Энциклопедия · Наука и здоровье
Чтение 1 минута. Ниже кнопка на научную часть.
Разница по кофеину между видами чая в измерениях составляет 1,2 раза. Разница между вашей гайванью и вашим термосом доходит до тринадцати.
Кофеин растение делает само, в молодых листьях и почках, а в старом листе он наоборот разбирается. Поэтому сырьё из почки богаче, а сырьё из огрубевшего листа беднее, и переработка этого не переворачивает: окисление кофеин не трогает, зелёный и красный чай по нему сходны.
Дальше в дело вступает вода. Растворимость кофеина растёт с температурой в тридцать раз между комнатной водой и кипятком, и при любом разумном заваривании весь доступный кофеин уходит в настой: до предела растворимости остаётся тысячекратный запас. Значит, насыщения не бывает никогда, а число в чашке задают навеска, температура и время.
Что с этим делать
Чего мы не знаем
Сколько кофеина смывает короткое ополаскивание листа, не измерял никто: работ нет ни одной. Сводного обзора по содержанию кофеина в листе тоже не существует. Оба пробела не в нашем изложении, а в самой литературе.
Кофеин чайного листа это 1,3,7-триметилксантин, пуриновый алкалоид группы метилксантинов. Растение делает его само, в молодых листьях и почках, и держит в клетках в свободном виде. В воде он растворяется тем лучше, чем она горячее, и при обычном заваривании уходит в настой без остатка. Сколько его окажется в чашке, задают навеска и режим, а не название сорта.
Формула C8H10N4O2, молярная масса 194,19. Это твёрдое вещество без запаха, горькое на вкус. Плавится оно в полосе 235 по 238 °C, а возгоняться начинает раньше, около 178 по 180 °C: часть кофеина уходит из листа паром, не расплавляясь.
Главное свойство для чая другое. Растворимость кофеина в воде зависит от температуры круче, чем у большинства веществ листа. При 20 °C один грамм требует 46 мл воды, при 80 °C уже 5,5 мл, а в кипятке 1,5 мл. Между комнатной водой и кипящей разница тридцатикратная. Для сравнения, L-теанин растворим на порядок лучше кофеина и почти безразличен к температуре: 2,6 части воды при 0 °C и 1,8 части при 100 °C, то есть разница в полтора раза. Эти две кривые и разводят вещества по разным режимам заваривания.
Кофеин в чайном кусте не запасается из почвы, а собирается ферментами из пуринового основания. Путь известен: ксантозин, затем 7-метилксантозин, затем 7-метилксантин, затем теобромин, и только последним шагом кофеин. Ген конечного фермента выделили из листьев чая в 2000 году и опубликовали в Nature.
Работает эта сборка не везде и не всегда. В молодых листьях идёт синтез, а в зрелых и старых преобладает обратное: кофеин там разбирается до углекислого газа. Независимая работа 2023 года подтверждает картину с другой стороны, через ген-регулятор: по мере старения листа он всё сильнее гасит синтазу, и содержание кофеина падает.
Отсюда простое следствие для полки. Кофеин это свойство молодого побега, а не куста вообще. Сырьё из почки и первых листьев по определению богаче кофеином, чем сырьё из огрубевшего листа и стебля, и никакая последующая обработка этого не переворачивает.
Не для нас. Кофеин, вымываемый дождём из листа и опада, обнаруживается в почве чайных плантаций: измеренные концентрации 0,137 по 0,145 мкг на грамм почвы. Экстракт чайного листа в опыте подавляет рост корня растения-индикатора наполовину при 0,12 мг сухого листа на миллилитр среды, и действующим началом там оказался именно кофеин. То есть куст ограничивает соседей собственным опадом.
Здесь начинаются числа, и первое, что они показывают, это ширина разброса. Работа 2019 года измерила тридцать образцов шести видов чая одной методикой в одной лаборатории и получила от 15,65 до 47,46 мг на грамм сухого листа. Разброс трёхкратный внутри одной выборки.
Другая работа, венгерская, посчитала средние по видам: зелёный 16,28, белый 16,79, красный 17,73, улун 19,31 мг на грамм. Между крайними средними разница в 1,2 раза. Сопоставьте с трёхкратным разбросом выше, и вопрос «какой вид чая бодрее» закрывается: разница между видами тонет в разбросе внутри вида.
Отдельно про зелёный и красный чай. Монография Международного агентства по изучению рака сводит измерения прямо: содержание кофеина в зелёном чае сходно с содержанием в чёрном. Венгерские средние дают ту же картину, 16,28 против 17,73. Окисление листа кофеин не трогает.
На нашей полке 120 позиций, и ни одна из них не выпадает из этой картины: вид чая указывает на коридор, а не на число.
