Загадочный комплекс катехинов

 Молвит яблоко: "Поверьте, 
                      всем краса моя мила, 
 За красу - мудрецами 
                     мне возносится хвала, 
 Я при пиршествах веселых - 
                           украшение стола, 
 Боль из сердца изгоняю, 
                 если страсть кого сожгла". 
 
Гарсеван Чолокашвили
 

Разная награда за одинаковые заслуги. - Дружба, но только в молодости, - Загадочный комплекс и его расшифровка. - Новорожденные покидают колыбель, - Какие листочки нужны чаеводам? - Две стороны одной медали -Дыхание "про запас"? - Слагаемые аромата и вкуса. - Почему не все яблоки темнеют на срезе? - Какой чай полезнее? - Яблоки против гипертонии.

Удивительная и непохожая судьба выпала на долю двух издавна хорошо известных растений - чая и яблони. Молодые побеги первого из них и плоды второго обладают способностью быстро накапливать катехины - капилляроукрепляющие флавоноиды, которые нормализуют работу сердца и почек. "Кто не испытал этого благодетельного напитка на себе!.. - восклицает в одном из своих трактатов русский офицер и ученый-этнограф, первым из европейцев исследовавший глубины Африки, Егор Петрович Ковалевский. - Стоит только выпить 2-3 чашки чая, чтобы снова ожить и быть способным продолжать путь..." Лингвист по образованию, но путешественник по призванию, Е. П. Ковалевский объехал Алтай и Урал, Африку и Китай, исследовал и описал природу и быт многих стран и народов. И всюду верным спутником был ему обыкновенный черный чай, выручавший и в жару, и в холод.

Ничего не зная о катехинах чая, люди издавна использовали их благотворные качества, культивировали чайное растение в самых тепличных условиях, терпеливо отбирали и размножали те экземпляры растений, листья которых давали наиболее терпкий и ароматный напиток, т. е. содержали больше катехинов. Сейчас хорошо известно, что еще задолго до появления всходов чайного растения его органы уже четко разделились на "главные" и "второстепенные" по способности образовывать и накапливать катехины: больше всего этих веществ синтезируется в молодых листочках, а в "появившихся надземных стеблях их в 15 раз больше, чем в корнях" (К. М. Джемухадзе, 1976).

Ничего не зная о катехинах яблок, люди очень долго и не стремились узнать о них, потребляя яблоки в значительных количествах в тех странах и регионах, где они растут. "При ежегодном урожае плодов около 4 млн. т мы получаем 4 тыс. т катехинов и лейкоантоцианов, что эквивалентно годичному обеспечению 100 млн. человек профилактическими дозами этих Р-активных соединений". Так говорил Л. И. Вигоров в декабре 1966 г. с трибуны I Всесоюзного симпозиума по фенольным соединениям (г. Москва). Ученый установил, что катехины начинают формироваться в яблоках на самых ранних этапах развития плодов. "Маленькие яблочки, образовавшиеся вскоре после цветения, - докладывал он в сентябре 1963 г. на II Всесоюзном семинаре по биоактивным веществам плодов и ягод, - уже содержат разнообразные катехины и нередко отличаются терпким вкусом".

Удивительная и непохожая судьба выпала чайному растению и яблоне. За одни и те же достоинства люди боготворили чайный куст, холили и лелеяли его, создавая ему все возможные и невозможные условия для расселения на нашей планете. Две крупные научные экспедиции были организованы в 80-90-х годах прошлого столетия в Индию, Японию, Китай и на о. Цейлон, чтобы детально изучить возможности поселения чайного растения в Крыму и на Кавказе. Только после долгой и кропотливой исследовательской работы чай появился на Черноморском побережье Кавказа нашей страны.

А что же яблоня? За такие же достоинства многие экземпляры этого растения с высоким содержанием катехинов в яблоках в течение многих десятилетий... уничтожались. Человек отбирал только те из них, плоды которых обладали приятным кисловато-сладким вкусом и имели на изломе белый цвет, подобный цвету ломтя свежеиспеченной булки. Растения же с терпкими на вкус плодами выбраковывались и отбрасывались. Так в течение длительного времени яблоки, главное достоинство которых оценивалось по сахаро-кислотному показателю, попадали в немилость, а вместе с ними - и катехины, очень нужные организму человека. Впрочем, так не могло продолжаться бесконечно. В 1956 г. Л. И. Вигоров и обратил на это внимание селекционеров.

Цену яблоку он знал с детства, поскольку прошел хорошую школу садоводства в Минусинске, в саду своего отца, одного из пионеров сибирского садоводства Ивана Прохоровича Бедро, где уже в 13-летнем возрасте был автором ряда гибридов яблони. За сравнительно короткий промежуток времени Леонид Иванович сделал совместно с небольшой группой своих сотрудников-энтузиастов настоящий переворот в садоводстве. К скромной по штату и оборудованию первой в стране лаборатории биологически активных веществ плодов и ягод (г. Свердловск) протянулись незримые нити со всех концов нашей страны: там родилось новое направление в биохимии растений - лечебное садоводство. О катехинах яблок Л. И. Вигоров сказал очень много, по разработанной им методике началась массовая инвентаризация на катехины (и другие Р-активные флавоноиды) огромного сортимента плодово-ягодных растений в нашей стране и за рубежом.

Что же представляют собой катехины растений? Сколько их существует, где они накапливаются и какова их роль в растительном организме?

