Tel: +420 724 002 637 | Email: zdenek.prachar@longfeng.cz

Zpracování čaje – proces oxidace

Úvod
V tomto článku se budu věnovat nejdůležitějšímu kroku při zpracování červených a polozelených čajů, tzv. oxidaci. Tento proces, nazývaný v běžně užívané terminologii (z nějakého, mně ne zcela zřejmého důvodu) naprosto nesprávně fermentace, je z hlediska čajové chemie procesem nesmírně komplexním a zajímavým.
Přes to všechno tento proces nebyl až dosud, pokud je mi známo, v české a slovenské čajové literatuře dostatečně a korektně popsán. Proto jsem se rozhodl napsat a zveřejnit tento článek, který se bude procesem oxidace zabývat přeci jen do hloubky a detailů, které se na první pohled mohou možná zdát trošku nudné nebo až příliš „vědecké“, jejichž pochopení mi však odkrylo mnoho souvislostí a kontextů, které mi následně daly možnost dalšího studia a staly se tak jakýmsi mostem k dalším informacím a k pochopení dalších aspektů (nejen) zpracování čajových lístků.

Názvosloví
Abych předešel jakémukoli nedorozumění a zmatení pojmů, budu tento proces nazývat zřejmě nejkorektnějším a součaně nejobvyklejším vžitým termínem – oxidace. Jak v následujícím textu ukáži, je tento termín velice zjednodušující a nepřesný, samotný proces totiž zahrnuje například enzymatickou, oxidaci, neenzymatickou oxidaci, kondenzaci a další chemické reakce. Pro jednoduchost a srozumitelnost je však takovéto jednoslovné označení nutné a název oxidace se mi jeví jako nejvhodnější.
Na tomto místě je zřejmě dobré uvést, že v názvosloví potravinářském existuje korektní pojmenování tohoto procesu v celé jeho komplexnosti. Vzhledem k tomu, že jde o proces v potravinářském průmyslu dobře známý a používaný při výrobě mnoha potravin, jde také o proces poměrně dobře v nejobecnějších rysech prozkoumaný a popsaný. V anglické terminologii je označován jako „enzymatic browning“ nebo prostě „browning“, tedy (enzymatické) hnědnutí. Což osobně považuji za název naprosto geniálně a jednoduše vystihující, oč vlastně jde. Přesto jsem nakonec zvolil konvečnější pojem oxidace, zejména kvůli tomu, že se tento pojem v českém čajovém názvosloví již přeci jen uchytil a také proto, že používání názvu hnědnutí v českém jazyce by bylo komplikovanější (například při tvorbě přídavného jména), jakkoli zde by šlo asi ponejvíce o zvyk.

Enzymatické hnědnutí a jeho smysl v přírodě
Oxidaci obvykle vnímáme jako způsob, jakým zpracovat čajové lístky. Tedy jako jakousi lidskou dovednost či umění. Jenže ono to tak úplně není. Přesněji řečeno, není tomu tak vůbec. Všechny látky, které se procesu oxidace účastní, jsou v lístcích přirozeně obsaženy. A to přeci musí mít nějaký (evoluční) důvod a smysl. A nebo by alespoň mělo mít.
A smysl to samozřejmě také má, dokonce až překvapivě prostý. Jde o obranný mechanismus rostliny proti škůdcům. Velmi zjednodušeně řečeno, po nakousnutí lístku škůdcem se spustí proces enzymatického hnědnutí (oxidace), který změní katechiny na theaflaviny a thearubiginy. A ty změní pro škůdce lahodný lístek v něco zcela nechutného, nebo ještě lépe jedovatého. Nejlepším důkazem tohoto tvrzení je fakt, že látky účastnící se aktivně procesu oxidace se v nejvyšších koncentracích nacházejí v tipsech a nejmladších lístcích, tedy v těch částech rostliny, které jsou pro ni nejdůležitější a které potřebuje nejvíce chránit. Naopak v lístcích starých jsou koncentrace těchto látek až o 80% nižší.

