Флавоноиды чая
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
1 Флавоноиды. Их получение и свойства 5
1.1 Классификация флавоноидов 10
1.2 Особенности состава
чёрного и зелёного чая...........................
1.3 Антиоксидантная активность чая 19
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 22
2 Объектыисследования...........
2.1 Методы
определения флавоноидов...................
ГЛАВА 3 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 25
3 Определение катехинов из зеленого чая 25
3.1 Выделение танина 25
3.2 Идентификация танина 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 32
ВВЕДЕНИЕ
Флавоноиды — это биологически активные вещества, вырабатываемые растениями. Большое число растений, сырьё которых используется в лечебных целях, накапливают флавоноиды в значительных количествах. Флавоноиды оказывают разнообразные фармакотерапевтические действия на организм человека. Источники, богатые флавоноидами — цедра цитрусовых, фрукты и ягоды, лук, зелёный чай, красные вина, тёмные сорта пива, облепиха и чёрный шоколад (70 % какао и выше). Полифенолы или флавоноиды чая — мощный антиоксидант — один из лучших, наряду с витамином C и Е.
Многочисленные исследования показали, что чайный лист содержит большое количество полифенолов, которые являются видом антиоксидантов. Антиоксиданты препятствуют образованию свободных радикалов, которые представляют собой окисленные молекулы человеческого организма. Именно окисление является причиной старения клеток. Свободные радикалы накапливаются в организме по разным причинам. В частности из-за физиологических процессов, обмена веществ, а также экологические факторы влияют негативно: загрязненная атмосфера, вредные отходы, сигаретный дым.
Накопленные свободные
радикалы угнетают иммунную
С незапамятных времен было известно множество полезных свойств чая. В народной медицине использовали чай уже более 5000 лет назад для лечения инфекционных заболеваний, простуды, а также для улучшения работы пищеварительной системы и успокоения нервной системы.
Основное преимущество чайного листа заключается в том, что это абсолютно натуральный продукт, без усилителей вкуса, консервантов или красителей. В зависимости от технологии производства чая в напитке содержатся те или иные полезные вещества. Также, чай без сахара, варенья, меда или молока не имеет калорий и является важнейшим компонентом, поддерживающим в организме человека баланс жидкостей. Фенольные соединения, которые содержатся в чае препятствуют окислению холестерина, которое приводит к повреждению кровеносных сосудов. Полифенолы чая сейчас активно исследуются, т.к. среди них еще многие попросту не изучены. Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод о том, что данная тема является актуальной.
Целью работы является: изучение флавоноидов чая.
Объект исследования: различные сорта зеленого чая, которые могут содержать разное количество танина в своём составе.
Предмет исследования: танин и его эффективное воздействие на организм человека.
Задачи:
- Изучение классификации флавоноидов
- Рассмотрение особенностей состава чёрного и зелёного чая
- Определение антиоксидантной активности чая
- Подбор методики определения флавоноидов
- Выделение танина и его идентификация
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1 Флавоноиды. Их получение и свойства
Флавоноиды — наиболее
многочисленная группа как водорастворимых,
так и липофильных природных
фенольных соединений. Представляют
собой гетероциклические
Рисунок 1 — Структура флавонов
Флавоноиды были исследованы в 1930-х гг. лауреатом Нобелевской премии Альбертом де Сент-Дьерди. Общее изучение флавоноидов относится к началу XIX в., когда в 1814 г. Шевроле выделил из коры особого вида дуба кристаллическое вещество, названное кверцетрином. Спустя 40 лет Риганд установил гликозидный характер этого вещества и агликон назвал кверцетином. В 1903 г. Валяшко установил строение рутина. Систематическое изучение строения природных флавоноидов многие годы проводили польские химики. Большую работу по изучению антоцианов провел Вильштеттер. Исследованиями катехинов занимались А. Л. Курсанов, М. Н. Запраметов, К. Фрейденберг и др. Интерес к флавоноидным соединениям особенно возрос в 40-е годы нашего столетия, флавоноиды привлекают внимание ученых разносторонней биологической активностью и чрезвычайно низкой токсичностью. После 1970 г. выделено свыше 1400 соединений, относящихся к флавоноидам. Перспективным направлением является поиск биологически активных соединений группы ксантонов — близких по строению к флавоноидам.
Флавоноиды играют важную роль в растительном метаболизме и широко распространены в высших растениях, которые относятся к семействам розоцветных (различные виды боярышников, черноплодная рябина), бобовых (софора японская, стальник полевой, солодка), гречишных (различные виды горцев - перечный, почечуйный, птичий: гречиха), астровых (бессмертник песчаный, сушеница топяная, пижма), яснотковых (пустырник сердечный) и др.
