Аннотация
Йерба Мате - тонизирующий напиток из листьев падуба парагвайского (Ilex paraguariensis). Его употребление является неотъемлемой частью культуры Южной Америки. Коренное население испокон веков употребляло его как социальный и лечебный напиток. Было доказано, что Йерба Мате снижает уровень холестерина, защищает печень, стимулирует центральную нервную систему, улучшает работу почек и благотворно влияет на сердечно-сосудистую систему, также используется для снижения веса и лечения ожирения.
Йерба Мате защищает ДНК от окисления, обладает высокой антиоксидантной активностью, связан как с профилактикой, так и лечением рака.
Йерба Мате завоевал общественное внимание за пределами Южной Америки, а именно в Соединенных Штатах и Европе.
Этот обзор представляет исследования по использованию, биохимии, биологической активности, влиянию на здоровье и некоторые технологические аспекты обработки Йерба Мате. Кроме того, в нем кратко и всесторонне оценивается потенциал Ilex paraguariensis как источника биологических соединений для нутрицевтической промышленности.
Вступление
Йерба мате – напиток, имеющий свою культуру приготовления. Пьют мате особым способом, многократно проливая просушенные листья йерба большим количеством воды и извлекая полученный водный экстракт через бомбижью (трубочку). По-научному этот способ называется перколяция.
Однако в Соединенных Штатах для успешной продажи Йерба Мате упаковывают в отдельные чайные пакетики (от 1 до 2 г) или производят в виде концентрата для использования в качестве ингредиента в пищевой промышленности или производстве пищевых добавок.
Учитывая важность растущего потребления Йерба Мате и продуктов, его содержащих, цель этого обзора - собрать и всесторонне проанализировать обновленную научную информацию о Йерба Мате, включая ее состав, физиологические эффекты и потенциальные последствия для здоровья. Кроме того, этот обзор надеется на дальнейшее стимулирование использования чая Йерба Мате в качестве нутрицевтического ингредиента. Эти обобщенные знания могут стать центральным ресурсом для будущих исследований Йерба Мате. В последнее время Мате широко рекламировался из-за его пользы для здоровья.
В научной литературе сообщается, что Йерба Мате является гипохолестеринемическим, гепатопротекторным, стимулятором центральной нервной системы, мочегонным и антиоксидантным. Он также оказывает лечебные свойства для сердечно-сосудистую систему, защищает от окисления ДНК и липопротеины низкой плотности (in vitro) — от перекисного окисления. Некоторые исследования также показали его потенциал в лечении ожирения. В Йерба Мате были обнаружены многочисленные активные фитохимические вещества, которые обуславливают его пользу для здоровья. Среди них двумя первостепенными соединениями являются полифенолы (хлорогеновая кислота) и ксантины (кофеин и теобромин), за которыми следуют пуриновые алкалоиды (кофеиновая кислота, 3,4- и 3,5-дикаффеоилхиновые кислоты), флавоноиды (кверцетин, кемпферол и рутин), аминокислоты, минералы (P, Fe и Ca) и витамины (C, B1 и B2). Было показано, что Мате не только содержит высокие концентрации биологически активных соединений, но также цитотоксичен для клеток рака печени человека (HepG2) и может действовать как каталитический ингибитор топоизомеразы II.
Этноботаника и ботаническое описание
Ilex paraguariensis, из семейства священных растений, Aquifoliaceae, это южноамериканское дерево, используемое для производства Йерба Мате. Оно встречается преимущественно в южных регионах Южной Америки, а именно Бразилии (Мату-Гросу-ду-Сул, Минас-Жерайс, Парана, Риу-Гранди-ду-Сул, Рио-де-Жанейро, Санта-Катарина, Сан-Паулу), Аргентины (Корриентес, Мисьонес), Парагвая (Альто-Парана, Амамбай, Канендиу, Центральный, Гуайра, Итапуа, Мисьонес, Сан-Педро) и Уругвая (по оценке USDA, ARS, Национальная программа по генетическим ресурсам 2007). Рисунок 1А показывает основные регионы, где растет Мате. На рисунке 1В показана фотография растения Мате.*
* Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Ilex paraguariensis - это субтропическое двудомное вечнозеленое дерево, которое может достигать 18 м в высоту. Дерево Мате - это растение, производящее цветы и фрукты, цветущее с октября по ноябрь и плодоносящее с марта по июнь. Растение Мате требует строгого режима годового количества осадков как в количестве, не менее 1200 мм, так и в распределении в течение всего года. Зато оно гораздо менее чувствительно к температуре, будучи способным выдерживать температуру до - 6 °C, со средней годовой температурой от 21 до 22 °C. Оно также способно выдерживать частые снегопады, которые характерны для горных районов, в которых оно обитает.
Выращивание и заготовка Мате не является единообразной процедурой и производится различными методами в зависимости от региона. Есть три основных способа выращивания и сбора урожая - это (1) добывающая эксплуатация естественного леса, (2) смешанная система и (3) культивируемые плантации Мате.
Добывающая эксплуатация естественного леса использует дикую заготовку Мате из леса и является наиболее неопределенным из трех методов, основанных на качестве и количестве.
Второй метод, смешанная система, сочетает в себе естественный рост леса с лучшими методами культивирования, включая пересадку растений по мере их потери и улучшенные методы обрезки. Эта практика дает более высокие темпы производства для выращивания натуральных лесных продуктов. Как естественная лесная заготовка, так и смешанная система выращивания в основном встречаются в Бразилии.
