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La patina che si forma sulla superficie del tè / What causes tea scum?

Avrete certamente notato che sulla superficie di una tazza di tè spesso tende a formarsi una patina opaca ed iridescente che diventa più consistente con il passare del tempo o se l’acqua utilizzata è particolarmente dura.

Da cosa è formata e cosa determina questa patina?

I polifenoli presenti sulla superficie di una tazza di tè venendo a contatto con l’ossigeno presente nell’aria reagiscono con esso ossidandosi. Questi polifenoli che sono andati incontro ad ossidazione si legano ai carbonati ed ai bicarbonati presenti nell’acqua (contenuti nel tè in diverse concentrazioni secondo la durezza dell’acqua utilizzata) creando la struttura estesa che noi vediamo sulla superficie della tazza di tè
Quindi questa patina è formata principalmente da polifenoli ossidati e da sali di calcio nella fattispecie carbonati e bicarbonati (sono presenti in piccole quantità anche sali di magnesio).

E’ stato determinato che questa patina  è un solido dalla struttura amorfa cioè le molecole non sono disposte in modo ordinato e ripetitivo ma in modo del tutto casuale e senza ordine (la stessa cosa ad esempio avviene nel vetro).

L’aggiunta di latte al tè provoca un aumento di questa patina perchè il calcio contenuto nel latte contribuisce anch’esso alla formazione di questa patina mentre l’aggiunta di limone ne diminusce la formazione perchè facendo abbassare il pH provoca una maggiore dissoluzione dei carbonati e dei bicarbonati che la compongono.

Un’altra cosa curiosa è il fatto che preparando la bevanda con una dose maggiore di foglie, contrariamente a quanto si possa pensare, la quantità di patina diminusce. Ciò è dovuto al fatto che aumentando le foglie utilizzate aumentano anche i polifenoli in soluzione che provocano un abbassamento del pH della bevanda e la conseguente dissoluzione dei sali che formano la patina.

Un fattore che anche il influenza la quantità di patina che si va a formare è la temperatura alla quale si prepara il tè, infatti una maggiore temperatura dell’infuso finale aiuta la formazione di questa struttura (forse perchè, ma devo controllare meglio, l’aumento della temperatura ha un effetto positivo sulla cinetica di formazione della patina).

Infine come avete potuto intuire essendo la quantità di carbonati e bicarbonati presenti nel tè strettamente legata alla durezza dell’acqua, l’utilizzo di un’ acqua meno dura e quindi con meno sali di questo genere sfavorisce la formzione della patina.

Patina del tè al microscopio

Patina del tè osservata al miscroscopio elettronico. Le ”scaglie” bianche che potete osservare sono formate da carbonato di calcio. Fonte: Spiro, M. and Jaganyi, 0.1993 What causes scum on tea? Nature 364 581.

 

Fonti:

Spiro, M. and Jaganyi, 0.1993 What causes scum on tea? Nature 364 581.

Tea: Bioactivity and Therapeutic Potential. (Yong-Su Zhen, 2002).

 

English Version

You may have noticed that on the surface of a cup of tea often tends to form an opaque and iridescent layer that becomes more consistent with the passage of time or if the water used is particularly hard.

From what is formed and what determines this film?

The polyphenols present on the surface of a cup of tea coming in contact with oxygen in the air react with it and thus oxidize. These polyphenols who experienced oxidation bind carbonates and bicarbonates in the water (in tea in different concentrations depending on the hardness of the water used) creating the structure that we see on the surface of the cup of tea. So this patina is formed mainly by oxidized polyphenols and calcium salts, carbonates and bicarbonates in the present case (are present in small amounts also magnesium salts).

It was determined that this film is a solid with an amorphous structure, this means that the molecules are not arranged in an orderly and repetitive way but are disposed completely random and without order (the same thing happens for example in the glass).

Patina del tè al microscopio

Scanning electron micrograph of tea scum. The small white patches on the surface are calcium carbonate. Credits: Spiro, M. and Jaganyi, 0.1993 What causes scum on tea? Nature 364 581.