Таблица 1 — Количественное содержание флавоноидов в растительном сырье, полученное флуориметрическим методом
Растительный объект |
Содержание флавоноидов, % |
Группа флавоноидов |
Трава зверобоя |
0,14 |
Рутин |
Трава синюхи голубой |
0,039 |
Рутин |
Трава горца перечного |
0,0045 |
Кверцетин |
Многие флавоноиды — пигменты, придающие разнообразную окраску растительным тканям. Так, антоцианы определяют красную, синюю, фиолетовую окраску цветов, а флавоны, флавонолы, ауроны, халконы — жёлтую и оранжевую. Более часто флавоноиды встречаются в тропических и альпийских растениях. Обнаружены и у низших растений: зеленые водоросли (ряски), споровые (мхи, папоротники), хвощи (хвощ полевой), а также у некоторых насекомых (мраморно-белая бабочка). Находятся флавоноиды в различных частях растений, но чаще в надземных: цветках, листьях, плодах; значительно меньше их в стеблях и подземных частях (солодка, шлемник байкальский, стальник полевой). Наиболее богаты ими молодые цветки, незрелые плоды. Локализуются в клеточном соке в растворённом виде. Содержание флавоноидов в растениях различно: в среднем 0,5-5%, иногда достигает 20% (в цветках софоры японской). В растениях флавоноиды встречаются в виде гликозидов и в свободном виде. Под влиянием ферментов они расщепляются на сахара и агликоны. В качестве сахаров встречаются D-глюкоза, D-галактоза, D-ксилоза, LT-рамноза и LT-арабиноза, D-глюкуровая кислота.
Основными факторами, влияющими на накопление флавоноидов в растениях являются возраст и фаза развития растений. Наибольшее количество их накапливается у многих растений в фазе цветения, а в фазе плодоношения уменьшается. Факторы окружающей среды (свет, почва, влага, высота над уровнем моря и др.) оказывают также значительное влияние на накопление флавоноидов. В южных и высокогорных районах, под влиянием света и на почвах, богатых микроэлементами, увеличивается содержание флавоноидов.
Флавоноиды обладают оптической активностью, имеют определенную температуру плавления, способны к кислотному и ферментативному гидролизу. Гликозиды флавоноидов, содержащие более трех глюкозных остатков, растворимы в воде, но нерастворимы в полярных органических растворителях. Под влиянием света и щелочей легко окисляются, изомеризуются, разрушаются. При нагревании до температуры 200°С эти соединения возгоняются, а при более высокой температуре разрушаются.
Диапазон терапевтического
применения растительного сырья, богатого
флавоноидами, очень широк. Флавоноиды
не токсичны для человека при любом
способе введения. Многие флавоноиды
обладают Р-витаминной активностью, уменьшают
хрупкость кровеносных
Эпидемиологические
Фенольные соединения, которые
содержатся в чае препятствуют окислению
холестерина, которое приводит к
повреждению кровеносных
Листья чая содержат фтор, который помогает укрепит зубы, ногти, кости. Кофеин, содержащийся более всего в зелёном чае, помогает улучшить обмен веществ и повышает активность. Содержание кофеина в напитке варьируется, в зависимости от вида чая и того как он был приготовлен. Здоровый человек может потреблять до 350 мг кофеина в день без опасений.
Рисунок 2 — Структурная формула кофеина
Преимущества и польза зелёного чая многократно подтверждались в бесчисленных научных работах. Например, экспериментами независимых лабораторий Центра Питания Человека Калифорнийского Университета (UCLA) было установлено, что зелёный чай снижает риск развития атеросклероза, инфекционных заболеваний кишечника и печени. Кроме того, зелёный чай помогает снизить уровень холестерина, что помогает сбросить лишний вес и улучшить память.
Зелёный чай известен своим успокаивающим воздействием. Этот эффект оказывает, содержащаяся в нём аминокислота L-theanine. Это вещество оказывает влияние на центральную нервную систему таким образом, что способствует выработке веществ, вызывающих чувство спокойствия и радости. А также L-theanine способствует выработке веществ в организме, которые снижают чрезмерную активность, которую может вызвать кофеин, содержащийся в чае.
Употребление чая снижает кровяное давление. Зелёный и красный (улунский) чай снижают риск развития гипертензии. Чай препятствует развитию болезни Альцгеймера. Может оказать положительное влияние при борьбе со СПИДом.