Nejdůležitější látky v procesu oxidace
Látkami, které hrají stěžejní roli při oxidaci jsou enzymy a katechiny obsažené v čajových lístcích. Konkrétně se jedná o v chloroplastu obsažené oxidoredukční enzymy (oxidoreduktázy), z nichž nejdůležitějšími jsou polyfenol oxidáza (E.C.1.10.3.1., o-difenol:kyslík oxidoreduktáza, dále jen PPO), peroxidáza (E.C.1.10.3.1., dále jen PO) a tyrosináza (E.C. 1.10.3.2). Z katechinů jsou nejdůležitějšími D-(+)-katechin (C), L-(-)-epikatechin (EC), L-(-)-epigallokatechin (EGC), L-(-)-epigallokatechin-3-gallát (EGCG) a L-(-)-epikatechin-3-gallát (ECG), L-(-)-gallokatechin gallát (GCG).

Základní principy oxidace
Podmínkou započetí oxidace je narušení buněčné struktury lístků, které se provádí buď hnětením (červené čaje) nebo natřásáním (polozelené čaje). Jakmile dojde k narušení buněčné struktury listu, dostanou se do kontaktu enzymy PPO a PO s katechiny. Při vhodném pH (ideálně cca 5), teplotě (ideálně cca 20-30°C) a relativní vlhkosti vzduchu (cca 95-98%) a při dostatečném přísunu kyslíku započne enzymatická oxidace. Jde o exotermickou reakci (reakce, při které vzniká teplo), kdy jsou působením PPO oxidovány monomerní katechiny, čímž vznikají příslušné o-difenoly (přesněji řečeno PPO spouští a katalyzuje aktivitu enzymu kresolasa, který oxiduje katechiny na příslušné o-difenoly). Oxidací o-difenolů (opět působením PPO, přesněji řečeno PPO spouští a katalyzuje aktivitu enzymu katecholasa, který oxiduje o-difenoly na o-chinony) pak vznikají o-chinony (za současného uvolňování H2O). Obecně lze proces enzymatické oxidace čajových katechinů vyjádřit následující rovnicí (Zdroj obrázku: wikiskripta):


