Anji Bai Cha: o molekularnych podstawach bielactwa herbacianego

W wyniku prac badawczych w roku 1991 powstała pierwsza partia herbaty o roboczej nazwie Yu Feng (玉凤) – “Jade Phoenix”, która została wysoko oceniona przez ekspertów. Pod koniec 1990 roku zakończono badanie właściwości tej odmiany i opracowanie technologii, a w 2000 r. nowa odmiana została zarejestrowana pod nazwą “Bai Ye Yi Hao “(白叶一号) - “białolistny numer jeden”, a gotowy produkt otrzymał nazwę Anji Bai Cha. Od 2004 roku nazwa Anji Bai Cha jest chroniona geograficznie.

W ciągu dwudziestu lat produkcja Anji Bai Cha wzrosła wielokrotnie i obecnie wynosi około 2000 ton rocznie. Anji Bai Cha stała się jedną z najbardziej znanych zielonych herbat nie tylko w Zhejiang, ale także w całych Chinach. Oprócz Zhejiang, Bai Ye Yi Hao są uprawiane w Liyang, Changzhou, Jiangsu, w autonomicznym rejonie Tunzhen, w prowincji Guizhou itp. Ceny herbaty z kultywarów o białych liściach i żółtych liściach (Bai Ye Yi Hao - najpopularniejszy z nich, ale nie jedyny) są dość wysokie, a zainteresowanie taką herbatą stale rośnie ,więc w jej produkcji opóźnione regiony widzą możliwość przezwyciężenia ubóstwa.

Bai Ye Yi Hao jest termowrażliwym półalbinosem. Pierwsze pąki i liście mają żółto-zielony kolor. Na etapie pąk + liść - pąk + 2 liście w temperaturze poniżej 20°C liście nabierają charakterystycznego “nefrytowego” koloru – jasnozielonego lub jasnożółtego, nie śnieżnobiałego, ale znacznie jaśniejszego niż “normalny” krzew herbaciany, podczas gdy centralna żyłka liścia i obszary bocznych żyłek blisko niego stają się ciemnozielone, tworząc kontrastowy wzór. Wraz z dalszym rozwojem pędu, a także w temperaturach powyżej 22°C, liście stają się jasnozielone, zwykle w wiosennych pędach herbaty. W przypadku wysokiej jakości Anji Bai Cha surowce są zbierane na etapie wybielania, więc termin ich zbierania jest krótki – zwykle wynosi około dwóch tygodni od połowy marca do początku kwietnia.

Herbata z Bai Ye Yi Hao, zebrana na etapie wybielania, ma niezwykły skład chemiczny. Zawiera mniej chlorofilu, wpływając na kolor, ale oczywiście nie wpływa to na smak – chlorofil jest nierozpuszczalny i prawie nie przyczynia się do smaku i aromatu herbaty. Ważne jest co innego: Anji Bai Cha zawiera znacznie mniej kofeiny i innych alkaloidów purynowych w porównaniu ze zwykłymi zielonymi herbatami; znacznie mniej polifenoli – tylko 10-14%; znacznie więcej aminokwasów (przede wszystkim teaniny, a także allotreoniny, glicyny, seryny, tryptofanu, cytruliny, glutaminy, alaniny, waliny i proliny) – do 6-7%, a w niektórych przypadkach do 10%, co jest wielokrotnie wyższe niż w zwykłych zielonych herbatach. To sprawia, że Anji Bai Cha smakuje orzeźwiająco, słodko, z wyraźnym smakiem umami i minimalną cierpkością i goryczą.

Procesy zachodzące w liściach kultywarów o białych liściach i żółtych liściach podczas etapów wybielania i zielenienia oraz mechanizmy ich regulacji przyciągnęły dużą uwagę naukowców. Skład liści Bai Ye Yi Hao został zbadany na poziomach: transkrypcyjnym (zbiór RNA), proteomicznym (zbiór białek) i metabolomicznym (zbiór metabolitów endogennych o niskiej masie cząsteczkowej) poziomach, na końcu podane są linki do odpowiednich badań, a tu chcę się zatrzymać tylko na chwilę żeby pokazać, jak skomplikowaną biochemicznie fabryką jest liść herbaty.

Chlorofil znajduje się w tylakoidach – strukturach błonowych zebranych w stosy - grany wewnątrz chloroplastów – organelli odpowiedzialnych w komórkach roślinnych za fotosyntezę. Wraz ze zmniejszeniem biosyntezy chlorofilu – na przykład podczas długotrwałego przebywania w ciemności-chloroplasty odwracalnie przekształcają się w słabo zabarwione etioplasty. Na pierwszym etapie” żółto-zielone” chloroplasty Bai Ye Yi Hao miały typową strukturę z dobrze zaznaczonymi tylakoidami zebranymi w grany; na etapie wybielania grany zniknęły, w chloroplastach pozostało tylko kilka tylakoidów, część chloroplastów zamieniła się w etioplasty; po wzroście temperatury na etapie zazieleniania liczba chloroplastów wzrosła, a ich struktura powróciła do normy.