1.1 Классификация флавоноидов
Известно более 6500 флавоноидов. Общепринятая классификация флавоноидов предусматривает их деление на 10 основных классов, исходя из степени окисленности трехуглеродного фрагмента:
- Катехины (флаван-3-олы, производные флавана — катехины, лейкоантоцианы);
- Лейкоантоцианидины (флаван-3,4-диолы);
- Флавононы (производные флавона — флавононы, флавононолы, флавоны, флавонолы);
- Дигидрохалконы;
- Халконы;
- Антоцианы и антоцианидины;
- Флавононолы;
- Флавоны и изофлавоны;
- Флавонолы;
- Ауроны.
Катехины относятся к полифенолам, входят в состав конденсированных дубильных веществ. Катехины представляют собой полифенольные соединения и являются сильными антиоксидантами. Характерные представители семейства - стереоизомеры катехин и эпикатехин. Чай содержит четыре основных компонента катехина. Каждое из этих соединений можно назвать катехином. Эпигаллокатехин (EGC) — самый сильный антиоксидант из четырёх основных чайных катехинов, в 25 — 100 раз сильнее, чем витамины C и E.
Рисунок 3 — Эпикатехин Рисунок 4 — Эпигаллокатехин
Лейкоантоцианидины по химической структуре близки к катехинам. Они такжепредставляют собой бесцветные соединения, легко превращающиеся при нагревании с кислотами в антоцианидины. Лейкоантоцианидины существуют в свободном (негликозилированном) состоянии. Примером может служить лейкоцианидин с шестью гидроксильными группами.
Рисунок 5 — Лейкоцианидин (3,4,5,7,3',4 - гексаоксифлаван)
Флавононы (гидрированное производное флавона) в отличие от флавона не имеют двойной связи между углеродами во 2-м и 3-м положениях. Представителями являются геспередин (находится в виде гликозида в плодах цитрусовых – лимонах), гликозид ликвиритин (находится в корне солодки и придает ей желтый цвет).
Рисунок 6 — Геспередин
Халконы — соединения, которые можно рассматривать как флавоноиды с раскрытым пирановым кольцом. Большинство представителей этой группы соединений встречается в растениях в виде гликозидов. К настоящее время известно более 20 различных агликонов халконовой природы. Наиболее известные халконы — бутеин, халконнарингенин и изоликвиритигенин.
Рисунок 7 — Халконы
R=ОН, R1=H — бутеин
R = H, R1 =OH — халконарингенин
R=R1 =H — изоликвиритигенин
Под действием кислот они легко изомеризуются в соответствующие флавононы. Довольно редко в растениях встречаются дигидрохалконы, у которых трехуглеродный фрагмент имеет восстановленную двойную связь. Они известны исключительно в гликозидированной форме. Так, в некоторых видах яблони содержится гликозид флоридзин (2'-глюкозид 4', 2', 4,6-тетраоксидигидрохалкона), вызывающий у человека интенсивное выведение глюкозы из организма. Считается, что халконы — предшественники различных групп флавоноидных соединений при биосинтезе.
Антоцианы — окрашенные растительные гликозиды, содержащие в качестве агликонаантоцианидины - замещенные 2-фенилхромены, относятся к флавоноидам. Антоцианидины—вещества, образующиеся из антоцианов (растительных пигментов) под действием ферментов или при кипячении с кислотами. Из всех антоцианидинов наиболее широко известны следующие три типа: пеларгонидин, цианидин и дельфинидин. Особенностью строения антоцианидинов является наличие у них свободной положительной валентности. Благодаря свободному положительному заряду антоцианидины в кислом растворе ведут себя как катионы, образуя соли с кислотами, а в щелочном растворе — как анионы, образуя соли с основаниями.
Рисунок 8 — Пеларгонидин
Рисунок 9 — Цианидин
Рисунок 10 — Дельфинидин
Антоцианидины в растениях
содержатся в форме гликозидов-антоцианов
и обусловливают различную
Соли всех антоцианидинов
окрашены в красный цвет различных
оттенков: пеларгонидин — в желтовато-красный,
цианидин — в красный с фиолетовым
оттенком, дельфинидин — в синевато-
Флавононолы. Отличаются от флавонола отсутствием двойной связи между углеродами во 2-м и 3-м положениях. ОН-группа, как и у флавонола, находится в 3-м положении. Скелет флавонола составляет гликозид аромадендрин, содержащийся в листьях эвкалипта.
