele
innych. Niestety procesy przetwarzania, często najtańszych jakościowo herbat, niszczą
niektóre cenne zawarte w liściach związki lub przemieniają na inne. Dlatego warto jest pić
naturalną oraz dobrze przygotowaną herbatę by wspomóc nasz organizm na zdrowiu
Bibliografia
1. Alan Crozier, Michael N. Clifford, Hiroshi Ashihara Plant Secondary Metabolites
(Occurrence, Structure and Role in our diet), 2006 Blackwell Publishing Ltd
2. Wikipedia: http://www.pl.wikipedia.org/wiki/Herbata