Как уже говорилось выше, катехины - это наиболее восстановленная группа флавоноидов. Свое название они получили по наименованию индийской акации катеху, в древесине которой эти вещества были впервые обнаружены еще в 1821 г. немецким биохимиком Ф. Рунге.

Акация катеху - это невысокое сильно ветвящееся дерево, имеющее твердую темно-бурую древесину. Население Индии издавна умело приготавливать экстракт из древесины катеху, измельчая и вываривая ее с водой. После процеживания, выпаривания до густоты и высушивания на солнце этот отвар применялся в качестве вяжущего средства внутрь, а также как наружное для примочек (Д. А. Муравьева, А. Ф. Гаммерман, 1974). Туземное население и сейчас широко использует его как жевательную массу под названием "бетель". Основное содержимое отвара из катеху - концентрат катехинов в комплексе с другими веществами.

Строение молекулы катехинов установили сотрудники Гейдельбергского университета (Германия) К. Фройденберг, Г. Фикенчер, М. Хардер и О. Шмидт в 1925 г. Пространственное же размещение атомов в молекуле катехинов удалось расшифровать только в 50-х годах нашего столетия.

Наиболее изучены в настоящее время два представителя этих флавоноидов: катехин и галлокатехин. Оба они обладают способностью присоединять (предположительно при помощи ферментов гидролаз) у третьего углеродного атома остаток галловой кислоты - галлоил. В результате образуются сложные эфиры (так называемые галлоилсоединения), которые именуются соответственно катехингаллатами и галлокатехингаллатами (рис. 11).

Рис. 11. Схема присоединения остатков галловой кислоты (под действием ферментов) к молекулам простых катехинов

Галлирование катехинов - характерная их особенность. М. Н. Запрометов указывает, что процесс этот протекает последовательно: сначала образуются более простые катехины, а затем, по мере их накопления и одновременного биосинтеза галловой кислоты, начинается галлирование. Заметим попутно, что галлированные катехины под действием фермента танназы обладают способностью к обратимому отщеплению от своих молекул остатков галловой кислоты и превращению в простые.

Явления эти наиболее полно изучены на примере чайного растения. Складывается впечатление, что галловая кислота в молодых листьях чая как бы "подстерегает" простые катехины (только что образовавшиеся), чтобы соединиться с ними, пока листочек еще молод. Замечено, что по мере старения листовых пластинок процесс галлирования ослабевает: в старых листьях чая свободной галловой кислоты обнаруживается уже в 3 раза больше, чем связанной с катехинами. Содружество этих веществ, таким образом, характерно только для молодых листочков чая - так называемых флешей.

Следует отметить, что катехины всегда обнаруживаются в растениях в изомерной форме, т. е. кольцо Б их молекул (рис. 1) может иметь как прямое, так и зеркальное пространственное изображение. В соответствии с этим катехины обозначаются со знаком "плюс" (прямое изображение) и со знаком "минус" (зеркальное изображение). Биохимики о таких соединениях говорят как о веществах D-формы (правой) и L-формы (левой), точно так, как ботаники обозначают одни и те же виды растений, но обладающие способностью поворачивать листья в правую или левую сторону.

Отметим, что "правое" и "левое" весьма широко распространено в растительном мире. В естественной обстановке растения обычно не "любят" симметрии. Никогда не совпадают, например, по конфигурации правая и левая половинки листа - одна из них всегда развита сильнее другой. Несимметрично расположены по отношению друг к другу попарно растущие хвоинки сосны: они обязательно закручены в виде спирали, чаще всего - в левую сторону. Атомы, из которых построена молекула растительного белка, всегда "закручены" также влево. Молекулы большинства природных сахаров пространственным расположением своих атомов повернуты в правую сторону.

Этому всеобщему закону поворачиваться в правую или левую сторону, закону, во многом еще не объясненному биологической наукой, подчинено и строение молекул катехинов. Они имеют два асимметричных атома углерода (2-й и 3-й), вокруг которых кольцо Б и другие связанные с ним атомы могут быть повернуты в правую или левую сторону. Отсюда и наличие катехинов D- и L-формы. Заметим, что сок из древесины акации катеху, давший название этим флавоноидам, в настоящее время хорошо изучен. Он состоит из L-эпикатехина, L-катехина, D, L-эпикатехина и D, L-катехина.

Комплекс катехинов чайного растения длительное время оставался загадкой. В суммарном виде он назывался и нередко теперь еще называется комплексом дубильных веществ (чайный танин). Разделить его на составные части долго не удавалось, хотя такие попытки предпринимались неоднократно. Во второй половине XIX века немецкий ученый Г. Хлазевитц выделил из листьев чая два фенольных соединения, одно из которых оказалось галловой кислотой, а второе - кверцетином (о нем мы будем говорить дальше). В 20-30-х годах нашего столетия японская исследовательница М. Цуджимура получила из зеленого чая три кристаллических катехина. В 40-х годах английским биохимикам А. Бредфилду и Е. Бейт-Смиту удалось выделить уже семь различных катехинов. Эти ученые впервые доказали, что комплекс дубильных веществ чайного листа - это комплекс катехинов.

Подлинного же успеха в расшифровке этого комплекса добились советские ученые. В 30-х годах группе сотрудников Института биохимии имени А. Н. Баха АН СССР (г. Москва) было поручено обстоятельно изучить биохимический состав чайного растения в целях создания отечественной чайной промышленности. Возглавил эту группу старший научный сотрудник Андрей Львович Курсанов (ныне всемирно известный ученый директор Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева АН СССР, академик, член академии наук ряда стран).