Культивирование плантаций Мате, считающееся наиболее эффективным способом производства, началось в Аргентине с 1915 года. Этот метод повышает как урожайность, так и эффективность сбора урожая, позволяя выращивать больше растений на единицу площади и использовать механическую уборку, которая компенсирует более высокие затраты на выращивание.
Обработка Йерба Мате
Йерба Мате не потребляется в сыром виде, а обрабатывается до того, как попадает к потребителю. Свежие листья Мате проходят несколько стадий обработки, прежде чем они будут готовы к упаковке. На рисунке 2А* показана типичная технологическая схема приготовления Мате. На рисунке 2В* показан процесс производства зеленого и черного чая. В черном чае фермент полифенолоксидаза может окислять полифенолы с образованием димеризованных соединений, то есть катехинов до теафлавинов.
* Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Обработка включает в себя завяливание, сушку с нагреванием, иногда - прожаривание и окончательную просушку. Процессоры могут варьироваться по времени и температуре прожаривания и сушки. Далее следует натуральная длительная выдержка в мешках в огромных ангарах со специальной системой естественной вентиляции. Период выдержки важен для получения по настоящему качественного продукта и длится от 9 до 36 месяцев. Только так Йерба Мате приобретает свой особый аромат и незабываемый, насыщенный вкус. Условия обработки широко варьируются в зависимости от желания производителя получить тот или иной вкус и аромат чая Мате. При промышленной заготовке процесс выдержки ускорен от 2-3-х дней до 3 месяцев. После всех процессов сушки и выдержки следует конечное измельчение в специальных жерновах (молиенда). Мате может быть перемолото на мелкие или крупные фракции, что зависит от потребностей производителя марки.
Мате проходит очень быструю ферментацию и процесс прожаривания, которая дезактивирует фермент полифенолоксидазу. Разница в процессе прожаривания, состоит в том, что листья зеленого чая пропаривают или жарят на специальной сковороде, а листья Йерба Мате быстро нагревают на открытом огне. Этот процесс прожаривания отличается и от процесса производства черного чая; листья для которого могут завяливаться, ферментироваться и не прожариваться перед сушкой. В черном чае фермент полифенолоксидаза может окислять полифенолы с образованием теафлавинов из катехинов.
Основное различие между производством зеленого чая и Мате заключается в способе сушки. Зеленый чай сушится в основном за счет быстрой, высокотемпературной сушки на воздухе, которая сохраняет больше характеристик свежего листа, а также усиливает характерные вкусовые и ароматические соединения. Мате сушат очень медленно и часто используют древесный дым. Это придает очень разные вкусовые характеристики и способствует изменению химического состава, и физического облика. Еще одним важным отличием Мате от зеленого чая является наличие стеблей в конечном продукте. При производстве зеленого чая удаляют все крупные стебли перед измельчением, а Мате, в зависимости от производителя, как правило, имеет высокое содержание кусочков стебля.
Фитохимия Йерба Мате
Полифенолы
Полифенолы представляют собой класс соединений, содержащих бензольное кольцо, связанное с одной или несколькими гидроксильными группами. Эти соединения были проанализированы с помощью ряда методов, включая биосенсор тирозиназы, анализ Folin Ciocalteu и высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ). С помощью этих анализов было показано, что разнообразие Йерба Мате, степень помола и смешивание с другими чаями определяют концентрацию полифенолов, извлеченных в настой.
В среднем количество полифенолов, экстрагируемых из чая Мате, составляет 92 мг эквивалента хлорогеновой кислоты на грамм сухих листьев, при этом смешанные чаи имеют значительно меньшее количество полифенолов. Концентрация полифенолов в Мате также показала сильную корреляцию с его общей антиоксидантной способностью. Мате показал немного более высокую концентрацию полифенолов (7,73±0,15 мг хлорогеновой кислоты/мл водного экстракта), чем зеленый чай (7,15±0,14 мг хлорогеновой кислоты/мл водного экстракта). Это соответствует более высокой антиоксидантной способности Мате (90,45±0,22% ингибирования свободных радикалов), чем зеленого чая (88,36±0,76% ингибирования свободных радикалов), когда использовался метод 1,1-дифенил-2-пикрилгидрила (ДППГ). Кроме того, на количество полифенолов, экстрагируемых из Мате, влияет используемый метод экстракции, то есть вода или органический растворитель, причем 50%-ная ацетоновая экстракция дает наибольшее количество полифенолов.
Полифенольные соединения, содержащиеся в Мате, значительно отличаются от зеленого чая, поскольку Мате содержит высокую концентрацию хлорогеновой кислоты и не содержит катехинов. Таблица 1* показывает разнообразие полифенольных соединений в зеленом чае, черном чае и Мате.
* Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Ксантины
Ксантины представляют собой класс пуриновых алкалоидов, встречающихся во многих различных растениях, включая чай, кофе и шоколад. Ксантины, обнаруженные у Мате, включают теофиллин (1,3-диметилксантин), теобромин (3,7-диметилксантин) и кофеин (1,3,7-триметилксантин). Структурные формулы этих соединений представлены на рисунке 3*.