W analizie proteomicznej znaleziono ponad sześćdziesiąt białek, których ekspresja zmienia się znacząco w zależności od etapu rozwoju pędu. Białka te biorą udział w procesach glikolizy i metabolizmu energetycznego, metabolizmie węgla, azotu i siarki, fotosyntezie, przetwarzaniu białek i RNA oraz reakcjach stresowych. Białka metabolizmu energetycznego są reprezentowane przez kinazę fosfoglicerynianową i enolazę. Kinaza fosfoglicerynianową katalizuje odwracalny transfer grupy fosforanowej z 1,3-bisfosfoglicerynianu na ADP, w wyniku czego powstaje 3-fosfoglicerynian i ATP. Ekspresja tego enzymu wzrasta na etapie wybielania, co może wskazywać na zwiększoną produkcję energii dla różnych procesów obronnych związanych ze stresem zimnym. Ekspresja enolazy, katalizującej przejście 2-fosfoglicerynianu do fosfoenolopirogronianu, została zmniejszona, ale jej aktywność utrzymywała się – wydaje się, że działanie enolazy jest kontrolowane na poziomie potranskrypcyjnym, aby intensywność utleniania glukozy nie spadła w niskich temperaturach.

Białka zaangażowane w przemianę azotu i siarki zidentyfikowano jako syntazę S-adenozylometioniny, syntazę glutaminową i reduktazę metylenotetrahydrofolianu, ich zawartość na etapie “białym” została zmniejszona. Syntaza S-adenozylometioniny katalizuje tworzenie S-adenozylometioniny z L-metioniny i ATP. S-adenozylometionina działa jako uniwersalne źródło metylu(-CH3)w wielu reakcjach biologicznych. W szczególności jest donorem metylu w tworzeniu protochlorofilu z Mg-protoporfiryny, a protochlorofild jest, z kolei, bezpośrednim prekursorem chlorofilu, a jego niedobór jest jedną z przyczyn wybielania liści. Również S-adenozylometionina jest donorem metylu w biosyntezie kofeiny, i jej brak jest jedną z przyczyn niskiej zawartości kofeiny w Anji Bai Cha; jak widać, różne związki, takie jak kofeina i chlorofil, mają wspólne kluczowe punkty w metabolizmie. Reduktaza metylenotetrahydrofolianowa jest ważnym enzymem metabolicznym metioniny, a metionina jest wymagana na początkowych etapach biosyntezy kofeiny. Syntaza glutaminowa katalizuje tworzenie glutaminy z kwasu glutaminowego i amoniaku, enzym ten jest ważny dla ochrony rośliny przed nadmiarem amonu. Przy braku syntazy glutaminowej kwas glutaminowy może być skierowany na syntezę teaniny, w której gromadzi się nadmiar azotu. Z proteomicznego punktu widzenia jest to logiczne założenie, ale analiza metabolomiki go nie potwierdza: zawartość glutaminy na etapie wybielania, wręcz przeciwnie, rośnie i może przekształcić się w kwas glutaminowy i alaninę, podczas dekarboksylacji, której tworzy się etyloamina. Kwas glutaminowy i etyloamina są potrzebne do syntezy teaniny, o czym będziecie mogli przeczytać w następnej części.

Karboksylaza rybulozo-1,5-bisfosforanowu (RuBisCO) jest najważniejszym enzymem liści roślin (jest najbardziej rozpowszechnionym enzymem ma świecie), bezpośrednio odpowiedzialnym za wiązanie dwutlenku węgla w fotosyntezie; można powiedzieć, że to Rubisco dokonuje przejścia z materii nieorganicznej w materię organiczną. Na etapie bielenia zmniejsza się zawartość nienaruszonych dużych podjednostek Rubisco i zwiększa się zawartość ich fragmentów. Zmniejszona aktywność fotosyntetyczna prowadzi do mniejszej produkcji węglowodanów. Poziom fruktozy i glukozo-1-fosforanu jest obniżony podczas “białego etapu”, poziom glukozy jest obniżony na początku” białego ” etapu i wzrasta pod jego koniec, co wydaje się odzwierciedla zwiększoną hydrolizę rezerwowych polisacharydów. Niedobór węglowodanów prowadzi do aktywacji alternatywnych ścieżek pozyskiwania energii. W rezultacie większość fosfoenolopirogronianu jest kierowana do cyklu kwasu cytrynowego i utleniana w nim, a mniejsza – do szlaku kwasu szikimowego. Wyjaśnia to zmniejszenie produkcji polifenoli - pirogronian niezbędny do ich syntezy jest “spalany”.

Należy również wziąć pod uwagę fakt, że kwas glutaminowy jest zużywany w biosyntezie chlorofilu – znajduje się na samym początku łańcucha dwudziestu reakcji prowadzących do powstania chlorofilu. A wraz ze spadkiem syntezy chlorofilu może wystąpić nadmiar glutaminianu, który można skierować na syntezę teaniny. Na etapie wybielania zmniejsza się ekspresja białek szoku cieplnego HSP60 i HSP70, a HSP70 jest niezbędny do prawidłowego rozwoju chloroplastów. Czynnik inicjujący 4a (eIF-4A) odgrywa ważną rolę w inicjacji translacji u eukariontów, zmniejszenie jego zawartości na etapie wybielania może prowadzić do upośledzenia biosyntezy nowych białek – w tym enzymów, o których wspomniano powyżej.