Рис. 12. Кристалы L-эпигаллокатехингаллата при увеличении в 100 раз (по A. Л. Курсанову и М. Н. Запрометову)

В результате кропотливой работы на чайных плантациях и фабриках Грузии был установлен ряд принципиально важных положений, позволивших создать стройную теорию чайного производства и культуры чая в стране. А. Л. Курсанов и его сотрудник М. Н. Запрометов впервые полностью расшифровали комплекс катехинов чайного растения, который, как выяснилось, состоит из восьми компонентов. В этом комплексе по количественному составу ведущее место принадлежит галлированным катехинам L-эпигаллокатехингаллату (58,1 %) и L-эпикатехингаллату (18,1 %). Они представляют собой кристаллы, имеющие вид длинных игл (рис. 12), растворимых в воде, спирте, ацетоне и не растворимых в бензоле и хлороформе. Простых катехинов в комплексе чайного танина значительно меньше: 12 % приходится на долю L-эпигаллокатехина и 0,4-2% - на долю D, L-катехина, L-эпикатехина и D, L-галлокатехина. Кристаллизуются эти вещества чаще всего в виде крупных игл или разнообразных геометрических фигур (рис. 13).

Рис. 13. Кристаллы D, L-галлокатехина при увеличении в 60 раз (по А. Л. Курсанову и М. Н. Запрометову)

В 60-х годах на примере катехинов чайного растения М. Н. Запрометовым и его сотрудницами С. В. Колонковой и В. Я. Бухлаевой впервые была установлена возможность образования фенольных соединений в хлоропластах - мельчайших органоидах клетки, в которых осуществляется фотосинтез.

Тем самым было серьезно поколеблено мнение о фенольных соединениях как о веществах вторичного происхождения, не имеющих никакого отношения к продуктам важнейшего процесса на, Земле - фотосинтеза, Выяснилось, что катехины чайного растения довольно быстро образуются в процессе фотосинтеза: через 30 минут после выдерживания на свету молодых веточек чая в атмосфере углекислого газа с радиоактивным (меченым) углеродом 26 % последнего уже обнаруживается в составе катехинов. Это в основном L-формы простых и галлированных катехинов с преобладанием первых из них.

Словом, чайное растение уже с самого начала появления на свет обеспечивает себя не только наиболее подвижными продуктами типа растворимых углеводов, но и довольно быстро накапливает катехины. Количество их стоит на втором месте после сахаров и значительно превышает содержание таких хорошо известных и жизненно необходимых веществ, как белки, аминокислоты, хлорофилл, каротиноиды, органические кислоты и др. Характерно, что простые катехины образуются непосредственно в хлоропластах, но там не накапливаются и не подвергаются галлированию. Остатки галловой кислоты они присоединяют вне хлоропластов, т. е. уже с самого момента своего образования катехины покидают хлоропласт - место своего "рождения" - и быстро включаются в обменные процессы растительного организма.

По исследованиям М. Н. Запрометова (1964), больше всего расходуется поглощаемого углекислого газа на образование катехинов в самом молодом - верхушечном - листе и верхушечной почке чая. По мере роста первый лист постепенно становится вторым, затем - третьим, а из верхушечной почки каждый раз развивается новый первый листочек. Таким образом, основной "кладовой" катехинов, как указывает М. Н. Запрометов, являются вторые и третьи листья растущих побегов чая. К. М. Джемухадзе и Ф. Г. Нахмедов (1966) впервые расшифровали качественный состав катехинов в свежесобранных флешах чайного растения. Они выяснили, что 1-2-дневная верхушечная почка и первые - третьи листочки содержат L-формы эпикатехина, эпигаллокатехина, эпикатехингаллата и эпигаллокатехингаллата, т. е. флеши "начинены" только левыми (простыми и галлированными) катехинами. Правые же формы простых катехинов обнаруживаются, как правило, в более старых и менее ценных листьях. Иногда они присутствуют и в молодых листочках, но редко и в меньших количествах. По-видимому, простые и галлированные катехины в L-форме имеют важное значение в обмене веществ молодых быстрорастущих первых - третьих листочков чайного растения. Именно эти листочки и собирают чаеводы.

Кто проезжал вдоль многочисленных чайных плантаций Грузии, тот не раз любовался быстрой ювелирной работой пальцев у сборщиков чайного листа. Тысячи едва уловимых для глаза движений пальцами за смену производят сборщики чая, и каждое движение рассчитано с максимальной точностью: отрываются только первые три листочка, богатые катехинами. Какими-то волшебниками из другого мира предстают всякий раз изумленному взору туристов эти люди, производящие тончайшую работу под палящими лучами южного солнца - молча, сосредоточенно, целеустремленно. А главное - точно и безошибочно.

Только ли на свету образуются катехины? Оказывается, нет. При перенесении молодых побегов чая в темноту процесс биосинтеза этих флавоноидов продолжается, правда, уже гораздо медленнее. Примерно в течение трех часов, находясь в темноте, молодые листочки продолжают синтезировать катехины, при этом на их образование расходуются сахара, накопленные в результате осуществления процесса фотосинтеза. Растение тратит на эту работу около 80 % образовавшихся ранее сахаров и в первую очередь - сахарозу, фруктозу, глюкозу.

