Методы оценки качества чайного сырья и готовой продукции

УДК 663.95

Методы оценки качества чайного сырья и готовой продукции

Е. Н. Коржнев; М. Б. Мойсеяк,

канд. техн. наук, доцент; Н. Н. Котова,

канд. хим. наук

Московский государственный

университет пищевых производств

Д. Г. Титков

ЗАО «Компания «Май»,

Московская обл., г. Фрязино

Ключевые слова:

ВЭЖХ-УФ; катехины; качество чая;

кофеин; ТКС; чай.

Keywords:

HPLC-UV; catechins;

tea quality evaluation; caffeine;

tannin-catechin composition; tea.

Реферат

Рассмотрены актуальные проблемы оценки качества чайного сырья и готовой продукции. Показано влияние содержания биологически активных веществ чая на его качество. Приведены современные методы анализа содержания основных биологически активных компонентов чая: кофеина, теобромина, тео-филлина, катехинов и галловой кислоты. Показана оценка содержания ключевых компонентов образцов высококачественного чая методом ВЭЖХ с УФ-детектированием, позволившая выявить наиболее ценный продукт с биохимической точки зрения.

Abstracts

The important problems of tea quality evaluation were uncovered. The influence of health-promoting tea components on its quality was introduced. The observation of modern analytical methods for major health-promoting tea components like caffeine, theobromine, theophylline, catechines and gallic acid (tannins) and their quantitative determination was made. A highperformance liquid chromatography (HPLC) method combined with UV detection was used to estimate the most valuable health-promoting tea example.

Чай как один из самых распространенных пищевкусовых продуктов постоянно нуждается в объективной оценке его качества. Распространено мнение, что потребителям всегда предлагается низкокачественный продукт, полученный из некачественного дешевого сырья, особенно если речь идет о пакетированном чае. Причинами бытующего мнения о качестве чая может быть в первую очередь отсутствие современных стандартов на чай и чайную продукцию. Разработанный в настоящее время Российской ассоциацией производителей чая и кофе («Росчай-кофе») проект технического регламента на чай и чайную продукцию пока не утвержден, а ГОСТы 90-х годов содержат набор довольно устаревших методик анализа качества чая по органолептическим и физико-химическим показателям [1].

Основным использующимся на практике методом тестирования чая остается органолептический анализ по пяти качественным показателям — внешний вид, цвет настоя, аромат, вкус, цвет разваренного листа [2]. Оценка производится специалистом-титестером, с присвоением образцу оценки по десятибалльной шкале. Данный метод очень быстр, достаточно эффективен, практически не требует дополнительных затрат, однако объективной такую оценку считать нельзя. В дополнение к ней в соответствии со стандартами оценку качества образца проводили по физико-химическим показателям, а именно: массовой доле водорастворимых экстрактивных веществ,

массовой доле влаги, массовой доле металломагнитной примеси и др. с применением трудоемких аналитических методик количественного и качественного анализа [2-3].

С технологической точки зрения содержание алкалоидов и феноль-ных соединений напрямую связано с качеством готового продукта. Так, например, полифенолы (танино-катехиновая смесь, ТКС) при производстве чая больше других компонентов подвергаются глубоким и разнообразным превращениям. ТКС — важнейший компонент чайного растения, и чем больше ее в чайном листе, тем более высокого качества получается чай. Однако, кроме суммарного содержания полифенолов, большое значение имеет и их качественный состав. Имеется предположение о влиянии на качество чайного сырья и готовой продукции не только общего содержания ТКС, но и его определенных фракций, которые являются непосредственными носителями качества [4]. Содержание катехиновой фракции в молодых побегах чайного растения доходит до 70% и более от общей суммы ТКС. С огрубением листа оно постепенно уменьшается.

Катехиновая фракция — антиокси-дант по отношению к легкоокисляе-мой танинной фракции. В результате ферментативного окисления образуются окрашенные продукты, преимущественно красновато-коричневого цвета, которые и обусловливают цвет чайного настоя.

В отличие от катехиновой та-нинная фракция легко окисляется кислородом воздуха без участия

56 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2013

ферментов, т. е. является самоокисляющимся (аутооксидабельным) соединением. Продукты окисления имеют коричневый цвет, что усиливает интенсивность окраски чайного настоя. Вместе с тем она обладает приятным вяжущим вкусом и гармонично дополняет вкусовую гамму, создаваемую катехиновой фракцией. В нежных побегах чайного растения собственно танинная фракция составляет до 30% суммы ТКС.