 

The addition of milk to tea causes an increase of this patina because the calcium contained in milk is also contributing to the formation of this patina while adding lemon the amount of scum decreases because by lowering the pH results in a greater dissolution of carbonates and bicarbonates that compose it.

Another curious thing is that preparing the beverage with a higher dose of leaves, contrary to what you might think, the amount of coating decreases it. This is due to the fact that increasing the leaves used also increase the polyphenols in solution which cause a lowering of the pH of the beverage and the subsequent dissolution of the salts forming the patina.

A factor that also influences the amount of coating that is going to be formed is the temperature at which prepares the tea, in fact, a higher final temperature of the infusion helps the formation of this structure.

 Finally, as you have to guess being the amount of carbonates and bicarbonates in tea closely linked to the water hardness, the use of a softer water, and then with less salts of this kind disadvantage the formation of the patina.
Sources:

Spiro, M. and Jaganyi, 0.1993 What causes scum on tea? Nature 364 581.

Tea: Bioactivity and Therapeutic Potential. (Yong-Su Zhen, 2002).

Perchè la durezza dell’acqua influisce sulla qualità dell’infuso

Avrete notato certamente che preparando lo stesso tè (sia esso verde, nero, oolong o di qualsiasi altro tipo) con acque di diversa durezza all’aumentare di quest’ultima l’infuso che ne risulta è di un colore più opaco e di un sapore peggiore, motivo per il quale è consigliabile preparare il tè con dell’acqua con un basso residuo fisso.

Ma perchè avviene questo? In che modo la durezza dell’acqua influisce sulla qualità dell’infuso?

Una delle cause di maggiore importanza è quella che vi espongo di seguito.

Tutto nasce dal fatto che i polifenoli, specie quelli ricchi di grippi gallato, le proteine ed i carboidrati presenti nel tè  in soluzione tendono ad unirsi tra di loro per formare aggregati di dimensioni nanometriche.

A questo groviglio di molecole come se non bastasse si aggiunge anche la caffeina, che riesce a complessarsi con i polifenoli, rendendo la particella colloidale ancora più pesante e voluminosa.

A questo punto entrano in gioco i minerali contenuti nell’acqua ed in particolare il Calcio che si presenta in soluzione sotto forma di ione Ca2+   .

Infatti questi aggregati colloidali presentano sulla superficie una carica negativa che crea una repulsione elettrostatica tra i vari aggregati che cosi non si possono unire tra di loro. Il Calcio però con le sue cariche positive riesce a neutralizzare le cariche negative delle particelle rendendo cosi possibile ai vari aggregati di unirsi tra di loro per formare particelle ancora più grandi che a questo punto non possono più rimanere in soluzione e precipitano.
Inoltre il Calcio promuove l’outo-associazione delle Teaflavine e dei Polifenoli e la creazione dei suddetti complessi polifenolici ed aumenta anche la ”capacita” della caffeina di legarsi ai polifenoli.

tea cream

Schema di formazione degli aggregati. Fonte: Spontaneously Assembled Nano-aggregates in Clear Green Tea Infusions from Camellia ptilophylla and Camellia sinensis. Xiaorong Lin et al. J. Agric. Food Chem., 2017, 65 (18), pp 3757–3766

 

tea colloids

Aggregati (indicati dalle frecce) visti al microscopio. Fonte: Spontaneously Assembled Nano-aggregates in Clear Green Tea Infusions from Camellia ptilophylla and Camellia sinensis. Xiaorong Lin et al. J. Agric. Food Chem., 2017, 65 (18), pp 3757–3766

L’opacita della bevanda risultante  è causata proprio da questi grossi aggregati molecolari presenti nell’infuso e dal fatto tra le tante cose i polifenoli determinano anche il colore del tè quindi  variando la loro quantità varia anche il colore.
Precipitando questi aggregati l’infuso perde molti dei suoi polifenoli che giocavano un ruolo importante sul sapore e perciò il tè si presenta con un gusto più cattivo.