* Все рисунки и таблицы находятся: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Из этих трех веществ кофеин находится в самой высокой концентрации (от 1% до 2% от сухой массы), затем следует теобромин (от 0,3% до 0,9% от сухой массы). Эти два соединения находятся главным образом в листьях растения и в меньших концентрациях в древесных стеблях, которые часто присутствуют в продукте, а также в эпикутикулярных восках листьев (содержание воска 0,5% от массы сухого листа), с 5,9 до 17,0 нг кофеина на миллиграмм воска и от 0,9 до 3,5 нг теобромина на миллиграмм воска, хотя основные количества этих метилксантинов находятся внутри листьев.
Было установлено, что концентрация кофеина при употреблении потребителем составляет приблизительно 78 мг кофеина в 1 чашке чая мате (примерно 150 мл). По сравнению с кофе (примерно 85 мг на чашку) это очень похожее количество потребления кофеина. Однако обычная норма потребления Мате, приготовленного традиционным способом, может представлять собой потребление около 500 мл настоя, в результате чего общее количество кофеина может составлять 260 мг или более.
В отличие от теобромина и кофеина, теофиллин был обнаружен только в небольших количествах в листьях. Это может быть связано с тем, что теофиллин, по-видимому, является промежуточным звеном в катаболизме кофеина в растении. Считается, что основной путь метаболизма теофиллина включает в себя превращение в 3-метилксантин, который далее деметилируется до ксантина перед входом в пуриновый путь катаболизма и деградирует через ксантин - мочевую кислоту - аллантоин - аллантоиновую кислоту. Было показано, что при радиоактивном маркировании теофиллина метка будет обнаруживаться в кофеине и теобромине через ресинтез кофеина через теофиллин-3-метилксантин-теобромин. Тот факт, что теофиллин было трудно найти в различных тестах в Мате, возможно, объясняется метаболизмом теофиллина в кофеин и теобромин.
Йерба Мате часто продается в виде высушенных измельченных листьев и было высказано предположение, что процесс сушки может значительно повлиять на концентрацию кофеина, а также на цвет и содержание хлорофилла в листьях. Исследовали содержание кофеина и хлорофилла и интенсивность цвета в листьях Йерба Мате после 3-х стадий сушки. 1-я стадия была бланширование sapeco с температурой от 500 до 550 °C в течение 2-4 мин; 2-я и 3-я стадии были стадии сушки barbaqua с температурой около 110 °C. Эти стадии сушки показали резкое снижение концентрации кофеина (30%) и хлорофилла (70-80%), а также уменьшение зеленого цвета. Однако, несмотря на то, что концентрация кофеина в высушенном продукте была ниже, чем в свежих листьях, другие данные показали, что при сушке листьев и использовании их для приготовления настоев Йерба Мате было извлечено значительно больше кофеина и каффеоилхинных кислот, чем при использовании свежих листьев. Такое повышенное извлечение соединений, вероятно, связано с нарушением структуры клеток в процессе сушки. Это также может быть объяснено снижением концентрации влаги в листьях и увеличением растворимых твердых веществ при сушке, что приводит к большему количеству соединений, растворяемых в настое. Были также представлены доказательства того, что время сбора урожая играет определенную роль в концентрации метилксантина, обнаруженного в Мате, в диапазоне от 1 до 10 мг общего количества метилксантина/г в зависимости от времени сбора.
Производные кофеоила
Производные кофеоила, обнаруженные в мате, включают кофейную кислоту, хлорогеновую кислоту, 3,4-, 3,5- и 4,5-дикаффеоилхиновые кислоты. Эти производные кофеоила являются основными компонентами, которые определяют антиоксидантную способность Йерба Мате. На рисунке 4* показана химическая структура хлорогеновой кислоты, 4,5-дикаффоилхиновой кислоты, 3,5-дикаффоилхиновой кислоты и 3,4-дикаффеоилхиновой кислоты. Они были проанализированы двумя различными методами: спектрофометрически (330 Нм) и методом ВЭЖХ, и часто коррелируют с хлорогеновой кислотой в качестве стандарта с концентрацией 6,90±0,09 мг хлорогеновой кислоты/г сухих листьев. Это репрезентативно для 0,48 мг хлорогеновой кислоты/мл и примерно 72 мг в 1 стакане (150 мл) отвара (настоя) Мате, приготовленного из 1,5 г на 50 мл воды. Эти соединения также могут быть идентифицированы индивидуально с помощью ВЭЖХ и в сочетании с жидкостной хроматографией/масс-спектрометрией (LC/MS) с поглощением при 242, 228 и 330 Нм. На рисунке 5* показан хроматографический профиль, полученный нашей группой для идентификации производных кофеоила у Мате (I.paraguariensis).
Очевидно, что крупными составляющими являются хлорогеновая кислота и ее производные, а также 3,4-, 3,5- и 4,5-дикаффеоилхиновые кислоты; хотя специфическая идентичность каждого пика дикаффоилхиновой кислоты не была описана. Этот профиль согласуется с представленными в таблице 2* соединениями относительно концентраций производных кофеоила, обнаруженных в Мате (I.paraguariensis), по сравнению с I.dumosa, I.brevicuspis и I.argentina. Эта таблица показывает, что I.paraguariensis содержит самые высокие концентрации производных кофеоила, в то время как другие виды имеют гораздо более низкие концентрации и варьируют в своих концентрациях дикаффеоилхиновой кислоты. Именно из-за высоких концентраций этих соединений Йерба Мате обладает очень высокой общей антиоксидантной способностью.
*Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Сапонины
Сапонины - это горькие и хорошо растворимые в воде соединения, встречающиеся во многих видах растений. Считается, что они являются одним из главных факторов особого вкуса Мате. Они не только играют роль во вкусе, но им также приписываются противовоспалительные и гипохолестеринемические свойства. Некоторые из этих соединений, а именно тритерпеноидные сапонины с урсоловыми и олеанольными остатками, были выделены из листьев Мате. Первичные идентифицированные сапонины содержали часть урсоловой кислоты и были названы: метасапонины 1, 2, 3, 4 и 5. В таблице 3* показаны первичные сапонины, идентифицированные у Мате (I.paraguariensis), а также сапонины других видов Ilex; включены общие замены R группы. На рис. 6* показана структура агликона общего сапонина, к которому присоединены различные R-группы.
* Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Гипохолестеринемические свойства могут быть связаны с ингибированием сапонинами Мате пассивной диффузии желчной кислоты и образованием мицелл, которые не могут быть абсорбированы и, следовательно, выводятся из организма.
Недавно был разработан метод с использованием ВЭЖХ с ультрафиолетовым детектированием для анализа сапонинов у Мате. Общее извлечение метасапонина 1 составило 94,5%, а общая концентрация сапонинов в водном экстракте из 15 г высушенных листьев в 100 мл воды составила 352 мкг/мл. В то время как основные сапонины в Мате образуются с агликонами урсоловой кислоты, были также идентифицированы 2 минорных сапонина, которые содержат олеаноловую кислоту вместо урсоловой кислоты.
Было показано, что многие сапонины, обнаруженные в видах Ilex, обладают противопаразитарными свойствами, включая метасапонины 1, 3 и 4. Также было подтверждено, что тритерпеноиды, обнаруженные в видах Ilex, являются антитрипаносомными.* Урсоловая кислота и 4,3-O-[α-D-глюкопиранозил-(1-2)-α-D-галактопиранозил] олеаноловая кислота имели IC50 (концентрация полумаксимального ингибирования) 4 мкМ против Trypanosoma brucei. Эти результаты могут привести к изучению использования этих соединений для новых антитрипаносомных препаратов.
*Трипаносомы - род паразитических одноклеточных организмов, которые паразитируют на различных хозяевах и вызывают многие заболевания как у людей (сонная болезнь, болезнь Шагаса), так и у животных
Минералы
Йерба Мате также содержит высокие концентрации неорганических соединений. Минералы алюминий, хром, медь, железо, марганец, никель, калий и цинк представляют особый интерес из-за их важности для обмена веществ и развития человека. Используя капиллярный ионный электрофорез с непрямым ультрафиолетовым детектированием и атомно-абсорбционной спектрофотометрией, эти минералы были идентифицированы в различных концентрациях и могут варьироваться в зависимости от почвы и сезонных факторов.
Используя индуцированную частицами рентгеновскую эмиссию (PIXE), исследовали разные марки Мате до и после заваривания и обнаружили широкий спектр минералов, которые зависят от температуры и объема воды, используемого для настоя. Также обнаружили концентрацию алюминия (369±22 мкг/г) и концентрацию марганца (2223±110 мкг/г): Мате может оказаться хорошим диетическим источником марганца в зависимости от биодоступности. Следует также отметить, что была обнаружена обратная корреляция (коэффициенты корреляции >0,82) между количеством этих минералов, выщелоченных в настой Мате, и концентрацией танина: при более низких концентрациях танина наблюдалось лучшее выщелачивание, за исключением никеля.
В дополнение к полезным элементам в Мате могут также присутствовать и токсичные загрязнители. В 2005 году был разработан метод анализа наличия свинца с использованием ультразвукового распыления, связанного с оптической эмиссионной спектрометрией с индуктивно связанной плазмой (USN-ICP-OES) и пенополиуретаном. Этот метод продемонстрировал процесс обнаружения свинца, который оказался быстрым, точным и надежным и может измерять небольшие концентрации свинца. Концентрации свинца в растворах Мате находились в диапазоне от 7,6 до 8,9 мкг/л. Средняя концентрация свинца в промышленных образцах чая Мате составила 8,1 мкг/л. Допустимое ограничение на содержание свинца в питьевой воде Агентством по охране окружающей среды США (EPA) составляет 15 мкг/л, поэтому уровни, найденные в Мате, значительно ниже уровня для беспокойства (EPA 2003).
Добавки к Йерба Мате
Добавки других видов Ilex могут быть включены в конечный продукт преднамеренно или непреднамеренно. Шесть распространенных видов Ilex, обнаруженных в качестве добавок в Йерба Мате, были протестированы на теобромин, теофиллин и кофеин. Анализируемые виды: I.dumosa, I.pseudobuxus, I.brevicuspis, I.theezans, I.microdonta и I.argentina. Общие результаты показали, что эти виды Ilex практически не содержали ни одного из вышеупомянутых соединений. У I.theezans, I.dumosa, I.microdonta и I.pseudobuxus были обнаружены только следы кофеина. Кроме того, только следы теобромина были обнаружены у I.argentina и I.microdonta. Теофиллин был только количественно обнаружен у I.pseudobuxus при 6 ppm. При использование ВЭЖХ и ЯМР для анализа сортов Ilex кофеин и теобромин были обнаружены только у I.paraguariensis по сравнению с другими видами фальсифицирующих Ilex.