С уменьшением количества ка-техиновой фракции увеличивается танинная фракция, что наблюдается с огрубением чайного листа. Если в молодых, нежных побегах чайного растения катехиновой фракции 70%, а танинной — 30, то в грубых листьях соответственно 30 и 70%. Эта взаимосвязь имеет существенное значение, так как в сырье, собираемом в последние годы, значительно увеличилось содержание огрубевших и грубых листьев, а следовательно, снизилось суммарное содержание ТКС, и в первую очередь катехиновой фракции. Поскольку в таком сырье практически отсутствует катехиновая фракция, то в нем не может быть глубоких ферментативных превращений. А для окисления собственно танинной фракции в силу ее аутооксида-бельности проведение ферментации с точки зрения биохимической сущности этого процесса совершенно не нужно. Следовательно, современное чайное сырье, в котором содержится 50% и более огрубевших и грубых фракций, малопригодно для выработки биологически полноценного и качественного чая.

Таким образом, разделение полифенолов чая на фракции показало неоднородность сбора чайного листа и позволило выделить ценную с точки зрения технологии фракцию — катехиновую.

Следует подчеркнуть, что (-)-эпи-галлокатехингаллат — (-)-ЭГКГ — самый важный компонент полифенолов чайного сырья и готового чая не только в количественном отношении, но и с точки зрения технологий ферментации, так как (-)-ЭГКГ — это основной субстрат сырья, в результате ферментативно-окислительных превращений которого формируется качество чайного продукта, прежде всего черного чая [4].

Качество чая также обусловлено содержанием кофеина. В молодых

листьях чайного побега (флеши) его количество максимально, а с ростом листа содержание кофеина уменьшается до 0,7-0,8%. Поэтому высококачественный чай получают из двух-и трехлистных флешей. В процессе переработки зеленого листа чая содержание кофеина изменяется незначительно, что позволяет судить о качестве готового продукта по содержанию этого компонента.

В готовом чае кофеин взаимодействует с танином, образуя так называемый танат кофеина, придающий чаю характерные свойства (аромат, цвет) и вызывающий помутнение крепкого чая при остывании (образование так называемых «чайных сливок») [5].

Существующие с 2005 г. международные стандарты ISO регламентируют содержание основных компонентов, определяющих качество чайного сырья, таких как кофеин и полифенолы (танины, катехины) [6-8]. Необходимость получения информации о содержании пуриновых алкалоидов и полифенолов в чае связана с исключительными биологически активными свойствами этих веществ.

В настоящее время в России уже также утвержден один из первых национальных стандартов на определение содержания полифенолов — ключевых веществ, определяющих качество и пользу напитка [9]. В разработке пока остаются стандарты на «Чай черный. Технические условия», «Чай.Метод определения содержания катехинов», «Чай растворимый с добавками ароматизаторов. Технические условия», которые также будут регламентировать содержание вышеназванных компонентов [1].

Задача одновременного определения общего содержания кофеина и полифенолов в чае для оценки его качества может быть решена с помощью современных инструментальных методов.

В настоящее время стандартным методом определения общего содержания полифенолов в черном и зеленом чае согласно ГОСТ Р ИСО 14502-1:2010 служит колориметрическое определение с использованием реактива Фолина — Чокал-теу, образующего комплекс синего цвета с легкоокисляющимися ОН-группами фенола, дающего характерную полосу поглощения с максимумом 765 нм [9].

Спектральные методы, к которым можно отнести УФ-спектроскопию видимой области и ИК-Фурье спектроскопию, применяют для определения отдельно кофеина или суммы катехинов [10—13]. Однако трудоемкая пробоподготовка или необходимость обработки результатов методами математической статистики с применением регрессионного и дискриминантного анализа, искусственных нейронных сетей, анализа основных компонентов и т. п. не позволяют рекомендовать указанные методы для одновременного определения полного компонентного состава.

Применение метода капиллярного электрофореза позволяет определить содержание только алкалоидов (кофеина и теобромина) в водной фазе экстракта чая [14].