Quindi in definitiva uno dei  motivi per cui una maggiore durezza dell’acqua porta ad una peggiore qualità dell’infuso è il fatto che la quantità di sali minerali presenti in soluzione è strettamente correlata con la capacità dei polifenoli di rimanere in soluzione, maggiore è la quantità di sali minerali peggiore è la solubilità dei polifenoli.

 

Fonti

Spontaneously Assembled Nano-aggregates in Clear Green Tea Infusions from Camellia ptilophylla and Camellia sinensis. Xiaorong Lin et al. J. Agric. Food Chem., 2017, 65 (18), pp 3757–3766

Creaming in black tea.
Jöbstl E., Fairclough J.P., Davies A.P., Williamson M.P. (2005)

Cream formation and main chemical components of green tea infusions
processed from different parts of new shoots.
Jun-Feng Yin, Yong-Quan Xu , Hai-Bo Yuan , Long-Xin Luo , Xiao-Jun Qian. (2008)

L’astringenza del tè / Tea Astringency

Dopo aver letto questo post del blog Unastanzatuttapertè mi è venuta l’idea di scrivere un post sull’astringenza del tè.

L’astringenza è una sensazione provocata da molti tè.

Ma precisamente da cosa è provocata questa sensazione e in che modo viene avvertita dal nostro corpo?

La classe di molecole responsabile di questa sensazione è quella dei polifenoli. Questo genere di composti nel tè si estende dalle semplici catechine come la EGCG fino a strutture più complesse come quele dei tannini o delle teaflavine.

Queste molecole hanno la proprietà di legarsi ad alcune classi di proteine (in particolare quelle ricche in prolina) presenti nella nostra saliva creando dei grossi aggregati che in questo modo precipitano.
Il processo avviene in tre stadi principali.
Nel primo il polifenolo si lega alla proteina, nel secondo il complesso proteina-polifenolo crea un cross-link (legame) con un altro complesso creando un dimero ed infine questi dimeri, sempe tramite cross-link, vanno incontro a polimerizzazione ed alla conseguente creazione di grossi aggregati che precipitano.

Possibile meccanismo della formazione degli aggregati polimerici proteina-polifenolo Fonte:Bajec, M.R., & Pickering, G.J. (2008). Astringency: Mechanisms and perception. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 48, 858–875 

Meccanismo di formazione degli aggregati polimerici proteina-polifenolo. Fonte:Bajec, M.R., & Pickering, G.J. (2008). Astringency:
Mechanisms and perception. Critical Reviews in
Food Science and Nutrition, 48, 858–875

Immagine al microscopio di complessi polifenolo-caseina (proteina molto simile a quelle riscontrabili nella nostra saliva. Fonte:Molecular Model for Astringency Produced by Polyphenol/ Protein Interactions Elisabeth Jo ¨bstl, †,‡ John O’Connell, § J. Patrick A. Fairclough, † and Mike P. Williamson* ,‡. 2004.

Immagine al microscopio elettronico di complessi EGCG-Caseina (proteina molto simile a quelle riscontrabili nella nostra saliva).
Fonte:Molecular Model for Astringency Produced by Polyphenol/
Protein Interactions
Elisabeth Jo ¨bstl, †,‡ John O’Connell, § J. Patrick A. Fairclough, † and Mike P. Williamson* ,‡. 2004.

Ciò comporta due conseguenze. La prima è che la saliva perde il suo potere lubrificante e la seconda è che questi grossi complessi vengono percepiti dai meccanorecettori presenti nel nostro cavo orale. Questi due fattori provocano  cosi la sensazione di secchezza e ruvidità.
Vista cosi si direbbe che l’astringenza è solo una sensazione tattile ma è stato dimostrato in disersi studi che i polifenoli interagiscono anche con le proteine presenti nell’epitelio della cavità orale stimolando in questo modo anche i recettori del gusto.

Quindi in definitiva l’astringenza è la combinazione di una sensazione tattile e di una percezione gustativa.
Inoltre l’astringenza può essere classificata anche come una sensazione chemestetica in quanto fa parte di quella famiglia di sensazioni tattili che sono provocate da agenti chimici. Un’altra sensazione chemestetica ad esempio è  la sensazione di freschezza che avvertiamo con la menta, in questo caso la molecola responsabile è ovviamente il mentolo.