Образование катехинов в процессе фотосинтеза, включение углекислого газа в состав молекул этих флавоноидов не могло не натолкнуть на мысль о близости их к универсальному процессу всех живых организмов - дыханию. Выше мы уже указывали, что дыхание обеспечивает энергией все жизненно важные участки клеток, тканей, органов, а без энергии невозможны рост, развитие и размножение организмов. По современным представлениям, фотосинтез и дыхание - это две стороны одного и того же сложного процесса жизнеобеспечения всех зеленых растений. Промежуточные и конечные продукты фотосинтеза являются исходными веществами для осуществления дыхательного процесса, и наоборот. Естественным поэтому было предположение о причастности катехинов (как продуктов фотосинтеза) к дыханию растений, к обеспечению клеток энергией за счет этих довольно активно образующихся флавоноидов.

Так оно и оказалось на самом деле. В 1959 г. в журнале "Доклады АН СССР" М. Н. Запрометов впервые сообщил о том, что чайное растение использует катехины в качестве дыхательного материала: радиоактивный углерод из молекул этих соединений, введенных в побеги, обнаруживался (через 60-70 часов после выдерживания их в темноте) уже в составе молекул "выдыхаемого" углекислого газа. При этом в течение первых часов растение как бы "робко" выделяет меченый углекислый газ - всего 5-10 % от введенного с катехинами углерода. Затем, через 20-30 часов, расход катехинов ускоряется и достигает 73-82 % от введенного их количества. Так было доказано участие этих флавоноидов в важнейшем процессе жизнедеятельности растений - дыхании.

Какой же биологический смысл заключен в этом факте? Зачем зеленому растению нужно тратить на дыхание катехины - эти сложные вещества, поддающиеся расщеплению го­раздо труднее, чем более доступные углеводы?

Хорошо известно, что в процессе длительного эволюционного развития растения "научились" находить запасные пути для реализации своих жизненных запросов. Биологи называют их альтернативными (от латинского "альтернаре" - чередоваться), т. е. путями, попеременно чередующимися в зависимости от подходящих условий.

Использование катехинов в дыхании - один из примеров такого чередования различных путей добывания энергии. В обычных условиях растения дышат за счет окисления в основном углеводов, фонды которых постоянно пополняются за счет фотосинтеза - этого универсального процесса на Земле. Но вот из-за стечения неблагоприятных обстоятельств (например, наступления длительной темноты, похолодания и т. д.) запасы углеводов иссякли. В таких условиях растительный организм реализует один из имеющихся альтернативных путей обмена веществ, в данном случае - путь использования катехинов в качестве дыхательного материала. Вот почему листья чайного растения в первые часы пребывания в темноте "робко" выделяют углекислый газ, образующийся при окислении катехинов: в это время они имеют еще возможность расходовать на дыхание запасы углеводов, и только после израсходования этих запасов дыхание поддерживается за счет катехинов.

Словом, трудномобилизуемые в обычных условиях катехины растение использует, что называется, не от хорошей жизни: их оно как бы держит "про запас", "на черный день".

Как показали исследования Г. Б. Самородовой-Бианки и Г. М. Рыбак (1974), важное значение имеют катехины для дыхания яблок в процессе их хранения после съема. В этих условиях, когда температура воздуха снижена до 1,5-3°С, запасы углеводов, органических кислот и другого дыхательного материала в яблоках значительно уменьшаются, жизненные процессы тем не менее в них не останавливаются, жизнь в клетках яблок не замирает. Плоды используют для своего дыхания простые катехины, содержание которых в это время достаточно высоко. По мере прохождения срока хранения яблок эти катехины подвергаются окислительной конденсации, как это имеет место у лейкоантоцианов (об этом говорилось выше). В результате образуются димерные молекулы этих флавоноидов - так называемые конденсированные катехины. Эти соединения, так же как и простые катехины, до определенного времени (примерно до накопления их в количестве 120-140 мг на 100 г сырого веса) служат дыхательным материалом. Без дыхания нет жизни, дыхание - поставщик энергии.

Можно считать, что использование димерных катехинов для дыхания - проявление еще одного альтернативного пути в поддержании жизненного тонуса растительных клеток. Другими словами, при попадании в неблагоприятные условия клетки растительных органов и тканей (в данном случае - яблок) стремятся максимально использовать свои возможности для сохранения жизни. Катехины, как мы видим, активно помогают им реализовать эти возможности.

Словом, эти флавоноиды принимают активное участие в жизни растительного организма - и образуются, и используются они в наиболее важных жизненных центрах клеток.

Где же обнаруживаются обычно катехины в пределах растительной ткани? Л. И. Вигоров (1968) отмечал, что в яблоках, например, основная масса катехинов сосредоточивается в обкладочных клетках, вокруг жилок сосудисто-волокнистых пучков, в тонком слое мякоти, примыкающем непосредственно к кожице (в так называемой хлоренхиме), где сосредоточены хлоропласты, улавливающие энергию солнца для фотосинтеза. Короче говоря, катехины яблок обнаруживаются всегда там, где наиболее оживленно протекают основные жизненные процессы. Даже факт образования сложного комплекса катехинов - дубильных веществ - рассматривается в настоящее время как проявление активной жизненной функции у растительного организма. Дубильные вещества подвержены постоянным изменениям в количественном и качественном отношении: они распадаются на более простые составные части, которые вовлекаются в обмен веществ, и вновь синтезируются в отдельные периоды жизни растительного организма (В. М. Глезин, 1963). По наблюдениям Л. В. Поляковой (1973, 1974), у лиственницы сибирской наибольшее количество D-катехина и L-эпикатехина всегда обнаруживается в коре верхней части дерева, приближенной к кроне, а также на внутренней ее стороне, непосредственно примыкающей к клеткам камбия (быстро делящиеся клетки, благодаря чему дерево растет в толщину), т. е. в наиболее активных "центрах" растущего дерева. В коре лиственницы катехины накапливаются при условии хорошей освещенности деревьев, при наличии достаточного количества тепла и влаги. Засушливые же условия приводят к заметному снижению уровня этих флавоноидов.