Метод ВЭЖХ с ультрафиолетовым детектированием — основной в международных стандартах ИСО для определения содержания катехинов в черном и зеленом чае (ISO 14502-2:2005 P. 2) и для определения содержания кофеина (ISO 10-727-2002) [7, 8]. При оценке образцов чая можно использовать большое разнообразие модификаций метода ВЭЖХ, например, применением матричного фотодиодного детектора, масс-детектора, использование различных комбинаций состава элю-ента и способов пробоподготовки [15-18].

В настоящей работе была использована оригинальная методика ВЭЖХ с ультрафиолетовым детектированием, позволяющая одновременно определить все ключевые компоненты экстрактивных веществ: галловой кислоты, входящей в состав чайного танина, катехинов и пурино-вых алкалоидов (кофеина, теобромина, теофиллина) в чае [19].

Были использованы стандарты катехинов и пуриновых алкалоидов класса для ВЭЖХ производства Sigma, Biochemica и Fluka. Раствор 0,1%-ной ортофосфорной кислоты готовили путем разбавления раствора кислоты (d = 1,87 г/мл) химически чистой дистиллированной водой.

Анализ проводили методом ВЭЖХ на хроматографе Agilent 1100. Колонка: октадецилсилика-гель 250 х 4,6 мм, 5 мкм (Phenomenex Luna 5мкм C18 (2)); скорость подачи подвижной фазы — 1,0 см3/ мин;

4 • 2013

ПИВО и НАПИТКИ 57

Таблица 1

№ образца Название чая Страна происхождения, регион Классификация Органолептическая оценка, балл Сорт

1 «Дянь Хун Мао Фэн» Китай, Юнань TGFOP 6,75 Высший

2 «Гуйчжоусский красный» Китай, Гуйчжоу TGFOP 6,75

3 «Дарджлинг Са$йе1:оп» Индия, Каслтон GFOP 6,25

4 «Целонский» Шри-Ланка 0Р 1 4,75

5 «Улун Дун Фан Мэй Жень» Тайвань GFOP 6,0

Таблица 2

Страна происхождения Количественные биохимические показатели, мг/г Органолеп-

Чай Класс ГК ТБ ТФ КФ Е кат-в ЭГК К ЭК ЭГКГ ГКГ ЭКГ тическая оценка, балл Сорт

«Дянь Хун Мао Фэн» Китай, Юнань TGFOP 11,04 4,21 0,26 57,63 13,39 2,28 0,69 1,69 6,26 1,66 0,81 6,75 Высший

«Гуйчжоусский красный» Китай, Гуйчжоу TGFOP 4,65 0,58 0,34 35,89 13,23 2,55 3,15 3,81 2,31 0,86 0,55 6,75

«Дарджлинг СазЙеюп» Индия, Каслтон GFOP 8,64 1,51 0,79 35,14 83,26 19,61 6,23 8,48 43,19 3,95 1,80 6,25

«Цейлонский» Шри-Ланка OP 1 7,31 2,93 0,53 29,58 20,77 5,11 2,19 3,72 8,38 0,82 0,55 4,75

«Улун Дун Фан Мэй Жень» Тайвань GFOP 5,47 0,91 0,33 30,24 19,48 11,93 0,41 1,63 2,85 0,54 2,12 6,0

Условные обозначения: ГК — галловая кислота; ТБ — теобромин; ТФ — теофиллин; КФ — кофеин; Е кат-в — сумма катехинов; ЭГК — эпигаллокатехин; К — катехин; ЭК — эпикатехин; ЭГКГ — эпигаллокатехингаллат; ГКГ — галлокатехингаллат; ЭКГ — эпикатехингаллат.

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) затем увеличивали до 20% через 30 мин и до 50% через 50 мин.

Для проведения ВЭЖХ-анализа были приготовлены рабочие стандартные растворы концентрацией 0,5 мг/см3. Навеску катехина/пури-нового алкалоида массой 5,0±0,1 мг переносили в мерную колбу вместимостью 100 см3, до половины заполненную 0,1 %-ным раствором орто-фосфорной кислоты, перемешивали до полного растворения вещества, доводили до метки и тщательно перемешивали.

Образец чая массой 1,0 г помещали в круглодонную колбу, добавляли 100 см3 0,1%-ного раствора ортофосфорной 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 100 см3, доводили 0,1 %-ной ортофосфорной кислотой до метки.

Пробу для ВЭЖХ-анализа фильтровали через мембранный фильтр 0,45 мкм.