La sensazione di astringenza è avvertita maggiormente in quelle aree della lingua che sono più povere di recettori gustativi.

Penso sia bene dare anche  un piccolo sguardo  a quali sono nello specifico le molecole polifenoliche responsabili dell’astringenza nel tè.

Per quanto riguarda il tè nero la classe di polifenoli che dà il maggior contributo all’astringenza è quella del flavonoli glicosidici, in particoolare un ruolo chiave è ricoperto dalla Rutina che è astringente anche a bassissime concentrazione.
Al di fuori di questa classe è stato trovato che un’altra molecola molto importante per quanto riguarda l’astringenza è l’apigenina ramnosil glocoside che invece è un flavone glicosidico.
Scarso importanza invece ricoprono le teoflavine.

Per il tè verde alcune molecole responabili dell’astringenza sono le semplici catechine come la EGCG e la Teogallina, quest’ultima è la responsabile principale dell’astringenza del Matcha.

Rutina

Rutina

Teogallina

Teogallina

EGCG (Epigallocatechingallato)

EGCG (Epigallocatechingallato)

Piccola curiosità…l’aggiunta di limone o latte al tè riduce l’astringenza. Nel caso del limone ciò avviene perchè l’acido citrico abbassa il pH del tè modificando il modo in cui i polifenoli reagiscono con le proteine, nel caso del latte invece l’astringenza si abbassa perchè le proteine del latte competono con quelle della saliva nel legarsi ai polifenoli riducendo quindi il numero di proteine della saliva che precipitano.

English Version

After reading this post of the blog Unastanzatuttapertè I got the idea to write a post on astringency of tea.

Astringency is a sensation caused by many teas.

But precisely what causes this feeling and how is perceived by our body?

The class of molecules responsible for this sensation is that of polyphenols. Such compositions range from simple catechins such as EGCG up to more complex structures such as tannins or theaflavins.

These molecules have the property to bind to some classes of protein (particularly those rich in proline) present in our saliva creating large aggregates, which in this way precipitate.
The process takes place in three main stages.
In the first polyphenol it binds to the protein, in the second the protein-polyphenol creates a cross-link (bond) with another complex, creating a dimer and finally these dimers, always through cross-links, undergo polymerization and the consequent creation of large aggregates that precipitate.

Possible mechanism of formation of protein-polyphenol polymer aggregates. Fonte:Bajec, M.R., & Pickering, G.J. (2008). Astringency: Mechanisms and perception. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 48, 858–875 

Possible mechanism of formation of protein-polyphenol polymer aggregates.
Source :Bajec, M.R., & Pickering, G.J. (2008). Astringency:
Mechanisms and perception. Critical Reviews in
Food Science and Nutrition, 48, 858–875

Microscope image of polyphenol-casein aggregates. (a protein very similar to those found in our salivaMicroscope image of complex polyphenol-casein (a protein very similar to those found in our saliva). Fonte:Molecular Model for Astringency Produced by Polyphenol/ Protein Interactions Elisabeth Jo ¨bstl, †,‡ John O’Connell, § J. Patrick A. Fairclough, † and Mike P. Williamson* ,‡. 2004.

Microscope image of polyphenol-casein aggregates. (a protein very similar to those found in our saliva).
Source: Molecular Model for Astringency Produced by Polyphenol/
Protein Interactions
Elisabeth Jo ¨bstl, †,‡ John O’Connell, § J. Patrick A. Fairclough, † and Mike P. Williamson* ,‡. 2004.

This has two consequences. The first is that the saliva loses its lubricating properties and the second is that these large complexes are perceived by mechanoreceptors in our mouth. These two factors cause such a sensation of dryness and roughness.
Seen so it seems that the astringency is only a tactile sensation but has been shown in several studies that polyphenols also interact with the proteins present in the epithelium of the oral cavity, thus stimulating also taste receptors.
So ultimately stringency is the combination of a tactile sensation and a taste perception.