Рисунок 11 — Флавононол
Рисунок 12 — Аромадендрин
Флавоны и изофлавоны. Флавоны - бесцветные или слегка желтого цвета, их гидроксилированные формы находятся в цветках пижмы, ромашки (флавон апигенин). Фенильная группа расположена во 2-м положении. Изофлавоны (корни стальника полевого). Фенильная группа находится в 3-м положении.
Рисунок 13 — Изофлавон
Флавонолы. Флавонолы — бледно-желтого цвета. Отличаются от флавонов наличием группы ОН в 3-м положении.
Рисунок 14 — Флавонол
С увеличением количества
гидроксильных групп и в
Рисунок 15 — Кверцетин
Ауроны. Ауроны имеют разнообразную структуру. Они встречаются в растениях семейства астровых и присутствуют в них в форме гликозидов. Это группа флавоноидных соединений с пятичленным фурановым кольцом, а в целом их можно рассматривать как производные 2-бензилиден кумаранона или 2-бензфуранона.
Рисунок 16 — Аурон
1.2 Особенности состава чёрного и зелёного чая
Чёрный и зелёный чай производят из одного и того же растения «Камелия Синенсис». Различия состоят в технологическом процессе, который проходят листья, прежде чем превратиться в конечный продукт под названием чай.
При производстве чёрного чая собранные зелёные листья в течение нескольких часов подвергаются процессу завяливания, для того, чтобы удалить из них влагу, и затем направляются в специальные машины – роллеры, для прохождения этапа скручивания (разрушения тканей чайного листа). Этот процесс даёт начало серии химических реакций, где катализаторами являются ферменты, содержащиеся в листьях. Данные химические реакции происходят уже на следующем этапе, так называемом этапе окисления, или ферментации. Основной реакцией является преобразование катехинов (флавонолов) – основных компонентов, входящих в состав листьев, в вещества, известные как «теафлавины» и «теарубигины», придающие характерный вкус чёрному чаю.
При производстве зелёного чая, собранные зелёные листья подвергаются процессу пропаривания в специальных пропарочных аппаратах или чае фиксационных агрегатах для того, чтобы удалить содержащуюся в листьях влагу. Процесс окисления (ферментации) при производстве зелёного чая исключается, это активирует энзимы в составе чая. Таким образом, химический состав зеленого чая схож с химическим составом свежих чайных листьев, который при других способах обработки разрушается. Вот почему зеленый чай — самый полезный из всех видов чая.
Чёрный и зелёный чай содержат разное количество флавоноидов, и различаются по своей химической структуре. Зеленый чай содержит в своем составе больше простых флавоноидов, именуемых катехинами, в то время процесс ферментации, применяемый при производстве чёрного чая, снижает содержание этих простых флавоноидов и преобразует их в более сложные комбинации, называющиеся теафлавины и теарубигины.
Полифенолы или флавоноиды, являются сильными антиоксидантами. Флавоноиды содержат в своем составе катехины, теафлавины и теарубигины и, в основном, отвечают за оздоровительное и благотворное воздействия чая на организм.
До недавнего времени зеленый чай считался самым эффективным антиоксидантом, содержащим катехины. Но многие химические исследования показали, что теафлавины и теарубигины, выработанные из катехинов в процессе производства черного чая, являются столь же эффективными антиоксидантами. Оздоровительные эффекты, достигаемые при употреблении черного и зеленого чая сопоставимы, они оба способствуют укреплению здоровья и жизнедеятельности организма. Однако существуют и противоречащие исследования. Ученые из Tea Research Institute китайской сельскохозяйственной академии провели масштабное исследование содержания свинца в китайском чае. В 1225 образцах китайского чая, собранных по всей стране за период с 1999 по 2001 год, концентрация свинца колебалась от 0,2 до 97,9 миллиграмма на килограмм сухого веса (при норме – 2 миллиграмма). Причем превышение нормы было обнаружено в 32% всех исследованных образцов. При этом ученые отмечают, что содержания свинца в чае растет с годами и, конечно, сильно зависит от места сбора чайных листьев, типа чая, содержания свинца в почве и кислотности почвы.
В чае содержится кофеин, при обильном употреблении чая он возбуждает мозг. Тем людям, у кого нарушен сон, надо обращать на это особое внимание. Беременным женщинам и людям, страдающим запорами или нарушениями психических функций питьё чая запрещено. Также запрещено пить чай на голодный желудок, так как он раздражает слизистую желудка, что может привести к различным заболеваниям желудочно-кишечного тракта. Не стоит пить чай и во время приёма тонизирующих средств китайской медицины. Людям с ослабленной селезёнкой не стоит пить зелёный чай, а людям с повышенной температурой не подходит красный. Химический состав чая больше зависит от "местности" и "условий произрастания" чайного куста, чем от цвета напитка и, исходя из этих данных, флавоноиды чая продолжают активно исследоваться учёными.