Эти добавки могут быть проблематичными для качества Мате из-за различной концентрации сапонинов в них. Йерба Мате, приготовленный с использованием I. paraguariensis, оказался наименее горьким из всех экстрактов, приготовленных с фальсифицирующими видами. Таким образом, возможно, что добавление фальсифицирующих видов может оказать существенное влияние на горечь напитков Мате. Мало того, что эти растения содержат большие концентрации горьких соединений, но и плоды самого растения I.paraguariensis также содержат очень горькие сапонины. Если эти фрукты включаются в продукты Мате, это приводит к увеличению горечи и снижению общего качества напитка.
Некоторые из этих видов также были проанализированы на предмет концентрации сапонина. Анализ показал, что большинство видов, включая I.buxifolia, I.crenata, I.affinis, I.rotunda, I.brevicuspis, I.argentina и I.integra, имеют саплиновые агликоны, которых нет у I.paraguariensis и I.dumosa; вместо агликонов урсоловой кислоты или олеаноловой кислоты они обладают гидроксиурсоловой кислотой или ее производными. Из различных видов Ilex, I.dumosa является наиболее распространенным фальсификатором и более похож на структуру сапонина I.paraguariensis. Все фальсифицирующие виды, включая I.dumosa, содержали большое количество сапонинов, ни один из которых не был обнаружен у I.paraguariensis. Из-за специфичности сапонинов возможно идентифицировать примеси в Мате на основе концентрации сапонина, а с новыми методами быстрой и точной идентификации примесей это теперь может быть вероятным методом контроля качества продуктов Йерба Мате.
Биологическая активность и воздействие на здоровье
В таблице 4* показан неполный список соединений, которые были идентифицированы в Йерба Мате, и приведены некоторые из наиболее важных зарегистрированных биологических активностей.
* Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Антиоксидантная способность
Было обнаружено, что употребление Мате значительно способствует общему потреблению антиоксидантов и обеспечивает высокое количество производных каффеоилхиновой кислоты с биологическими эффектами, потенциально полезными для здоровья человека. Из всех видов Ilex I. paraguariensis обладает самой высокой антиоксидантной активностью и положительно коррелирует с концентрацией производных кофеоила. Исследование способности Мате гасить активные формы кислорода (АФК) коррелировало с пероксидазоподобной активностью. Эта пероксидазоподобная активность тесно связана с концентрацией полифенолов в Мате: чем выше концентрация полифенолов, тем выше активность, подобная пероксидазе. Это с биологической точки зрения означает, что полифенолы действуют аналогично природным антиоксидантным ферментам и могут оказаться сильными помощниками этих систем. Соединение, которое может быть главным образом ответственным за эту активность, является хлорогеновая кислота.
Экстракт Мате показал, что он является очень мощным ингибитором окислительного стресса, вызванного АФК, в значительной степени для печени и сердца. Сердце подвержено окислительному стрессу во время постишемической реперфузии, возврата кровотока к органу и ткани после сердечного приступа, вызванного образованием АФК. Введение экстракта Мате уменьшало окисление липидов в сердце путем защиты ткани миокарда. Недавние исследования показали, что нитрозативный стресс, реакция супероксидов с закисью азота, образующей пероксинитрит, вызывает нитрование или нитрозилирование белка, перекисное окисление липидов, повреждение ДНК и гибель клеток. Йерба Мате смог предотвратить на 95% нитрование белка при тестировании на бычьем сывороточном альбумине; в этом отношении эффект Мате был сильнее, чем у зеленого чая и красного вина.
Мате также тестировали на цитотоксичность, вызванную пероксинитритом, связанную с ограничением кровоснабжения при инсульте и инфаркте миокарда, Мате показал самое высокое ингибирование цитотоксичности по сравнению с зеленым чаем и красным вином. Йерба Мате также удалось уменьшить гидролиз АТФ, АДФ и АМФ (нуклеотидов), что может помочь сбалансировать систему кровообращения.
Также сообщалось, что гипергликемия является причиной диабетических осложнений, вызванных дикарбонилами, участвующими в образовании конечных продуктов гликирования (КПГ), которые могут быть одним из факторов старения и развития осложнений, таких как диабет, атеросклероз, хроническая болезнь почек и болезнь Альцгеймера. Окисление связано с гликированием, а экстракты Йерба Мате демонстрируют дозозависимое ингибирование действия дикарбонила.
Экстракты Мате значительно ингибируют ферментативное и неферментативное перекисное окисление липидов в микросомах печени крысы, а также являются эффективным поглотителем супероксидов. Предполагается, что вызванное свободными радикалами окисление липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) играет роль в атеросклерозе. Было показано, что Мате ингибирует распространение окисления ЛПНП, ингибируя перекисное окисление липидов, а также окисление ДНК. Было показано, что этот механизм возможен in vitro; тем не менее, до сих пор идет дискуссия о том, возможно ли это in vivo. Данные также показывают, что Мате обладает гораздо более высокой антиоксидантной способностью, чем зеленый чай, - 13,1 и 9,1 нмоль эквивалента Trolox антиоксидантной способности (TEAC)/мкг эквивалента галловой кислоты соответственно.