Moreover astringency can be classified as a chemestetic sensation as it is part of that family of tactile sensations that are caused by chemicals. Another chemestetic sensation for example is the freshness sensation that we experience with mint, in this case the molecule responsible is obviously the menthol.

I think it’s good to give a little look at what are the poliphenolic molecules responsible for the astringency in tea.

As for the black tea the class of polyphenols which gives the greatest contribution to astringency is that of the glycosidic flavonols, in particular a key role is played by Rutin which is astringent even at very low concentration.
Outside of this class has been found that another molecule very important for the astringency is apigenin ramnosil glocoside that instead is a flavone glycoside.
Less important as regards astringency are the teoflavine.

As for green tea the molecules responsible for astringency are the simple catechins such as EGCG and Teogalline that is primarily responsible for the astringency of Matcha.

Rutin

Rutin

Teogalline

Teogalline

EGCG

EGCG

Little curiosity the addition of lemon or milk reduces astringency. In the case of lemon this is because the citric acid lowers the pH of the tea modifying the way in which the polyphenols react with the proteins, in the case of milk instead astringency is lowered because the milk proteins compete with those of the saliva in binding polyphenol thus reducing the number of saliva proteins that precipitate.

I apologize if I made some mistakes in the translation of the post!

References:

Bajec, M.R., & Pickering, G.J. (2008). Astringency: Mechanisms and perception.
Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 48, 858–875

Ding, Z., Kuhr, S., Engelhardt, U.H. (1992). Influence of catechins  and  theaflavins on the astringent  taste of  black  tea  brews.  Zeitschrift  für Lebensmitteluntersuchung und ‐Forschung, 195,108–111

Kaneko, S., Kumazawa, K., Masuda, H., Henze, A., &Hofmann, T. (2006). Molecular and sensory studies on the umami taste of Japanese green tea. Journalof Agricultural and Food Chemistry, 54, 2688–2694

Scharbert, S., Holzmann, N., & Hofmann, T. (2004).Identification of astringent taste compounds in black tea infusions by combining instrumenta analysis and human bioresponse.
Journal of Agricultural and Food Chemistry, 52, 2498–2508

Molecular Model for Astringency Produced by Polyphenol/Protein Interactions.
Elisabeth Jo ¨bstl, †,‡ John O’Connell, § J. Patrick A. Fairclough, † and Mike P. Williamson* ,‡ (2004).

P.T. Coultate, La chimica degli alimenti.

L’umidità nella conservazione del tè

L’umidità, come sapete, è il vapore acqueo presente nell’aria.
Questo vapore ha un effetto anche sulla conservazione del tè perchè influisce sulla velocità di degradazione delle catechine del tè  in altri composti chimici, detto in parole semplici più c’è umidità più il tè tende a perdere le sue caratteristiche iniziali.

Allora a che percentuale di umidità  è consigliabile conservare il tè per far si che questo fenomeno non avvenga o quanto meno avvenga nel modo più lento possibile?

La risposta l’ho trovata in queste due pubblicazioni (che potete leggere online):

I. O. Lomovskiy, Stability of Green Tea Catechins in the Solid Phase and Aqueous Solutions.

Chemistry of Tea,
Ulrich H. Engelhardt, Institut fu ¨r Lebensmittelchemie, Braunschweig, Germany

 

Entrambi gli studi sono concordi nell’affermare che le catechine del tè sono stabili se l‘umidità relativa non supera il 40 % circa.

Quindi è consigliabile conservare il tè in un luogo dove il tasso di umidità sia inferiore al 40%.

 

Cosa conferisce il gusto umami agli oolong invecchiati

Riprendendo il discorso sull’aspetto molecolare dell’aroma e del sapore del tè oggi scrivo a proposito del gusto umami con particolare attenzione alle molecole che conferiscono questo sapore agli oolong invecchiati.

Il gusto umami è uno dei cinque gusti fondamentali percepiti dall’uomo( gli altri sono: aspro, dolce, salato ed amaro).
La percezione di questo gusto è provocata principalmente dalle molecole derivanti dall’acido glutammico (primo fra tutti il glutammato monosodico). Di questa classe di molecole fa parte anche la Teanina, un amminoacido tipico del tè,  che è la principale responsabile del caratteristico gusto umami del matcha(1). In buona sostanza si può dire che nel matcha maggiore è la sua concentrazione più questo sapore si avverte nettamente.