Таким образом, только в условиях хорошей жизнеобеспеченности растений нормально функционируют процессы образования и использования катехинов. У чайного растения, например, они больше накапливаются (с одновременным повышением урожая листа), если на фоне фосфора и калия в почву вносились азотные удобрения (К. М. Джемухадзе, Т. С. Мгалоблишвили, 1966). Усиливается образование дубильных веществ и отдельных катехинов при поражении растений вирусными, грибковыми и бактериальными заболеваниями, в чем проявляется их защитная роль при поражении всевозможными инфекциями.

На способности молекул катехинов объединяться попарно в димеры основана современная технология чайного производства. Исследованиями А. Л. Курсанова, М. Н. Запрометова, М. А. Бокучава, К. М. Джемухадзе и других авторов установлено, что все внутренние биохимические процессы, протекающие в чайном листе при так называемой ферментации его на чайных фабриках, являются не чем иным, как окислительной конденсацией катехинов.

Чайный лист после сбора поступает на фабрику, где его завяливают в течение 6-8 часов, затем раздавливают на специальных скручивающих машинах на протяжении 2-3 часов, потом выдерживают от 2 до 5 часов при комнатной температуре в потоке кислорода. Что же происходит с катехинами чайного листа в результате такой обработки?

Под действием ферментов фенолаз, где ведущее место принадлежит полифенолоксидазе, катехины энергично окисляются, образуя массу димеров. В зависимости от продолжительности отдельных этапов ферментации и некоторых других факторов окисление катехинов может проходить до образования продуктов с различной степенью окисленности. В результате чайный танин, первоначально горький, постепенно теряет горечь и приобретает приятный, немного терпкий, но мягкий вкус. Образовавшиеся в огромном количестве красные и коричневые продукты окисления катехинов и других сопутствующих веществ придают чайному листу коричневый цвет (рис. 14). Настой из него имеет слегка вяжущий вкус и хорошо знакомый нам "чайный" аромат. Исследованиями М. А. Бокучава с сотрудниками было установлено, что в формировании аромата чая важное значение имеет взаимодействие катехинов с аминокислотами, в результате чего образуются альдегиды. Совместно с другими веществами чайного листа (флавонолами, летучими веществами, эфирным маслом и др.) они придают характерный для напитка аромат и вкус (букет черного чая).

Рис. 14. Изменение цвета чайного листа в результате окисления катехинов (по М. А. Бокучава)

Окисление комплекса катехинов, как доказали А. Л. Курсанов и М. Н. Запрометов, отличается от окисления каждого катехина в отдельности. В сложной смеси этих веществ при ферментации чайного листа значительно усиливаются так называемые вторичные реакции, в результате которых весь комплекс подвергается более глубокому окислению. Эти реакции осуществляются благодаря наличию L-эпикатехина и L-эпикатехингаллата, которые выступают в роли дополнительных ускорителей процесса ферментации. Своим присутствием они как бы заменяют действие ферментов, помогают чайному листу приобретать так полюбившийся нам приятный вкус и аромат чайного напитка.

Окислительная конденсация катехинов протекает не только в чайном листе. У яблок этот процесс люди наблюдали давно, только ничего не знали о сущности этого явления. Кто не видел, как некоторые яблоки на изломе приобретают бурую окраску, причем довольно быстро? Еще до недавнего времени в учебниках можно было встретить такое объяснение этому факту: в буреющих на воздухе яблоках содержится много железа. Это мнение глубоко укоренилось даже среди специалистов-технологов. На самом же деле яблоки буреют не от присутствия железа, а от окисления катехинов, которые под действием фермента полифенолоксидазы (ПФО) подвергаются глубоким превращениям, вплоть до образования коричневых флобафенов (от греческих "флокс" - пламя, "бафе" - окраска). В естественном состоянии клеток фермент и катехины пространственно разобщены, при разрыве же клеточных стенок (излом или разрез яблока) эти вещества соприкасаются, что ведет к окислению катехинов. Л. И. Вигоров (1964) указывал, что это явление характерно в особенности для мелкоплодных яблок, мякоть которых богата катехинами и ПФО. Он назвал возможные причины отсутствия побурения при нарушении целости яблока. Так, оно не наблюдается, во-первых, из-за незначительного содержания катехинов в мякоти; во-вторых, вследствие слабой активности ПФО; в-третьих, при сравнительно высоком содержании аскорбиновой кислоты, которая частично принимает на себя действие окислительных ферментов, превращаясь в дегидроаскорбиновую кислоту; в-четвертых, из-за неблагоприятных условий для деятельности ПФО ввиду наличия органических кислот в соке, которые "сдерживают" работу фермента.

В результате "лавинного" побурения мякоти, т. е. быстрого и массового образования флобафенов в яблоках, катехины могут почти целиком исчезнуть. Такой процесс особенно характерен при механических повреждениях мякоти, перезревании плодов, хранении яблок в подвале и т. д. Все эти факторы приводят к постепенному разрушению клеток, и фермент ПФО из цитоплазмы, где он обычно сосредоточен, свободно смешивается с клеточным соком, в котором растворены катехины.