1.3 Антиоксидантная активность чая
Травяные чаи отличаются биологическими, физиологическими, энергетическими, профилактическими и другими полезными свойствами.
Чаи, выпускаемые под брендом TESS, созданы на основе зеленого и черного чая с добавлением полезных для здоровья биокомпонентов.
Общий объем российского рынка чая в течение нескольких последних лет составляет примерно 160 тыс. т в год. Средний россиянин ежегодно потребляет 1-1,25 кг этого продукта.
На сегодняшний день чёрный чай во всём мире, а также в России по объёмам производства превосходит все другие виды этого напитка.
Если раньше в нашей стране зелёный чай был дефицитом, то в условиях новой экономики потребление чёрного чая снизилось с 96 до 90 %, а зелёного выросло с 4 до 8 %, травяных и фиточаев – до 2 %. Отмечается общий спрос на качественные, элитные, эксклюзивные сорта чая.
Чай, обогащенный различными полезными компонентами, представляет собой самостоятельный пищевой продукт, особенно востребованный в формате convenient food – удобное и быстрое питание, которое можно употреблять «на ходу» благодаря его полезным свойствам и эргономичной упаковке, что имеет особое значение в условиях динамичного темпа жизни человека в мегаполисе.
Развитию этого направления
способствуют инновационные
К классическим чаям относят чёрный и зеленый чаи, причем первый из них является лидером как в производстве, так и в употреблении этого продукта. В то же время растут объемы потребления зеленого чая, который считается «эликсиром долголетия», а также одним из лучших напитков для утоления жажды. В результате определенных стадий технологической переработки такой чай в наибольшей степени сохраняет в своем составе полезные природные свойства. Зелёный чай способен выводить из организма радионуклиды, обладает бактерицидными свойствами.
Данные биохимического состава чая свидетельствуют не только о его высокой пищевой ценности, но и о фармакологических свойствах благодаря большому разнообразию физиологически активных соединений.
Общее число химических веществ, определенных в чае, составляет около 2000, при этом биохимическая роль их изучена еще не полностью. Необходимы дальнейшие исследования в данном направлении.
По ботанической классификации чай представляет собой сложную по своему составу систему органических соединений, основная составляющая которой – танино-катехиновый комплекс. Именно благодаря ему формируются присущие вкус и аромат чая.
Для зеленого чая танин - одна их важнейших составляющих. По эффективности действия он в 20 раз превышает витамин Е, регулирующий жировой обмен и замедляющий процессы старения.
Танин представляет собой смесь дубящих веществ. С химической точки зрения это неоднородное вещество, в состав которого входит сложный эфир глюкозы, содержащий радикал м-галловой кислоты.
Другая важная составляющая чая – катехины – природные вещества, относящиеся к группе флавана и представляющие собой полиокси- или полиметоксипроизводные. Катехины чая подавляют действие веществ, вызывающих мутацию клеток и таким образом играют превентивную роль в защите организма от такого заболевания, как онкогенез.
Зелёный чай также богат аминокислотами и витаминами, среди которых С, E, K, группы В. Но основной витамин чая – витамин Р, укрепляющий стенки мельчайших сосудов – капилляров, предотвращая тем самым внутренние кровоизлияния.
Р-витаминная активность чая обусловливается не только количеством танино-катехинового комплекса (ТКС), но и его качественным составом. По содержанию витамина Р чайный лист не имеет себе равных в мире растений и превосходит известные препараты этого витамина – рутин, цитрин, эскулин. В 1г готового черного байхового чая содержится до 150 мг Р-активных соединений (15%), а в зеленом байховом — до 200 мг (20%). При Р-витаминной недостаточности в организме наступает С-витаминная недостаточность, что приводит к тяжелейшим заболеваниям. Витамин Р принимает непосредственное участие в депонировании в клетках витамина С.
Отличительной особенностью витамина Р является то, что свое биологическое действие он проявляет в присутствии витамина С. По мнению специалистов, отсутствие одного из них влечет снижение биологической активности другого.
Определение полифенольных соединений в чае – один из наиболее объективных показателей его качества, служит критериальным маркером его подлинности. Как правило, фальсифицированные образцы чая характеризуются низким содержанием природных антиоксидантов.