Teanina

Teanina

Questo discorso non è più valido però con gli oolong invecchiati, anche in questo tipo di tè  è avvertibile il gusto umami ma è provocato da tutt’altre molecole come potete leggere  in questo recente ed interessantissimo studio condotto a Taiwan.

Le molecole responsabili  del gusto umami degli oolong invecchiati sono la Miricetina e l’Acido Gallico che agendo combinatamente si legano ai recettori deputati alla percezione di questo sapore (che solitamente invece legano le molecole citate all’inizio del post) provocandone la percezione.
Queste due molecole sono particolarmente abbondanti negli oolong invecchiati a causa della particolare lavorazione a cui viene sottoposto questo tè.

Miricetina

Miricetina

 

Acido Gallico

Acido Gallico

 

 

Fonti
1)Kaneko, S; Kumazawa, K; Masuda, H; Henze, A; Hofmann, T., 2006: Molecular and sensory studies on the umami taste of Japanese green tea. Journal of agricultural and food chemistry5 54(7): 2688-2694.

 

Perchè il limone fa cambiare colore al tè nero? / Why lemon changes the color of black tea?

Avrete certamente notato che dopo l’aggiunta di limone il tè nero cambia colore diventando più chiaro. Ma perche avviene questo?

Il colore bruno al tè nero è conferito principalmete dalle tearubigine, una tipologia di molecole che fanno parte della famiglia dei polifenoli. La presenza di queste molecole nel tè nero è dovuta all’ossidazione e conseguente polimerizzazione delle catechine del tè, che avviene ad opera  degli enzimi facenti parte del gruppo delle polifenossidasi.
Le tearubigine possono essere composte anche da più di cento unità flavonoidiche.

Molte classi di molecole organiche hanno la propretà di presentarsi in soluzione in forma ionizzata , di questa classe di molecole fanno parte anche le tearubigine ed è proprio quando si presentano in questa forma che le tearubigine assumono un colore molto  scuro che è quello che poi in buona sostanza determina anche il colore del tè nero.
Quando però al tè viene aggiunto il limone, l’acido citrico in esso contenuto fa abbassare il pH della bevanda. La diminuzione del pH impedisce alla tearubigine di ionizzarsi e quindi, essendo presenti molte meno tearubigine ionizzate  in soluzione,  il tè perde il suo caratteristico colore bruno diventando di un colore più chiaro.

Ovviamente nel caso nel tè venisse aggiunto un agente alcalinizzante il colore del tè diventerebbe ancora più scuro del normale a causa dell’intensificarsi della ioizzazione delle tearubigine.

 

Se volete saperne di più sulle tearubigine vi vonsiglio di leggere questa pubblicazione:

Thearubigins of black tea: mufacturing based studies

 

English Version

You may have noticed that after the addition of lemon black tea changes color becoming clearer.

Why does this happen?

The brown color to black tea is conferred primarily by the thearubigins a type of molecules that are part of the family of polyphenols. The presence of these molecules in the black tea is due to oxidation and subsequent polymerization of tea catechins which is carried out by enzymes belonging to the group of poliphenol oxidsase.
The thearubigins can consist of up to a hundred units flavonoidiche.
Many classes of organic molecules have the property to present in solution in ionized form, from this class of molecules also belong the thearubigins and it is precisely when presented in this form that the thearubigins take on a very dark color which is what then in good essentially determines the color of black tea.
But when the tea is added lemon citric acid contained in it lowers the pH of the beverage, the pH reduction prevents thearubigins to ionize and then, being far fewer thearubigins ionized in solution, tea loses its characteristic color becoming brown to a lighter color.
Obviously if the tea was added an alkalizing agent tea color become even darker than normal due to the intensification of the ioizzazione thearubigins.

To learn more about thearubigins I recommend you read this paper:

Thearubigins of black tea: mufacturing based studies