По стадиям картина такая. На завяливании кофеин прибавляет, на последующих стадиях убывает, а при сушке малая часть теряется возгонкой, ровно по температуре из первого раздела. Это подтверждают две независимые линии работ, турецкая на чёрном чае и сводка Международного агентства.
Прессование листа в кирпич не меняет ничего: одно и то же сырьё, разделённое на прессованное и рассыпное, значимой разницы по кофеину не дало.
А вот влажное скирдование, то самое, которым делают шу пуэр и тёмный чай, разводит независимые коллективы по трём разным ответам. Одни находят рост и объясняют его микробным синтезом кофеина заново, с изотопной меткой в доказательство. Другие находят снижение с 3,685 до 2,612 процента за 35 суток и выделяют грибы, разбирающие кофеин. Третьи не находят значимых изменений вовсе. Три группы, три ответа, и выбирать между ними по свежести или по удобству вывода мы не станем.
Отдельный случай это промышленная декофеинизация. Сверхкритический углекислый газ убирает 98,2 процента кофеина из зелёного чая и 97,1 из красного, но вместе с кофеином почти целиком уходит и теанин.
Вернитесь к растворимости. Наш протокол 10/100/4/20 это 10 г листа на литр воды. При содержании порядка 18 мг на грамм такой залив несёт около 0,18 г кофеина на литр настоя, а вода при 80 °C держит 182 г на литр. Запас тысячекратный. Самая плотная навеска полки, 10 г на 100 мл в гайвани, сокращает запас до стократного, и до насыщения всё равно далеко.
Значит, насыщения при заваривании не бывает никогда, и вопрос «сколько кофеина в чашке» это не вопрос о пределе растворимости. Это вопрос о том, сколько листа вы положили, насколько горячей водой залили и сколько держали. Что с этим делают температура, время и число проливов, разбирает соседняя статья про бодрость: там измерения настоя, здесь измерения листа.
| Что измерено | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Кофеин, вода 20 °C | 1 г в 46 мл, около 22 г/л | s1 |
| Кофеин, вода 25 °C, независимое измерение | 21,6 г/л | s2 |
| Кофеин, вода 80 °C | 1 г в 5,5 мл, около 182 г/л | s1 |
| Кофеин, кипящая вода | 1 г в 1,5 мл, около 667 г/л | s1 |
| L-теанин, вода 0 °C | 1 г в 2,6 части, около 385 г/л | s1 |
| L-теанин, вода 100 °C | 1 г в 1,8 части, около 556 г/л | s1 |
| Возгонка кофеина начинается | 178 по 180 °C | s5 |
| Плавление кофеина | 235 по 238 °C | s3, s4, s5 |
Пересчёт «частей воды» в граммы на литр выполнен нами, исходные величины даны справочником в частях по объёму.
| Работа | Что мерили | Кофеин |
|---|---|---|
| Zhao и др., 2019 | 30 образцов шести видов, одна методика | от 15,65 до 47,46 мг/г |
| Boros и др., 2016 | зелёный, 15 образцов | среднее 16,28 мг/г |
| Boros и др., 2016 | красный, 11 образцов | среднее 17,73 мг/г |
| Boros и др., 2016 | белый, 4 образца | среднее 16,79 мг/г |
| Boros и др., 2016 | улун, 5 образцов | среднее 19,31 мг/г |
| Sari и Велиоглу, 2013 | готовый турецкий красный чай | 1,8 по 2,2 %, то есть 18 по 22 мг/г |
| Li и др., 2017 | фучжуань, десять стадий производства | 0,91 по 1,17 %, то есть 9,1 по 11,7 мг/г |
| Zhou и др., 2018 | пуэр, 35 суток естественной ферментации | с 3,685 % до 2,612 % |
Пересчёт процентов сухого веса в миллиграммы на грамм выполнен нами, работы дают проценты.
справочник Merck Index и монография Международного агентства по изучению рака дают одни и те же константы, причём монография прямо ссылается на то же издание справочника. Формально это два независимых источника, по существу одна сводка констант, и полагаться на неё как на два измерения нельзя.
справочник растворимости в водных средах (2010) даёт 2,16 на 10 в четвёртой степени мг/л при 25 °C, карта международной программы химической безопасности независимо даёт 2,17 г на 100 мл. Две компиляции разных коллективов, значения совпадают в пределах округления.
температурный ход растворимости даёт единственный справочник, Merck Index. Монография Международного агентства воспроизводит те же три числа со ссылкой на него, поэтому вторым измерением не является. Пока это одна работа. Дополним раздел, когда появятся новые данные.