Wczesne białko fotoindukowane (ELIP), bialko z rodziny wiążących chlorofil, bierze udział w montażu lub naprawie mechanizmu fotosyntetycznego podczas wczesnego rozwoju chloroplastów. Jego ekspresja jest indukowana przez wiele czynników stresogennych. Zakłócenie struktury chloroplastu na etapie wybielania prowadzi do zmniejszenia zdolności fotosyntetycznej, a w tych warunkach nadmiar energii świetlnej może prowadzić do tworzenia toksycznych związków - w szczególności wolnych rodników. Nagromadzenie ELIP może chronić roślinę herbaty przed ich uszkodzeniem. Reduktaza izoflawonowa bierze udział w syntezie fitoaleksyn izoflawonowych. Ze względu na zmniejszoną biosyntezę polifenoli produkcja fitoaleksyn izoflawonowych również jest zmniejszona, więc poziom ekspresji reduktazy izoflawonowej na “białym” etapie jest zmniejszony – po prostu nie jest potrzebny.

A to tylko część odkrytych różnic. Regulacja opisanych procesów jest bardzo złożona: zidentyfikowano 8790 genów, których ekspresja zmienia się po wybieleniu pędu Bai Ye Yi Hao , oraz 9476 genów, których ekspresja zmienia się po przywróceniu zieleni. Analiza transkrypcyjna nie tylko potwierdza wnioski z badań proteomicznych i metabolomicznych, ale także je uzupełnia. Tak więc zauważalne różnice ujawniono w zawartości karotenoidów na różnych etapach. Karotenoidy - terpenoidy będące pochodnymi acyklicznego węglowodoru likopenu; są to pigmenty koloru żółtego, pomarańczowego i czerwonego; biorą udział w fotosyntezie, a także służą jako prekursory kwasu abscysynowego- ważnego hormonu roślinnego. Zawartość likopenu zmniejszyła się wraz z rozwojem pędu, zawartość luteiny wzrosła, a zawartość beta-karotenu osiągnęła maksimum na etapie “białym”, a po zazielenieniu spadła. Wynika to z różnych stopni ekspresji genów kodujących cyklazę likopen-beta (przekształcającą likopen w gamma-karoten, z którego następnie powstaje beta-karoten i zeaksantyna) oraz cyklazę likopen-epsilon (przekształcającą likopen w delta-karoten, z którego następnie powstaje alfa-karoten i luteina). Dla smaku i aromatu zielonej herbaty karotenoidy nie są bardzo ważne, ale podczas fermentacji oksydacyjnej w procesie produkcji czerwonej herbaty karotenoidy rozpadają się, tworząc związki terpenowe, które wpływają na smak i aromat herbaty. Tak więc, wraz z rozwojem pędu Bai Ye Yi Hao, następuje nie tylko zmniejszenie, a następnie przywrócenie syntezy chlorofilu, co prowadzi do zmiany koloru liści, ale także głębokie przegrupowanie szlaków metabolicznych, przy dokładnym badaniu, których ujawniają powiązania między pozornie odmiennymi substancjami, takimi jak chlorofil, alkaloidy, polifenole i teanina. Dlaczego miałbym chcieć napisać ten artykuł w dwóch trzecich, zawierający zaawansowaną wiedzę biochemiczną, nie zrozumiałą dla części czytelników?

Po pierwsze, nie mniej złożone procesy zachodzą wraz z rozwojem pędów zielonej herbaty. W odmianach o białych liściach i żółtych liściach zmiany te są bardziej widoczne, ale w zwykłej herbacie zawartość kofeiny, aminokwasów i polifenoli zmienia się w zależności zarówno od etapu rozwoju pędu, jak i warunków zewnętrznych. Skład chemiczny surowców herbacianych z tego samego ogrodu, zebranych w różnych momentach, może się różnić nie mniej niż skład surowców z różnych kultywarów i z różnych miejsc. Dlatego zainteresowanie herbatą zebraną w określonym czasie optymalnym dla tej odmiany, a wysoka cena takiej herbaty ma dość obiektywne powody. W wielu odmianach zielonej herbaty herbata wczesna jest bardzo ceniona i nie chodzi o tradycję, nie o marketing, nie o to, że pojawienie się tej herbaty długo czeka. Ona faktycznie - biochemicznie! - różni się od herbaty późniejszych zbiorów. Anji Bai Cha jest tego doskonałym przykładem.

Po drugie, chciałem przypomnieć, że oprócz świata, w którym ludzie wolą nie szukać wyjaśnień, ale odpisać wszystko na mistyczne, zasadniczo niepoznawalne “energie”, istnieje inny świat – świat poszukiwań naukowych, inteligencji, pomysłowości i zuchwałości. A osiągnięcia tego świata są imponujące.

Bibliografia: - 1, 2, 3, 4 , 5

Analiza tranksryptomiczna Analiza proteomiczna Analiza metabolowa

Źródło: Herbaciarnia „Sowa i panda”