Как же получить яблочный сок, не потеряв значительной части природных катехинов, если всякое механическое повреждение яблок сопряжено с окислением этих веществ? Л. И. Вигоров (1968) на основании многолетних кропотливых исследований рекомендовал отбирать плоды тех сортов, в мякоти которых достаточно высокое содержание простых (мономерных) катехинов сочетается со слабой активностью фермента полифенолоксидазы. Из уральских яблок такими качествами, например, обладают сорта Уралец, Октябрьское и некоторые другие. Ряд сортов (Луковка, Авангард и др.) накапливает катехины, устойчивые к окислению, а поэтому почти не теряет их в отличие от сортов, катехины которых почти полностью подвергаются окислительной конденсации (например, Китайка сахарная, Любимец).

Заметим, что с точки зрения химической все молекулы катехинов обладают невысокой устойчивостью, т. е. не существует устойчивых и неустойчивых катехинов. Но в клетках яблок (как и в других растительных тканях), где присутствуют вещества, препятствующие разрушению катехинов (витамин С, различные органические кислоты и др.), одни и те же катехины "ведут себя" неодинаково: некоторые из них обладают большей устойчивостью, некоторые - меньшей. Поэтому употребляемые нами термины "устойчивые катехины" и "неустойчивые катехины" следует понимать с большой долей условности. Они лишь верно отражают суть дела с точки зрения биологической, но отнюдь не химической.

Побурение яблок вследствие окисления катехинов - процесс довольно сложный. В. Ф. Демьянец и Г. М. Рыбак (1974) указывают, что он сопровождается в ряде случаев окислением еще одного фенольного соединения - хлорогеновой кислоты (о ней мы уже говорили выше) и протекает параллельно со скоростью падения ее количества и одновременного накопления конденсированных катехинов.

Каким же способом выявить сорта яблок с "устойчивыми" к окислению катехинами? Л. И. Вигоров предложил простой метод, заключающийся в следующем.

Из свежих яблок отжимается сок и выдерживается в течение суток на воздухе. В зависимости от интенсивности образования флобафенов (а следовательно, и степени разрушения катехинов) сок приобретает различную окраску. Если она черно-коричневая, то это свидетельствует о значительном окислении катехинов. Если же сок имеет бледно-желтый цвет или же почти бесцветен, то такие яблоки унаследовали свойство слабо окислять свои катехины. Окраска сока в желто-коричневый цвет указывает на "среднюю" окисляемость катехинов. Разумеется, для более точных сведений необходимо лабораторное определение количества хлорогеновой кислоты, активности фермента полифенолоксидазы.

На способности катехинов противостоять действию фермента ПФО основано использование их для повышения устойчивости антоцианов. Это особенно важно для сохранения красного цвета в продуктах переработки столовой свеклы. М. А. Бокучава и Г. Н. Пруидзе (1970) установили, что незначительная добавка препарата катехинов (40 мг в 1 л воды на 0,5 мг кашицы свеклы) полностью устраняет деятельность фермента и сохраняет антоцианы свеклы от разрушительного его действия как в обычных условиях, так и при повышенной температуре.

Природные катехины, таким образом, помогают сохранить продукт и позволяют заменить использовавшиеся ранее в этих целях некоторые синтетические красители, небезвредные для организма человека (например, амарант). При этом одновременно повышается Р-витаминная ценность продукта.

Как уже говорилось ранее, катехины проявляют высокую биологическую активность в организме человека и животных. Важную роль в установлении этой активности на примере чайного растения сыграли исследования Андрея Львовича Курсанова с сотрудниками. За эти работы он получил два авторских свидетельства на изобретения (1952 и 1958 гг.), а также Диплом на открытие (1961 г.). Дальнейшими исследованиями (А. Л. Курсанов, М. Н. Запрометов, В. Н. Букин, К. Л. Поволоцкая, Н. Н. Ерофеева) было установлено, что катехины по своему Р-витаминному действию превосходят все применявшиеся ранее препараты аналогичного назначения. Наиболее активным компонентом этих флавоноидов, выделенных из чайного листа, оказался эпикатехин. На основании клинических испытаний А. Л. Курсанов и М. Н. Запрометов разработали технологию получения Р-витаминного препарата катехинов из отходов чайного производства. По этой технологии с 1954 г. на Щелковском витаминном заводе был начат выпуск комплекса чайных катехинов. В виде таблеток эти флавоноиды затем начали производить совместно с аскорбиновой кислотой. С витамином С выпускается сейчас и другой препарат - аскорутин (аскорбиновая кислота + рутин, относящийся к флавонолам. О флавонолах речь будет идти дальше).

Чайный куст - первое растение, в котором было обстоятельно изучено образование и накопление катехинов. Из чайного листа в настоящее время вырабатываются различные типы чая, имеющего ценность благодаря содержащимся в нем катехинам. Исследованиями М. А. Бокучава с сотрудниками доказано, что наибольшую Р-витаминную ценность имеет зеленый байховый чай, на втором месте стоит черный байховый, на третьем - зеленый плиточный чай. Промежуточное положение между черным и зеленым чаем по содержанию катехинов занимает красный (оолонг) и желтый чай. Р-витаминное действие чая в целом определяется, как указывает М. А. Бокучава (1958), не общим количеством содержащихся в нем катехинов, а их качественным составом и степенью окисленности. Чем больше в чае неокисленных катехинов (что характерно, как мы видели, и для яблок), тем выше его Р-витаминная активность. Заметим, что в формировании Р-витаминной ценности чайного листа принимают участие также флавонолы и флавоны. Однако о них речь будет идти в следующей главе.