Содержание основных биохимических компонентов чая обусловлено множеством факторов, таких как регион происхождения, сорт чайного растения, технология переработки, степень ферментации и др.

Для проведения эксперимента в качестве образцов были взяты четыре образца черного чая и один образец улуна (частично ферментированный чай, Тайвань), представляющие премиальный сегмент рынка и позиционирующиеся как высококачественные моносортовые чаи. Характеристика образцов представлена в табл. 1.

Результаты анализа образцов чая по методике приведены в табл. 2.

На ВЭЖХ-хроматограммах и диаграммах (рис. 1-5) представлено

Галловая кислота, 13 % Теобромин, 5 %

содержание ключевых компонентов чая в каждом образце.

Из диаграмм видно, насколько различно содержание основных биохимических компонентов чая при переходе от одного образца к другому. Влияние региона произрастания хорошо прослеживается для образцов высокосортных китайских чаев: они характеризуются большим содержанием кофеина, особенно много его в чае из провинции Юнань — 57,6 мг/г сухого чая. Образец из провинции Гуйчжоу со-

Эпигаллокатехин, 17 %

Содержание основных Доли отдельных веществ

биологически активных веществ в общей сумме катехинов чая

Рис. 1. Чай черный байховый крупнолистовой «Дянь Хун Мао Фэн»

58 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2013

держит 35,9 мг кофеина и занимает по этому показателю второе место. В образцах черного цейлонского чая и китайского улуна количество кофеина приблизительно одинаково — около 30 мг / г, при этом улун содержит в два раза больше эпигаллока-техина, что связано с особенностями технологии его производства. Улуны

подвергаются лишь частичной ферментации, в ходе которой происходит неполное окисление полифенолов сырья. В цейлонском чае суммарное содержание катехинов находится практически на одном уровне с образцом китайского улуна, что может свидетельствовать о высоком содержании их в сырье, использованном

Теобромин, 1 %

Теофиллин, 1 %

Эпигаллокатехин, 19 %

Другие, 63 %

Содержание основных биологически активных веществ

Доли отдельных веществ в общей сумме катехинов чая

Рис. 2. Чай черный байховый крупнолистовой «Гуйчжоусский красный»

DAD1 A, Sla=275,4 Ref=crff {060313\KAT00005.D|

Л

xw^ ---J^L-V

Теобромин, 1 %

Теофиллин, 1 %

Эпигаллокатехин, 23 %

Содержание основных биологически активных веществ

Доли отдельных веществ в общей сумме катехинов чая

Рис. 3. Чай черный байховый крупнолистовой «Дарджилинг Castleton»

для изготовления данного черного чая из Шри-Ланки. Самым богатым биологически активными веществами оказался знаменитый индийский сорт из региона Дарджилинг, плантация Каслтон. Содержание мощнейших антиоксидантов — эпигаллока-техина и эпигаллокатехингаллата — составляет 19,6 и 43,2 мг / г чая, что соответственно в четыре и в шесть раз выше, чем у других исследованных образцов черного чая. Общая сумма катехинов в индийском сорте чая — 83,3 мг/г, что примерно в четыре раза выше, чем у лучших китайских образцов. По количеству кофеина (35,14 мг/г) «Дарджилинг Castleton» находится практически на одном уровне с «Гуйчжоусским красным». Несомненно, столь высокие показатели содержания биологически активных веществ чая «Даржилинг Castleton» связаны с уникальными условиями произрастания в данном регионе, а также с особенностями технологической обработки сырья, которые позволяют сбалансировать органолепти-ческую и биологическую ценность продукта [4].

Таким образом, в ходе проведенного исследования сделан обзор стандартных показателей качества и современных методов определения биологически активных веществ чая, таких как пуриновые алкалоиды, танин, катехины; выявлен наиболее оптимальный метод определения ключевых компонентов чая, позволяющий одновременное определение всех вышеперечисленных веществ; охарактеризованы образцы высококачественных моносортовых чаев из различных регионов происхождения, проведена их органолеп-тическая оценка, определен сорт; получена информация о количественном содержании биологически активных веществ в исследуемых образцах; проведена качественная характеристика чаев по выбранным биохимическим показателям; выявлен наиболее ценный с точки зрения биохимической характеристики образец индийского чая «Дарджилинг Castleton».