Управление весом и ожирением
Ожирение вызывает все большую озабоченность во многих странах, и текущие исследования во многих областях направлены на поиск новых путей сдерживания этой эпидемии. Было показано, что Йерба Мате имеет возможные эффекты в области снижения веса и управления им и текущие исследования предоставили некоторые подтверждающие доказательства.
Тучные мужчины и женщины, потребляющие Мате, показали снижение дыхательного коэффициента, что указывает на увеличение окисления жира. Травяной настой, приготовленный из Мате, гуараны и дамианы, показал резкое замедление опорожнения желудка, а также уменьшение воспринимаемого времени для наполнения желудка, тем самым ускоряя насыщение. За этим также последовало резкое снижение веса через 45 дней у пациентов с избыточной массой тела. Мате показал свой потенциал в потере веса и в настоящее время рассматривается в качестве пищевой добавки. Добавление таких ингредиентов, как Мате, гуарана и дамиана в пищевые добавки показало свою эффективность в снижении массы тела.
В рандомизированном двойном слепом плацебо-контролируемом клиническом исследовании Мате давали в виде добавки, которая также содержала зеленый чай, спаржу, черный чай, гуарану и экстракты фасоли. Результаты этого исследования показали, что те, кто принимал эту добавку, имели снижение жировых отложений и изменение своих индексов состава тела. Было упомянуто, что влияние Мате на потерю веса, хотя это прямо и не известно, может быть связано с концентрацией в нем кофеина, способствующей липолитической активности или концентрацией сапонина, мешающей метаболизму холестерина и задержке кишечной абсорбции пищевого жира.
Чай Мате может также влиять на другие аспекты липидного обмена. Он обладает способностью ингибировать атеросклероз у кроликов при скармливании им диеты с высоким содержанием холестерина и водного экстракта Мате. Введение экстрактов Мате крысам с гиперхолестеринемической диетой приводило к снижению концентрации холестерина и триглицеридов в сыворотке крови. Мате также показал свой потенциал в качестве помощи пищеварению благодаря желчегонному эффекту, увеличивающему скорость оттока желчи.
Одно исследование также продемонстрировало, что Мате способен к вазорелаксации артериального русла у крыс. Таким образом, предполагают, что Мате может быть способен снизить риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, как, полагают, это делает красное вино.
Генотоксическая и мутагенная активность
Существует мало данных о токсичности Мате, а стандартные анализы in vitro противоречивы. В одном исследовании экстракты Мате показали генотоксичность в бактериальных клетках за счет индукции функций, которые регулируют ответы на повреждение ДНК и нарушения в репликации ДНК, и мутагенных в отношении Salmonella typhimurium. Результаты теста Эймса показали мутагенную активность в концентрациях от 20 до 50 мг водного экстракта/пластинки и генотоксичность в концентрациях от 10 до 20 мг водного экстракта/пластинки. Однако, когда в анализ были добавлены микросомальная фракция S9, каталаза, тиомочевина или дипиридил, генотоксическая активность Мате была нейтрализована, что позволяет предположить, что реагирующие с кислородом виды являются факторами, ответственными за генотоксичность. Результаты этих испытаний in vitro не были подтверждены на экспериментальных животных или исследованиях на людях.
Связь Йерба Мате с канцерогенезом
Профилактика рака in vitro и эксперименты на животных показали защитный эффект Мате против рака. Было проведено несколько исследований противоопухолевых свойств Мате, и были проведены сравнения с другими чаями, такими, как зеленый чай, который, как считается, обладает высоким противоопухолевым потенциалом.
Тесты, проведенные на химиопрофилактическую активность in vitro, включали цитотоксичность, TPA-индуцированную активность орнитиндекарбоксилазы (ODC), хинонредуктазу (QR) с использованием клеток HepG2 и ингибирующую активность топоизомеразы с использованием Saccharomyces cereviseae. Эти тесты имеют особое значение, поскольку цитотоксичность тесно связана с противораковой активностью. ODC является промотором роста опухоли, и опухолевые клетки часто содержат высокие концентрации ODC. QR является еще одним методом скрининга противораковой активности, а топоизомераза необходима для митоза: раковые клетки показывают более высокие концентрации топоизомеразы II (Topo II), чем нормальные клетки из-за высокой скорости деления клеток. Показано, что Йерба Мате обладает самой высокой цитотоксичностью в отношении раковых клеток печени человека по сравнению с зеленым чаем, значение IC50 составляет 12,01 г экв.(+)катехин/мл для Мате по сравнению с 72 г экв.(+)катехин/мл для зеленого чая. В таблице 5* показаны концентрации чая, необходимые для различных ингибирующих активностей на клетках HepG2.
* Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Активность антитопоизомеразы II человека была значительной и показала 65%-ное ингибирование по сравнению с 15%-ным для зеленого чая. Ингибирование каталитической топоизомеразы, однако, происходило только на Topo II, а не на топоизомеразе I (Topo I). Исследование in vitro по поводу рака полости рта показало, что концентрации Йерба Мате, превышающие 375 мкг твердого экстракта/мл, полностью ингибируют рост раковых клеток. Мате показал, что он является сильным ингибитором Topo II и, таким образом, демонстрирует значительное ингибирование роста раковых клеток даже при низких концентрациях.