Чайный напиток с его целебными катехинами насколько древний, настолько и молодой. Технология получения чая постоянно совершенствуется и обновляется, загадочный комплекс катехинов его все полнее и полнее раскрывает свои таинства. На ряде чайных фабрик внедрен сейчас новый способ получения черного чая, предложенный Институтом биохимии имени А. Н. Баха АН СССР. Он заключается в неполной сушке листа после операции скручивания (до остаточной влажности 6-10 %), в результате чего в полуфабрикате сохраняется больше катехинов, чем при обработке по обычной, общепринятой технологии. После сушки продукт подвергается воздействию постоянной температуры (50-65 °С) в течение 2-5 часов.

Такая термическая обработка чайного листа, у которого практически не закончилась еще ферментация, обеспечивает значительное сохранение катехинов в готовом продукте, чем улучшается качество чая, повышается его Р-витаминная ценность. В таком чае практически полностью сохраняется весь качественный состав катехинов, характерный для зеленого листа. В количественном отношении черный чай содержит примерно третью часть катехинов, имеющихся в исходном сырье (М. А. Бокучава и др., 1968). Чашка чайного напитка, приготовленного из черного чая, полученного по новой технологии, содержит суточную норму катехинов (около 25 мг). В сухом продукте их содержится от 30 до 70 мг в расчете на 1 г веса. Заметим, что в 1 г обычного черного чая имеются только следы катехинов.

В последние годы специалисты Института биохимии имени А. Н. Баха АН СССР, Всесоюзного НИИ чайной промышленности и Института биохимии АН ГрузССР совместно с научно-производственным объединением "Чайпром" и п/о "Грузия-чай" под руководством профессора М. А. Бокучава разработали технологию производства быстрорастворимого зеленого и черного чая. Сырьем для его получения служат низкосортные листья и формовочный материал, который накапливается при подрезке и формовке кустов. Раньше он просто оставался на плантации и не использовался в чайном производстве, а сейчас нашел применение как источник Р-активных катехинов, содержание которых в одном грамме сухого концентрата достигает от 200 до 400 мг.

Из половины грамма растворимого чая получается стакан напитка с приятным, терпким вкусом. Приготавливается напиток быстро, подобно тому как чашка растворимого кофе.

Чайные катехины вызвали к жизни редчайшую в настоящее время профессию - титестера (от латинских "теа" - чай, "тест" - оценка). Так называются люди, оценивающие цвет, аромат и вкус чайного напитка. Они дают так называемую полевую оценку чая в зависимости от условий его выращивания, погоды, размещения чайных шпалер и т. д. Титестеры - это, как правило, женщины с весьма острым обонянием. Они выпивают большое количество самого разнообразного чая, чтобы дать объективную оценку ему по аромату, вкусу, примерному содержанию Р-активных катехинов. Эти люди годами шлифуют свое профессиональное мастерство, не применяют косметических средств, не употребляют других напитков. Без титестеров не обходится сейчас ни одна чаеразвесочная фабрика.

Чайный лист, этот древний источник чудесного напитка, таит в себе еще много неиспользованных возможностей. Не исключено, что в будущем человек поставит на службу своему здоровью практически все катехины этого растения, напиток из которого так высоко ценил в свое время генерал-лейтенант Корпуса горных инженеров, неутомимый путешественник Егор Петрович Ковалевский.

Заметим, что содержащиеся совместно с катехинами флавонолы и флавоны представляют собой ничтожное меньшинство, поэтому, говоря о ценности чайного листа, мы имеем прежде всего в виду катехиновый комплекс этого растения.

Важное значение для здоровья человека имеют фрукты и ягоды, содержащие достаточное количество катехинов. Л. И. Вигоров подчеркивал, например, что яблоки как источник Р-активных катехинов представляют особую ценность, поскольку катехины их не сопровождаются, как в чае, кофеином и теобромином, способствующими расширению сосудов головного мозга. Несмотря на то что в чае кофеин обнаружен еще в 1827, а теобромин - в 1871 г., потребность в этих алкалоидах организма человека медициной пока не установлена.

В лечебных целях действие катехинов яблок изучалось клинически. К. Н. Пасынкова (1964) приводит результаты амбулаторного лечения больных гипертонической болезнью различного возраста (от 20 до 52 лет) и давности заболевания от 2 до 8 лет.

Больным давали уральские яблоки (Китайка абрикосовая, Вкусное, Филипповка и Ветлужанка) с содержанием катехинов 300-600 мг на 100 г сырого веса. Длительность лечения составляла 10-25 дней, в течение которых больные принимали ежесуточно 400 г яблочного пюре одновременно с остальной пищей. Что же выяснилось?

У 9 из 14 больных уже в конце первой недели лечения артериальное давление крови снижалось до нормы и в таком состоянии оставалось на протяжении месяца после лечения (дальнейшие наблюдения не проводились). Одновременно со снижением кровяного давления исчезали боли в области головы и сердца, улучшался сон, в подавляющем большинстве случаев уменьшалось содержание холестерина в крови. Характерно, что при лечении яблоками ни разу не отмечено возникновение побочных неблагоприятных явлений.

Л. И. Вигоров на I Всесоюзном симпозиуме по фенольным соединениям в декабре 1966 г. указывал, что при использовании в сутки 300 г яблок с высоким содержанием катехинов (в виде компота или варенья) у больных гипертонией нормализовались кровяное давление и протромбиновый индекс быстрее, чем при лечении препаратами папаверином и диуретином. Нормализованное состояние обычно сохранялось дольше, чем при использовании обычных лечебных средств.