ЛИТЕРАТУРА

1. Метод ИК-Фурье спектроскопии (FTIR) как один из современных методов оценки качества чайного сырья: экспертиза, оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов/Е. Н. Корж-

4 • 2013 ПИВО и НАПИТКИ 59

DAD1 A, S ig =275,4 Ruf=Off

Теобромин, Б % Теофиллин, 1 %

Эпигаллокатехин, 2Б %

Другие, ЗБ %

Содержание основных биологически активных веществ

Доли отдельных веществ в общей сумме катехинов чая

Рис. 4. Чай черный байховый крупнолистовой «Цейлонский»

Теобромин, 2 %

Теофиллин, 0,б %

Эпигаллокатехин, ББ %

Другие, 32 %

Содержание основных биологически активных веществ

Доли отдельных веществ в общей сумме катехинов чая

Рис. 5. Чай улун крупнолистовой «Дун Фан Мэй Жень»

нев [и др.]. — М.: МГУПП, 2012. —

С. 75-79.

2. ГОСТ 1937-90 Чай черный байховый нефасованный. Технические условия.

3. ГОСТ 1938-90 Чай черный байховый фасованный. Технические условия.

4. Цоциашвили, И. И. Химия и технология чая/И. И. Цоциашвили, И. А. Бокуча-ва. — М.: Агропромиздат, 1989. — 379 с.

5. Вэй Синь, У. Энциклопедия целебного чая/У. Вэй Синь. — СПб.: Издательский Дом «Нева», 2005. — 320 с.

6. ISO 14502-1:2005 Determination of substances characteristic of green and black tea. — P. 1: Content of total polyphenols in tea. — Colori-metric method using Folin-Ciocalteu reagent.

7. ISO 14502-2:2005 Determination of substances characteristic of green and black

tea. — P. 2: Content of catechins in green tea. — Method using high-performance liquid chromatography.

8. ISO 10727-2002 Tea — Tea and instant tea in solid form — Determination of caffeine content — Method using high-performance liquid chromatography (IDT).

9. ГОСТ Р ИСО 14502-1-2010 Метод определения общего содержания полифенолов.

10. Alpdogan, G. Derivative Spectrophotometry determination of Caffeine in Some Beverages/G. Alpdogan, K. Karabina, S. Sungur // Turk J. Chem. — 2002. — № 26. — P. 295-302.

11. Health research and studies center and sphere foundation Los Altos, California/Edited by Gene A. Spiller. — New York: CRC Press, 1998. — P. 262-264.

12. Chen, Q. Nondestructive Identification of Tea (Camellia sinensis L.) Varieties using FT-NIR Spectroscopy and Pattern Recognition/Q. Chen [et al.] // Czech J. Food Sci. — 2011. — Vol. 26. — № 5. — P. 360-367.

13. Determination of caffeine content in coffee using Fourier transform infra-red spectroscopy in combination with attenuated total reflectance technique: a bioanalytical chemistry experiment for biochemists/Bal Ram Singh [et al.] // ELSEVIER, Biochemical Education. — 1998. — № 26. — P. 243-247.

14. Методика М 04-60-2009 «Определение кофеина и теобромина в чае и чайной продукции, кофе и кофепродуктах, какао-бобах и какао-продуктах, БАД» Группы компаний «Люмэкс» www.lumex.ru

15. High throughput qualitative analysis of polyphenols in tea samples by ultra-high pressure liquid chromatography coupled to UV and mass spectrometry detectors/C. Casetta, C. Bicchi, Jean-Luc Veuthey // ELSEVIER, J. of Chromatography A. — 2010. — № 1217. — P. 6882-6890.

16. Distribution of Catechins, Teaflavins, Caffeine and Theobromine in 77 teas consumed in the United States/M. Friedman [et al.] // J. of Food Science. — 2005. — V. 70. — № 9. — P. 550-559.

17. Identification and determination of polyphenols in tea by liquid chromatography with multichannel electrochemical detection/H. Long [et al.] // Chrom. & Rel. technol. — 2001. — № 24 (8). — P. 1105-1114.

18. Quantitative analysis of green tea polyphenols in indian cultivars/G. Longo [et al.] // J. of Food Science. — 2012. — V. 90. — № 5. — P. 320-331.

19. Методы анализа минорных биологически активных веществ пищи/Под ред. В. А. Ту-тельяна и К. И. Эллера. — М.: Издательство «Династия», 2010. — 160 с. <S

60 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2013