Источники: s261
тот же справочник, что и в утверждении 3, отдельной записью по теанину. Прямого сравнения растворимости кофеина и теанина в одной работе с единой методикой не опубликовано. Пока это одна работа. Дополним раздел, когда появятся новые данные.
Источники: s261
монография Международного агентства даёт возгонку 178 °C по одному справочнику и около 180 °C по другому, плавление 238 °C и полосу 234 по 239 °C. Справочник физико-химических констант даёт 236,2 °C, карта химической безопасности 235 °C. Разброс по плавлению порядка четырёх градусов объясняется полиморфизмом вещества.
работа 1997 года показывает в молодых листьях повторный синтез кофеина, а в зрелых и старых преобладание катаболизма до углекислого газа. Независимая китайская группа в 2023 году получила ту же картину с другой стороны: у сорта Фудин Дабайча содержание кофеина снижается по мере старения листа, а ген-регулятор, гасящий синтазу, при этом растёт в экспрессии.
практически вся линия работ по пути биосинтеза кофеина в чае выходит из одной сети соавторов: Ашихара и Крозье стоят соавторами и в работе о клонировании гена (s6), и в работе о метаболизме пуриновых алкалоидов (s7 в списке источников). Формально это две публикации, по существу одна исследовательская программа, поэтому состояние понижено намеренно. Пока это одна работа. Дополним раздел, когда появятся новые данные.
Источники: s266
тридцать образцов шести видов, измеренных одной методикой в одной лаборатории, дали от 15,65 до 47,46 мг на грамм, то есть трёхкратный разброс. Независимая венгерская группа на 37 образцах получила средние по четырём видам в полосе от 16,28 до 19,31 мг на грамм, то есть разницу в 1,2 раза. Обе работы измеряют сухой лист, а не настой. Число образцов на вид в обеих работах невелико, от трёх до пятнадцати.
монография Международного агентства сводит измерения фразой «содержание кофеина в зелёном чае сходно с содержанием в чёрном чае». Венгерские средние дают ту же картину числом: зелёный 16,28 против красного 17,73 мг на грамм. Утверждение о сходстве, а не о равенстве: перекрытие диапазонов велико в обе стороны.
турецкая работа 2013 года на чёрном чае прямо сообщает рост на завяливании и снижение на прочих стадиях, готовый чай 1,8 по 2,2 процента кофеина. Монография Международного агентства излагает работу Клафли (1983) с теми же тремя выводами, включая потерю возгонкой при сушке; первоисточник Клафли нами не читался, сверка шла по монографии.
одно и то же сырьё тёмного чая разделено на прессованный и рассыпной фучжуань, три параллельные партии, значимой разницы по кофеину не получено. Это единственная найденная работа, изолирующая именно прессование. Пока это одна работа. Дополним раздел, когда появятся новые данные.
Источники: s275
аньхойская группа находит рост и объясняет его микробным синтезом кофеина заново, доказывая это меткой азот-15 по цепочке гуанин, ксантин, кофеин. Группа Чжоу и Ма находит снижение с 3,685 плюс-минус 0,1006 до 2,612 плюс-минус 0,1398 процента за 35 суток и выделяет разлагающие кофеин грибы. Хунаньская группа на десяти стадиях производства фучжуаня не находит значимых изменений вовсе, от 0,91 до 1,17 процента при p больше 0,05. Три независимых коллектива, три разных ответа. Ни одна работа не выбрана как основная. Возможные причины расхождения (состав исходной микрофлоры, режим скирдования, база нормализации на сухой вес) в самих работах не разобраны.
одно и то же свежее сырьё разведено на зелёный и красный чай, каждый на декофеинизированный и контрольный. Отдельно отмечаем: аргинин при этом не убывает, а растёт до 0,656 и 1,06 процента, то есть потери избирательны и на все аминокислоты не распространяются. Пока это одна работа. Дополним раздел, когда появятся новые данные.
Источники: s276
в почве чайных плантаций Вьетнама измерено 0,137 по 0,145 мкг кофеина на грамм; экстракт зелёного чая подавляет рост корня салата наполовину при 0,12 мг сухого листа на миллилитр среды, и действующим началом определён кофеин. Опыт лабораторный, на растении-индикаторе, а не на сорной флоре плантации. Пока это одна работа. Дополним раздел, когда появятся новые данные.
Источники: s277
Вечером решает не сорт. На одном и том же листе разница между самым мягким и самым крепким режимом заваривания почти в семь раз по кофеину.
Вид чая не предсказывает крепость. Разброс внутри одного вида перекрывает разницу между видами, так что «улун бодрит меньше зелёного» это не про кофеин.
Прирост внимания от чая в работах отнесён к кофеину, и у выспавшегося человека он небольшой. Зато у невыспавшегося он вчетверо больше.