Какие же яблоки богаты катехинами?

Л. И. Вигоров (1961) обнаружил, что наибольшим содержанием катехинов отличаются мелкоплодные сорта, в частности Ранет пурпуровый (660 мг*%), Филипповка (550 мг*%), Любимец (400 мг*%), Аниснк омский и Желтое наливное (380 мг*%), Китайка уральская (340 мг*%), Гриднева, Комета, Ударница, Малютка и Пониклое (310-330 мг*%). Из крупноплодных сортов выделяются Ароматно-восковое и Щедрое (340 мг*%), Анисы алый, золотистый и пурпуровый (230-280 мг*%). Меньше катехинов накапливают Белый налив и Папировка (150 мг*%), а также Боровинка обыкновенная (200 мг*%).

По исследованиям лаборатории химии растений Центрального ботанического сада АН БССР (А. А. Чаховский и др., 1976), богаты катехинами, кроме яблони, и другие представители семейства розоцветных, в частности боярышники, о целебном действии плодов которых сообщал еще знаменитый врач древности Диоскорид. Особенно много катехинов накапливают плоды боярышников однопестичного, пятипестичного, колючего, Ливони, Факсона, шамплейского (от 1200 до 1700 мг*% на сырой вес мякоти). В целом содержание катехинов в плодах большинства видов этого растения всегда достаточно высокое и колеблется в пределах 300-800 мг*%.

Широко распространена в Белоруссии рябина обыкновенная. Ее можно встретить в садах и парках, вдоль железных и шоссейных дорог, у подъездов домов. Кто не любовался в начале осени яркими красно-оранжевыми плодами этого одного из самых "песенных" деревьев нашей страны? Ажурная крона, множество щитков с нарядными плодами выделяют рябину из окружающей ее среды. Многие деревья стоят уже без листьев, голые и сиротливые, и на их фоне рябина еще больше привлекает богатством своих красок.

Но не только красотою и нарядностью выделяется рябина. По содержанию Р-активных веществ в плодах она занимает ведущее положение среди плодово-ягодных растений. Из этих веществ главное место принадлежит катехинам, которые представлены в основном наиболее биологически активным L-эпикатехином. В целом на каждые 100 г плодов рябина обыкновенная накапливает от 240 до 370 мг*% катехинов (А. А. Чаховский и др., 1976).

Из дикорастущих ягод лесов Белоруссии, как указывает Г. В. Сенчук (1973), наиболее богата катехинами брусника (434 мг*%). Эти вещества в зрелых ягодах представлены исключительно L-эпикатехингаллатом. До 352 мг*% этих флавоноидов накапливается в зрелой клюкве, до 286 мг*% - в чернике и голубике. Следует отметить, что наиболее физиологически активный L-эпикатехин широко представлен в ягодах черники, голубики и клюквы различной зрелости и совершенно отсутствует в бруснике.

Важным средством сохранения природных Р-активных веществ явилась разработка способов комплексного использования плодово-ягодного сырья методом купажирования (от французского "купаж" - вмешивание) соков из различных плодов и ягод (Д. К. Шапиро и др., 1965-1972). Тем самым создаются продукты с заранее запрограммированным количеством биологически активных флавоноидов и других полезных для здоровья веществ. Разработанные белорусскими биохимиками купажированные чернично-черносмородиновый и голубично-черносмородиновый соки с сахаром содержат соответственно 86 и 140 мг*% катехинов.

Перспективной оказалась полная или частичная замена воды соками высоковитаминных плодов и ягод при изготовлении различных сиропов. Например, производство компота из ягод красной смородины на черносмородиновом сиропе (вместо воды) позволило довести содержание катехинов в нем до 125 мг*% при сохранении других полезных веществ. По разработанным рецептам выпускаются различные соки, сочетающие в себе наиболее ценные качества исходного сырья. Так, яблочно-черноплоднорябиновый сок сочетает в себе катехиновую ценность яблок и антоциановые достоинства аронии, а рябиново-яблочный сок заключает в себе катехиновые достоинства обоих растений в сочетании с каротином (провитамин Л), флавонолами и флавонами плодов рябины обыкновенной.

Таким образом, индийская акация катеху, из древесины которой был получен впервые сгущенный сок (сок "пегу-катеху") с высоким содержанием катехинов, не только дала название этой группе флавоноидов. Она послужила толчком к довольно плодотворным поискам катехинов в других растениях и плодах, в результате чего установлена была "катехиновая" сущность чайного листа, а также различных сортов яблок.

Катехины яблок, так долго остававшиеся вне поля зрения селекционеров, усилиями сотрудников лаборатории биологически активных веществ плодов и ягод Уральского лесотехнического института во главе с профессором Л. И. Вигоровым постепенно начинают занимать причитающееся им по праву почетное место в профилактике ряда недугов.

Мы многое сейчас знаем о катехинах чая и плодово-ягодных растений. Не исключено, что в ближайшем будущем мы узнаем о них еще больше. Возможно, загадочный комплекс катехинов откроет нам еще не одну свою тайну, особенно среди фруктовых растений. "Фрукты - это величайшие защитники нашего здоровья, - писал Леонид Иванович Вигоров. - Несомненно, что они будут занимать все более видное место в числе основных мероприятий по предупреждению различных заболеваний".