Ингибиторы протеасом являются важным аспектом исследований рака. Было показано, что соединение эпигаллокатехин галлат (EGCG), содержащееся в зеленом чае, ингибирует протеасомы. Аналогичным образом в Мате были идентифицированы соединения, которые демонстрируют ингибирование протеасом. Идентифицированными соединениями были: 3,5- и 3,4-дикаффоилхиновые кислоты (3,5-DCQ и 3,4-DCQ) и 5-кофеоилхиновая кислота (5-CQ), которые действуют путем ингибирования химотрипсина - подобно активности очищенной 20S протеасомы и 26S протеасомы в экстрактах клеточной линии Jurkat (человек, Т-лимфобластная лейкемия). Среди всех этих соединений наибольшую ингибирующую способность проявлял 3,5-DCQ. Считается, что он действует аналогично EGCG из-за своей аналогичной структуры.
Другие соединения, обнаруженные в Мате, также были изучены на предмет их химиопревентивных свойств. Рутин и кверцетин - это два препарата, которые проявляют отчетливую цитотоксичность по отношению к клеткам HepG2. Хотя эти соединения встречаются в Мате в небольших концентрациях, они показывают разнообразие флавоноидов, присутствующих в Мате, которые способствуют его противораковому потенциалу.
Технологические Соображения
Вкус и аромат
Потребительские предпочтения и восприятия являются ключевыми атрибутами любого пищевого продукта, и то же самое можно сказать о Йерба Мате. Движущая сила продаж и выбора бренда, а также предпочтения потребителей к брендам Мате в значительной степени обусловлены запахом и вкусовыми качествами. Как правило, сенсорные панели* делают анализ этих характеристик; однако это дорого и зависит от восприимчивости участников группы.
* Сенсорная панель - это группа людей, обученных различать и оценивать все аспекты вкуса, аромата и текстуры пищевых продуктов. Эти сенсорные судьи выступают в качестве измерительных инструментов.
Поэтому необходим автоматизированный метод определения аромата: использование электронного носа (электронного прибора, предназначенного для определения запахов), который может различать ароматические характеристики Мате и результаты которого коррелирует с таковыми у подготовленных участников сенсорные панели. При использовании сенсорных панелей необходимо создать ключевые термины для определения вкуса, аромата и внешнего вида продуктов Йерба Мате. Дескрипторы этих характеристик, которые показали дифференциацию продуктов, показаны в таблице 8**.
Участники потребительской дискуссии также были использованы для проверки горечи. Было показано, что существует прямая корреляция между предпочтениями потребителя в отношении вкуса и аромата и внешним видом продукта.
Ароматические соединения, обнаруженные в Мате, также были охарактеризованы с помощью газовой хроматографии/масс-спектрометрии; хотя они и не коррелируют с сенсорным анализом, они показывают химический состав летучих компонентов Мате. Было показано, что Мате содержит более 250 компонентов, многие из которых аналогичны зеленому чаю. Однако был идентифицирован ряд отдельных компонентов, а именно 2-бутокси-этанол (в высоких концентрациях) и 3,3,5-триметилциклогексанон-родственные соединения. Среди 196 летучих химических соединений, обнаруженных в Йерба Мате, только 144 присутствуют в зеленом чае.
Настои Мате могут быть сделаны из зеленого Мате, высушенных молотых листьев или жареного зеленого Мате, где высушенные листья дополнительно обжариваются для усиления вкуса. Было показано, что процесс обжарки оказывает сильное влияние на вкус и аромат чая. Многочисленные исследования были проведены для изучения летучих соединений, найденных в Мате. Жареный Мате показал более высокие концентрации фуранов, пиразинов и пирролов по сравнению с зеленым Мате, вероятно, из-за реакции Майяра (реакции Майяра это, по сути, горение белка вместе с углеводом или жиром). В результате в самом продукте появляются меланины (продукт темнеет или краснеет), а в воздух выделяются летучие ароматические вещества. Когда исследовали экстракты эфирных масел из зеленого и жареного Мате, то обнаружили, что в жареном Мате содержится значительно меньше соединений, ответственных за зелено-цветочный аромат, то есть лимонен, которые является характеристиками зеленого Мате. Также обнаружили увеличение таких соединений, как метилфурфурол и фурфурол, которые могут быть ответственны за дымные характеристики жареного Мате. В таблице 9** показаны летучие соединения, обнаруженные в зеленом и жареном чае Мате, по сравнению с черным чаем, идентифицированные с помощью анализа аромата с использованием испарения ароматизатора и экстракции растворителем (SAFE-SE).
Использовали три различных метода для определения летучих ароматических соединений, присутствующих в Мате. (1) Анализ SAFE-SE выявил наибольшее количество соединений с (2) последующим выделением адсорбционной колонки с анализом разведения ароматического экстракта (ACE-AEDA) и (3) динамическим анализом разведения в свободном пространстве (DHDA), который выявил аналогичное количество соединений. Однако каждый метод идентифицировал соединения, которые не были идентифицированы другим методом. Поэтому рекомендуется использовать несколько методов для анализа летучих ароматических соединений. В таблице 10** представлены основные ароматические соединения и их характерные запахи, идентифицированные с помощью трех различных методов для одного вида Йерба Мате.
** Все рисунки и таблицы по ссылке https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2007.00535.x
Одной из определяющих характеристик Мате является восприятие горечи. Эту характеристику можно отнести к кофеину, а также к танинам и сапонинам. Следует отметить, что присутствие стеблей, часто встречающихся у большинства сортов Мате, может значительно снизить концентрацию горечи по сравнению с теми сортами, у которых нет стеблей.