O-chinony následně kondenzují a vytváří theaflaviny (za současného uvoňování CO2). Theaflaviny jsou dimerní flavonoidy vzniklé kondenzací vždy dvou o-chinonů vzniklých oxidací dvou různých katechinů. Nejdůležitějšími pro kvalitu čaje jsou theaflavin (EC + EGC), theaflavin-3-monogallát (EC + EGCG), theaflavin-3´-monogallát (ECG + EGC), theaflavin-3,3´-digallát (ECG + EGCG), isotheaflavin (EC + GC) a neotheaflavin (C + GC). Dalšími identifikovanými dimerními látkami vzniklými kondenzací o-chinonů jsou theasinensiny, theacitriny (theacitrin-3-gallát) a theanaphthochinony.
Je paradoxní, že zatímco theaflaviny a další uvedené látky jsou v lístcích červených čajů jen ve velmi malých koncentracích, jsou jejich struktura i to, jak v lístcích vznikají při jejich zpracování, velmi dobře popsány a definovány. Zatímco thearubiginy tvoří většinu sušiny lístků červených čajů, ale dodnes nemáme definitivní odpověď ani na otázku, jak tuto skupinu látek definovat, ani na to, jak přesně při zpracování lístků thearubiginy vznikají.  Víme (či spíše tušíme) jen to, že jde o polymery a oligomery, které pravděpodobně vznikají jako výsledek enzymatické oxidace katechinů, neenzymatické oxidace a kondenzace.
V poslední době se výzkumu thearubiginů intenzivně věnovali N. Kuhnert a M. Clifford. Výsledkem jejich práce je (na první pohled poněkud šalamounský) návrh, definovat thearubiginy jako všechny látky vzniklé při oxidaci katechinů (tedy zahrnout do této skupiny i přesně identifikované látky popsané výše). Tento návrh však vychází z logické premisy. Všechny tyto látky vznikají z produktů oxidace šesti základních katechinů působením PPO, tedy z o-chinonů, které jsou silně elektofilní. Mohou tedy reagovat s jakoukoli vhodnou nukleofilní látkou obsaženou v čajových lístcích. Takovýmito nuklefilními látkami mohou být např. katechiny (pak vznikají různými reakcemi theasinensiny, theaflaviny, theaflaváty, theanaphthochinony, theacitriny a olongtheaniny). Ty mohou být substrátem další oxidace, čímž vznikají oligomerní polyfenoly. Paralelně mohou takovýmito nukleofilními látkami být minokyseliny, bílkoviny a dle Kuhnerta zejména voda (H2O), která je v listu přítomna v daleko větším množství a je daleko přístupnější pro všechny typy níže uvedených reakcí než všechny jmenované nukleofilní látky.
Kuhnert dále postuluje teorii, že nemožnost detekce a přesné identifikace jednotlivých thearubiginů (které se doposud nepodařilo identifikovat či definovat žádnou z konvenčně používaných měřících metod) je především důsledkem (velmi zjednodušeně řečeno) jejich obrovského množství, které odhaduje až na cca 5000 různých unikátních látek (násobeno jejich isomery).
Vznik tolika látek pak vysvětluje pomocí hypotézy, která odvozuuje vznik thearubiginů pomocí kaskády oxidačních reakcí (oxidative cascade hypothesis). Tato hypotéza definuje čtyři základní úrovně oxidativních reakcí (a čtyři úrovně, na kterých tyto reakce probíhají), kterými postupně thearubiginy vznikají.
Na první úrovni jde o oxidaci katechinů (a vznikem dimerů – theaflavinů, theacitrinů, theasinensinů atd. tak, jak bylo popsáno výše).
V úrovni druhé jsou tyto látky substrátem oxidativní reakce (nukleofilem je zde voda), při níž jsou všechny skupiny CH nahrazeny skupinami OH, čímž vznikají látky jako např. polyhydroxytheaflaviny či polyhydroxytheacitriny (tyto látky jsou navíc díky svým vlastnostem přístupnější k další oxidaci než jejich prekurzory).
Na třetím stupni probíhají oxidačně redukční reakce mezi polyhydroxylovanými oligomery katechinů a jim odpovídajícími chinony. Tyto reakce vedou k nastolení tzv. red(ukčně)ox(idačního) equlibria (rovnováhy).
Na čtvrté úrovni prochází polyhydroxylované oligomery katechinů složitými reakcemi (např. při procesech methylace či glykosylace vznikají methylované katechiny a flavanol glykosidy), které vedou ke vzniku velmi širokého spektra různých látek a kterými je možno teoreticky vysvětlit výskyt cca 95% předpkládaných thearubiginů.
Práce N. Kuhnerta výrazně zjednodušuje pohled na thearubiginy a současně prozatím provedené experimenty potvrzují jeho hypotézy. Nicméně jde stále o hypotézu, jejíž potvrzení je otázkou velmi dlouhodobých experimentů a zkoumání (a zřejmě také zdokonalení detekčních přístrojů). Zájemce o podrobnosti odkazuji na práci N. Kuhnerta a M. Clifforda, pro účely tohoto textu považuji tuto velmi, velmi zjednodušenou a zjednodušující zmínku za více než dostatečnou.
Během procesu enzymatické oxidace se enzymy PPO a PO spolu s enzymem chlorofyláza také podílí na rozkladu chlorofylu na chlorofylid a fytol, probíhá rozklad karotenoidů, během oxidace se mění složení aminokyselin a probíhají další subtilnější změny.

Závěrem
Proces oxidace není dosud precizně vysvětlen a popsán, je však naprosto zřejmé, že jde o proces velmi složitý, navíc ovlivněný mnoha vnějšími faktory. Zjednodušeně jej lze popsat jako proces zahrnující mnoho různých chemických reakcí, z nichž nejpodstatnějšími jsou enzymatická oxidace, neenzymatická oxidace a kondenzace. Na jeho počátku je šest katechinů a jeden enzym. Na jeho konci pak tisíce látek, které ani při stavu současného poznání a citlivosti měřícího aparátu neumíme zcela dobře popsat. A jejichž vzájemné poměry a koncentrace činí každý čaj jedinečným a unikátním. Z jiného úhlu pohledu jde o proces, který původně evolučně vznikl jako jeden z mnoha obranných mechanismů čajovníku proti škůdcům. A tento obranný mechanismus byl povýšen jen a pouze lidským umem a zkušeností na prostředek, který nám dává možnost vychutnat si širokou paletu různých čajů a ne pouze čaje zelené či bílé.

Ukázky čajů, které prošly různou mírou oxidace: Tie Guan Yin (traditional), Bai Hao oolong (traditional old style), Yin Jun Mei (Zheng He), Hong Yun (Formosa)

Přidat komentář





0