Экстракция соединений из Мате
Хотя Мате в основном употребляется в виде напитка, приготовленного путем заваривания листьев растения в горячей (60-80°C) воде, высокие концентрации в нем полезных соединений делают его интересным объектом для извлечения и очистки этих соединений для использования в нутрицевтической промышленности.
Было показано, что использование ультразвукового анализа эффективно устраняет высокие концентрации кофеина и теобромина из Мате. Однако на этот метод влияет полярность растворителя, а также время экстракции и отношение массы растворителя к массе образца. Метод ультразвукового анализа также требует использования органических растворителей, метанола и гексана, что может быть затруднительно, когда экстракты используются для потребления человеком.
Из-за этого сверхкритическая экстракция двуокисью углерода (CO2) представляется более перспективным методом для достижения целей экстракции. При использовании сверхкритической экстракции CO2 концентрация извлеченных метилксантинов значительно выше по сравнению с другими методами экстракции. Было исследовано использование сверхкритической экстракции CO2 и установлено, что она является эффективным методом экстракции кофеина с выходом 98% всего кофеина. Этот метод также показал, что можно извлечь теобромин. Было также показано, что сверхкритическая экстракция CO2 имеет более высокое сродство к кофеину, чем теобромин. Когда этанол также используется в экстракции, эффективность экстракции повышается за счет снижения потребности в растворителе и энергии. Сверхкритическая экстракция CO2 в настоящее время используется для анализа образцов Мате в качестве определения качественных различий. Образцы Мате были протестированы с использованием сверхкритической экстракции CO2 для изучения изменений концентраций кофеина, теобромина, фитола, витамина Е, сквалена и стигмастерола из-за различий в освещенности, способе сушки и возрасте листьев. Полученные данные показали, что при защите продуктов от света наблюдалось резкое увеличение концентрации кофеина, теобромина, фитола, а также стероидного стигмастерола, особенно кофеина и теобромина, примерно в 3 раза выше. Световое воздействие, по-видимому, не оказывает никакого влияния на концентрацию витамина Е.
Возраст листьев играл определенную роль в количестве всех соединений: более молодые листья демонстрировали самые высокие концентрации всех соединений. При использовании альтернативных методов сушки на воздухе СВЧ-сушка позволяет добиться наибольшего удержания соединений по сравнению с вакуумной сушкой. Эти выводы имеют важное значение, поскольку они показывают, что световые условия во время выращивания, возраст листьев и способ сушки могут играть определенную роль в составе Мате, и это было бы важно при выборе продуктов для экстракции для получении высококачественного экстракта.
Заключительные соображения
В Йерба Мате содержатся биологические соединения, которые практически не встречаются в чае. Например, ксантины, теобромин и теофиллин, которые связаны со способностью Мате повышать уровень энергии. Концентрация сапонинов также заслуживает внимания; сапонины вносят вклад во вкус и могут также обуславливать противовоспалительные и гипохолестеринемические свойства, характерные для Мате как лекарственного растения. Следует также отметить, что, хотя Мате содержит много соединений, которых нет в чае, он не содержит катехинов, таких как зеленый чай, и содержит меньше флавоноидов, чем черный чай.
Наиболее значимой биологической активностью Мате является его высокая антиоксидантная способность, которая выше, чем у зеленого чая, который рекламируется как имеющий очень высокую антиоксидантную способность. Эта высокая антиоксидантная способность приписывается и прямо пропорциональна высокой концентрации в Мате полифенолов, а именно производных кофеоила. Из-за высокой биологической активности Мате и высокой концентрации в нем известных активных соединений он является идеальным материалом для экстракции этих соединений для использования в других пищевых продуктах и добавках.
В настоящее время на рынке есть несколько продуктов, которые содержат некоторые производные Мате. Большинство из этих продуктов нацелены на потерю веса, поскольку Мате показал корреляцию с потерей веса и управлением весом. Будущие исследования, вероятно, покажут более точные механизмы действий Мате в этих областях.
Вопреки сообщениям о канцерогенных свойствах Мате, имеются научно обоснованные сообщения о противораковых эффектах. Показано, что Йерба Мате обладает высокой цитотоксичностью для раковых клеток, которая даже выше, чем у зеленого чая. Мате также показал высокую эффективность в ингибировании топоизомеразы II, которая отвечает за деление клеток и за счет ингибирования пролиферации (деления) раковых клеток. Было показано, что раковые клетки полости рта можно полностью ингибировать, обрабатывая их 375 мкг экстракта Мате/мл. Следует также отметить, что, хотя Мате не содержит катехинов, то есть EGCG, у него есть соединения, которые действуют аналогичным образом, такие как 3,5-дикаффоилхиновая кислота. Показано, что это соединение является мощным ингибитором протеасом, сравнимым с EGCG, и в настоящее время исследуется на предмет лечения рака.
Выводы
Йерба Мате употреблялся веками, но он был научно изучен только в последние два десятилетия. Растущий во всем мире интерес к Мате сделал чрезвычайно важным продолжение исследований этого растения, поскольку он продемонстрировал исключительные возможности не только в качестве потребительского напитка, но и в нутрицевтической промышленности.
О авторах
Кафедра пищевых наук и питания человека, Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне, Иллинойс 61801, США.
